893-DCB系列智能前端在PLC控制系统中的应用

可编程序逻辑控制器PLC以其可靠性高、组态编程容易、功能丰富等技术优势，是当前自动化领域的主流控制装置。工程应用中被控对象数量多，测点分散且分布距离远，若采用一台PLC控制，全部的I/O设备都集中在一处，则从I/O设备到现场生产设备的控制电缆冗长繁杂，不仅安装维护困难且易受各种电磁干扰。很多中小型可编程控制器（如施耐德M340，Twido，西门子s7系列等）自带或可扩展以太网口和COM口，支持标准MODBUS-RTU和MODBUS-TCP协议， PLC系统用通讯方式挂接南京迪塞斯自动化科技有限公司的893-DCB分布式智能前端，PLC和各智能前端之间用一根或二根冗余的通讯电缆以总线等拓扑结构连接起来，构成PLC分布式控制系统，能够很容易的扩展为从数十点到上千点的秒级分布式采集控制系统。这样用较低的成本，很少的工作量实现现场数据的采集和控制工作，特别是对于使用组态软件做监控或需要数据上传大系统的用户来说，这是一个能替代大中型PLC，经济高效且有很强竞争力的方案。

方案的核心在于以PLC的CPU模块为系统大脑和中枢（数据中央处理和服务器），以893-DCB系列远程I/O网络产品作为躯干和四肢（传输网络和IO通道），用户无需复杂的编程，即能够在PLC系统的内存中得到所有I/O的工程数据的映像。用户对I/O的操作（输入或输出）转变为对PLC的内存相应映射单元进行读或写，这样PLC的CPU更加专注于其控制系统的内部控制逻辑和算法的解算。另外，893-DCB系列远程智能前端具有很强的环境适应，能够分散就近安装在工业现场的测控位置附件，大大的提高了测控精度，还能节省大量的信号传输电缆，减少繁杂的工程安装和维护工作量。

该方案的关键是把PLC中央处理单元从繁杂的IO运算处理中解放出来，必须有高效的手段保障现场测控网络和PLC系统通讯的高效率，充分满足数据测控的实时性要求。

工控机(IPC)和PLC作为工业自动化领域两支重要的支柱，在现代工业生产中得到了广泛的应用。运用PLC和工控机进行分布式测控可以使两者互补功能上的不足，前者用于控制方面方便又可靠,而后者在图形显示、数据处理、打印报表以及网络通讯和人机交互等方面有很强的功能。用工控机(IPC)、PLC 和893-DCB智能前端构成分布式控制系统示意图如下：

西门子S7-200是工控工程师熟悉的小型可编程控制器，增加cp243-1以太网模块可上连工业以太网，当他和893-DCB系列产品连接后，就能方便快速的扩展为从数十点到几百点的秒级采集控制系统，用较低的成本，很少的工作量实现现场数据采集和的控制工作。S7-200 CPU模块所以能够完成“小马拉大车”的重任，其根本保障是在893-DCB智能前端的高智能和分层分区网络的高效率和可靠性。这和现代化的高铁系统的动力分散运行的道理是类似的，高铁其实并不仅仅靠车头牵引，而是运用了所谓的“动车组驱动技术”来实现高速运行。多个893智能前端并行工作，直接提供最终的工程数据；采用893-DCB1004自动完成现场多个前端的数据扫描采集。S7-200仅需要和DCB1004通讯就能快速获取893网络的实时测控数据，实现了功能前移和分散。仅仅消耗很少的PLC 的资源就能获取大量的工程数据，保证PLC有足够的资源进行高级的控制算法处理。这样更高效的利用PLC软硬件专注于控制子系统的内部逻辑进行控制运算，使整套系统具有可编程及PID等控制功能，并可脱离上位机独立运行。

