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，是當前自動化領(lǐng)域的主流控制裝置。工程應(yīng)用中被控對象數(shù)量多，測點分散且分布距離遠，若采用一臺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)場生產(chǎn)設(shè)備的控制電纜冗長繁雜，不僅安裝維護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）自帶或可擴展以太網(wǎng)口和COM口，支持標準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撲結(jié)構(gòu)連接起來，構(gòu)成PLC分布式控制系統(tǒng)，能夠很容易的擴展為從數(shù)十點到上千點的秒級分布式采集控制系統(tǒng)。這樣用較低的成本，很少的工作量實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制工作，特別是對于使用組態(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，這是一個能替代大中型PLC，經(jīng)濟高效且有很強競爭力的方案。

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I/O的操作（輸入或輸出）轉(zhuǎn)變?yōu)閷LC的內(nèi)存相應(yīng)映射單元進行讀或?qū)懀@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系列遠程智能前端具有很強的環(huán)境適應(yīng)，能夠分散就近安裝在工業(yè)現(xiàn)場的測控位置附件，大大的提高了測控精度，還能節(jié)省大量的信號傳輸電纜，減少繁雜的工程安裝和維護工作量。

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

工控機(IPC)和PLC作為工業(yè)自動化領(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。運用PLC和工控機進行分布式測控可以使兩者互補功能上的不足，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、打印報表以及網(wǎng)絡(luò)通訊和人機交互等方面有很強的功能。用工控機(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)，當他和893-DCB系列產(chǎn)品連接后，就能方便快速的擴展為從數(shù)十點到幾百點的秒級采集控制系統(tǒng)，用較低的成本，很少的工作量實現(xiàn)現(xiàn)場數(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)的動力分散運行的道理是類似的，高鐵其實并不僅僅靠車頭牽引，而是運用了所謂的“動車組驅(qū)動技術(shù)”來實現(xiàn)高速運行。多個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自動完成現(xiàn)場多個前端的數(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)的實時測控數(shù)據(jù)，實現(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有足夠的資源進行高級的控制算法處理。這樣更高效的利用PLC軟硬件專注于控制子系統(tǒng)的內(nèi)部邏輯進行控制運算，使整套系統(tǒng)具有可編程及PID等控制功能，并可脫離上位機獨立運行。

一般說來，PLC控制CPU功能較強，控制算法等資源豐富，但在輸入輸出I/O方面，PLC存在價格高，擴展模塊不隔離，IO配置不靈活，配線集中，對IO通道的采集數(shù)據(jù)高度依賴CPU模塊的運算處理等問題，這大大限制了其CPU進行更高級控制運算的能力。893-DCB系列是高度智能的網(wǎng)絡(luò)化I/O產(chǎn)品，采用開放標準（以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)）的通用網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，現(xiàn)場就地獨立安裝，擴展靈活多樣，調(diào)試方便。模塊化的結(jié)構(gòu)可以方便您在應(yīng)用項目四周合理分布或就地安裝。各種常規(guī)工業(yè)現(xiàn)場信號（電流，電壓，熱電偶，熱電阻和開關(guān)量信號）及各類變送器信號均可直接接入，簡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測控數(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)時所必須的繁瑣惱人的底層編程調(diào)試工作，同時實現(xiàn)了IO通道的控制現(xiàn)場的分布式和智能化。

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)場控制網(wǎng)絡(luò)的分層分區(qū)管理，提高網(wǎng)絡(luò)測控的實時性和可靠性。DCB1004能夠不需要PLC的任何干預(yù)而自動掃描分散位于控制現(xiàn)場的各種類型的智能前端的測控數(shù)據(jù)，同時也能把用戶設(shè)定的數(shù)據(jù)自動輸出到位于現(xiàn)場的各個智能前端中。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)場的各種數(shù)據(jù)交換，極大的保障了系統(tǒng)的實時性和系統(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，運用893-DCB擴展大量分布式遠程智能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算，二者結(jié)合揚長避短，使這個分布式系統(tǒng)更好的性價比和更高的可靠性，特別適合一般工業(yè)現(xiàn)場的秒級控制系統(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，實現(xiàn)現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò)的物理和邏輯上的完全隔離，獨立完成區(qū)域控制網(wǎng)絡(luò)的實時數(shù)據(jù)的掃描和交換控制。這樣不僅大大提高數(shù)據(jù)測控的實時性，而且防止了局部故障而影響整個系統(tǒng)的正常運行，保障整個系統(tǒng)的可靠性，也方便了系統(tǒng)的柔性擴充維護。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)中嵌入了多個大腦并行協(xié)同工作，合理分工又緊密合作，提高整個系統(tǒng)的可靠性和實時性。

