893-DCB系列智能前端在PLC控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

可編程序邏輯控制器PLC以其可靠性高、組態(tài)編程容易、功能豐富等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的主流控制裝置。工程應(yīng)用中被控對(duì)象數(shù)量多，測(cè)點(diǎn)分散且分布距離遠(yuǎn)，若采用一臺(tái)PLC控制，全部的I/O設(shè)備都集中在一處，則從I/O設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的控制電纜冗長(zhǎng)繁雜，不僅安裝維護(hù)困難且易受各種電磁干擾。很多中小型可編程控制器（如施耐德M340，Twido，西門子s7系列等）自帶或可擴(kuò)展以太網(wǎng)口和COM口，支持標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU和MODBUS-TCP協(xié)議，?PLC系統(tǒng)用通訊方式掛接南京迪塞斯自動(dòng)化科技有限公司的893-DCB分布式智能前端，PLC和各智能前端之間用一根或二根冗余的通訊電纜以總線等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接起來，構(gòu)成PLC分布式控制系統(tǒng)，能夠很容易的擴(kuò)展為從數(shù)十點(diǎn)到上千點(diǎn)的秒級(jí)分布式采集控制系統(tǒng)。這樣用較低的成本，很少的工作量實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制工作，特別是對(duì)于使用組態(tài)軟件做監(jiān)控或需要數(shù)據(jù)上傳大系統(tǒng)的用戶來說，這是一個(gè)能替代大中型PLC，經(jīng)濟(jì)高效且有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的方案。

方案的核心在于以PLC的CPU模塊為系統(tǒng)大腦和中樞（數(shù)據(jù)中央處理和服務(wù)器），以893-DCB系列遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品作為軀干和四肢（傳輸網(wǎng)絡(luò)和IO通道），用戶無需復(fù)雜的編程，即能夠在PLC系統(tǒng)的內(nèi)存中得到所有I/O的工程數(shù)據(jù)的映像。用戶對(duì)I/O的操作（輸入或輸出）轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)PLC的內(nèi)存相應(yīng)映射單元進(jìn)行讀或?qū)?，這樣PLC的CPU更加專注于其控制系統(tǒng)的內(nèi)部控制邏輯和算法的解算。另外，893-DCB系列遠(yuǎn)程智能前端具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)，能夠分散就近安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控位置附件，大大的提高了測(cè)控精度，還能節(jié)省大量的信號(hào)傳輸電纜，減少繁雜的工程安裝和維護(hù)工作量。

該方案的關(guān)鍵是把PLC中央處理單元從繁雜的IO運(yùn)算處理中解放出來，必須有高效的手段保障現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)和PLC系統(tǒng)通訊的高效率，充分滿足數(shù)據(jù)測(cè)控的實(shí)時(shí)性要求。

工控機(jī)(IPC)和PLC作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域兩支重要的支柱，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)用PLC和工控機(jī)進(jìn)行分布式測(cè)控可以使兩者互補(bǔ)功能上的不足，前者用于控制方面方便又可靠,而后者在圖形顯示、數(shù)據(jù)處理、打印報(bào)表以及網(wǎng)絡(luò)通訊和人機(jī)交互等方面有很強(qiáng)的功能。用工控機(jī)(IPC)、PLC?和893-DCB智能前端構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)示意圖如下：

