用PC和PLC實現(xiàn)集散控制

0.引言

隨著化工自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，集散控制的思想越來越廣泛地被廣大自動化工程技術(shù)人員所青睞，并正在逐漸被應(yīng)用于新建、擴(kuò)建和技改項目中。但傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)一般由專業(yè)廠家生產(chǎn)，具有一定的專有性；另外傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)一般來講其控制規(guī)模比較大，成本費(fèi)用比較高；因此限制了在中小規(guī)模的自控系統(tǒng)項目中的推廣應(yīng)用。那么如何在中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中實現(xiàn)集散控制的思想呢？帶著這一問題，筆者在閱讀了大量技術(shù)資料的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有DCS和PLC的控制系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)對比，提出了在中小規(guī)?；ろ椖恐杏肞C +PLC構(gòu)成DCS的思想，并在貴州宏福實業(yè)開發(fā)有限總公司年產(chǎn)80萬噸重鈣裝置改磷銨的技改項目中的液氨儲運(yùn)工段成功地得到了應(yīng)用。

1.用PC和PLC實現(xiàn)集散控制（DCS）的基本原理

集散控制的基本思想是集中管理，分散控制。即：將流程工業(yè)的自動控制過程與操作管理人員對自動控制過程的管理過程相對分離；流程工業(yè)的自動控制過程由各控制站相對獨(dú)立地自動完成，而操作人員對自動控制過程的管理則由中央控制室的操作站來完成。中央操作站與各現(xiàn)場控制站一方面各自相對獨(dú)立地運(yùn)行，從而將各種故障限制在局部范圍內(nèi)，極大地提高了自動控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性；另一方面又相互進(jìn)行實時數(shù)據(jù)通訊和信息交換，實現(xiàn)了操作人員在中央控制室的操作站對整個自動控制過程進(jìn)行管理和調(diào)整。

現(xiàn)場控制站的主要任務(wù)是實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制，因此它必需要能夠自動采集全廠的各種工藝參數(shù)（如各種工藝介質(zhì)的溫度、壓力、流量、粘度、組分，物位高度等）以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（如閥門的開度、機(jī)泵的開停、設(shè)備震動、機(jī)械位移）等生產(chǎn)信息，然后按照事先編好的控制程序進(jìn)行大量的數(shù)值計算，最后輸出4~20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號（或ON/OFF數(shù)字信號）去驅(qū)動各種閥門、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制；另外還要與操作站進(jìn)行實時通訊，將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用，同時接收操作人員通過操作站發(fā)出的各種指令實時調(diào)整自動控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)過程。因此它還需要具有標(biāo)準(zhǔn)化的通訊接口。目前的各種PLC均具有這樣的功能，而且其容量彈性大，擴(kuò)充方便，控制方案的組態(tài)簡單易學(xué)，性能價格比優(yōu)越，因此是中小型DCS的操作站的理想選擇。

中央控制室的操作站實際上是一個人機(jī)界面，一方面把控制站采集的各種生產(chǎn)信息進(jìn)行加工處理，然后以操作人員所習(xí)慣和熟悉的各種流程畫面、生產(chǎn)報表、歷史趨勢和聲光報警等形式提供給操作人員。另一方面把操作人員的各種指令進(jìn)行編碼后傳送給操作站對控制方案進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化生產(chǎn)過程或?qū)μ厥馇闆r的緊急處理。對中小型DCS來講，目前市面上比較流行的各種監(jiān)控軟件均能實現(xiàn)這樣的功能，且對計算機(jī)的硬件和操作系統(tǒng)無特別要求，用普通的PC機(jī)加一套監(jiān)控軟件就可實現(xiàn)。

用PC機(jī)+PLC組成集散控制系統(tǒng)時，PLC承擔(dān)了現(xiàn)場控制站的工作，PC機(jī)承擔(dān)了操作站和工程師站的工作。在安裝有PLC系統(tǒng)軟件的PC機(jī)上可以離線（或在線）編輯PLC的控制應(yīng)用軟件（一般稱為梯形圖），控制應(yīng)用軟件下載到PLC后，PLC獨(dú)立完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、模擬控制等。而操作站的各種功能都可以通過“實時監(jiān)控軟件”+“PC機(jī)”來實現(xiàn)，在安裝有實時監(jiān)控軟件的PC機(jī)上可以方便對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。

