DCS的发展及其在石油化工中的应用
栏目:化工工业机械 发布时间:2020-06-16 13:54

  20世纪70年代中期,大范围集成电途得到实破性的进展,8位微收拾器普及,使工业发作强大的变革,其华夏来正处正在十字途口的鸠集式估计打算机掌管体例,很疾汲取了微收拾器身手,出生了微机集散体例,全称为微收拾器的总体疏散型掌管体例(Total Distributed Control System with μp),正在1975年开始由美邦Honeywell公司公布了TDC2000总体疏散型掌管体例,其特点是完结8个回途掌管的根基掌管器(BC)能够疏散的树立,通过数据高速公途(DHW)的数据总线把众台BC与CRT(阴极射线管)操作站联贯正在一块,造成各节点都有估计打算机的散布式估计打算机掌管体例,与其同时,美邦、日本、英邦、法邦、加拿大等毂下开辟出相应的产物,接踵运用正在以模仿量回途掌管为主的体例中,运用行业广泛石油、化工、冶金、电力、轻工,修材、公用工程等各行业,这类产物统称

  70年代,炼油和石油化工这些以石油原油和天燃气为原料的流程工业进展很是迅猛,如我邦谁人时候就引进了众套年产30万吨乙烯为首的整套装配,其它再有大型化肥、化纤、塑料合成橡胶等装配,因此DCS正在市集细分中以满意石油化工等流程工业为主,这是市集的需求。正在这些行业中,温度、压力、流量、液位的检测和掌管占了绝大片面,因此这些模仿量的数据搜聚和掌管成为DCS的开始应满意的性能,而DCS的前身(集入彀算机掌管体例),已有了成熟的DDC(直接数字掌管)身手;其它石化工业中,正在塔、釜、罐等大型工艺开发运转中,少不了各类机电开发如风机、泵类及各类阀门的开闭量的检测和掌管,因此开闭量的秩序掌管也是很要紧的,这是DCS应满意的第二本性能;正在石化工业中,响应罐等开发是间歇式管事的,即一批原料参加,经由响应,造成产物,产出后,经由间歇,再投第二批原料,这种批量掌管是石化行业中不少产物的临蓐装配的掌管体式,这央浼开闭量、模仿量连接实行掌管,现正在也有称它为羼杂掌管体例(Hybrid Control System)。当然,除此三项掌管性能外,再有人机界面友爱、安闲牢靠、易于安设、容易利用、便于庇护、便于扩展和升级换代等央浼。别的正在石油化工大型装配和中、小型装配央浼对应DCS产物又有所细分,因此爆发了大型DCS和中小型DCS产物,并且各DCS厂家正在运用实绩方面也爆发了细分市集,如有些厂家的DCS产物用于汽锅掌管才力更强,有些厂家的DCS用于海上采油平台事迹更众等等。目前,天下上少睹十家DCS厂家,据美邦ARC(Automation Research Corporation)1996年统计,下述排名前10家公司占到80%以上的市集份额:Honeywell(21.6%)、Elsag Bailay(12.6%,包罗HB公司)、ABB(9.7%)、Yokogawa(9.6%)、Foxboro-Eckardt(9.3%)、Fisher-Rosemount(6.0%) Yamatake Honeywell(4.6%)、Siemens(4.0%)、Cegelec/AEG Automatic System(ATT)(3.2%)、Westinghouse(3.1%)。正在亚洲(日本以外)的市集份额为:Honeywell(27.4%)、Yokogawa(12.6%) 、Foxboro-Eckardt(1.4%)、ABB(8.1%)、Elsag Bailay(6.4%)、Cegelec/ATT(5.5%)、Fisher-Rosemount(4.8%)、Yamatak Honeywell(4.2%)、其它公司19.6%。ARC对1996-2004年的DCS市集理解指出:亚洲DCS市集拉长较疾,1996年DCS所有天下市集为70.08亿美元,2000年为96.37亿美元,此中亚洲市集不同为11.388亿美元和20.67亿美元,即由亚洲占天下份额由16.25%增至21.45%,或称亚洲2000年比1996年DCS市集拉长了82%,即每年拉长20%。此中小型DCS(10万美元,30回途以下)拉长最疾,其次为中型DCS(50万美元,150回途以下),整体睹附外,真相阐明,21世纪绽放几年亚洲情景更好。

