现代化工中DCS的服务与应用

[摘要]本文从四个方面阐述了现代化工中DCS的服务与应用:一是DCS已经进入第四代。二是DCS充分体现信息化和集成化。三是DCS变成真正的混合控制系统。 四是DCS平台开放与服务专业化与开放性。

[关键词]DCS 信息 企业 技术

在工业企业中,应用效益最直接、最明显的系统应当是工业控制系统,特别是DCS(分布式控制系统)。尽管若干年以前,就有人判定DCS即将被FCS(现场总线控制系统)所取代,然而直至今日,DCS仍然具有相当的生命力。

ARC咨询机构2003年了世界DCS市场预测报告。该报告预测,世界DCS市场从2002年至2007年将保持2.5%的增长。DCS的发展速度之所以不高,主要原因是美国等发达国家的经济增长速度减慢所造成。而中国近几年的DCS的增长速度应该在10%以上。当今的DCS与十年前的DCS相比,发生了根本性的变化。

一、DCS已经进入第四代

受信息技术、网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等发展的影响,以及用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加,各DCS厂商(以Honeywell、Emerson、Foxboro、横河、ABB为代表)纷纷提升DCS系统的技术水平,并不断地丰富其内容。可以说,以Honeywell公司最新推出的ExperionPKS(过程知识系统)、Emerson公司的PlantWeb(EmersonProcessManagement)、Foxboro公司的A2、横河公司的R3(PRM-工厂资源管理系统)和ABB公司的IndustrialIT系统为标志的新一代DCS已经形成。

二、DCS充分体现信息化和集成化

信息化体现在各DCS系统已经不是一个以控制功能为主的控制系统,而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统。DCS提供了从现场到设备,从设备到车间,从车间到工厂,从工厂到企业集团整个信息通道。这些信息充分体现了全面性、准确性、实时性和系统性。信息和集成基本描述了当今DCS系统正在发生的变化。用户已经可以采集整个工厂车间和过程的信息数据,但是用户希望这些大量的数据能够以合适的方式体现,并帮助决策过程,让用户以他明白的方式,在方便的地方得到真正需要的数据。

DCS的集成性则体现在两个方面:功能的集成和产品的集成。过去的DCS厂商基本上是以自主开发为主,提供的系统也是自己的系统。当今的DCS厂商更强调的系统集成性和方案能力,DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外,还集成了PLC(可编程逻辑控制器)、RTU(采集发送器)、FCS、各种多回路调节器、各种智能采集或控制单元等。此外,各DCS厂商不再把开发组态软件或制造各种硬件单元视为核心技术,而是纷纷把DCS的各个组成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如,多数DCS厂商自己不再开发组态软件平台,而转入采用兄弟公司(如Foxboro用Wonderware软件为基础)的通用组态软件平台,或其它公司提供的软件平台(Emerson用Intellution的软件平台做基础)。此外,许多DCS厂家甚至I/O组件也采用OEM方式(Foxboro采用Eurothem的I/O模块,横河的R3采用富士电机的Processio作为I/O单元基础,Honeywell公司的PKS系统则采用Rockweell公司的PLC单元作为现场控制站。

三、DCS变成真正的混合控制系统

过去DCS和PLC主要通过被控对象的特点(过程控制和逻辑控制)来进行划分。但是,第四代的DCS已经将这种划分模糊化了。几乎所有的第四代DCS都包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制,实现混合控制。 第四代的DCS系统几乎全部采用IEC61131-3标准进行组态软件设计。该标准原为PLC语言设计提供的标准。同时一些DCS(如Honeywell公司的PKS)还直接采用成熟的PLC作为控制站。多数的第四代DCS都可以集成中小型PLC作为底层控制单元。今天的小型和微型PLC不仅具备了过去大型PLC的所有基本逻辑运算功能,而且高级运算、通信以及运动控制也能实现。

四、DCS平台开放与服务专业化与开放性

20年来,业界讨论非常多的一个概念就是开放性。过去,由于通信技术的相对落后,开放性是困扰用户的一个重要问题。为了解决该问题,人们设想了多种方案,其中包括CIMS系统概念中的开放网络(MAP7层网络协议平台)。然而,MAP网络协议并没有得到真正的推广应用。而当代网络技术、数据库技术、软件技术、现场总线技术的发展为开放系统提供了可能。各DCS厂家竞争的加剧,促进了细化分工与合作,各厂家放弃了原来自己独立开发的工作模式,变成集成与合作的开发模式,所以开放性自动实现了。

开放性体现在DCS可以从三个不同层面与第三方产品相互连接:在企业管理层支持各种管理软件平台连接;在工厂车间层支持第三方先进控制产品SCADA平台、MES产品、BATCH处理软件,同时支持多种网络协议(以太网为主);在装置控制层可以支持多种DCS单元(系统)、PLC、RTU、各种智能控制单元等,以及各种标准的现场总线仪表与执行机构。

开放性的确有很多好处,但是在考虑开放性的同时,首先要充分考虑系统的安全性和可靠性。因为生产过程的故障停车或事故造成的损失,可能比开放性选择产品所节省的成本要高得多。同时注意,在选择系统设备时,先要确定系统的需求,然后根据需求选择必要的设备。尽量不要装备一些不必要的功能,特别是网络功能和外设的选择一定要慎重。例如,我们在选择开放网络的同时,遭到病毒或黑客袭击的可能就会加大;我们选择丰富的外设如光驱或软驱,就给操作人员提供了装载无关软件(如游戏等)的机会等。这些都会导致系统瘫痪或其它致命故障。

随着开放系统和平台技术的发展,产品的选择更加灵活,软件组态功能越来越强大并灵活,但是每一个特定的应用都需要一个独特的解决方案,所以专业化的应用知识和经验是当今工业自动化厂商或系统集成商成功的关键因素。各DCS厂家在努力宣传各自DCS技术优势的同时,更是努力宣传自己的行业方案设计与实施能力。为不同的用户提供专业化的解决方案并实施专业化的服务,将是今后各DCS厂家和系统集成商竞争的焦点,同时也是各厂家盈利的主要来源。

与DCS相比较,FCS有多种优势:节省电缆和电缆桥架约60%,节约厂房面积;减少布线、安装调试费用50%以上;节省二次开发费用,缩短开发周期,一次性投资可降低30%;备品备件种类明显减少,维修更加方便;有利于企业实施综合自动化策略,使企业从粗放型向集约型转化。

自20世纪80年代末以来,有几种现场总线技术已经逐渐发展成熟,并在一些特定的应用领域显示了影响力和优势,它们是可寻址远程变换器数据链路HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)、控制器局部网CAN(ControllerAreaNetwork)、局部操作网络LON(LocalOperatingNetwork)、过程现场总线Profibus(ProcessFieldbus)和基金会现场总线FF(FoundationFieldbus),这些现场总线各具特色,对于现场总线技术的发展发挥着重要作用。