隨著空分工藝的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍進(jìn)步，空分控制和選型水平也在不斷發(fā)展。我國(guó)空分行業(yè)從1986年開始采用DCS控制，至今已有十多年的歷程，積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。筆者長(zhǎng)期從事空分儀控的設(shè)計(jì)和DCS的選型、組態(tài)工作，現(xiàn)將一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)總結(jié)如下，供設(shè)計(jì)人員和用戶參考。
    儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是，選用的DCS(分散型集中控制系統(tǒng))和儀表必需確保空分設(shè)備穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。這是儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大前提。
1 儀控系統(tǒng)供電方案的設(shè)計(jì)
1．1 總體方案
    儀控系統(tǒng)供電方案應(yīng)考慮儀控系統(tǒng)供電的相對(duì)獨(dú)立性、安全性和可維護(hù)性。
    電控系統(tǒng)分別從二段母線向儀控系統(tǒng)所配置的UPS(不間斷電源)提供電源。UPS的輸出向整個(gè)儀控系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)用電設(shè)備，如機(jī)旁柜、分析儀柜、電磁閥、各用電儀表及DCS系統(tǒng)提供220V交流電源。
    UPS應(yīng)選用在線工作方式(On-Line)，盡管投資成本比離線式(Off-Line)高，但換來(lái)的穩(wěn)壓穩(wěn)頻和隔離功能卻是必要的和值得的。
    考慮到方便UPS的檢修，可另配一路備用電源。通過(guò)電路切換，將UPS脫離，而又能繼續(xù)維持儀控系統(tǒng)的供電。
    UPS的電池容量(全載下的放電時(shí)間)，以10~30分鐘為宜。考慮依據(jù)為在外部供電故障時(shí)，UPS維持供電的時(shí)間能保證儀控系統(tǒng)有足夠的時(shí)間對(duì)整個(gè)空分裝置實(shí)施有計(jì)劃地停車。UPS電池推薦使用膠狀免維護(hù)的。在UPS到貨后3個(gè)月內(nèi)，最好能上電， 目的是向電池充電，避免因長(zhǎng)期儲(chǔ)存引起電池性能下降或失效。
1．2 DCS系統(tǒng)供電方案
    為避免其它用電設(shè)備諧波分量對(duì)DCS的影響，一般在UPS后通過(guò)一隔離變壓器單獨(dú)向DCS系統(tǒng)的各設(shè)備供電，其隔離變壓器按DCS系統(tǒng)要求接地。因?yàn)镈CS各設(shè)備均有自己精確的電路保護(hù)，所以DCS各設(shè)備的空氣斷路器以電氣隔離為主，容量應(yīng)選得偏大些，避免不必要的斷電。
1．3 電磁閥的供電
    鑒于電磁閥在儀控系統(tǒng)中的重要性，每一電磁閥均應(yīng)單獨(dú)設(shè)置空氣斷路器，以便獨(dú)立更換。
2 增強(qiáng)和發(fā)揮DCS的功能，適當(dāng)減弱機(jī)旁柜功能
    (1)計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，其網(wǎng)絡(luò)功能已非常普及和可靠，因此設(shè)計(jì)時(shí)要主動(dòng)向用戶詢問(wèn)和建議，在廠長(zhǎng)室或調(diào)度室設(shè)置遠(yuǎn)程操作站。
    (2)計(jì)算機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)，計(jì)算機(jī)質(zhì)量越來(lái)越穩(wěn)定，空分行業(yè)也已積累了十多年的設(shè)計(jì)使用經(jīng)驗(yàn)，因此我們認(rèn)為充分發(fā)揮DCS的功能、適當(dāng)減弱機(jī)旁柜功能，已經(jīng)可以成為設(shè)計(jì)的一個(gè)指導(dǎo)思想。根據(jù)這個(gè)想法，針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的具體情況，可以做出不同配置的機(jī)旁儀表柜。有些項(xiàng)目已經(jīng)取消了機(jī)旁儀表柜，有些項(xiàng)目的機(jī)旁柜，如空透、氧透等機(jī)旁柜可僅僅設(shè)置一些級(jí)間壓力表和軸振動(dòng)、軸位移監(jiān)視器和停車按鈕。
    下列的各項(xiàng)功能均可由DCS實(shí)現(xiàn)：
    ·某些形式的空氣過(guò)濾器的排塵吹掃功能。
