电厂DCS以及PLC现场总线技术的应用发展

王林 金鑫

摘 要：文章对现场总线技术、PLC技术以及DCS技术分别作了介绍，通过技术特点以及功能的对比分析，简述了DCS、PLC与现场总线系统的特点，论述了现场总线技术在现代电厂系统控制中具有良好的发展前景。

关键词：现场总线；DCS；PLC；控制系统

1 前言

集散控制系统即DCS是上世纪七十年代发展起来的数字控制系统，开创了控制系统的新时代，DCS是结合了通信技术、控制技术、图形显示技术以及计算机技术，被称作4C技术，并且信息管理技术也逐步的结合至DCS中，因此现在DCS能够完成信息管理以及过程控制，发展成为了5C技术。并在很多行業中得以应用，尤其在火力发电厂中，DCS系统应用更为广泛，其社会效益以及经济效益都取得了显著的效果，其发展是自动化控制发展方向以及发展水平的典型代表。

2 DCS系统特征

2.1 传统的系统基础主要包括：网络、微处理器、图形技术。

2.2 目前的系统特点：首先开放系统较为完备。DCS通过成熟软件以及通用设备的应用，保证了系统的高层互联，同PLC以及智能仪表相互连接；其次，DCS系统中应用了高性能微处理器；最后，系统的专业性以及综合性为用户提供过程控制平台。目前所使用的DCS系统中很多操作平台都应用了NT/WINDOWS，增加了全场综合管理力度，提高了自动化水平。DCS是目前火电厂使用最为广泛的系统。

2.3 系统对向下接口能力不断的予以提高，很多DCS系统都提供了同PLC以及现场总线的通信接口。例如，通过同PLC之间的通信减少了手动操作按钮的数量，使BTG盘面积大大缩小。实际上火力发电厂中很多控制子系统都能够通过DCS予以实现。如厂中的电除尘系统、ETS系统、DEH系统以及FSSS系统和输煤系统，不但能够有效缩小控制室面积，同时也有效降低了维修成本支出。

3 PLC系统特性

3.1 丰富的功能

现在使用的PLC系统已经不再是仅用于控制顺序逻辑，很多PLC系统中应用了通用处理器，通过多任务操作，不但有效提高了顺序逻辑运算速度，同时还增加了代数运算以及回路调节功能。

3.2 强大的网络功能

传统的PLC通讯速度较慢，主要是用于将设备运行的情况以及系统控制的情况传输给监控设备，用来为操作员的指令修改以及检视提供基础信息。而目前使用的PLC系统采用了通信网络，同信功能更加完善。

3.3 逐步标准化的编程

各方面的发展促使PLC在更多的领域被应用开来，很多厂家都在进行PLC的开发研究，并且随着DCS的开放，PLC的开放也成为了必然趋势。而PLC的开放所带来的便是变成语言逐步的向标准化方向发展。

3.4 微型化的系统模块

很多PLC厂家除了从提高系统性能以及网络性能方面对产品综合竞争力进行提升外，还通过模块小型化的方式，对价格进一步降低。

4 现场总线系统特性

（1）所谓的现场总线控制便是将现场的仪表同控制室中的操作界面通过现场总线连接到一起，通过智能仪表的使用令现场设备直接具有可控性，并将输出模块置于现场中，实现了彻底分散控制。

（2）该系统的基础为现场总线。本质上现场总线就是一种网络，每一智能仪表便是网络上的一个节点，该计算机网络具有以下特点：首先是传输信号的数字化；其次，物理传输介质的公用性。不但增加了传输距离，同时还对联线成本有效予以降低。

（3）现场总线技术特点

实现了通信的全数字化，并且操作上具有相互性，同时不同厂家之间的类似设备能够实现互换，系统具有高度分散性。

5 三种系统之间的关系

5.1 DCS同PLC之间的关系

在火力发电厂中PLC同DCS应广泛的应用于DCS和PLC在火力发电厂的热工控制系统中已经得到了广泛的应用。目前例如FSSS系统中DCS完全可以用PLC系统予以实现，只要不断的进行改进从功能上PLC替代DCS完全可以实现。

（1）对PLC的CPU处理能力予以加强，使其处理功能不仅局限于顺序逻辑的处理，通过实时多任务操作同时实现回路计算以及回路调节功能。

（2）在控制器等关键部件上能够实现冗余配置。

（3）采用令牌环以及令牌总线等确定实时的冗余网络，PLC的功能也逐步的被包容在DCS系统中，例如PLC编程语言在DCS系统中的应用。

上述两种系统在功能上已经逐步接近，价格上也逐步的接近，在不久的将来二者之间会逐渐的融合，向着过程控制系统发展。

5.2 DCS系统与现场总线系统

现场总线的系统结构简化，设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出了优越性：

（1）节省硬件数量与投资。由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感控制报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调制板、隔离放大器、I/O板、A/D转换器以及它们之间复杂的接线。还可以用工控PC机作为操作站，从而可节省一大笔硬件投资并减少控制室面积。并且有的PLC已经可以支持快速的现场总线通信。采用现场总线技术比传统意义上的DCS可以减少许多I/O卡。

（2）节省安装费用和材料。现场总线系统的接线十分简单，由于1对双绞线或1根电缆上可挂接多个设备，因而电缆、端子、桥架的用量大大减少，连线的设计与接头校对的工作量也减少。当需增加新的现场设备时，无需新增电缆，这既节省了投资，又减少了设计、安装的工作量。目前DCS的主要盘台都集中在电子设备间，与现场信号的连接电缆很多，如采用现场总线控制系统，电缆可减少1/3。

（3）用户节省了维护费用，掌握了高度的系统集成主动权。过去用户采用某种DCS系统，一旦出现某些功能块损坏，就必须使用这一厂家的模板，用别的产品会出现系统集成中不兼容的协议。而现在现场总线却让所有的设备厂家遵循一定的协议，用户自己牢牢地掌握了系统的集成主动权。因此，大多数人都相信在未来的5到10年间，现场总线的技术可望普遍推广。但目前，由于制约现场总线技术的国际通用通信标准很难在短时间内出来，DCS技术又被大家掌握且价格已经很低，目前DCS还会存在下去，但最终会被现场总线系统所代替，这是自动化控制发展的最终目标和方向。

我国目前所运行使用的火力发电厂中机、电、炉在控制水平上存在较为严重的不协调现象，并且辅助系统较为落后，集中控制室占用空间较大，系统电缆数量过多，需要人员数量庞大。而目前PLC系统以及现场总线技术在火力电厂中的应用推广使得机组自动化水平显著提高，能够基本满足现代化火力发电厂对系统控制的要求。

参考文献

[1]高敏，夏安邦.对PLC、DCS、FCS三大控制系统特点和差异的探讨.应用能源技术，2008，（11）.

[2]李勇.基于可编程控制器（PLC）的集散型测控网络技术的研究与实现.2003.

[3]王树东，靳雷，吴明永，高敬更.基于PROFINET和PROFIBUS集成网络的熔炼集散控制系统.工业仪表与自动化装置，2009.