2.用PC和PLC實現(xiàn)集散控制（DCS）一例

2.1.工藝過程簡介：

液氨儲運(yùn)工段是貴州宏福實業(yè)開發(fā)有限總公司年產(chǎn)80萬噸重鈣裝置改磷銨的技改項目中的重要組成部份，設(shè)計卸氨能力250噸/小時，罐區(qū)緩沖能力9000噸。氨在常溫常壓下為氣體，易燃、易爆、有毒、有害；液氨儲運(yùn)工段是總公司的高危區(qū)之一，安全生產(chǎn)是本自動控制系統(tǒng)應(yīng)考慮的重點(diǎn)。

2.2.控制系統(tǒng)概況：

為提高生產(chǎn)的安全性，在本控制系統(tǒng)中對重要的工藝參數(shù)點(diǎn)采取了“3取2表決”的策略，并設(shè)計了21個自動連鎖回路，對生產(chǎn)過程進(jìn)行連鎖保護(hù)；為保證生產(chǎn)過程的平穩(wěn)運(yùn)行和節(jié)能降耗，系統(tǒng)設(shè)計了6個調(diào)節(jié)回路。為便于監(jiān)控和操作，在操作站設(shè)計了一幅流程畫面總貌圖，集中顯示了與安全生產(chǎn)密切相關(guān)的一批工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀況態(tài)和報警信息；對其它化工單元操作過程設(shè)計了相關(guān)的局域流程畫面，全面地顯示了與其相關(guān)的各種詳細(xì)生產(chǎn)信息；根據(jù)操作人員的習(xí)慣，在操作站設(shè)計了4組組畫面，分別集中顯示溫度、壓力、流量和液位信號；對6個調(diào)節(jié)回路分別設(shè)計了調(diào)節(jié)畫面，實現(xiàn)對PID參數(shù)的整定、手自動模式的切換以及對調(diào)節(jié)閥門的手動操作；對21個主要閥門分別設(shè)計了彈出式開關(guān)畫面，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自控或遙控；對主要工藝參數(shù)設(shè)計了歷史趨勢圖，為故障診斷和優(yōu)化控制提供了數(shù)據(jù)。為確保安全生產(chǎn)，實現(xiàn)對緊急事故的應(yīng)急處理，對6個調(diào)節(jié)器回路加裝外部自動跟蹤調(diào)節(jié)器，一旦出現(xiàn)控制系統(tǒng)故障，自動切換到跟蹤調(diào)節(jié)器獨(dú)立于DCS來控制調(diào)節(jié)閥；對21個主要閥門加裝應(yīng)急處理按鈕，獨(dú)立于DCS實現(xiàn)對閥門的強(qiáng)制開關(guān)。

2.3.硬件配置：

控制站選用OMRON的C200型PLC，配置了數(shù)字模塊（OD211/ ID212）9塊，模擬模塊（AD003）4塊，調(diào)節(jié)模塊（PID03）3塊；操作站選用DELL OPTIPLEX GX150計算機(jī)；工程師站選用COMPA型PC機(jī)。構(gòu)成圖如下：


圖1 硬件配置

2.4.控制站軟件組態(tài)：

控制站的組態(tài)用OMRON的系統(tǒng)軟件SSS作為技術(shù)平臺，用梯形圖作為編程工具，其組態(tài)內(nèi)容主要有：

2.4.1.PLC內(nèi)部地址的分配：

I/O地址的分配：PLC的I/O地址是PLC與現(xiàn)場檢測設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的唯一的一一對應(yīng)的寄存器地址，I/O地址的分配是對PLC進(jìn)行進(jìn)一步組態(tài)的基礎(chǔ)；對OMRON-C200而言，I/O地址與所連接的I/O模塊有關(guān)；連接到數(shù)字模塊上的現(xiàn)場設(shè)備，其I/O地址取決于I/O模塊的安裝位置和在該模塊上的點(diǎn)號，連接到模擬模塊、PID模塊上的現(xiàn)場設(shè)備，其I/O地址取決于I/O模塊的單元號（不同的模塊應(yīng)通過模塊的硬開關(guān)設(shè)置不同的單元號）和在該模塊上的點(diǎn)號；比如在本系統(tǒng)配置中，現(xiàn)場的雷達(dá)液位變送器LT-101輸出的4~20mA的模擬信號連接在單元號為3的模擬輸入模塊AD003的第二點(diǎn)上，則它在PLC中的配置的地址便是IR：132；而閥門HV120的關(guān)閉狀態(tài)信號（closed）連接到安裝在的擴(kuò)展機(jī)架第二槽的數(shù)字輸入模塊ID212的第十點(diǎn)上，則它在PLC中的配置的地址便是IR：01210；本系統(tǒng)中，共定義I/O地址142點(diǎn)。