    ·空透啟動(dòng)條件的判斷，事故聯(lián)鎖停車的實(shí)現(xiàn)，防喘振控制(包括工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)顯示)，油泵的自動(dòng)啟動(dòng)，油箱加熱器的溫度控制等等。進(jìn)口大型空透的上述控制同樣在DCS完成。DCS的控制技術(shù)水平和各項(xiàng)功能完善程度，顯然要比其原有的PLC高。有些外商從一般原理上要求控制器的防喘振回路掃描速度小于100毫秒，但經(jīng)協(xié)商，可以放寬對(duì)掃描速度的要求。在這方面，我們已有使用經(jīng)驗(yàn)。
    ·空氣冷卻系統(tǒng)液位自動(dòng)調(diào)節(jié)，水流量等參數(shù)的顯示及報(bào)警，水泵的聯(lián)鎖啟動(dòng)和停車等等。冷凍機(jī)組的控制一般由機(jī)組自帶的PLC控制器完成，可采用通訊方式，將數(shù)據(jù)送到DCS進(jìn)行顯示、報(bào)表、報(bào)警等。但目前冷凍機(jī)自帶的PLC尚沒(méi)有采用通信方式的能力。
    ·分子篩吸附器系統(tǒng)的順序控制，均壓閥的自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)，再生氮?dú)獾膲毫φ{(diào)節(jié)，再生氣的溫度調(diào)節(jié)，再生氣的流量或蒸汽的流量調(diào)節(jié)，出分子篩吸附器空氣中CO：含量和出蒸汽加熱器污氮?dú)馑謾z測(cè)報(bào)警，以及有關(guān)的壓力、溫度測(cè)量等。分子篩吸附器的順序控制可以是按照空氣流量、溫度、壓力及吸附劑的能力自動(dòng)計(jì)算得到的循環(huán)時(shí)間進(jìn)行，以減少空氣的切換損失。但通常是按照規(guī)定的時(shí)間順序來(lái)控制。
    ·膨脹機(jī)的啟動(dòng)條件準(zhǔn)備及判別，事故聯(lián)鎖停車，增壓機(jī)防喘振控制，輔助油泵的自動(dòng)啟動(dòng)，增壓空氣出冷卻器后含水量檢測(cè)報(bào)警，轉(zhuǎn)速及有關(guān)溫度、壓力參數(shù)的監(jiān)測(cè)等。
    ·主換熱器的熱端溫差調(diào)節(jié)、進(jìn)膨脹機(jī)空氣溫度調(diào)節(jié)等。
    ·產(chǎn)品氧氣、氮?dú)狻鍤獾牧髁孔詣?dòng)調(diào)節(jié)和純度監(jiān)測(cè)報(bào)警聯(lián)鎖。
    ·上下塔及各氬塔的液面、流量、壓力、阻力、溫度等測(cè)量或調(diào)節(jié)，有關(guān)操作點(diǎn)的純度分析，主冷液氧中碳?xì)涑煞址治鰣?bào)警，精氬中各成分分析等。
    ·氧透的中控室單手柄自動(dòng)啟動(dòng)，正常或事故聯(lián)鎖停車，重事故停車并緊急噴氮，人口壓力、出口壓力、密封氣壓力、混和氣壓力、油壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，防喘振控制等。
    ·各貯槽的液面測(cè)量、壓力調(diào)節(jié)、汽化器控制和聯(lián)鎖等。
    ·電氣參數(shù)如功率因數(shù)、頻率、電壓、電流、有功功率等的顯示及累計(jì)。
    ·公用工程的測(cè)點(diǎn)顯示、調(diào)節(jié)或遙控。
    ·各主要工藝參數(shù)如流量、壓力、壓差、溫度、純度等的顯示。歷史和實(shí)時(shí)趨勢(shì)記錄。生產(chǎn)過(guò)程各主要工藝參數(shù)的各種報(bào)表，工藝參數(shù)越限，操作員的各種操作動(dòng)作自動(dòng)打印記錄，參數(shù)越限和系統(tǒng)故障時(shí)聲光報(bào)警和記錄。
    ·自動(dòng)變負(fù)荷和變工況的控制、單體設(shè)備或整套空分設(shè)備的優(yōu)化控制。所謂自動(dòng)變負(fù)荷即根據(jù)用氧的負(fù)荷變化，自動(dòng)或人為地設(shè)定氧氣量，空壓機(jī)人口導(dǎo)葉自動(dòng)調(diào)整，空分設(shè)備相應(yīng)各調(diào)節(jié)回路，如流量、液面等作出自動(dòng)調(diào)整，氧氣產(chǎn)量在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)達(dá)到。所謂自動(dòng)變工況即根據(jù)液體產(chǎn)量的需要，人為地設(shè)定液氧量，空分設(shè)備各相應(yīng)調(diào)節(jié)回路，包括膨脹機(jī)的氣量等作出自動(dòng)調(diào)整，各液體產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到產(chǎn)量。無(wú)論是自動(dòng)變負(fù)荷還是自動(dòng)變工況，其前提是保證產(chǎn)品純度不變。目前國(guó)內(nèi)的空分設(shè)備制造廠商已經(jīng)在進(jìn)行這方面的研究，但尚未進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)。國(guó)外引進(jìn)的一些空分設(shè)備已有實(shí)際投運(yùn)業(yè)績(jī)。
