DCS系统在洗煤厂集控中的应用

范坤廷，代晓娟

（中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031）

DCS系统在洗煤厂集控中的应用

范坤廷，代晓娟

（中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031）

近年来选煤厂的集中控制基本上是用PLC进行监控。文章介绍了DCS系统的，对比了DCS与PLC的性能和可靠性等特点，提出了选煤厂的集控技术应大力推广DCS系统。

PLC；DCS；模块；冗余；控制

近几年，选煤厂新建、扩建项目较多。在选煤厂的控制方面，大多数采用PLC（可编程控制器）进行监控。与继电保护相比，使用PLC进行监控，具有性能稳定、故障率低、检修方便等特点，能够提高生产效率、提高自动化水平，达到减员增效目的。但DCS系统（分散控制系统）很少在选煤厂使用，文章对选煤厂采用DCS系统进行控制谈些看法。

1 PLC系统的简介

PLC可编程控制器（Programmable Logic Controller），在煤炭、电力等行业中运用广泛，在我国已有40多年的历史。PLC一般由微处理器（CPU）、储存器、I/O接口电路、电源、扩展接口、外设接口、编程器组成。初始阶段，主要用于逻辑监测与控制，即开关量的处理；随着技术的发展，现今PLC对模拟量的监测控制也有大的发展，有了专用模块，例如 4mA～20mA(电流)、RTU（热电阻）、TC（热电偶）、脉冲信号等模块。

PLC的网络结构根据实际监控规模可有多种方式，例如：一台PC机为主站，多台同型PLC为从站；也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站。PLC可以自成系统，自成一个网络，例如工业以太环网，或星形拓扑网络，组网方式比较灵活；PLC网络，也可作为DCS的子系统，接入DCS系统。

2 DCS系统的简介

DCS分散控制系统（Distributed ControlSystem），同PLC控制系统一样，在20世纪70年代就开始使用，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的；一种计算机控制系统，它是一个由过程控制站和过程监控站组成的，以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通信、显示、控制等4C技术，其特点是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。

工程中，DCS系统一般由控制站、通信网络、操作站、工程师站等组成。其控制站由中央处理器CPU、电源模块、通信模块、I/O模块、扩展接口等组成，形成对工艺过程监控的相对独立单元。

DCS系统有较好的扩容型。以新华的DCS为例，扩容有两种方式：既可在同一个DPU(过程控制站)下扩展从站，也可再加新的DPU机柜，用交换机相联，网络设置好之后，将需要的点加进全局数据库，由软件组态。

DCS系统有较好的开发性。DCS有许多I/O驱动器，可与多个智能装置进行通讯（如PLC），新华的虚拟DPU就有这种功能，它与不同的智能设备通讯需有不同的驱动器，配置好相应的驱动器之后，智能设备就成了DCS的一个子站，可实现无缝连接。

DCS系统有很高可靠性及数据处理能力。DCS系统的通信、CPU(中央处理单元)、电源都能冗余配置，已在电力等可靠性要求很高行业中广泛运行，例如，新建、扩建电厂的监控，特别是大型电厂的监控采用DCS系统。大型电厂中的重要的参数，例如汽包水位采用三冗余设置，满足其可靠性很高要求。

3 DCS与PLC的性能比较

选煤厂监控的特点是：监控点位多为开关量，模拟量较少；其控制主要为逻辑控制，仅有少量的模拟量自动控制，控制点位在800点～1500点。DCS与PLC在工业中都在广泛使用，结合选煤厂的特点，现从下列方面进行对比分析。

（1）可靠性：计算机控制中，电源模块、通讯模块、过程处理器是主要设备，任一部件故障，均导致系统停运。在DCS系统，电源模块、通讯模块、过程处理器（CPU）均采用冗余配置，有极高的可靠性，已在电力行业中已广泛使用，例如单机容量为600 MW、1000MW的发电机组上采用DCS进行监控。对PLC控制，一般情况的电源模块、通讯模块、过程处理器为单配，其可靠性低于DCS系统（因为上述任一模块故障，均使PLC停运）。现今，PLC也出现了一些高端产品，其电源模块、通讯模块、过程处理器也可冗余配置，采用此类高端PLC其性能可与DCS相匹配。

（2）处理能力：系统的处理能力主要体现在监控点位的数量和速度两方面。PLC的工作方式是循环扫描，运行速度根据PLC的性能及监控点位确定；对于选煤厂可满足要求，实际使用中已验证。DCS系统的监控点位在上百点至数万点间，其工作方式是多进程的实时系统，主要用于模拟量及开关量的处理，模拟量的输入、存储、运算、输出的处理能力远高于同等数量的开关量，对选煤厂处理同样数量的输入/输出量，速度应快于PLC（选煤厂主要是开关量的处理）。故DCS系统的处理能力强于PLC，可满足选煤厂的使用要求。