西門子S7-200是工控工程師熟悉的小型可編程控制器，增加cp243-1以太網(wǎng)模塊可上連工業(yè)以太網(wǎng)，當(dāng)他和893-DCB系列產(chǎn)品連接后，就能方便快速的擴(kuò)展為從數(shù)十點(diǎn)到幾百點(diǎn)的秒級(jí)采集控制系統(tǒng)，用較低的成本，很少的工作量實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和的控制工作。S7-200 CPU模塊所以能夠完成“小馬拉大車”的重任，其根本保障是在893-DCB智能前端的高智能和分層分區(qū)網(wǎng)絡(luò)的高效率和可靠性。這和現(xiàn)代化的高鐵系統(tǒng)的動(dòng)力分散運(yùn)行的道理是類似的，高鐵其實(shí)并不僅僅靠車頭牽引，而是運(yùn)用了所謂的“動(dòng)車組驅(qū)動(dòng)技術(shù)”來實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。多個(gè)893智能前端并行工作，直接提供最終的工程數(shù)據(jù)；采用893-DCB1004自動(dòng)完成現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)前端的數(shù)據(jù)掃描采集。S7-200僅需要和DCB1004通訊就能快速獲取893網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了功能前移和分散。僅僅消耗很少的PLC?的資源就能獲取大量的工程數(shù)據(jù)，保證PLC有足夠的資源進(jìn)行高級(jí)的控制算法處理。這樣更高效的利用PLC軟硬件專注于控制子系統(tǒng)的內(nèi)部邏輯進(jìn)行控制運(yùn)算，使整套系統(tǒng)具有可編程及PID等控制功能，并可脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。

一般說來，PLC控制CPU功能較強(qiáng)，控制算法等資源豐富，但在輸入輸出I/O方面，PLC存在價(jià)格高，擴(kuò)展模塊不隔離，IO配置不靈活，配線集中，對(duì)IO通道的采集數(shù)據(jù)高度依賴CPU模塊的運(yùn)算處理等問題，這大大限制了其CPU進(jìn)行更高級(jí)控制運(yùn)算的能力。893-DCB系列是高度智能的網(wǎng)絡(luò)化I/O產(chǎn)品，采用開放標(biāo)準(zhǔn)（以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)）的通用網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)就地獨(dú)立安裝，擴(kuò)展靈活多樣，調(diào)試方便。模塊化的結(jié)構(gòu)可以方便您在應(yīng)用項(xiàng)目四周合理分布或就地安裝。各種常規(guī)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)（電流，電壓，熱電偶，熱電阻和開關(guān)量信號(hào)）及各類變送器信號(hào)均可直接接入，簡(jiǎn)單的前端通道工作模式軟件設(shè)置后，用戶得到的數(shù)據(jù)的就是最終的工程量值，并且智能前端還具有對(duì)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的分析處理功能，這都大大的減輕了用戶組態(tài)工作量，特別常規(guī)使用PLC構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)所必須的繁瑣惱人的底層編程調(diào)試工作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了IO通道的控制現(xiàn)場(chǎng)的分布式和智能化。

上圖中DCB1004是893-DCB系列產(chǎn)品中的可編程多串口數(shù)據(jù)采集服務(wù)器（區(qū)域控制智能前端），用于把現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的分層分區(qū)管理，提高網(wǎng)絡(luò)測(cè)控的實(shí)時(shí)性和可靠性。DCB1004能夠不需要PLC的任何干預(yù)而自動(dòng)掃描分散位于控制現(xiàn)場(chǎng)的各種類型的智能前端的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)也能把用戶設(shè)定的數(shù)據(jù)自動(dòng)輸出到位于現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)智能前端中。PLC控制系統(tǒng)只需要和DCB1004通訊就可以高效完成和控制現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)交換，極大的保障了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)的可靠性。這樣利用PLC的CPU豐富的高可靠的控制算法資源，運(yùn)用893-DCB擴(kuò)展大量分布式遠(yuǎn)程智能I/O口，把PLC的CPU模塊從繁雜的IO工作中解放出來而更專注了的控制運(yùn)算，二者結(jié)合揚(yáng)長(zhǎng)避短，使這個(gè)分布式系統(tǒng)更好的性價(jià)比和更高的可靠性，特別適合一般工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的秒級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)用。