3 分子篩吸附器切換程序中應(yīng)考慮的問(wèn)題
    (1)從安全考慮，在工藝故障時(shí)，切換程序需要暫停或停止。但不同階段，應(yīng)作不同的處理：在卸壓過(guò)程時(shí)，為了安全，程序?qū)⒃谛秹簳r(shí)間到了后才暫停，確保壓力卸完；在升壓過(guò)程時(shí)，程序應(yīng)立即暫停，在恢復(fù)正常后重新開始計(jì)時(shí)，以保證升壓過(guò)程的壓力達(dá)到預(yù)期值。在加熱過(guò)程和冷吹過(guò)程時(shí)，程序應(yīng)立即暫停，在恢復(fù)正常后，則從暫停處繼續(xù)計(jì)時(shí)，不再延長(zhǎng)計(jì)時(shí)時(shí)間。
    (2)為減少分子篩吸附器切換時(shí)，對(duì)分餾塔壓力波動(dòng)的影響，平衡閥(升壓閥)應(yīng)采取漸開的措施，可以是從關(guān)到開的斜線控制，也可以是分階段臺(tái)階開度控制。因?yàn)榍蜷y有較好的雙向?qū)ΨQ性，平衡閥一般選用球閥。
    (3)在分子篩開始投入加熱階段以及冷吹階段結(jié)束時(shí)，作為再生氣的污氮?dú)饬髀钒l(fā)生劇烈的變化。而再生氣放空閥口徑較大，其開啟和關(guān)閉動(dòng)作緩慢，從而會(huì)引起上塔壓力的波動(dòng)。為減小此波動(dòng)，應(yīng)在切換程序中采取相應(yīng)措施。其調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)也應(yīng)仔細(xì)設(shè)定。
4 氧透中控室自動(dòng)啟動(dòng)
    氧透因其特殊性，為保證安全，一般采用DCS中控室單手柄自動(dòng)啟動(dòng)。所謂單手柄，就是中控室設(shè)置一只有三檔位置的萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)，其三位位置分別設(shè)置為停止一準(zhǔn)確一啟動(dòng)，開關(guān)從停止撥到準(zhǔn)備，各項(xiàng)啟動(dòng)條件均應(yīng)自動(dòng)準(zhǔn)備好，開關(guān)從準(zhǔn)備撥到啟動(dòng)，機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)。
    氧透停車程序有三種不同方式，即正常有計(jì)劃地人為停車、輕事故停車和重事故聯(lián)鎖停車。三種停車方式有所不同，特別是重事故聯(lián)鎖停車將進(jìn)行自動(dòng)噴氮滅火處理。
5 變送器的選型
    如果采用了DCS控制系統(tǒng)，建議選用能與該DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能通訊的智能變送器。這樣，在DCS系統(tǒng)上就能實(shí)現(xiàn)對(duì)變送器的調(diào)整、校核和工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。充分發(fā)揮DCS和智能變送器的功能。如選用美國(guó)HONEYWELL公司的TPS系統(tǒng)，則可選用該公司的ST900型智能變送器，如選用日本YOKOGAWA公司的CS3000或CS系統(tǒng)，則可選用該公司的EJA型變送器
    智能變送器與DCS控制系統(tǒng)之間可以有兩種連接方式：常規(guī)的4～20mA模擬量方式和數(shù)字通訊方式。模擬量方式時(shí)，智能變送器的精度為1‰，數(shù)字量方式時(shí)智能變送器的精度為0．7‰。
    若選擇了智能變送器，但選配的DCS系統(tǒng)沒(méi)有和智能變送器實(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊的功能(沒(méi)有相應(yīng)的智能輸入卡件)，或者選擇了智能變送器，但又不采用與DCS數(shù)字通訊的方式，都將不能充分發(fā)揮智能變送器的高精度和智能功能。
6 分析儀的選型
    分析儀發(fā)展得很快，特別是國(guó)外進(jìn)口的分析儀，有較多的公司和較多的產(chǎn)品，水平參差不齊，要仔細(xì)地分析區(qū)別。由于空分設(shè)備的分析測(cè)點(diǎn)較多，采用組合式分析儀是經(jīng)濟(jì)合理的。對(duì)空分上使用最多的氧氣分析儀，英國(guó)SERVOMEX公司的性能指標(biāo)較好。分析儀成套公司很多，對(duì)分析儀熟悉的程度和服務(wù)也有較大的差別，要注意選擇。總之，分析儀的選型要根據(jù)投資概算而定，選型的儀表一定要滿足工藝過(guò)程的要求，能長(zhǎng)期正常運(yùn)行。
    有一點(diǎn)特別要注意的是分析儀標(biāo)準(zhǔn)氣交貨期不宜太早，特別是×10-6(ppm)級(jí)氧標(biāo)氣，時(shí)間長(zhǎng)了純度可能變壞。
7 DCS系統(tǒng)的選型
