欧陆调节器(DCS从入门到精通「第 9 讲」——回路控制器和 DCS 系统)
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欧陆调节器(DCS从入门到精通「第 9 讲」——回路控制器和 DCS 系统)
七十年代,因为在现场工作的仪表工程师们对数字控制不太熟悉,希望数字 控制的仪表面板作成与原来的模拟仪表的一样,这样就可以不改变操作习惯,另 外也是为了危险分散,因而就出现了回路控制器。如 HONEYWELL 公司的 KMM 系列、 FOXBORO 公司的 SPEC 200 和日本北辰(后与横河合并)的 HOMAC 系列表,在面板上 有过程变量(PV)、设定值和控制输出(CO)的棒图,指针式显示的过程值,手/ 自动切换、报警确认等。这种能完成以 PID 为基础的回路控制的数字仪表,只有 一个或两个回路(两个单回路)。当时有人为了不与可编程序逻辑控制器(PLC) 混淆,称这种仪表为可编程序调节器。到 80 年代出现了双回路(可作两个串级回 路)、四回路的控制器、32 路数据采集器以及无纸记录仪等一系列数字仪表,在 面板上仍保留棒图和手/自动切换,用数字显示代替指针显示,这些数字仪表统 称为回路控制器。
到目前为止,这种仪表种类很多。最有特点的是能与上位(即人机界面) 通讯组成一个系统,每一块表可以与现场总线相连,I/O 可以根据需要扩展,它 内部的算法预先用程序作成功能块的形式,存在 ROM 中。可以按照所要求的控制 策略,进行组态(不是编程)。如美国 MOORE 公司的 353 产品有 80 多块功能块, 通过组态路图实现控制组态,用 MODBUS 与人机界面相连,人机界面的监控软件 既可以用 IFIX、也可以用 INTOUCH。因为这两种软件都有这种可编程序调节器的 驱动软件。国产监控软件只要有这种可编程序调节器的驱动软件,同样可以作为 这种系统的监控软件。否则连不上去。353 本身只有 4 个 AI,2 个 AO,也就是能 完成 2 个 PID 回路的控制。如果要增加控制回路,就要采用现场总线,因为它有LONWORKS 的接口,可以把 LONWORKS 的模块连到该总线上。在组成系统时,要进 行软件捆绑。为了数据安全,在表和总线之间加光电转换器。这种系统见图一。 又如 FOXBORO 公司和 SMAR 公司的回路控制器,它有多回路的。并且还有与可编 程控制器(PLC)的接口,所以在我国应用也比较多。
有几个模拟量的输出,就称为几回路的控制器。模拟量的输入可以多于 模拟量的输出。另外还可以有少量的开关量的输入、输出。
另一类是不能与现场总线相连,它的 I/O 点数不能扩展,但它也能与 上 位通讯组成一个系统。这种产品如美国 HONEYWELL 公司的 UDC、FOXBORO 公司的 另外的产品,费希尔的 900 系列、日本横河、富士、东芝和欧洲 ABB 公司都有类 似的产品。最有代表性的产品是香港欧陆的系统 6000,采用英国多家厂商的回路 控制器,美国的可编程控制器,美国的监控软件,由香港人集成成为 S6000 系统。。 由于它有良好的销售网络,在大陆应用很为广泛。尤其是制药行业应用较多。
可以用铺天盖地来形容产品之多的数显表是把 PID 算法作成固定的,只 要把过程变量(PV)接到仪表的端子上,人为输进设定,表就能输出控制量(CO)。 也就是说,一个仪表只有一个功能块,就是 PID,这样的产品国内、外已经很多, 如日本千野的表,香港朝辉,国内天辰、天津仪表厂、沿海各省的仪表厂等都生 产这样的产品。国内有时把它们叫作 S 系列仪表。产品的外观见图三。它的功能 非常单一,一块表只能完成一个功能。特点是不能组态。每一块表的价格只有几 百元人民币。但进口的也需 4000 元左右。
总的来看回路控制器的输入、输出点数很少。如果有几百个 I/O 点,完 成几十个PID回路的控制任务,而每个表都需要有一个外壳和带棒图显示的面板, 相对于可插模件来说,其价格就高多了。另外它的功能块相对于 DCS 控制器来说 要少很多,因为它的内存较小,特别是当既有很多的模拟量采集量、又有开关量 并且还有高级运算,用回路控制器就更不合算。如果没有上位来显示,又感到不 太直观。由回路控制器集成的系统,加上以 CRT 为基础的人机界面,其价格比由 模件组成的 DCS 就高多了。还有一个缺点,回路控制器组成的系统一般采用 MODBUS 与人机界面相连,只能采用星形结构,即只有一个主站。对于电厂需要冗 余操作站来说,这就是一个缺陷。所以它只适用于比较小的系统,即 I/O 点数比 较少,且控制回路较多的被控对象中。如生产抗生素的制药厂就比较适用。另外, 特别是对于一些化工企业,经常用于户外操作,它有特有的优势。有如电厂的旁 路系统,采用它们也比较合适。也就是说它也占有一定的市场份额。它们的设计 原理与 DCS 没有任何差别。把 DCS 的控制器和它相应的手操站合在一起,就是可 骗程序调节器。所以说回路控制器是 DCS 系统中的一个分支,从本质上说还属于 DCS。
对于 DCS、PLC 和可编程序调节器等都是计算机控制系统,它们的共同 点是其基本结构相似,其中有几部分是必不可少的,只是随着系统规模的大小和 被控对象的差别有一些区别。要把现场信号读进控制系统,首先把传感器的信号 线接到端子。如果传感器不是一个,它的信号线多了,并需要作一些信号预处理,这时就要端子板。模拟信号要转换成数字信号,要模拟输入板。经运算后输出, 要把数字信号转换成模拟信号,需要输出板,然后到端子板。最后将信号送到执 行器(如阀门)。由于通讯技术的发展,控制系统中只有运算部分(即控制器) 是可以讨论的,如果采用基金会现场总线,可以把这部分省去。把作运算的功能 块分别存到传感器和执行器的存储器中。组态时通过网络去调用。目前由于开发 的功能块还不太多、又受到各厂家利益的限制,这种总线应用还不够广泛。 FISHER-ROSEMOUNT 公司为现场总线作了许多工作。
比较大的系统,一定要有以 CRT(或液晶显示器 LCD)为基础的人机界 面,用起来才会比较方便。对于用户来说,投资少、用起来又比较方便、功能比 较全的系统才是合用的。
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