Post By: 2009-7-7 9:41:37 计算机控制系统发展动向的思索 方原柏 前言 20世纪后半叶，由于计算机、通信、控制、仪表、软件等技术的飞速发展，不仅产生了多种多样的自 控产品，也丰富了人们进行自控设计的思路与方案。 在工业生产过程中，1969年问世的PLC和1975年问世的DCS可能是两类影响最为深远的计算机控 制系统。PLC的问世取代了继电器之类的器件，实现了开关量的联锁控制、程序控制；DCS的问世取代了 显示仪、调节器之类的仪表，实现了模拟量的指示、记录和PID回路调节等功能。随着计算机、通信、网 络技术的发展，PLC、DCS互相融合，互相渗透，取长补短。PLC吸取了DCS在回路控制功能、CRT显 示功能、网络功能等方面的长处，DCS吸取了PLC在联锁控制功能、程序控制功能、梯形图及功能块图 编程功能等方面的长处，两者之间的差别越来越小，分界线也越来越模糊了。另外，随着其他计算机控制 系统的不断出现，控制系统的产品早已呈现出多元化的发展格局，而针对某一具体用户来说，DCS+PLC 的控制方案不再受青，控制系统设备一体化的呼声越来越高。近年来，控制系统的发展还出现这样一些 趋势：向国产DCS系统转移，向PLC转移，向现场总线控制系统FCS转移，而以PC为基础的控制系 统(PC-Based Control System，PCBCS)也呈现良好的发展态势。本文将针对以上的动向谈谈作者的想 法。 一控制系统类型的多元化 20世纪70年代中期，DCS刚刚问世一两年就开始进入中国，作为一种全新的控制模式和方便实用的 CRT显示手段，很快为中国用户所接受，而在国外出现更早的PLC却迟至80年代初才为中国技术人员所 知晓。不久因单回路可编程序控制器的普及，又出现了PC+单回路可编程序控制器组合的计算机控制系统， 由于此方案的数据采集、控制功能均由单回路可编程序控制器完成，集中管理在PC机上实现，系统组成 灵活、规模可变、危险分散、费用不高，所以当时就有学者指出这是最符合中国国情的一种控制系统选型 方案。在中国市场上影响最大的日本山武公司的KMM、SDC-40B，日本横河公司的SLPC、YS170，美 国福克斯波罗公司的MICRO760、761、762，美国霍尼韦尔公司的UDC6000、6300及国产D1ZB-2310 A等均可以这种方式构成计算机控制系统。 进入90年代，单回路可编程序控制器向多回路及可附加1/O方向发展，一台盘装仪表形式的可编程序 控制器可以完成双回路、4回路、8回路甚至24个回路的PID控制，1/O点总数可达数十点乃至上百点， 非常适合小型装置使用。 些生产大型DCS的厂商也开始推出中型化、小型化、微型化的DCS，例如美国霍尼韦尔公司就先 后推出MICROTDC-3000、S9000、SCAN3000、UMC800等控制系统，系统经济规模从数千点可减少 到数十点。北京和利时公司在推出HS2000系统之后，也曾推出过100点以下规模的mCS微型控制系统 和稍大规模的FOCS系统。 甚至连记录仪、数字显示仪类的产品也扩展了功能，厂家在为其配备通信接口后，也可以将它们作为 数据采集器和后备仪表与PC构成简易型计算机控制系统(因某些记录仪、数字显示仪也带控制功能)。当系 统工作正常时，可由PC机进行集中管理，一PC机出现故障，记录仪或数字显示仪可作为备用仪表显 示工艺参数。某些公司生产的记录仪不仅自身可与PC机组成控制系统，还可以与该公司生产的可编程序 控制器等设备共同组成控制系统，此时记录仪以其点数多(如6、12、24、32、64点)的优点弥补可编程序 控制器1/O点数较少、单个I/O点采集成本高的缺陷，如泸州天然气化工厂240kt/y尿素工程监控系统就是 由日本山武公司SDC30/31/40B可编程序控制器、美国霍尼韦尔公司DPR系列多点记录仪及PC机组成。 些生产计算机的厂家不甘落后，近年来也推出一些I/O接口产品与其生产的计算机配套，其中比较 有影响的是研华公司的ADAM模块、研发公司的DAC模块，这也是一类低成本的计算机控制系统 另外，还有近年来飞速发展的现场总线控制系统FCS，以及以PC为基础的控制系统PCBCS 摆在控制系统选型者和用户面前的方案令人眼花缭乱，甚至不知所措，这种多元化的市场格局虽然会 使用户选型增加很多工作量，但较之一两个方案有充分的挑选余地。 二控制设备的一体化 按我国的体制，工程设计、施工安装、现场维护通常都是分成自控仪表、电气两个专业，模拟量控制 选DCS、开关量控制选PLC几乎是80年代及90年代初期工业过程控制的通用模式。这种方案采用两套 控制设备，构成两个控制中心，带来投资、操作、生产管理上的大量问题，即使稍后采用接口让DCS、P LC互相通信，上述问题并未得到根本解决。