    世界上有各種公司的多種多樣的DCS系統(tǒng)。原則上，任何DCS系統(tǒng)都可以選用，但應(yīng)該注意到，每個(gè)工業(yè)領(lǐng)域都有自己特殊的要求或特點(diǎn)，每一種DCS系統(tǒng)也有自己的某一特定優(yōu)勢(shì)和設(shè)計(jì)思路，可以說(shuō)，不是每一種DCS系統(tǒng)都能很好地滿足或適合空分行業(yè)的特定要求。國(guó)內(nèi)空分行業(yè)已有十多年的設(shè)計(jì)、選型和組態(tài)經(jīng)驗(yàn)，參照從國(guó)外引進(jìn)的大中型空分設(shè)備選用的DCS系統(tǒng)，總體上來(lái)說(shuō)，也許只有幾家DCS系統(tǒng)比較適合空分設(shè)備。
    空分設(shè)備選用的DCS系統(tǒng)除了在硬件上如電源、控制器、通訊、AO／DO卡等要求冗余、有能與智能變送器實(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊的I／0卡件等通用要求外，軟件方面一般要求有較強(qiáng)的邏輯功能塊(如與門、或門、非門、R-S觸發(fā)器、比較塊、選擇塊、記時(shí)器、馬達(dá)控制塊、閥門控制塊等等)，較強(qiáng)的控制語(yǔ)言編程功能，還要求系統(tǒng)與組態(tài)工作有良好的界面，即系統(tǒng)能向組態(tài)工程師提供盡可能多的內(nèi)部參數(shù)或資源作為組態(tài)工具。
    多年的經(jīng)驗(yàn)可以認(rèn)定，判別一個(gè)DCS系統(tǒng)是否可靠，功能是否強(qiáng)大和先進(jìn)，最關(guān)鍵的是看它的與過(guò)程相連的控制站的性能。因一套空分設(shè)備是一個(gè)整體，如果DCS系統(tǒng)的一個(gè)控制站能包納一套空分設(shè)備的所有測(cè)點(diǎn)，且有適當(dāng)?shù)挠嗔浚@樣既不浪費(fèi)資源，又避免了因采用多臺(tái)控制器而引起的站間通訊問(wèn)題，這是最適合于空分設(shè)備的DCS系統(tǒng)。從目前狀況來(lái)說(shuō)，美國(guó)HONEYWELL公司的TPS系統(tǒng)和日本YOKOGAWA公司的CS3000或CS系統(tǒng)是都能較好地滿足以上要求的DCS系統(tǒng)，盡管這兩個(gè)系統(tǒng)還是有很大的差別。
    空分設(shè)備廣泛應(yīng)用于冶金、化工、石化等領(lǐng)域，其長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要性是不言而喻的，因此對(duì) DCS特別是控制站的配置要求是很高的，通常要求控制站的電源、控制卡(CPU)、通訊均為冗余。這里特別要注意的是電源的冗余。最好能做到一個(gè)電源能對(duì)整個(gè)控制器供電，并不受冗余控制器切換的影響，包括對(duì)所有的控制卡和所有的I／0卡的供電，而不是一個(gè)電源只對(duì)一個(gè)卡籠供電(即通常PLC采用的RACK方式供電)或N+X的方式供電。后兩者不是嚴(yán)格意義上的冗余。有時(shí)也適當(dāng)考慮I／0卡的冗余，冗余AO輸出卡。也要求DCS系統(tǒng)有較強(qiáng)的在線的組態(tài)、修改和下載功能，較強(qiáng)的自診斷功能。
系統(tǒng)選型原則如下：
7．1 可靠性原則
    系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，它表示系統(tǒng)長(zhǎng)期、穩(wěn)定進(jìn)行工作的能力。因?yàn)榭辗衷O(shè)備包含的機(jī)組、設(shè)備較多，過(guò)程較復(fù)雜，運(yùn)行周期又是兩年；大型空分設(shè)備絕大多數(shù)用于大型冶金和化工、城市煤氣化等領(lǐng)域，系統(tǒng)出現(xiàn)故障影響生產(chǎn)，會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。這些損失往往會(huì)大大超過(guò)DCS本身的價(jià)值。因此，可靠性是放在第一位的因素。
    系統(tǒng)的可靠性是在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段就產(chǎn)生的，在生產(chǎn)制造階段得到保證，在使用階段得到實(shí)現(xiàn)和確認(rèn)。重點(diǎn)要注意以下幾個(gè)原則：
7．1．1 系統(tǒng)不易發(fā)生故障原則
    這一原則要求系統(tǒng)的固有可靠性高，要求制造商有嚴(yán)格的可靠性設(shè)計(jì)和可靠性生產(chǎn)保證措施。對(duì)用戶的安裝運(yùn)行環(huán)境要求較寬(如接地要求)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理，單元結(jié)構(gòu)合理，元器件有較大的余度，生產(chǎn)措施現(xiàn)代化且質(zhì)量控制非常嚴(yán)格。這一原則通常用MTBF來(lái)衡量，MTBF越長(zhǎng)，系統(tǒng)越不容易發(fā)生故障。但應(yīng)注意，MTBF是一個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，不是絕對(duì)的可直接測(cè)量的指標(biāo)。因此MTBF的值不一定真實(shí)。