  闭于DCS运用行业的散布,以日本CENTVM体例运用实绩为例:化工(含石油化工)占50.74%,石油和天燃气占15.73%,钢铁占7.72%,水收拾(自来水厂等)占4.81%,有色金属占4.24%,纸桨和制纸占8.25%,其它占8.4%。当然这个比例与日本邦情相闭,如此中未计入电力行业运用DCS,这是由于横河公司固然正在汽锅掌管方面运用实例良众,但众属于石化等企业内工业汽锅和自备电厂汽锅,而未进入火力发电厂、原子能发电厂等电力行业。而日本电力行业运用DCS是比拟众的,日本东芝、富士、日立、三菱等公司火力发电开发均由本公司产的DCS配套,又日本贝利公司的DCS,正在日本电力市集中据有率也较高。

  我邦正在大型进口开发成套中引入外洋的DCS及石化等行业改制中计划采用外洋DCS以外,经由20众年的发愤,邦内已有众家临蓐DCS的厂家,此中和利时、浙江中控、上海新华3家已具有相当范围。邦内石化行业已利用邦外里生产的700众套DCS,运用程度也较高,自愿投运率正在90%以上,目前正向充满外现DCS性能和发展前辈掌管和优化对象进展。据推断,因为DCS正在石化行业大中型自控装配中近5年内没有可代替产物,到2005年,我邦石化行业要有1000众套装配需求运用DCS掌管,而开发更新改制扩容也需求增加原先DCS体例,至於普通庇护、备品备件,那也是很可观的,因此以来一段期间内,DCS正在石化行业中的要紧性是阻挡置疑的,但改革性能、兼容新身手、低重代价、普及运用程度、改革供职程度的职责也迫正在眉睫的。

  近30年来,DCS产物固然正在根基道理和产物市集定位上没有基本上的改革,但跟着身手的发展、外界情况和市集需求的变革,计划思思也相应进展,如横河公司为了糊口,从1975年公布的CENTVM体例至现正在的CENTVM CS 3000R3,曾经有16代了,其它公司也是如许。从宏观上看,DCS始末了3代,即1975年至1980年代前期、80年代中期至90年代前期和90年代中期到21世纪初。3代产物的区别能够从DCS的三大片面,即掌管站、操作站和通讯汇集的进展来剖断。当然,因为产物人命周期是个庞大的题目,加之各DCS临蓐厂家景况区别,产物换型年代区别,因此划分产物的年代(3-4代的)观念也不尽一样,因此以下理解,权作商榷。

  DCS体例中,掌管站秉承了DDC(直接数字掌管)身手,它是一个完好的估计打算机,实践运转中能够当前正在不与操作站及汇集相连的脱机景况下,完结进程掌管计谋,保障临蓐装配运转。从估计打算机体例布局来说,掌管站属于进程掌管专用估计打算机,其特征是第一代采用8位微收拾器,第二代采用16位微收拾器,第三代采用32位(直至64位)微收拾器,这对付中小型DCS掌管器来说比拟确实。大型DCS掌管站对主旨收拾器央浼较高,务必为专用的收拾器,准16位和准32位或64位运算办法。第二代DCS掌管站采用精简指令体例(RISC,Reduced Instruction Set Computer)。第三代DCS掌管站已采用众CPV不同用于掌管、通讯、冗余切换等操作。

  掌管站行动一个完好的估计打算机,它的紧要I/0开发为现场的输入、输出收拾开发,即进程输入/输出(PI/0),包罗信号变换与信号调养,A/D、D/A转换。它正在第二代和第三代产物中已延续采用了嵌入式身手,并采用单片机等完结量程调剂,长途I/0数据传输、小型化、裁汰PI/0卡硬件规格等性能,直至联贯智能化的现场变送器或回收采用现场总线身手的数字信号。正在信号变换进程中采用分开身手以防御来自现场的扰乱信号,这是至闭要紧的;与现场联贯的端子及输入、输出信号的物理身分的便利确认,也是用户很是重视的。这些正在DCS掌管站的更新换代中,都有很大改革。正在这方面,原先临蓐自愿化仪外的厂家呈现尤佳,因此说DCS是秉承了自愿化仪外身手的估计打算机体例。

