论文部分内容阅读
[摘 要]伴随社会进步及经济发展，现代化电子技术日趋成熟，PLC控制系统及DCS控制系统被广泛应用于气田开采领域，得到越来越多技术人员的关注及重视。由于PLC控制系统及DCS控制系统处于技术革新阶段，其功能、模块及适用范围间均存在着显著差异性，客观上要求技术人员系统对比二者应用优劣势。本文以PLC控制系统及DCS控制系统为切入点分析二者差异性，就提出具体的联合应用方案进行深入探究，旨在为相关技术人员积累更多的工作经验提高气田开采工作效率。
[关键词]PLC控制系统；DCS控制系统；气田
中图分类号：TP273；TE95 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）33-0148-01
自进入21世纪以来，在社会经济稳健发展的大背景下，我国气田开采技术水平已取得一定进步及发展，社会对于气田开采工作提出全新的要求及标准。为了顺应时代发展潮流满足日趋严格的开采工作要求，气田开采工作重心逐步向分析PLC控制系统及DCS控制系统二者应用优势转变[1]。同时，PLC控制系统及DCS控制系统作为第3代控制系统的典型代表，被广泛应用于轻工、化工、石油、电力及冶金等领域，特别是气田开采领域，能大大提高开采效率保证开采质量。由于PLC控制系统及DCS控制系统处于技术革新阶段，其功能、模块及适用范围间均存在着显著差异性，客观上要求技术人员对比二者应用优劣势制定出可行性强的联合使用方案。鉴于此，本文针对PLC控制系统及DCS控制系统对于气田应用优势的研究具有重要意义。
1. PLC控制系统及DCS控制系统的概述
1.1DCS控制系统
DCS控制系统（中文简称集散控制系统）是兼顾控制、显示、通讯及计算机等4C技术的“综合体”，其实质是由过程监控级及过程控制级共同组成且以通信网络为传输纽带的多级计算机系统，具有组态方便、配置灵活、分级管理、集中操作及分散控制等鲜明特点[2]。从结构角度来看，DCS控制系统可分为管理级、操作级及过程级，而过程级是肩负系统控制功能的实施模块，由现场仪表、I/O单元及过程控制站共同构成；操作级由工程师及操作员站共同构成，适用于组态系统及操作系统。作为拓扑大系统，DCS控制系统呈树状由上至下实现控制功能，而通信通畅是保证系统控制效果的关键环节。
1.2PLC控制系统
PLC控制系统（中文简称可编程逻辑控制器）主要通过选择可编程存储器用于内部程序存储面向用户发出计算操作、计数操作、定时操作、顺序控制及逻辑运算等指令再通过模拟式输出/输入或数字室输出/输入控制各个类型机械生产过程，具有维护便捷、使用方便、编程简单、适用范围广、功能强大、抗干扰性能强及可靠性高等鲜明特点[3]。同时，PLC 控制系统自控制开关量环节向顺序控制或运算处理环节发展，呈现由下至上运算处理及由低级至高级运算处理。此外，PLC控制系统功能较为多样，例如：连续不间断HD控制等，并且PLC控制系统不止能使用1台PC机为主站，更能使用1台PLC为主站。
2. PLC控制系统与DCS控制系统在气田的应用优势
一般说来，气田开采具有设备专业性、流程特殊性、大规模生产性、技术依赖性及资源依赖性等鲜明特点，对于技术方面要求较为严格且技术依赖性较强，促使技术问题成为影响气田开采工作效率的主要原因[4]。同时，气田开采成本投入大且前期投入资金占比例高，无法脱离长时间生产及大规模生产，一旦控制系统技术水平不足或出现技术问题则直接影响气田开采质量造成资金浪费，存在埋下安全隐患的可能性，甚至威胁工作人员生命安全阻碍企业长远发展。此外，由于气田开采行业耗费大量人力、物力及财力，必须遵循相应的开采流程完成开采任务，具有设备专业性及流程特殊性等鲜明特点。
2.1DCS应用优势