893-DCB1004區(qū)域控制智能前端能夠完成控制系統(tǒng)的縱向分層橫向分區(qū)控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)的物理和邏輯上的完全隔離，獨(dú)立完成區(qū)域控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的掃描和交換控制。這樣不僅大大提高數(shù)據(jù)測(cè)控的實(shí)時(shí)性，而且防止了局部故障而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，也方便了系統(tǒng)的柔性擴(kuò)充維護(hù)。另外，DCB1004還支持多種串口通訊協(xié)議，能夠快速把多類型的智能設(shè)備和儀表快速集成PLC控制系統(tǒng)中，在PLC控制系統(tǒng)中進(jìn)一步完善了功能分散和智能分布，在分布式系統(tǒng)中嵌入了多個(gè)大腦并行協(xié)同工作，合理分工又緊密合作，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。

893-DCB智能前端可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，防護(hù)外殼全密封，防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP65標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)惡劣的電磁環(huán)境和戶內(nèi)外安裝要求。893-DCB的現(xiàn)場(chǎng)就地安裝就近控制可以為用戶節(jié)省大量的信號(hào)傳輸電纜。用戶可以可脫開PLC而使用普通計(jì)算機(jī)的通用串口或以太網(wǎng)端口對(duì)所掛接的893DCB系列前端進(jìn)行功能檢查和精度測(cè)試，大大的簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作。對(duì)于上位機(jī)使用iFix、InTouch、組態(tài)王、力控等國內(nèi)外組態(tài)軟件的用戶都很適用。

893-DCB成功應(yīng)用于華能長(zhǎng)興電廠亞洲最大的封閉集束蜂窩型煤倉智能安全監(jiān)控和惰化保護(hù)系統(tǒng)。華能長(zhǎng)興電廠上大壓小工程秉承“綠色示范、創(chuàng)新引領(lǐng)”理念，多個(gè)項(xiàng)目采用了世界領(lǐng)先技術(shù)。采用超大型封閉集束正六邊形煤倉，長(zhǎng)208.35米、寬60.45米，高45米，總儲(chǔ)煤量約20萬噸。倉體由48個(gè)正六邊形鋼筋混凝土蜂窩結(jié)構(gòu)形式的小煤倉組成，這種結(jié)構(gòu)形式的煤倉為亞洲首例。儲(chǔ)煤全封閉堆放，占地小，基本沒有煤灰外揚(yáng)。堆取料采用上進(jìn)下出方式，真正實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)煤的先進(jìn)先出和精確配煤，從而實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)摻燒。

封閉的筒倉內(nèi)煤炭周期性靜態(tài)存放，會(huì)引起溫度升高、可燃性氣體的集聚等引起自燃甚至爆炸。從安全出發(fā)，在筒倉合理位置安裝點(diǎn)式測(cè)溫、煤層多點(diǎn)測(cè)溫纜式傳感器、升降式綜合監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)、可燃性氣體傳感器（一氧化碳、甲烷、煙霧、氧氣）、安全泄爆等裝置。筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從可燃?xì)怏w、氧氣、溫度、料位等方面對(duì)筒倉運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位、多方面、深層次實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)各種參數(shù)的組合分析，在上位機(jī)系統(tǒng)中將筒倉運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)呈現(xiàn)予管理人員并聯(lián)動(dòng)惰化保護(hù)控制系統(tǒng)。

惰化保護(hù)控制系統(tǒng)接收安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)控實(shí)時(shí)信息進(jìn)行對(duì)等的保護(hù)措施。筒倉安全控制系統(tǒng)使用了高純度氮?dú)舛杌Ｗo(hù)工藝，將氮?dú)廨斔凸艿劳ㄟ^筒倉不同標(biāo)高處伸入筒倉內(nèi)部，向筒倉內(nèi)部注入氮?dú)舛Ｗo(hù)筒倉的安全。根據(jù)筒倉內(nèi)部煤炭溫度或可燃?xì)怏w濃度狀態(tài)，按照精確的控制邏輯，針對(duì)不同的安全等級(jí)配置不同的控制方案，定時(shí)定量地完成筒倉惰化保護(hù)。當(dāng)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析異常時(shí)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首先做出第一級(jí)反應(yīng)，及時(shí)發(fā)布預(yù)警命令。安全控制系統(tǒng)根據(jù)警報(bào)等級(jí)發(fā)布對(duì)等的控制命令，惰化保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)開啟第二級(jí)鎖氣、第三級(jí)充氣、第四級(jí)換氣工藝，及時(shí)稀釋煤倉內(nèi)部的集聚的易燃易爆氣體濃度。在四級(jí)保護(hù)開啟后，如果出現(xiàn)異常工況，自動(dòng)泄爆裝置自動(dòng)開啟，對(duì)筒倉進(jìn)行第五級(jí)保護(hù)。整個(gè)監(jiān)控惰化保護(hù)系統(tǒng)可以做到多級(jí)多點(diǎn)及時(shí)防護(hù)，確保筒倉及周邊設(shè)備安全運(yùn)行。

