建材行業(yè)DCS控制系統(tǒng)的發(fā)展
時間:2006-04-27 14:16:00來源:fenghy
導語:?建材行業(yè)DCS控制系統(tǒng)的發(fā)展
DCS從1975年問世以來,大約有三次比較大的變革,七十年代操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)視軟件都是專用的,由各DCS廠家自己開發(fā)的,也沒有動態(tài)流程圖,通訊網(wǎng)絡(luò)基本上都是輪詢方式的;八十年代就不一樣了,通訊網(wǎng)絡(luò)較多使用令牌方式;九十年代操作站出現(xiàn)了通用系統(tǒng),九十年代末通訊網(wǎng)絡(luò)有部份遵守TCP/IP協(xié)議,有的開始采用以太網(wǎng)。總的來看,變化主要體現(xiàn)在I/O板、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)。控制器相對來講變化要小一些。操作站主要表現(xiàn)在由專用機變化到通用機,如PC機和小型機的應(yīng)用。但是目前它的操作系統(tǒng)一般采用UNIX,也有小系統(tǒng)采用NT,相比較來看UNIX的穩(wěn)定性要好一些,NT則有死機現(xiàn)象。I/O板主要體現(xiàn)在現(xiàn)場總線的引入DCS系統(tǒng)。
從理論上講,一個DCS系統(tǒng)可以應(yīng)用于各種行業(yè),但是各行業(yè)有它的特殊性,所以DCS也就出現(xiàn)了不同的分支,有時也由于DCS廠家技術(shù)人員工藝知識的局限性而引起,如HONEYWELL公司對石化比較熟悉,其產(chǎn)品在石化行業(yè)應(yīng)用較多,而BAILEY的產(chǎn)品則在電力行業(yè)應(yīng)用比較普遍。用戶在選擇DCS的時候主要是要注意其技術(shù)人員是否對該生產(chǎn)工藝比較熟悉;然后要看該系統(tǒng)適用于多大規(guī)模,比如NT操作系統(tǒng)的就適應(yīng)于較小規(guī)模的系統(tǒng);最后是價格,不同的組合價格會有較大的差異,而國產(chǎn)的DCS系統(tǒng)價格比進口的DCS至少要低一半,算上備品備件則要低得更多。
DCS由四部份組成:I/O板、控制器、操作站、通訊網(wǎng)絡(luò)。I/O板和控制器國際上各DCS廠家的技術(shù)水平都相差不遠,如果說有些差別的話是控制器內(nèi)的算法有多有少,算法的組合有些不一樣,I/O板的差別在于有的有智能,有些沒有,但是控制器讀取所有I/O數(shù)據(jù)必須在一秒鐘內(nèi)完成一個循環(huán);操作站差別比較大,主要差別是選用PC機還是選用小型機、采用UNIX還是采用NT操作系統(tǒng)、采用專用的還是通用的監(jiān)視軟件,操作系統(tǒng)和監(jiān)視軟件配合比較好時可以減少死機現(xiàn)象;差別最大的是通訊網(wǎng)絡(luò),最差的是輪詢方式,最好的是例外報告方式,根據(jù)我們的實驗,其速度要相差七八倍。
80年代中期,許多單位和個體技術(shù)人員都想涉及DCS的開發(fā)和生產(chǎn)。由于資金投入太多,軟件的工程量太大,需要軟件開發(fā)人員、硬件人員和工程人員協(xié)調(diào)工作,另外DCS的開發(fā)畢竟太復雜了,它涉及到計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和顯示技術(shù)。幾個技術(shù)人員不可能掌握那樣多的技術(shù),同時也沒有那樣多的資金投入,并且不可能在短時間內(nèi)就有產(chǎn)出。幾個技術(shù)人員是沒有力量來支撐的。許多技術(shù)人員只能望DCS興嘆。許多單位如幾個大鋼鐵公司的自動化部也由于資金不足退出DCS的開發(fā)。如阿城繼電器廠從1984年就開始DCS的開發(fā),并取得很好的成績。由于資金不足和管理混亂,也無奈的基本退出DCS的角逐。STD總線的產(chǎn)品是控制系統(tǒng)的中間產(chǎn)品,90年代初期生產(chǎn)廠家很多,每年在國內(nèi)達到幾億的銷售量(與現(xiàn)在國產(chǎn)的DCS銷量相當)。由于最終用戶的工作量很大,也正在退出市場。
