【文章內(nèi)容簡介】 平臺，PC 機豐富的軟件資源得以應用，因而大大降低了系統(tǒng)的繁瑣程度和價格，提高了系統(tǒng)的性價比。PLC 和 DCS 在搶占市場的過程中，兩者互相借鑒、滲透、融合，極大的增加了用戶在設計和使用中的選擇性。同時，由于各種控制系統(tǒng)生產(chǎn)制造廠較多，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，也給系統(tǒng)選擇帶來了一定困難。而走向?qū)嵱没?FCS 也正以迅猛的勢頭快速發(fā)展，是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)。下面依據(jù) PLC、DCS 和 FCS 的不同特點，針對化工新項目建設和老項目改造，對控制系統(tǒng)的設計選型和應用歸納總結(jié)出以下原則進行選擇。（1）按過程控制系統(tǒng)的控制規(guī)模及復雜程度 不同的化工生產(chǎn)過程，過程控制系統(tǒng)規(guī)模與復雜程度不同，通常在過程控制系統(tǒng)規(guī)模較 DCS。因為該系統(tǒng)就是根據(jù)過程控制系統(tǒng)的特點發(fā)展而來，他，計算。（2）按投資規(guī)模和項目經(jīng)濟效率合理選擇 在一些小型化工項目中，特別是一些中小型改造項目，投資較少，規(guī)模較小的儀控系統(tǒng) PLC 系統(tǒng)。（3） 在一些化工改造項目中，如果原項目中已有計算機控制系統(tǒng)，則要考慮系統(tǒng)的連續(xù)性.兼容性及技術的連續(xù)性，優(yōu)先考慮源控制系統(tǒng)升級機型，有利于各莊之間的通信聯(lián)系和化工生產(chǎn)管理網(wǎng)絡的建設，減少了控制軟件組態(tài)重復繁瑣的勞動，降低了庫存?zhèn)淦穫浼某杀?。?）考慮系統(tǒng)生產(chǎn)廠家技術服務性 目前在中國 PLC 系統(tǒng) 和 DCS 系統(tǒng)的銷售市場，國外生產(chǎn)廠家占有很大比例，并且一內(nèi) 蒙 古 化 工 職 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 、 專 題 實 驗 報 告 ） 用 紙第 13 頁般在中國設有產(chǎn)品宣傳和技術服務機構(gòu) 。由于國外公司經(jīng)常進行重組合并或兼并，并且各，合并或兼并后，在中國市場的技術宣傳和服務方面將有些變化，多多少少對企業(yè)用戶產(chǎn)生一些不良影響。因此，我們在選擇系統(tǒng)時，應充分掌握信息，考慮系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的技術服務性，以保證所選系統(tǒng)的先進性、發(fā)展性，以保證具有充分的技術支持和備品備件供應。（5）考慮系統(tǒng)先進性、發(fā)展性 FCS 是由 DCS 以及 PLC 發(fā)展而來的，他保留了 DCS 的特點，或者說 FCS 吸收了 DCS多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場實踐的經(jīng)驗，當然也包括教訓。由此而得出結(jié)論， “FCS 將取代DCS”，似乎也是順理成章之事。為保證所選系統(tǒng)的先進性、發(fā)展性，我們在選擇系統(tǒng)時，特別是一些大型化工項目，可優(yōu)先考慮采用 FCS。 PLC、DCS、FCS 的特點在化工生產(chǎn)中，過程控制系統(tǒng)完成生產(chǎn)工藝參數(shù)的檢測、顯示、記錄、調(diào)節(jié)、控制、報警等功能，他對提高化工生產(chǎn)線的作業(yè)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量及縮短新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)周期起著極其重要的作用。其特點是對生產(chǎn)過程進行實時控制，控制過程復雜，監(jiān)控參數(shù)多且變化快，數(shù)據(jù)處理及存儲量大。根據(jù)過程控制系統(tǒng)的特點及不同生產(chǎn)工藝過程控制要求，應用不同的控制系統(tǒng)才可以及安全可靠又經(jīng)濟高效地完成產(chǎn)任務。目前，國內(nèi)先進的大中型過程控制基本上以采用 PLC 和 DCS 為主，但是，F(xiàn)CS 是由DCS 與 PLC 發(fā)展而來，F(xiàn)CS 不僅具備 DCS 與 PLC 的特點，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的 DCS 與新型的 PLC 與 PLC，都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢。新型的 DCS 已有很強的順序控制功能；而新型的 PLC 在處理閉環(huán)控制方面也不差，并且倆這都能組成組成大型網(wǎng)絡，DCS 與 PLC 的適用范圍，已有很大的交叉。下面簡要分析一下 應用特點及差異。ＰＬＣ基本特點從開關量控制販占道順序控制．