華能長(zhǎng)興電廠煤倉智能安全監(jiān)控及惰化保護(hù)系統(tǒng)中采用PLC和工控機(jī)實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)控，PLC和工控機(jī)兩者功能互補(bǔ)。采用采用羅克韋爾Allen-Bradley(AB) PLC作為控制核心完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制、傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集等。工控機(jī)人機(jī)界面采用iFIX組態(tài)軟件，完成圖形顯示、數(shù)據(jù)處理、打印報(bào)表以及和電廠DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換等工作。在充分分析論證的基礎(chǔ)上采用893-DCB系列智能前端作為PLC控制系統(tǒng)IO通道。893-DCB智能前端按照工藝要求和地理位置分布式就近安裝在煤倉的頂部、中部、底部等多個(gè)位置，通過冗余的雙通訊網(wǎng)絡(luò)和PLC系統(tǒng)直接連接。893-DCB采集了多達(dá)1500多個(gè)模擬量測(cè)點(diǎn)（主要采集筒倉煤層溫度和多種氣體濃度等模擬量）和300多個(gè)各種開關(guān)量信號(hào)。893-DCB前端的智能化、模塊化和分布式優(yōu)勢(shì)得到了很好的體現(xiàn)。

893-DCB智能前端按照工藝要求和地理位置分布式就近安裝在煤倉的頂部、中部、底部等多個(gè)位置，通過冗余的雙通訊網(wǎng)絡(luò)和PLC系統(tǒng)直接連接。下圖為893-DCB在華能長(zhǎng)興電廠大型封閉集束蜂窩型煤倉現(xiàn)場(chǎng)安裝照片：

893-DCB分層分區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)不僅保障了長(zhǎng)興電廠煤倉智能安全監(jiān)控和惰化保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，還極大降低了工程造價(jià)。893-DCB在華能長(zhǎng)興電廠煤倉智能安全監(jiān)控和惰化保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行一年來，系統(tǒng)運(yùn)行高速穩(wěn)定，取得了令人滿意的效果。

893-DCB前端智能化程度高，功能強(qiáng)，品種全，測(cè)控精度高，可以滿足多種工業(yè)控制的需求。

893-DCB的各種類型的智能前端綜合采用了多種嚴(yán)格的隔離措施，實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器和主機(jī)之間的信號(hào)安全隔離和高精度數(shù)據(jù)采集、隔離轉(zhuǎn)換、監(jiān)控與傳輸。不僅保證了整個(gè)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力和極高的測(cè)控精度，而且還為被測(cè)控對(duì)象和整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠帶來了保障。

前端的輸入輸出可編程，使用靈活，可以減少用戶備品備件的數(shù)量，為用戶節(jié)省投資。

893-DCB運(yùn)用開放的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到信息層的無縫連接，無論是少量設(shè)備、單一網(wǎng)絡(luò)，還是多種設(shè)備、多種總線網(wǎng)絡(luò)都可以快速集成。893-DCB可以高效快速地和常見的SCADA/ HMI以及PLC、DCS等進(jìn)行連接，能夠快速集成融合多種通訊方式的智能儀表和設(shè)備，具有廣泛的適用性。PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用示意圖如下：

893-DCB在PLC控制系統(tǒng)中的應(yīng)用