7．1．2 系統(tǒng)運(yùn)行受影響最小原則
    DCS是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)故障。這種故障可能是系統(tǒng)自己產(chǎn)生的，也可能是用戶不按規(guī)程操作而造成的。但應(yīng)要求即使部分部件出現(xiàn)了故障，系統(tǒng)的控制運(yùn)行不應(yīng)受影響，或受到的影響盡可能小。這就要求系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須結(jié)構(gòu)合理，故障隔離技術(shù)較好，故障不易擴(kuò)散。此外，系統(tǒng)應(yīng)有較充分的冗余措施，如控制站中的控制卡(CPU)、通訊卡、電源、重要回路的AO卡要求冗余，以及多個(gè)操作站之間性能最好是相同，均能同時(shí)兼有組態(tài)和操作功能的配置。
7．1．3 迅速排除故障原則
    它要求系統(tǒng)的故障應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)得到排除，即系統(tǒng)有較強(qiáng)的自診斷功能，有準(zhǔn)確的故障指示，有方便的組件更換功能。應(yīng)有模板級(jí)帶電(在線)插拔更換功能。在調(diào)試中或系統(tǒng)投運(yùn)后，總會(huì)有些點(diǎn)和功能的調(diào)整修改，因此系統(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)的在線下載功能。開車實(shí)際表明，這是非常重要和實(shí)際的問(wèn)題。
7．1．4 系統(tǒng)的可維護(hù)性
    系統(tǒng)的維護(hù)性是指可修復(fù)系統(tǒng)排除故障的難易程度。有些DCS的早期用戶在一些備品備件的采購(gòu)和修復(fù)某些軟件時(shí)，由于種種原因碰到很多困難，以致系統(tǒng)不能正常工作。一套DCS系統(tǒng)的過(guò)早報(bào)廢將會(huì)造成重大損失。
    系統(tǒng)的維護(hù)性應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：
    (1)系統(tǒng)的固有維護(hù)性 它是指系統(tǒng)硬件和軟件本身排除故障的難易程度，如系統(tǒng)是否有全面的自診斷功能，有否準(zhǔn)確的故障指示功能，模板更換是否容易，在線修改下載功能是否強(qiáng)等。
    (2)維修的經(jīng)濟(jì)性 它指用戶購(gòu)買備品、備件的價(jià)格。在許多情況下，有些制造商提供系統(tǒng)時(shí)為了取得合同將價(jià)格壓得很低，而在訂備品備件時(shí)，價(jià)格很高，而且越是后采越高，給用戶帶來(lái)了很大麻煩。這項(xiàng)價(jià)格還包括修復(fù)備件的價(jià)格，是更換模板，還是更換元器件。
    (3)維修資源的獲取方便程度 它是指系統(tǒng)的備品備件是否容易獲得，供貨商在國(guó)內(nèi)是否有備件供應(yīng)中心，用戶提供要求后在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可以得到備件。
    (4)制造商所提供的系統(tǒng)是否將要停產(chǎn)或淘汰，停產(chǎn)淘汰之后備品、備件能提供多長(zhǎng)時(shí)間。
    (5)DCS系統(tǒng)更新?lián)Q代的連續(xù)性 應(yīng)從歷史上來(lái)考察，每個(gè)制造商更新?lián)Q代的態(tài)度和做法。有些系統(tǒng)一直保留著連續(xù)性或可升級(jí)性，而有些系統(tǒng)則是一下子全部淘汰老系統(tǒng)，推出新系統(tǒng)，給用戶造成了麻煩。
7．1．5 系統(tǒng)的成熟程度
    要注意廠商提供的DCS系統(tǒng)方案是否成熟，產(chǎn)品推出的時(shí)間，它的前期產(chǎn)品的性能如何，該產(chǎn)品是否已取得應(yīng)用實(shí)績(jī)等。這一條與系統(tǒng)的先進(jìn)性是矛盾的，老的系統(tǒng)成熟但不會(huì)太先進(jìn)，因此，成熟程度也不是絕對(duì)的，還要看其它方面的因素。但如果制造商以前沒(méi)有在DCS方面做過(guò)很多工作，而該系統(tǒng)又是新推出來(lái)的，就應(yīng)認(rèn)真考慮了。因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)的成熟還是要有一個(gè)過(guò)程的，第一次做DCS時(shí)難以一下子推出一個(gè)特別完善的系統(tǒng)。
7．1．6 制造商實(shí)力