運送處理，是從下往上的。連續(xù)ＰＩＤ控制等多功能，ＰＩＤ在控制站中?？捎靡慌_ＰＣ機為主站，多臺同型ＰＬＣ為從站。也可用一臺ＰＬＣ為主站，多臺同型ＰＬＣ為主站，構(gòu)成ＰＬＣ網(wǎng)絡。這比用ＰＣ機作內(nèi) 蒙 古 化 工 職 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 、 專 題 實 驗 報 告 ） 用 紙第 14 頁主站方便之處是：有用戶編程時，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫即可。ＰＬＣ網(wǎng)格既可作為獨立ＤＣＳ，也可作為ＤＣＳ的子系統(tǒng)。大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)同ＤＣＳ一樣是局域網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型ＰＬＣ也兼有閉環(huán)控制功能。ＤＣＳ基本特點集散控制系統(tǒng)ＤＣＳ是集４Ｃ技術與一身的監(jiān)控技術。從上到下的梳妝拓撲大系統(tǒng)，其中通信是關鍵?？刂普具B接計算機與現(xiàn)場儀器儀表與控制裝置。模擬信號，Ａ／Ｄ－Ｄ／Ａ．帶微處理器的混合。一臺儀表一對線到Ｉ／Ｏ，由控制站掛到局域網(wǎng)ＬＡＮ。ＤＣＳ是控制（工程師站） ．操作（操作員站） ．現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場測控站）的３級結(jié)構(gòu)。ＦＣＳ基本特點基本任務是：本職（本證）安全．危險區(qū)域．易變過程．難于對付的非常環(huán)境。全數(shù)字化．智能．多功能取代模擬式單功能儀表，儀器?？刂蒲b置。用兩根線連接分散的現(xiàn)場儀表．控制裝置，取代每臺儀表的兩根線。 “現(xiàn)場控制”取代“分散控制” ‘數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線“方式。在總線上ＰＩＤ與儀器．儀表．控制裝置都是平等的。多變量．多節(jié)點．串行．數(shù)字通訊系統(tǒng)取代單變量．單點．并行．模擬系統(tǒng)。是互聯(lián)的．雙向的．開放的取代單項的．封閉的。用分散的虛擬控制站取代接種低沸控制站。 PLC、DCS、FCS 的差異ＤＣＳ系統(tǒng)屎個大系統(tǒng)，其控制器功能強而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關鍵，所以，必須整體投資一步到位，時候的擴容拿度較大。而ＦＣＳ功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場化，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，ＦＣＳ系統(tǒng)投資起點低，可以邊用．邊擴．邊投運．ＤＣＳ系統(tǒng)式封閉式系統(tǒng)，各公司殘品基本不兼容。二ＦＣＳ系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商．不同產(chǎn)品的各種設備連入現(xiàn)場總線，達到最佳的系統(tǒng)集成。內(nèi) 蒙 古 化 工 職 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 、 專 題 實 驗 報 告 ） 用 紙第 15 頁ＤＣＳ系統(tǒng)的信息全部是二進制或模擬信號構(gòu)成的，必須有Ｄ／Ａ與Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。二ＦＣＳ系統(tǒng)是全數(shù)字化，就免去了Ｄ／Ａ與Ａ／Ｄ變換，高集成化高性能，使精度可以從177。０．５％提高到177。０．１％。ＦＣＳ系統(tǒng)可以將ＰＩＤ閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從ＤＣＳ的美妙２～５次，提高到ＦＣＳ的每秒１０～２０次，從而改善調(diào)節(jié)性能。ＦＣＳ采用全數(shù)字化技術，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。ＦＣＳ采用的是雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此，他可以對現(xiàn)場裝置（含變送器．執(zhí)行機構(gòu)等）進行遠方診斷．維護和組態(tài)。ＤＣＳＩ／Ｏ信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，因此，它無法在ＤＣＳ工程站上對現(xiàn)場儀表（含變送器．執(zhí)行器等）進行遠方診斷．維護和組態(tài)。ＦＣＳ的這點優(yōu)越性事ＤＣＳ無法比擬的。ＦＣＳ由于信息處理現(xiàn)場化，與ＤＣＳ相比可以省去相當數(shù)量的隔離器．端子柜．Ｉ／Ｏ終端．Ｉ／Ｏ卡件．Ｉ／Ｏ文件及Ｉ／Ｏ柜，同時也節(jié)省了Ｉ／Ｏｚ裝置及裝置是的空間與占地面積。