893-DCB智能前端可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場，防護外殼全密封，防護等級可達IP65標準，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)場就地安裝就近控制可以為用戶節(jié)省大量的信號傳輸電纜。用戶可以可脫開PLC而使用普通計算機的通用串口或以太網(wǎng)端口對所掛接的893DCB系列前端進行功能檢查和精度測試，大大的簡化了現(xiàn)場調(diào)試工作。對于上位機使用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)控和惰化保護系統(tǒng)。華能長興電廠上大壓小工程秉承“綠色示范、創(chuàng)新引領(lǐng)”理念，多個項目采用了世界領(lǐng)先技術(shù)。采用超大型封閉集束正六邊形煤倉，長208.35米、寬60.45米，高45米，總儲煤量約20萬噸。倉體由48個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。儲煤全封閉堆放，占地小，基本沒有煤灰外揚。堆取料采用上進下出方式，真正實現(xiàn)了儲煤的先進先出和精確配煤，從而實現(xiàn)了經(jīng)濟摻燒。

封閉的筒倉內(nèi)煤炭周期性靜態(tài)存放，會引起溫度升高、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式測溫、煤層多點測溫纜式傳感器、升降式綜合監(jiān)測機構(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)測系統(tǒng)從可燃氣體、氧氣、溫度、料位等方面對筒倉運行狀態(tài)進行全方位、多方面、深層次實時監(jiān)測，根據(jù)各種參數(shù)的組合分析，在上位機系統(tǒng)中將筒倉運行狀況實時呈現(xiàn)予管理人員并聯(lián)動惰化保護控制系統(tǒng)。

惰化保護控制系統(tǒng)接收安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)控實時信息進行對等的保護措施。筒倉安全控制系統(tǒng)使用了高純度氮氣惰化保護工藝，將氮氣輸送管道通過筒倉不同標高處伸入筒倉內(nèi)部，向筒倉內(nèi)部注入氮氣而保護筒倉的安全。根據(jù)筒倉內(nèi)部煤炭溫度或可燃氣體濃度狀態(tài)，按照精確的控制邏輯，針對不同的安全等級配置不同的控制方案，定時定量地完成筒倉惰化保護。當檢測數(shù)據(jù)分析異常時安全監(jiān)測系統(tǒng)首先做出第一級反應(yīng)，及時發(fā)布預(yù)警命令。安全控制系統(tǒng)根據(jù)警報等級發(fā)布對等的控制命令，惰化保護系統(tǒng)自動開啟第二級鎖氣、第三級充氣、第四級換氣工藝，及時稀釋煤倉內(nèi)部的集聚的易燃易爆氣體濃度。在四級保護開啟后，如果出現(xiàn)異常工況，自動泄爆裝置自動開啟，對筒倉進行第五級保護。整個監(jiān)控惰化保護系統(tǒng)可以做到多級多點及時防護，確保筒倉及周邊設(shè)備安全運行。

華能長興電廠煤倉智能安全監(jiān)控及惰化保護系統(tǒng)中采用PLC和工控機實現(xiàn)分布式測控，PLC和工控機兩者功能互補。采用采用羅克韋爾Allen-Bradley(AB) PLC作為控制核心完成執(zhí)行機構(gòu)的控制、傳感器信號的數(shù)據(jù)采集等。工控機人機界面采用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1500多個模擬量測點（主要采集筒倉煤層溫度和多種氣體濃度等模擬量）和300多個各種開關(guān)量信號。893-DCB前端的智能化、模塊化和分布式優(yōu)勢得到了很好的體現(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在華能長興電廠大型封閉集束蜂窩型煤倉現(xiàn)場安裝照片：

893-DCB分層分區(qū)的現(xiàn)場測控網(wǎng)絡(luò)不僅保障了長興電廠煤倉智能安全監(jiān)控和惰化保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性，還極大降低了工程造價。893-DCB在華能長興電廠煤倉智能安全監(jiān)控和惰化保護系統(tǒng)運行一年來，系統(tǒng)運行高速穩(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，品種全，測控精度高，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格的隔離措施，實現(xiàn)多個傳感器和主機之間的信號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。不僅保證了整個系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力和極高的測控精度，而且還為被測控對象和整個系統(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運用開放的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場設(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