90年代中期,DCS的部件除功能塊以外,在市場上都能買到。如控制器可以用PC機主板,DCS網(wǎng)絡(luò)也可以用以太網(wǎng)。人機界面可用通用監(jiān)控軟件,如組態(tài)王等。市場形勢比80年代有很大改變。又一次浪潮涉及開發(fā)DCS,各種牌號的DCS紛紛出籠,大約有上百種系統(tǒng)推向市場。仔細分析,都在較低層次上重復,功能單一,形不成規(guī)模。
由于政府有關(guān)部門的界入,開始有新的單位進入DCS的開發(fā)。政府的有關(guān)部門無論從資金還是項目都大力支持,所以得到蓬勃發(fā)展。如北京和利時、上海新華和浙大中控。他們都有幾百套的銷量,基本形成規(guī)模生產(chǎn)。他們雖然一時還達不到進口的水平,但控制的基本要求還能滿足。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和I/O板的生產(chǎn)來看,已經(jīng)有相當高的水平,和國際上的水平已相差不遠。如無錫生產(chǎn)的I/O板就很美觀。人機界面的軟件國內(nèi)已有開發(fā),如組態(tài)王,每年有2000套的銷售量,經(jīng)使用情況也是良好的。
開發(fā)DCS最難的是控制器的開發(fā)問題,一是硬件,用的是PC機卡,操作系統(tǒng)也是通用型的,如微軟的NT、加拿大開發(fā)的QNX等,價格高,使得利潤減低。二是功能塊的開發(fā)。這是最難的。功能塊的數(shù)量幾乎是無限的。它的工作量很大,不僅要有軟件人員,還要有工程人員的配合,才能編出好用的功能塊。由于我國以前實行計劃經(jīng)濟,對技術(shù)人才一是不重視,二是各單位私有。一個單位很難集中有如此多的優(yōu)秀的技術(shù)人員。我國軟件開發(fā)人員不僅數(shù)量少,而且習慣于自己獨立編程,不能很好的與現(xiàn)場技術(shù)人員交流,所以開發(fā)的功能塊就會出現(xiàn)不如人意的地方。國產(chǎn)DCS不僅功能塊的數(shù)量少,而且據(jù)用戶反映,如順序控制器功能塊,其真值表不象國外的那樣好用。又如自調(diào)整功能塊,現(xiàn)場一般都不用,即使用也不好用。
總之,由于銷售量還是比較小,跟蹤用戶的反應(yīng)還不夠,所以我國還缺少一套千錘百煉有自主產(chǎn)權(quán)的功能碼。這套軟件是沒有賣的。一定要自己開發(fā),在不同的操作系統(tǒng)下,編的程序就不一樣。這與要不要控制器這個硬件沒有關(guān)系。使用現(xiàn)場總線系統(tǒng)也需要算法,用PC作為既控制又顯示同樣需要算法。
用于控制策略的組態(tài)軟件目前還沒有發(fā)現(xiàn)問題。另外一個問題是控制器的電源系統(tǒng),我國基本都采用整體式電源。由于我國的DCS系統(tǒng)價格很低,利潤也很低,DCS制造廠家沒有資金投入來開發(fā)電源系統(tǒng)。國外DCS系統(tǒng)的電源冗余見下圖。在即將把兩臺電源安裝到柜子上時,需分別帶負載調(diào)整。調(diào)整時,兩臺電源的負載一定是相同的,要調(diào)整到相同的輸出,然后安裝到機柜上。電源系統(tǒng)中有一塊電源檢測板,能顯示兩臺電源的輸出情況。兩臺能同時給負載供電。最好工作在平衡電壓的狀態(tài)。經(jīng)20年的運行證明電源系統(tǒng)是良好的。
國產(chǎn)DCS兩臺電源冗余運行,一用一備。其中一臺的交流輸入電源階躍下降,能切換到備用電源。如果斜坡下降,就不能切換到備用電源。這是電源系統(tǒng)的缺點之一。
N+1的電源方案沒有進入到我國的DCS系統(tǒng)。進口DCS采用N+1電源,問題也很多。N+1電源的意思是只要知道每一個所插模件的功率,把所有模件所需功率求和,而每個模件電源的功率是一定的,所需總功率除以模件電源的功率,就得到電源數(shù)。有小數(shù)位,都要進一位成為整數(shù),這個整數(shù)為N,然后再加一,稱為N+1。
第三個問題是由于銷量小。很少有第三方幫助完善系統(tǒng),比如專家系統(tǒng),實時數(shù)據(jù)庫,與數(shù)字儀表及PLC的接口等。
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