由于气田开采各个环节对于工作环境的要求较为严格，特别是开采过程中对系统反应敏捷性及集散性提出明确的技术标准及操作要求。相较于PLC控制系统，DCS控制系统能实现开采过程中彻底集散控制就地处理数据传输，优化数据转换及数据传输等环节，以达到节约时间、控制时间，提高开采效率及保证化学反应彻底性的目标[5]。同时，DCS控制系统主要通过二进制数字信号完成传输任务，有效规避传输环节干扰因素确保数据传输精确性及传输质量。相较于传统模拟信号，二进制数字信号大大降低数据传输过程中误差，提高数据测量及数据控制的准确性。
从系统结构角度来看，DCS控制系统结构较为简单，不断优化相关线路及流程避免数据转化及数据传输等流程，明显增强控制系统在气田开采过程中可靠性及安全性。与传统控制系统相比，DCS控制系统可控性较为精确，主要通过数字化实现数据传输规避数据传输环节中干扰因素影响，确保数据传输的真实性，促使操作人员在实际工作过程中了解数据变化幅度，结合数据变化结果得出设备运行相关判断，便于作出正确的生产决策降低安全事故发生率，以达到增强系统控制性的目标。此外，DCS控制系统较为开放，不同气田开采企业可结合自身总线协议将自身开采技术优势与控制系统相结合实现系统相互操作。
2.2PLC应用优势
相较于DCS控制系统，PLC控制系统在气田开采过程中数据采集功能优势较为鲜明，特别是气田生产过程中PLC控制系统以自动化控制系统要求为参照实现精度转换，利用自动化扫描周期或模块采样速度等程序形成以图表、文字及曲线为呈现形式的气田生产信息，真实反映气田生产各个环节的运行状况，并且利用设备显示屏再反馈于操作人员，确保操作人员能及时全面了解各个生产环节运行状态，避免开采过程中数据收集不足或不及时所引发的错误判断。同时，PLC控制系统主要通过可选功能组级及相应的单项控制方式控制相应的子组级进行独立运行，以达到优化气田生产过程中工艺流程的目标。
3. PLC控制系统与DCS控制系统在气田的联合应用
历经多年研究及发展，研究人员发现将PLC控制系统与DCS控制系统相结合能形成全新的联合控制系统，除保留二者应用优势外实现功能层面相互补充，甚至于多个领域内完成并存弥补二者间不足，尤其是以PLC+PC为主体的DCS系统被广泛应用于化工领域。同时，联合控制系统以DCS设计思路为基础兼顾PLC控制系统及DCS控制系统二者间优势，由输入/输出、控制器、中央服务器、操作员工作站及系統网络共同组成。其中，由于DCS控制系统以系统网络为基础，意味着系统网络与系统可扩展性、可靠性及实时性间存在着密切联系，换而言之系统网络对联合控制系统具有同等重要作用。操作员工站主要负责用户与联合控制系统间信息交换，不止能帮助操作人员及时掌握系统运行情况，更能为操作人员提供人机界面实现生产过程实时调节及实时控制。中央服务器普遍选择WindowsNT为操作系统配置相应的系统应用软件，甚至部分气田企业与自身企业管理系统相连接实现信息集中化管理。
4. 结语
通过本文探究，认识到在现代化电子技术日趋成熟的大背景下，PLC控制系统及DCS控制系统被广泛应用于气田开采领域，得到越来越多技术人员的关注及重视。因此，气田开采企业结合自身长远发展目标及发展方向，纳入软件功能、网络结构、数据库及安全性等指标全面对比PLC控制系统与DCS控制系统的二者间应用优劣势，将PLC控制系统与DCS控制系统相结合，制定相应的联合应用方案，进一步提高气田开采效率确保气田开采质量及开采安全性，为我国天然气开采行业可持续性发展奠定夯实基础。
参考文献
[1]刘健. 化工生产中的DCS及PLC控制系统分析[J]. 中国化工贸易， 2015（2）.
[2]樊莉.DCS和PLC控制系统在冶金自动化中的应用[J].工业设计，2016（01）：186-187.