（3）可维护性：现在PLC及DCS系统的模块都能带电拔插，模块损坏后可在不影响运行的前提下进行更换，都有较好的可维护性。

（4）通信能力：DCS系统的基础在于网络通信，较强的通信能力是其优点，可在10/100/1000Mb/s中选择。PLC的通信大多数品牌采用现场总线，也有采用以太网通信总线。故从通信能力看，DCS系统不次于PLC。

（5）扩展性：DCS系统在软件、硬件上有优势，均为模块化设计，其通信是开放的，可以接入不同品牌的DCS系统，也可接入不同品牌的PLC。而PLC在同一种品牌中，也有较好的扩展性；但着PLC不是一个品牌，品牌之间的通信处理就较困难。例如AB公司与GE公司的PLC就有这样问题，两者之间的微处理器不能直接通信，只能通过硬接线。在选煤厂建设中，同一期工程中有可能采用多种品牌（选煤厂的部分设备自带电控柜，各设备厂家配套系统不一样），特别是扩建工程，PLC集控系统的主机选择就有局限性。故DCS的扩展性比PLC好些，更适用于选煤厂。

（6）人机联系：DCS与PLC都有很好的人机联系界面。电厂的工艺相对选煤厂更复杂，特别是控制方面，例如给水自动调节、燃烧自动调节、风机、制粉系统联锁，特别是大型发电厂的协调控制，着没有很好的人机界面，将会影响运行及维护。

通过两者之间的性能比较，DCS系统的性能可满足选煤厂的使用要求，DCS性能不低于PLC。

4 PLC与DCS系统的经济比较

我国选煤厂集控系统中PLC现使用品牌较多，例如：AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等，基本上都是进口产品，很少使用国产品牌，国产品牌的PLC质量还有待提高。

DCS系统在电力、化工、水泥等行业中，采用的品牌较多，国内国外都有，例如，美国的FOXBORO，国产的杭州和利时、上海新华、浙大中控等。现在国产品牌的技术已成熟，质量有保证，且有良好售后服务，已在工业中广泛使用，例如在电力行业，特别是中小型电厂。国产品牌质量有了保证，控制系统的可靠性、可维护性完全适用于选煤厂，故可在选煤厂使用。

通过比较电厂DCS系统及选煤厂PLC的设备招标，在监控点位相近、性能要求相同的前提下，即DCS系统、PLC系统的CPU、电源、通信模块均冗余配置，DCS的费用要低的很多（根据《选煤厂安全规程AQ1010-2005》中的17.3.2条的有关规定“计算机集中控制系统的主机应双机热备，互为备用”，选煤厂的PLC控制站的微处理器CPU模块、电源模块、通信模块应配置冗余）。产生这种现状的原因：一方面是DCS系统的技术发展时间较长，已国产化，技术已很成熟，成本大幅下降，国产DCS系统的性能已不次于国外的产品；一方面是市场要求，在电力系统，虽然DCS系统市场容量大，但竞争非常激烈，利润很低；另一方面，国产PLC产品发展相对较慢，技术水平还不能赢得用户，国内大多数用户使用国外产品。

5 DCS在选煤厂的适用性

选煤厂在原煤系统、产品输送系统、煤仓中存在瓦斯，具有一定爆炸危险，DCS系统本身不具备防爆特性，但DCS系统的控制柜、操作站等设备，与PLC一样（PLC本身也具备防爆功能），均布置在配电室或综合办公楼（即布置在非爆炸环境），这样DCS可满足选煤厂的环境要求。DCS系统现在使用广泛，其配套软件有通用性，并不要有很专业的计算机知识，相对于PLC有利于今后的维护。

6 结束语

PLC在选煤厂中已广泛使用，DCS系统与PLC相比，其性能更优、更经济，可适用于选煤厂的工作环境，选煤厂在集控系统的设计使用中今后应大力推广DCS系统。

［1］范永胜，王珉.《电气控制与PLC应用》［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］刘国海，等.《集散控制与现场总线》［M］.北京：机械工业出版社，2006.

DCSApp lication in Centralized System of CoalW ashing Plant

FAN Kun-ting,DAIXiao-juan

(Handan Design Engineering Co.,China Coal Energy Group,Handan Hebei056031)

PLC (Programmable Logic Controller)is widely used in centralized control system of coal preparation plants in recent years.The paper introduces the DCS (Distributed Control System).After the performance and feasibility comparison of DCS and PLC,the author suggests that DCS should be promoted in the coal preparation plants.

PLC;DCS;module;redundancy;control

TD928.9

A

1672-5050（2011）09-0045-03

2011-05-26

范坤廷（1966—），男，四川射洪人，本科，高级工程师，从事电厂热控、选煤厂控制、煤矿弱电方面的设计工作。

刘新光