ＦＣＳ可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等，同時也節(jié)省了設計．安裝和維護費用。ＦＣＳ相對于ＤＣＳ組態(tài)簡單，由于結(jié)構(gòu)．性能標準化．便于安裝．欲行．維護。ＰＬＣ是一種數(shù)字控制轉(zhuǎn)用電子計算機，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯．書序．急事．技術與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入．輸出等組件，控制各種機械或工作程序。Ｍｏｄｉｃｏｎ于 1968 年開發(fā)出發(fā)第一套 PLC，用于汽車生產(chǎn)線。目的是用來取代繼電器，建立柔性程序控制系統(tǒng)。DCS 是一種“分散式控制系統(tǒng)” 。而且 PLC（可編程控制器）只是一種控制“裝置” ，兩者是“系統(tǒng)”與” 裝置“ 的區(qū)別。系統(tǒng)可以實現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調(diào)，PLC 裝置只實現(xiàn)本單元所具備的功能。在網(wǎng)絡方面，DCS 網(wǎng)絡是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，它是雙冗的高速通信網(wǎng)絡，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好。而 PLC 因為基本上都未個體工作，其在與別的 PLC 或上位機進行通信時，所采用的網(wǎng)絡形式基本都單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡協(xié)議也經(jīng)常與國際表準不符。在網(wǎng)絡安全上，PLC 沒有很好的保護措施。 、DCS 整體考慮方案，操作員站都具備工程站功能，站與站這件在運行方案程序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關系，協(xié)調(diào)控制。而單用 PLC 互相連接構(gòu)成的系統(tǒng)，其站與站（PLC 與 PLC）之間的聯(lián)系則使一種松散連接內(nèi) 蒙 古 化 工 職 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 、 專 題 實 驗 報 告 ） 用 紙第 16 頁方式，是做不出協(xié)調(diào)控制的功能。DCS 安全性：為保證 DCS 控制的設備的安全可靠，DCS 采用了雙冗的控制單元，當中要控制單元出現(xiàn)故障時，不得不將整體系統(tǒng)停下來，才能驚醒更換維護并需要新編程。所以DCS 系統(tǒng)要比其安全可靠性上高一個等級。系統(tǒng)軟件，對各種工藝控制方案更新是 DCS 的一項最基本的功能，當某個方案發(fā)生變化后，工程師只需要在工程師站上將更改過的方案編譯后，執(zhí)行下裝命令就可以了，下裝過程是由系統(tǒng)自動完成的，不影響源控制方案運行。系統(tǒng)各種控制軟件與算法可以將工藝要求控制精度提高。而對于 PLC 構(gòu)成的系統(tǒng)來說，工作量極其龐大，首先需要確定所要變成更新的是那個 PLC，然后要用與之對應得編譯器進行程序編譯，最后再用專用的機器（讀寫器）專門一對一地將程序傳送給這個 PLC，在系統(tǒng)調(diào)試期間，大量增加調(diào)試時間和調(diào)試成本，而且極其不利于日后的維護。在控制精度上相差甚遠。因此在大中型控制項目中，基本不采用全部由 PLC 所連接而成的系統(tǒng)。PLC 分為大型 . PLC。大型的可以代數(shù)千點，運算能力與 DCS 相似，現(xiàn)在高端的 PLC 與 DCS 的功能已經(jīng)差不多了，但對對多機聯(lián)網(wǎng)功能較弱?，F(xiàn)在兩個技術平臺相似，致使重點不一樣。未來的工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，同時，工，因此現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，DCS及 PLC 并不會消亡， DCS 及 PLC 。但是DCS 或 PLC 出于控制系統(tǒng)中心地位的局面從此將被打破。今后的控制系統(tǒng)將會是：FCS 處于控制系統(tǒng)中心地位，兼有 控制系統(tǒng)。內(nèi) 蒙 古 化 工 職 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 、 專 題 實 驗 報 告 ） 用 紙第 17 頁第四章 精餾塔控制方案設計 控制方案和回路的設計由精餾塔靜態(tài)特性分析影響產(chǎn)品的因素，為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，只需清除可能的擾動就可以了。