[3]刘虎.DCS自控系统在供热厂锅炉的设计和应用[J].今日科苑，2014（10）：87-89.
[4]李俊.DCS系统与PLC系统的性能对比分析[J].企业技术开发，2014，33（17）：59+66.
[5]王晓峰.论PLC DCS FCS三大控制系统[J].电子世界，2014（10）：82-83.
[关键词]PLC控制系统；DCS控制系统；气田
中图分类号：TP273；TE95 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）33-0148-01
自进入21世纪以来，在社会经济稳健发展的大背景下，我国气田开采技术水平已取得一定进步及发展，社会对于气田开采工作提出全新的要求及标准。为了顺应时代发展潮流满足日趋严格的开采工作要求，气田开采工作重心逐步向分析PLC控制系统及DCS控制系统二者应用优势转变[1]。同时，PLC控制系统及DCS控制系统作为第3代控制系统的典型代表，被广泛应用于轻工、化工、石油、电力及冶金等领域，特别是气田开采领域，能大大提高开采效率保证开采质量。由于PLC控制系统及DCS控制系统处于技术革新阶段，其功能、模块及适用范围间均存在着显著差异性，客观上要求技术人员对比二者应用优劣势制定出可行性强的联合使用方案。鉴于此，本文针对PLC控制系统及DCS控制系统对于气田应用优势的研究具有重要意义。
1. PLC控制系统及DCS控制系统的概述
1.1DCS控制系统
DCS控制系统（中文简称集散控制系统）是兼顾控制、显示、通讯及计算机等4C技术的“综合体”，其实质是由过程监控级及过程控制级共同组成且以通信网络为传输纽带的多级计算机系统，具有组态方便、配置灵活、分级管理、集中操作及分散控制等鲜明特点[2]。从结构角度来看，DCS控制系统可分为管理级、操作级及过程级，而过程级是肩负系统控制功能的实施模块，由现场仪表、I/O单元及过程控制站共同构成；操作级由工程师及操作员站共同构成，适用于组态系统及操作系统。作为拓扑大系统，DCS控制系统呈树状由上至下实现控制功能，而通信通畅是保证系统控制效果的关键环节。
1.2PLC控制系统
PLC控制系统（中文简称可编程逻辑控制器）主要通过选择可编程存储器用于内部程序存储面向用户发出计算操作、计数操作、定时操作、顺序控制及逻辑运算等指令再通过模拟式输出/输入或数字室输出/输入控制各个类型机械生产过程，具有维护便捷、使用方便、编程简单、适用范围广、功能强大、抗干扰性能强及可靠性高等鲜明特点[3]。同时，PLC 控制系统自控制开关量环节向顺序控制或运算处理环节发展，呈现由下至上运算处理及由低级至高级运算处理。此外，PLC控制系统功能较为多样，例如：连续不间断HD控制等，并且PLC控制系统不止能使用1台PC机为主站，更能使用1台PLC为主站。
2. PLC控制系统与DCS控制系统在气田的应用优势
一般说来，气田开采具有设备专业性、流程特殊性、大规模生产性、技术依赖性及资源依赖性等鲜明特点，对于技术方面要求较为严格且技术依赖性较强，促使技术问题成为影响气田开采工作效率的主要原因[4]。同时，气田开采成本投入大且前期投入资金占比例高，无法脱离长时间生产及大规模生产，一旦控制系统技术水平不足或出现技术问题则直接影响气田开采质量造成资金浪费，存在埋下安全隐患的可能性，甚至威胁工作人员生命安全阻碍企业长远发展。此外，由于气田开采行业耗费大量人力、物力及财力，必须遵循相应的开采流程完成开采任务，具有设备专业性及流程特殊性等鲜明特点。
2.1DCS应用优势