所以不少用户迫切希望工艺过程的所有控制要求应该由一个控 制系统来完成，至于工艺过程是属于连续过程、间断过程还是批量过程，是以模拟量为主还是以开关量为 主，那只是控制系统选型应该考虑的问题，其关键是控制设备应一体化。 治金行业较早提出EIC(电气、仪表、计算机)一体化，建材行业也如此，电力行业更希望用一套控制设 备完成以下多类控制功能：DAS(数据采集系统)、CCS(协调控制系统)、SCS(顺序控制系统)、FSSS(炉膛 安全监控系统)、ECS(电气控制系统)、DEH(汽轮机数字电液控制系统)、MEH(给水泵数字电液控制系统)、 ETS(汽机联锁系统)，这些都说明很多行业都在提倡控制设备一体化。 控制系统的生产厂家早就看到了这一点，他们也不断地改进自已的产品，如霍尼韦尔公司的TDC-300 0DCS，原来对大量的开关量控制采用IPC620-35PLC，它通过PLC接口接入系统，这属于DCS+PLC 方式。后来该公司将IPC620-35与PLC接口LMM(逻辑管理器组件)组合成LM(逻辑管理器)，作为大量开 关量的控制设备，而大量的模拟量控制则先后采用PM(过程管理器)、APM(高级过程管理器)、HPM(高性 能过程管理器)来完成，这些设备通过UCN(通用控制网络)接入LCN(局部控制网络)，进入管理网络。这样 的变化对用户来说感觉就不一样了，会认为它是一个一体化的、具有强大开关量控制功能的DCS，所以L M的销售量远高于IPC620-35。 再如西门子公司，PLC是其强项，S5、S7系列PLC产品早已风靡全球。该公司在1996年推出的P CS7，号称是过程控制系统，但其硬件部分仍是原有PLC系统的部件，如自动化控制系统(即现场控制站) 的中央处理器采用的是S7-414以上的CPU，其分布式I/O仍沿用S7PLC中使用的ET200远程I/O，只 是控制软件选用了带更多模拟量控制功能的WinCC，所以其模拟量处理功能、控制功能及网络功能大大增 强，也更容易满足工艺过程控制系统一体化的需求。 制造厂家在扩展功能方面的努力，为用户实现工艺过程控制系统一体化创造了条件。中小型生产过程 控制系统一体化较早得到顺利实施，大型生产过程控制系统一体化的进展也很快。以炼铁高炉为例，近年 来国内大型高炉所采用自动化系统的实例有关资料中共列举了19套，在1994年以前投运的有8套，其中 DCS+PLC占大多数，一体化的控制系统仅占25%；1994年及以后投运的有11套，一体化的控制系统则 占73%。 三向国产DCS转移 国产DCS虽然诞生于20世纪80年代，但取得实质性进展则是在90年代中期，目前令中国仪器仪表 行业引以为豪的浙江浙大中控公司、北京和利时公司、上海新华控制工程公司均从这一时期起步，目前都 达到2~3亿元的年产值和每年数十至上百套系统的业绩。在与国外DCS厂家的竞争中，目前还不好说国 产DCS全面占有优势，但至少在一部分行业、在中小型企业能打成平手甚至略占优势。国产DCS从中小 型企业开始，从辅助工序开始，现已逐步进入大型、特大型企业，进入主体工序。以电力系统为例，国产 DCS生产厂从中小机组开始，在50、100、125、200MW机组上积累了丰富的经验，目前已在300MW机 组上采用了25套(每一套的1/O总点数约5000，是一个非常大的系统)DCS。新华公司总承包了安徽平圩 电厂2×600MW机组、天津大唐盘山发电公司2×600MW机组的部分控制系统。核电站是公认的控制要求 最为严格的行业，而和利时公司已先后有7套DCS应用于核电站。2001年7月，和利时公司为秦山核电 站二期工程2×600MW压水堆电站提供的成套设备仪表及控制系统(物理量点数超过10000)已通过由信息 产业部科技司组织的技术鉴定。 由于三大国产DCS公司不凡的业绩，作者认为这些公司的产品已从成长期进入成熟期。几年来，我 院在几个工程项目中选用了浙大中控公司、和利时公司的多套系统，这些系统在投运后均工作正常，尚未 发现因硬件、软件原因造成系统不能正常使用的问题，用户对系统也比较满意。 产品FOCS系统中除有FODCS外，还有一款FOPLC，意欲在PLC产品领域与国外产品竞争。和利时公 同的FOCS系统采用的是一种新的产品开发思路，用德国VIPA公司的I/O模块OEM及FOCSSOFTH MI人机界面软件构成中小规模的PLC类产品。 四向PLC控制系统转移 早期的DCS、PLC各自为政，两者相安无事，而进入互相融合时期，其竞争非常激烈。PLC以其产 司的PLC产品PM550、TI650不仅在治金工厂需要开关量控制的工序中大量得到使用，而且也进入了化 工行业，如新疆化肥厂、湖南资氮集团；日本欧姆龙公司的PLC在长山化肥厂、南化氮肥厂、三明化工厂、 浩良河化肥厂也有