电厂中PLC、DCS和FCS的应用

电厂中PLC、DCS和FCS的应用

周予辉

（天津辰力工程设计有限公司300400）

摘要：FCS、DCS和PLC是电厂各大系统主要的控制方案。其中，FCS是现场总线控制系统；DCS是公布式控制系统；PLC是可编程逻辑控制器。FCS是另外两个系统的扩展系统。本文简要分析了电厂中PLC、DCS和FCS的应用。

关键词：电厂；PLC；DCS；FCS；应用

一、PLC、DCS和FCS的基本要点

1.1PLC技术

可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC最初是为了取代传统的继电器接触器控制系统而开发的，它最适合在以开关量为主的系统中使用。由于计算机技术和通信技术的飞速发展，使得大型PLC的功能极大地增强，以至于它后来能完成DCS的功能。另外加上它在价格上的优势，所以在许多过程控制系统中PLC也得到了广泛的应用。大型PLC构成的过程控制系统的要点是：①从上到下的结构，PLC既可以作为独立的DCS，也可以作为DCS的子系统。②PID放在控制站中，可实现连续PID控制等各种功能。③可用一台PC为主站，多台同类型PLC为从站；也可用一台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成PLC网络。④主要用于工控中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。

1.2DCS技术

集散控制系统（DCS）又称计算机分布式控制系统，它是20世纪70年代中期迅速发展起来的，它把控制技术、计算机技术、图像显示技术以及通信技术结合起来，实现对生产过程的监视、控制和管理。它既打破了常规控制仪表功能的局限，又较好的解决了早期计算机系统对于信息、管理和控制作用过于集中带来的危险性。它主要用于大规模的连续过程控制系统中，如石化、电力等。其核心是通信，即数据公路。它的基本要点是：①从上到下的树状系统，其中通信是关键。②PID在中断站中，中断站联结计算机与现场仪器仪表与控制装。③是树状拓扑和并行连续的链路结构，有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。④信号系统包括开关量信号和模拟信号。⑤DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。

1.3FCS技术

现场总线控制系统的核心是总线协议，基础是数字智能现场设备，本质是信息处理现场化。FCS的要点是：①FCS是3Ｃ技术（FCS）的融合。它适用于本质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。②现场设备高度智能化，提供全数字信号；一条总线连接所有的设备。③从控制室到现场设备的双向数字通信总线，是互联的、双向的、串行多节点、开放的数字通信系统取代单向的、单点、并行、封闭的模拟系统。④控制功能彻底分散。

二、组合系统在电厂中的实际应用

2.1DCS+FCS系统

这类组合系统不仅可以在数据和通信传输方面执行现场总线协议标准，还可以保留DCS系统中具有强大功能的模件和控制器。该系统在数据和通信传输方面的分散控制系统即FDCS系统。这类组合系统已被多家电厂应用，比如华能珞璜电厂采用P320、ALSPA控制系统。

2.2PLC+DCS系统

这类组合系统有2种方式：①PLC下位机+DCS+PLC通讯机。PLC与DCS下位机之间的通讯通过PLC通讯机实现，这种组合方案在上海外高桥发电厂实施的自动化程度最高。②PLC下位机+DCS+PLC的上位计算机。PLC与DCS下位机之间的通信通过PLC的上位机实现。

2.3FCS+PLC系统

PLC在处理开关量方面的功能特点对FCS的作用毋庸置疑。一些核电厂和常规电厂的辅助系统的工艺过程通常都是按顺序控制，比如循环水系统、补给水处理系统和除盐水系统等，而PLC技术在顺序控制具有独特的优势。因此，应根据现场总线通信协议的PLC对辅助系统的仪表进行改造，或是以与FCS进行信息交换的PLC作为优选对象。

三、运行效果

通过改造PLC技术，系统工作效率和设备的自动化水平都有了一定程度的提高，根据长久以来的运行情况，大幅减少了检修和维护的工作量，从而使检修和维护的费用大大减少。该技术可通过有效的信号分析，对电除尘器灰斗进行操作，以提高仓泵和饲料机等设施的运行效率，降低设备损耗；能对仓泵的料位进行准确测量，帮助操作人员准确掌握运行状态，从而确保整个系统的正常运行，达到操作目的和运行效果。

四、发展现状及前景

每种控制系统都有它的特色和长处，所以当一种新的技术出现后，在一定时期内，它们相互融合的程度可能会大大超过相互排斥的程度。这三大控制系统也是这样，比如PLC在FCS中仍是主要角色，许多PLC都配置上了总线模块和接口，使得PLC不仅是FCS主站的主要选择对象，也是从站的主要装置。DCS也不甘落后，现在的DCS把现场总线技术包容了进来，对过去的DCSI/O控制站进行了彻底的改造。第四代的DCS既保持了其可靠性高、高端信息处理功能强的特点，也使得底层真正实现了分散控制。

现场总线代表了一种有突破意义的新的控制思想，它开辟了控制领域的一个新时代。现场总线的发展趋势，我们想从两个方面来分析：①工程应用方面现场总线肯定会成为工业应用领域中控制系统的主流选择，这不仅因为节省投资、维护方便，更重要的是它能够提供作为控制领域的底层信息。另一方面，主流现场总线将会占领越来越多的市场份额，而处于劣势地位或后续研发力量跟不上的现场总线将会被淘汰。②总体发展方面由于IEC61158是一个妥协的标准，所以造成了今天这样多种标准总线共存的混乱局面，寻求一种统一的、成本低廉的总线成为想像中的一种趋势。由于工业控制实时性、确定性的特点，计算机通信系统不可能替代现场总线，但工业以太网会最终成为一个特定的角色，虽然不一定能完全取代现场总线技术，但可能是一种廉价的，能用于工业控制现场的总线系统。

结语

在实际应用中，现场总线的功能还没有得到充分发挥，将现场总线控制系统应用在大型机组上的技术尚未成熟，但在辅助控制系统中，FCS系统可以被大力推广应用。在电力方面，PLC和DCS将逐渐被FCS取代。在此过程中，一些组合系统结构将被逐步开发出来。PLC、DCS和FCS系统之间可互相促进、共同发展，而并非完全排斥，这样可以形成一个统一的FCS系统，以更好地迎接电工业信息化的挑战。

参考文献

[1]魏巍,王锐.PLC、DCS和FCS的特点及在电厂中的应用[J].东北电力技术.2009(05).

[2]王晓峰.论PLCDCSFCS三大控制系统[J].电子世界.2014.

作者简介

周予辉（1984.2-），男，辽宁辽阳人，天津大学控制理论与控制工程硕士，工程师，单位：天津辰力工程设计有限公司，研究方向：仪表自动化。