由于气田开采各个环节对于工作环境的要求较为严格，特别是开采过程中对系统反应敏捷性及集散性提出明确的技术标准及操作要求。相较于PLC控制系统，DCS控制系统能实现开采过程中彻底集散控制就地处理数据传输，优化数据转换及数据传输等环节，以达到节约时间、控制时间，提高开采效率及保证化学反应彻底性的目标[5]。同时，DCS控制系统主要通过二进制数字信号完成传输任务，有效规避传输环节干扰因素确保数据传输精确性及传输质量。相较于传统模拟信号，二进制数字信号大大降低数据传输过程中误差，提高数据测量及数据控制的准确性。
从系统结构角度来看，DCS控制系统结构较为简单，不断优化相关线路及流程避免数据转化及数据传输等流程，明显增强控制系统在气田开采过程中可靠性及安全性。与传统控制系统相比，DCS控制系统可控性较为精确，主要通过数字化实现数据传输规避数据传输环节中干扰因素影响，确保数据传输的真实性，促使操作人员在实际工作过程中了解数据变化幅度，结合数据变化结果得出设备运行相关判断，便于作出正确的生产决策降低安全事故发生率，以达到增强系统控制性的目标。此外，DCS控制系统较为开放，不同气田开采企业可结合自身总线协议将自身开采技术优势与控制系统相结合实现系统相互操作。
2.2PLC应用优势
相较于DCS控制系统，PLC控制系统在气田开采过程中数据采集功能优势较为鲜明，特别是气田生产过程中PLC控制系统以自动化控制系统要求为参照实现精度转换，利用自动化扫描周期或模块采样速度等程序形成以图表、文字及曲线为呈现形式的气田生产信息，真实反映气田生产各个环节的运行状况，并且利用设备显示屏再反馈于操作人员，确保操作人员能及时全面了解各个生产环节运行状态，避免开采过程中数据收集不足或不及时所引发的错误判断。同时，PLC控制系统主要通过可选功能组级及相应的单项控制方式控制相应的子组级进行独立运行，以达到优化气田生产过程中工艺流程的目标。
3. PLC控制系统与DCS控制系统在气田的联合应用
历经多年研究及发展，研究人员发现将PLC控制系统与DCS控制系统相结合能形成全新的联合控制系统，除保留二者应用优势外实现功能层面相互补充，甚至于多个领域内完成并存弥补二者间不足，尤其是以PLC+PC为主体的DCS系统被广泛应用于化工领域。同时，联合控制系统以DCS设计思路为基础兼顾PLC控制系统及DCS控制系统二者间优势，由输入/输出、控制器、中央服务器、操作员工作站及系統网络共同组成。其中，由于DCS控制系统以系统网络为基础，意味着系统网络与系统可扩展性、可靠性及实时性间存在着密切联系，换而言之系统网络对联合控制系统具有同等重要作用。操作员工站主要负责用户与联合控制系统间信息交换，不止能帮助操作人员及时掌握系统运行情况，更能为操作人员提供人机界面实现生产过程实时调节及实时控制。中央服务器普遍选择WindowsNT为操作系统配置相应的系统应用软件，甚至部分气田企业与自身企业管理系统相连接实现信息集中化管理。
4. 结语
通过本文探究，认识到在现代化电子技术日趋成熟的大背景下，PLC控制系统及DCS控制系统被广泛应用于气田开采领域，得到越来越多技术人员的关注及重视。因此，气田开采企业结合自身长远发展目标及发展方向，纳入软件功能、网络结构、数据库及安全性等指标全面对比PLC控制系统与DCS控制系统的二者间应用优劣势，将PLC控制系统与DCS控制系统相结合，制定相应的联合应用方案，进一步提高气田开采效率确保气田开采质量及开采安全性，为我国天然气开采行业可持续性发展奠定夯实基础。
参考文献
[1]刘健. 化工生产中的DCS及PLC控制系统分析[J]. 中国化工贸易， 2015（2）.
[2]樊莉.DCS和PLC控制系统在冶金自动化中的应用[J].工业设计，2016（01）：186-187.
[3]刘虎.DCS自控系统在供热厂锅炉的设计和应用[J].今日科苑，2014（10）：87-89.
[4]李俊.DCS系统与PLC系统的性能对比分析[J].企业技术开发，2014，33（17）：59+66.
[5]王晓峰.论PLC DCS FCS三大控制系统[J].电子世界，2014（10）：82-83.