一般说来，PLC控制CPU功能较强，控制算法等资源丰富，但在输入输出I/O方面，PLC存在价格高，扩展模块不隔离，IO配置不灵活，配线集中，对IO通道的采集数据高度依赖CPU模块的运算处理等问题，这大大限制了其CPU进行更高级控制运算的能力。893-DCB系列是高度智能的网络化I/O产品，采用开放标准（以太网和现场总线技术）的通用网络化控制系统，现场就地独立安装，扩展灵活多样，调试方便。模块化的结构可以方便您在应用项目四周合理分布或就地安装。各种常规工业现场信号（电流，电压，热电偶，热电阻和开关量信号）及各类变送器信号均可直接接入，简单的前端通道工作模式软件设置后，用户得到的数据的就是最终的工程量值，并且智能前端还具有对测控数据的分析处理功能，这都大大的减轻了用户组态工作量，特别常规使用PLC构建系统时所必须的繁琐恼人的底层编程调试工作，同时实现了IO通道的控制现场的分布式和智能化。

上图中DCB1004是893-DCB系列产品中的可编程多串口数据采集服务器（区域控制智能前端），用于把现场控制网络的分层分区管理，提高网络测控的实时性和可靠性。DCB1004能够不需要PLC的任何干预而自动扫描分散位于控制现场的各种类型的智能前端的测控数据，同时也能把用户设定的数据自动输出到位于现场的各个智能前端中。PLC控制系统只需要和DCB1004通讯就可以高效完成和控制现场的各种数据交换，极大的保障了系统的实时性和系统的可靠性。这样利用PLC的CPU丰富的高可靠的控制算法资源，运用893-DCB扩展大量分布式远程智能I/O口，把PLC的CPU模块从繁杂的IO工作中解放出来而更专注了的控制运算，二者结合扬长避短，使这个分布式系统更好的性价比和更高的可靠性，特别适合一般工业现场的秒级控制系统应用。

893-DCB1004区域控制智能前端能够完成控制系统的纵向分层横向分区控制，实现现场级控制网络的物理和逻辑上的完全隔离，独立完成区域控制网络的实时数据的扫描和交换控制。这样不仅大大提高数据测控的实时性，而且防止了局部故障而影响整个系统的正常运行，保障整个系统的可靠性，也方便了系统的柔性扩充维护。另外，DCB1004还支持多种串口通讯协议，能够快速把多类型的智能设备和仪表快速集成PLC控制系统中，在PLC控制系统中进一步完善了功能分散和智能分布，在分布式系统中嵌入了多个大脑并行协同工作，合理分工又紧密合作，提高整个系统的可靠性和实时性。

893-DCB智能前端可以直接安装在工业现场，防护外壳全密封，防护等级可达IP65标准，适应恶劣的电磁环境和户内外安装要求。893-DCB的现场就地安装就近控制可以为用户节省大量的信号传输电缆。用户可以可脱开PLC而使用普通计算机的通用串口或以太网端口对所挂接的893DCB系列前端进行功能检查和精度测试，大大的简化了现场调试工作。对于上位机使用iFix、InTouch、组态王、力控等国内外组态软件的用户都很适用。

893-DCB成功应用于华能长兴电厂亚洲最大的封闭集束蜂窝型煤仓智能安全监控和惰化保护系统。华能长兴电厂上大压小工程秉承“绿色示范、创新引领”理念，多个项目采用了世界领先技术。采用超大型封闭集束正六边形煤仓，长208.35米、宽60.45米，高45米，总储煤量约20万吨。仓体由48个正六边形钢筋混凝土蜂窝结构形式的小煤仓组成，这种结构形式的煤仓为亚洲首例。储煤全封闭堆放，占地小，基本没有煤灰外扬。堆取料采用上进下出方式，真正实现了储煤的先进先出和精确配煤，从而实现了经济掺烧。