    DCS要支持裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定的生產(chǎn)，沒(méi)有實(shí)力的制造商不可能設(shè)計(jì)和制造出好的DCS，也很難對(duì)將來(lái)的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行很好技術(shù)支持和售后服務(wù)，這一點(diǎn)上很多用戶都有過(guò)慘痛的教訓(xùn)。
    考察制造商實(shí)力時(shí)要考慮以下幾方面的內(nèi)容：
    (1)DCS行業(yè)的歷史、業(yè)績(jī)、用戶的評(píng)價(jià)、在DCS市場(chǎng)上的占有率(重點(diǎn)為在空分行業(yè))。
    (2)技術(shù)實(shí)力，有多少較強(qiáng)的技術(shù)人員。
    (3)生產(chǎn)能力，系統(tǒng)生產(chǎn)方式，有多少工作是自己內(nèi)部完成的，生產(chǎn)質(zhì)量保證體系是否健全。
    (4)投標(biāo)商的組織管理水平，人員的精神面貌。乃至該投標(biāo)商的內(nèi)部組織，如銷售、服務(wù)、備品備件各部門的分工及是否有機(jī)合理的聯(lián)系統(tǒng)一。一個(gè)管理組織松懈、誰(shuí)說(shuō)了也不算的供貨商很難供出好的DCS系統(tǒng)。
    (5)制造商近幾年的發(fā)展?fàn)顩r，是在上升，還是維持，還是在走下坡路。如果選擇的系統(tǒng)由中間商總承包，則要考察中間商和系統(tǒng)生產(chǎn)制造商的實(shí)力和配合關(guān)系密切程度及合作業(yè)績(jī)等。
7．1．7 售后服務(wù)
    售后服務(wù)也是影響DCS將來(lái)能否保持長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要因素，可從以下幾方面考察：
    (1)提供技術(shù)服務(wù)的能力和水平(有無(wú)這方面的專業(yè)人員和方式)。
    (2)技術(shù)服務(wù)的質(zhì)量信譽(yù)。
    (3)制造商的系統(tǒng)的保修期，保修期過(guò)后的維修是否方便，費(fèi)用是否很高。
    (4)服務(wù)人員是否能夠及時(shí)地到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)能派人到現(xiàn)場(chǎng)，費(fèi)用是多少。
    (5)如果是中間商總承包工程，那么還要考察用戶在急需時(shí)可否得到生產(chǎn)廠家的技術(shù)支持，費(fèi)用由誰(shuí)承擔(dān)，費(fèi)用是多少。
7．2 實(shí)用性原則
    實(shí)用性是指系統(tǒng)完成本裝置中所有要求的功能的能力和水平。DCS要完成的功能大致如2(2)所述。一般要求DCS控制器的控制卡(CPU)、通訊和電源冗余配置，能與智能變送器實(shí)現(xiàn)智能(數(shù)字)通訊，完善的在線組態(tài)、修改和下載的能力，極強(qiáng)的能診斷到接線端子級(jí)的自診斷能力。這是對(duì)DCS系統(tǒng)和它的控制器的基本要求。
    系統(tǒng)的實(shí)用性還具體體現(xiàn)在系統(tǒng)完成各控制功能的能力和水平，信號(hào)處理精度和速度，人機(jī)界面的友好性，是否有漢字系統(tǒng)，報(bào)警信號(hào)是否豐富，控制調(diào)節(jié)操作是否方便，報(bào)表處理、打印功能強(qiáng)弱程度，系統(tǒng)信號(hào)接線的方便程度，系統(tǒng)對(duì)操作環(huán)境要求的苛刻程度等等。
7．3 先進(jìn)性原則
    DCS技術(shù)發(fā)展得很快，一個(gè)系統(tǒng)幾年后就會(huì)被新的系統(tǒng)取代。DCS的發(fā)展趨勢(shì)是性能水平越來(lái)越高，價(jià)格越來(lái)越低，特別是DCS中的計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是非常靈活的。因此在評(píng)估和選擇DCS時(shí)要認(rèn)真考慮，不要選擇一個(gè)即將被淘汰的系統(tǒng)，而應(yīng)盡量選擇在滿足可靠性和實(shí)用性要求的前提下最先進(jìn)的系統(tǒng)。
    系統(tǒng)的先進(jìn)性具體體現(xiàn)不僅是所采用的CPU的位數(shù)和內(nèi)存的容量，還有系統(tǒng)是否符合DCS最新發(fā)展?fàn)顩r及水平，是否采用了先進(jìn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，體系結(jié)構(gòu)是否符合最新發(fā)展趨勢(shì)，軟件平臺(tái)與控制策略是否先進(jìn)等。DCS的開放性也是應(yīng)考慮的重要方面：