  闭于DCS掌管站的体例软件,法则上也有及时操作体例、编程讲话及编译体例、数据库体例、自诊断体例等,只是完美水平区别云尔。第一代DCS掌管站的性能更近似于众回途调度器,并且每个掌管站都能够设备人机界面和备用操作器;第二代DCS掌管站的及时操作体例及轨范编译体例比拟完好,编程讲话有面向进程讲话和高级讲话,掌管计谋的组态由操作站或管事站正在与掌管站联机的景况下,完结编译和下装;第三代DCS掌管站的体例软件齐备,操作站或工师站能够完结离线组态及正在线删改掌管计谋。

  为了完结掌管计谋,竣工对应性能模块及模块之间联贯的性能,可组成反应掌管回途,这正在3代DCS掌管站中变革不大,并且是陆续蕴蓄堆积完美的进程,如PID算法等外率的数值估计打算即是如许。目前外率的性能模块有50众种,这是DCS厂家的专有身手。对於秩序掌管和批量掌管组态编程,各类DCS掌管站采用区别的格式,直到近来才向IEC 61131-3编程讲话模范挨近。

  DCS体例的数据紧要为来自现场的信号和各类变量,正在掌管站中呈现为与工位号(TAG)对应的闭联的丈量值(PV)、设定值(SV)、操作输出值(MV)及回途形态(AVTO/MAV/CAS)等。这些数据正在DCS掌管站相应的存储器里,组成及时数据,其它属于与工位号相闭的组态音信,如量程、工程单元、回途联贯音信、秩序掌管音信等,也正在掌管站中存储,但同时务必正在操作站或工程师站中存贮,并且有映像闭联,至於汗青数据存贮,日常不是正在DCS掌管站中。

  正在完美的DDS身手中,对A/D、D/A转换及掌管算法,不同引入扫描周期和掌管周期观点,正在第二代、第三代DCS掌管站中,扫描周期能够比缺省值1秒更短(小心1秒对日常温度的等物理量的丈量掌管是足够的),如能够选用0.2-0.5秒,以满意少数响应疾的掌管对象的央浼。

  对於第一代、第二代DCS掌管站,为了完结回途掌管以外的秩序掌管、批量掌管及数据搜聚,不同开辟了区别型号、规格的掌管站产物;而第三代掌管站由于其性能巨大,对开闭量和模仿量收拾才力很强,因此日常不做分别。大型DCS的一台掌管站能够完结上百个回途的掌管,其容错身手完美,牢靠性高,因此疏散掌管以袪除紧急的初志已很难再现。当然对於一个工场唯有一个主旨掌管室及众套工艺装配,并且每套装配就近安设1-2台掌管站的概略例来说,这也是一种疏散型掌管,只是对掌管站的牢靠性央浼更高了。

  中小型DCS掌管站,掌管8回途、16回途、32回途几种型式,疏散性较易为人们回收。目前小型DCS体例所据有的市集,已慢慢与PLC、IPC、FCS、I/0体例共享,以来小型DCS也许开始与这些体例调和,并且软DCS身手将获得进展。

  掌管站是所有DCS的根底,它的牢靠性和安闲性最为紧要,死机和掌管失灵的形势是绝对不应允的,并且冗余、掉电庇护、抗电磁扰乱、组成防爆体例等方面都有用而牢靠,本事满意用户央浼。今后DCS厂家正在通讯汇集、操作站、工程师站几方面修制慢慢绽放或能够交换并以供应处理计划为主时,行动修设厂,仍应仍旧掌管站的软硬件的临蓐专有,由于这是守旧DCS或称旧例DCS的基本。

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