封闭的筒仓内煤炭周期性静态存放，会引起温度升高、可燃性气体的集聚等引起自燃甚至爆炸。从安全出发，在筒仓合理位置安装点式测温、煤层多点测温缆式传感器、升降式综合监测机构、可燃性气体传感器（一氧化碳、甲烷、烟雾、氧气）、安全泄爆等装置。筒仓安全监测系统从可燃气体、氧气、温度、料位等方面对筒仓运行状态进行全方位、多方面、深层次实时监测，根据各种参数的组合分析，在上位机系统中将筒仓运行状况实时呈现予管理人员并联动惰化保护控制系统。

惰化保护控制系统接收安全监测系统监测数据，根据监控实时信息进行对等的保护措施。筒仓安全控制系统使用了高纯度氮气惰化保护工艺，将氮气输送管道通过筒仓不同标高处伸入筒仓内部，向筒仓内部注入氮气而保护筒仓的安全。根据筒仓内部煤炭温度或可燃气体浓度状态，按照精确的控制逻辑，针对不同的安全等级配置不同的控制方案，定时定量地完成筒仓惰化保护。当检测数据分析异常时安全监测系统首先做出第一级反应，及时发布预警命令。安全控制系统根据警报等级发布对等的控制命令，惰化保护系统自动开启第二级锁气、第三级充气、第四级换气工艺，及时稀释煤仓内部的集聚的易燃易爆气体浓度。在四级保护开启后，如果出现异常工况，自动泄爆装置自动开启，对筒仓进行第五级保护。整个监控惰化保护系统可以做到多级多点及时防护，确保筒仓及周边设备安全运行。

华能长兴电厂煤仓智能安全监控及惰化保护系统中采用PLC和工控机实现分布式测控，PLC和工控机两者功能互补。采用采用罗克韦尔Allen-Bradley(AB) PLC作为控制核心完成执行机构的控制、传感器信号的数据采集等。工控机人机界面采用iFIX组态软件，完成图形显示、数据处理、打印报表以及和电厂DCS系统数据交换等工作。在充分分析论证的基础上采用893-DCB系列智能前端作为PLC控制系统IO通道。893-DCB智能前端按照工艺要求和地理位置分布式就近安装在煤仓的顶部、中部、底部等多个位置，通过冗余的双通讯网络和PLC系统直接连接。893-DCB采集了多达1500多个模拟量测点（主要采集筒仓煤层温度和多种气体浓度等模拟量）和300多个各种开关量信号。893-DCB前端的智能化、模块化和分布式优势得到了很好的体现。

893-DCB智能前端按照工艺要求和地理位置分布式就近安装在煤仓的顶部、中部、底部等多个位置，通过冗余的双通讯网络和PLC系统直接连接。下图为893-DCB在华能长兴电厂大型封闭集束蜂窝型煤仓现场安装照片：

893-DCB分层分区的现场测控网络不仅保障了长兴电厂煤仓智能安全监控和惰化保护系统的稳定性和实时性，还极大降低了工程造价。893-DCB在华能长兴电厂煤仓智能安全监控和惰化保护系统运行一年来，系统运行高速稳定，取得了令人满意的效果。

893-DCB前端智能化程度高，功能强，品种全，测控精度高，可以满足多种工业控制的需求。

893-DCB的各种类型的智能前端综合采用了多种严格的隔离措施，实现多个传感器和主机之间的信号安全隔离和高精度数据采集、隔离转换、监控与传输。不仅保证了整个系统具有很强的抗干扰能力和极高的测控精度，而且还为被测控对象和整个系统的安全可靠带来了保障。

前端的输入输出可编程，使用灵活，可以减少用户备品备件的数量，为用户节省投资。

893-DCB运用开放的网络技术实现现场设备到信息层的无缝连接，无论是少量设备、单一网络，还是多种设备、多种总线网络都可以快速集成。893-DCB可以高效快速地和常见的SCADA/ HMI以及PLC、DCS等进行连接，能够快速集成融合多种通讯方式的智能仪表和设备，具有广泛的适用性。PLC控制系统应用示意图如下：

893-DCB在PLC控制系统中的应用