    (1)DCS的開放性應(yīng)包括硬件、軟件、通信、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等多個(gè)方面。它們都應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際協(xié)議，使它們真正能夠具有通用性，特別是DCS操作員站(帶工程師站)功能是否采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或通用設(shè)計(jì)，這對(duì)將來(lái)系統(tǒng)的維護(hù)性和升級(jí)性影響很大。
    (2)在信號(hào)接口方面，應(yīng)支持各種標(biāo)準(zhǔn)和流行的信號(hào)變送器的接口，且應(yīng)支持國(guó)際上流行的智能化儀表和設(shè)備的接口(PLC、在線工業(yè)色譜儀等)。
    (3)不僅應(yīng)注意系統(tǒng)是否能實(shí)現(xiàn)公用接口關(guān)系，還應(yīng)看它是如何實(shí)現(xiàn)的，是否有現(xiàn)成的，接口軟件是不是開放的，改動(dòng)是否容易等。
7．4 經(jīng)濟(jì)性原則
    DCS在整個(gè)項(xiàng)目費(fèi)用中雖然不占很大的比例，但也是一個(gè)非常重要的部分。因此要認(rèn)真考慮DCS的投資。由于DCS在整個(gè)裝置中的重要性，且在項(xiàng)目的進(jìn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些增加的控制內(nèi)容，因此我們認(rèn)為DCS投資也不能控制得太低，要留有余地。從以往項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程看，DCS的投資大約在設(shè)備投資的5％~8％較為合適。
    系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性具體應(yīng)注意以下內(nèi)容：
    (1)系統(tǒng)本身的價(jià)格。包括硬件、軟件、備品備件、服務(wù)和培訓(xùn)、資料等。
    (2)系統(tǒng)的安裝和調(diào)試的難易程度。不同的DCS系統(tǒng)會(huì)有不同的安裝調(diào)試費(fèi)用。
    (3)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)不同而引起的信號(hào)源不同會(huì)帶來(lái)的費(fèi)用差別。如有些DCS對(duì)測(cè)溫用的鉑電阻和熱電偶要求外界采用先變?yōu)?~20mA再進(jìn)DCS的方法，有些DCS沒(méi)有對(duì)外界DI點(diǎn)供電的能力，都會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)換信號(hào)源引起的費(fèi)用。
8 DCS和PLC在空分設(shè)備上的不同適用性
8．1 DCS與PLC的粗略比較
    DCS與PLC是控制系統(tǒng)的兩大領(lǐng)域。PLC是以取代電器回路的中間繼電器和時(shí)間繼電器等為指導(dǎo)思想，從電器控制回路發(fā)展起來(lái)的，因此具有掃描速度快、電路配置簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，特別適合于以開關(guān)量為主的設(shè)備。DCS是從化工、石化等設(shè)備以過(guò)程控制為主的思想發(fā)展起采的。旨在取代以往的常規(guī)控制儀表，如各類顯示儀表、記錄儀、調(diào)節(jié)器、運(yùn)算器等，因此具有控制功能強(qiáng)大、系統(tǒng)安全、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。
    正因?yàn)榘l(fā)展思路不同，導(dǎo)致硬件結(jié)構(gòu)不同，軟件功能不同，因此作為控制系統(tǒng)兩大領(lǐng)域的產(chǎn)品，各有各的特點(diǎn)，各有各的局限，因而各有各的使用領(lǐng)域。
8．2 從空分設(shè)備的控制要求看DCS與PLC的不同
    空分設(shè)備的工藝過(guò)程基本上屬于化工過(guò)程控制一類，從DCS在空分設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的功能可以看出，大型空分設(shè)備安全可靠穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)確保全廠的生產(chǎn)具有特別重要的意義，因此對(duì)控制系統(tǒng)提出了較高的要求。國(guó)內(nèi)外空分設(shè)備的控制系統(tǒng)選型和配置上均要求較高，就是對(duì)于DCS系統(tǒng)本身這個(gè)可靠的系統(tǒng)，也是再作了電源、控制器、通信冗余等雙重化的配置。隨著對(duì)空分設(shè)備可靠性運(yùn)行認(rèn)識(shí)的深入，一些空分設(shè)備上已作出了AO卡冗余的配置，即對(duì)空分設(shè)備上一些重要的調(diào)節(jié)回路，如空透、膨脹機(jī)、氧透等防喘振系統(tǒng)的閥門控制，空分設(shè)備本體一些重要閥門的控制，其AO輸出均作了冗余配置。在這些方面，DCS遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于PLC。