對于一個實際操作的二元精餾塔，在進料成分一定時，只要把 D/F 和 V/F 調(diào)節(jié)一定，且頂部回流罐液位調(diào)節(jié)以保證回流按照 L=VrD 的關系保持一定；底部產(chǎn)品流量 B 在液位調(diào)節(jié)作用下也可以保證 B=FD 的物料平衡關系，那么該塔的產(chǎn)品質(zhì)量就能得到控制。需指出，由于能量關系因素 V 主要取決于再沸器加熱量，但也取決于進料和回流的熱焓。當回流溫度恒定時，只需考慮進料設置溫度或熱焓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。于是可保持再沸器的蒸汽量一定，就相當于塔內(nèi)上升蒸汽量 V 一定了。考慮到因冷凝器冷卻量和環(huán)境等擾動因素而使能量平衡可能破壞，從而使塔壓變化，因此在塔頂設置壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對于 D/F 和 V/F 的控制，由頂部產(chǎn)品量 D，再沸器加熱器蒸汽量和進料量 F 分別組成比值控制系統(tǒng)。若考慮到動態(tài)關系，可添加補償環(huán)節(jié)，一般采用超前一滯后環(huán)節(jié)。（1）設置質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)實際上根據(jù)精餾塔靜態(tài)特性考慮的按物料和能量平衡關系控制的方案，在具體應用是很保證產(chǎn)品的質(zhì)量，僅在產(chǎn)品質(zhì)量指標并不嚴格的情況下才能使用。為了使產(chǎn)品符合一定的質(zhì)量指標，就必須在上述控制方案的基礎上設置之戀反饋系統(tǒng)，采用再沸器加熱量及頂部產(chǎn)品量等作為調(diào)節(jié)參數(shù)，以克服進料成分變化等擾動對產(chǎn)品成分的影響，使產(chǎn)品合格。對于一個精餾塔來講，塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品的質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間是相互關聯(lián)的，當相互影響嚴重時，不能達到預定的質(zhì)量控制目的，此時可采用解耦控制以減少或消除它們之間的相關影響。對于二元精餾塔可只采用頂部產(chǎn)品質(zhì)量反饋，底部產(chǎn)品質(zhì)量反饋可不用。（2）靜態(tài)和動態(tài)響應滿足靜態(tài)特性關系的精餾塔控制方案很多，即一個被調(diào)參數(shù)在不同控制方案中可以用不同的調(diào)節(jié)參數(shù)控制。從調(diào)節(jié)理論可知，所選擇的調(diào)節(jié)參數(shù)使得被調(diào)參數(shù)的靜態(tài)增益越大，控制系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度越高，克服外部擾動的效果也越好。但如果該調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié)通道的時間常數(shù)太大，則從動態(tài)上看，控制系統(tǒng)的響應就不夠快速，從而不能及時克服外部擾動。因內(nèi) 蒙 古 化 工 職 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 、 專 題 實 驗 報 告 ） 用 紙第 18 頁此，必須從靜態(tài)響應和動態(tài)響應兩方面綜合考慮來確定調(diào)節(jié)參數(shù)和選擇控制方案。當方案選取時，由于客觀條件不得不采用靈敏度較高但動態(tài)響應緩慢的控制回路時，則應當考慮必要的動態(tài)補償?？紤]控制系統(tǒng)間的相關影響在質(zhì)量指標調(diào)節(jié)中，談及了頂部產(chǎn)品和底部產(chǎn)品質(zhì)量反饋系統(tǒng)之間的相關問題。同樣的問題在一個精餾塔的控制中也存在。精餾塔是一個多變量的調(diào)節(jié)對象，往往設有多個控制系統(tǒng)。在這些控制系統(tǒng)之間有可能產(chǎn)生相互關聯(lián)的影響。當相關影響嚴重時，可以使精餾塔的操作系統(tǒng)失去穩(wěn)定。解決方案一是可選取相關影響較小的系統(tǒng)，通過對各控制回路間相關影響的定量分析方法來選?。欢菍τ谶x取的具有相關影響的控制系統(tǒng)，可通過整定調(diào)節(jié)器參數(shù)把控制回路的工作頻率拉開的方法減少相關；或者采用解耦控制。需指出的是，此時不僅要考慮到系統(tǒng)的靜態(tài)特性，也需要考慮其動態(tài)影響?？紤]整個工藝生產(chǎn)過程的平穩(wěn)操作由于精餾塔往往是生產(chǎn)過程中的一個環(huán)節(jié)，因此不僅前一工序的操作情況要影響精餾塔的操作，而且它的產(chǎn)品產(chǎn)量和成分變化也要影響到后一工序的操作。于是在設置精餾塔的控制方案時，必須協(xié)調(diào)前后工序的關系。在某些考慮前后工序關系的整個生產(chǎn)過程的控制中可以采用逆流向物料平衡控制方案。這種控制方案中，前一工序的調(diào)節(jié)是根據(jù)后一工序的需要而定的。例如在精餾塔中，可根據(jù)后一工序?qū)敳慨a(chǎn)品內(nèi)量