    應(yīng)該注意的是冗余概念是無(wú)時(shí)間延時(shí)的，而不是有時(shí)所說(shuō)的熱備用概念，后者往往是有時(shí)間延時(shí)或需人工切換。某些好的PLC系統(tǒng)勉強(qiáng)能實(shí)現(xiàn)以上冗余配置的一部分要求，但這樣配置的價(jià)格已不比DCS低，且實(shí)施起來(lái)顯得十分勉強(qiáng)。
    PLC處理開關(guān)量的速度非常快，但要處理模擬量的運(yùn)算和處理，如PID的調(diào)節(jié)功能等浮點(diǎn)運(yùn)算功能，其處理速度將大大降低。其程序運(yùn)算的掃描時(shí)間將變得不確定(在全部程序完成后才能進(jìn)行估算)。尤其是以模擬量為主的裝置，如空分設(shè)備，其處理速度已無(wú)優(yōu)勢(shì)可言。

    空分設(shè)備也非常注重系統(tǒng)的在線組態(tài)、修改和下裝功能及系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)開工調(diào)試功能，這些功能是保證裝置可靠運(yùn)行和縮短調(diào)試時(shí)間，加快調(diào)試進(jìn)度的重要體現(xiàn)。在這些性能方面，DCS遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于PLC。系統(tǒng)的自診斷功能也非常重要，DCS系統(tǒng)自行診斷系統(tǒng)內(nèi)部的故障，一般能診斷到端子級(jí)，很詳細(xì)地指出故障內(nèi)容、地點(diǎn)、時(shí)間和幫助解決的信息，這樣就能盡快地縮短維修時(shí)間。而PLC大多僅靠卡件上的指示燈指示故障，與DCS的功能相差甚遠(yuǎn)。
    從操作角度來(lái)說(shuō)，DCS系統(tǒng)的操作畫面、顯示功能、開車指導(dǎo)、歷史趨勢(shì)調(diào)用分析功能、工藝事故判斷、系統(tǒng)故障顯示功能遠(yuǎn)非PLC可比。
    以上從總體上分析了PLC難以做到DCS所做到的冗余配置及功能，因此PLC的安全可靠性要比DCS差。再?gòu)囊粋€(gè)局部的具體結(jié)構(gòu)上看此問(wèn)題，由于PLC發(fā)展的出發(fā)點(diǎn)是取代中間繼電器、時(shí)間繼電器等，且用簡(jiǎn)化電路、降低成本的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此常見(jiàn)的PLC其I／0卡件中凡是要向外供電的卡件均要外部另加24V電源供電，而DCS是不需要的。空分設(shè)備儀控系統(tǒng)的供電考慮得非常嚴(yán)謹(jǐn)，通常由一臺(tái)極為可靠的在線運(yùn)行的UPS不間斷電源供電。上述PLC所需24V外加電源的使用就使供電系統(tǒng)的可靠性大打折扣。
    再如PLC的開關(guān)量輸出卡，往往是幾個(gè)觸點(diǎn)公用一個(gè)端子，相互之間無(wú)電的隔離，而空分設(shè)備上開關(guān)量輸出卡有相當(dāng)部分是送到不同的電控回路中，必須要求這些觸點(diǎn)相互之間隔離。為了做到這一點(diǎn)，PLC必須在開關(guān)量輸出卡外加繼電器進(jìn)行隔離，這樣就降低了控制的可靠性。
    隨著技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，PLC的控制功能在不斷地發(fā)展，向DCS靠近。DCS的處理速度和有些DCS系統(tǒng)開關(guān)量控制功能也在不斷地提高，向PLC靠近。但它們總的界線并沒(méi)有打破，兩大領(lǐng)域的實(shí)質(zhì)性區(qū)別仍存在，其市場(chǎng)范圍沒(méi)有根本的改變。縱觀以上所說(shuō)，到目前為止，在大型空分裝置上運(yùn)用的控制系統(tǒng)仍應(yīng)為DCS系統(tǒng)。
9 DCS中的大系統(tǒng)和小系統(tǒng)的區(qū)分和選擇
    近幾年來(lái)，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，國(guó)外一些著 名的DCS廠商紛紛推出了小型的DCS系統(tǒng)，俗稱 小系統(tǒng)。如HONEYWELL公司的PLANSCAPE(場(chǎng) 景系統(tǒng))， BAILEY 公司的 FREELANCE， YOKOGAWA公司的CSl000系統(tǒng)等，它們簡(jiǎn)化了硬 件結(jié)構(gòu)，在冗余配置上比不上大系統(tǒng)，但其控制軟 件的功能及開放性卻非常好，與PLC相比，更適 合在空分設(shè)備上的應(yīng)用。目前在一些中小型空分設(shè) 備上(如 6000m3／h以下空分設(shè)備)已有應(yīng)用，今 后可能會(huì)有更好的市場(chǎng)，但100000m3／h以上空分 設(shè)備仍是DCS的市場(chǎng)。