DCS控制的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用

本篇文章對DCS控制的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)進(jìn)行了簡要的闡述，在此基礎(chǔ)上，對化工企業(yè)DCS控制系統(tǒng)的選型進(jìn)行簡單介紹和討論，并對DCS控制系統(tǒng)的常見故障與日常維護(hù)進(jìn)行介紹。

DCS屬于第四代的工業(yè)控制系統(tǒng)，是英文Distributed Control System的縮寫，意為分布式控制系統(tǒng)，也稱為集散式控制系統(tǒng)。DCS是一種多級控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其技術(shù)構(gòu)成包括了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、顯示與控制技術(shù);系統(tǒng)構(gòu)成分為過程控制級與過程監(jiān)控級。DCS是在上世紀(jì)70年代產(chǎn)生并發(fā)展起來的，一經(jīng)問世便引起了工業(yè)控制領(lǐng)域的重大關(guān)注，受到了高度的評價(jià)，迄今為止已經(jīng)在全世界的工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

本篇文章要介紹的的便是DCS控制系統(tǒng)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用。

一、DCS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

DCS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的組成：

DCS從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來說，分為過程級、操作級與管理級。

過程級是DCS控制系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分，包括了過程控制站、I/O單元以及各種現(xiàn)場儀表;操作級負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的操作與組態(tài)，包括了操作員站與工程師站;管理級是綜合管理系統(tǒng)，是DCS的一種高層次的應(yīng)用，是從企業(yè)生產(chǎn)控制到信息管理的綜合系統(tǒng)。目前來說，在一般的工業(yè)應(yīng)用中，主要是由過程級與操作級組成，具備管理級的DCS控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還是比較少的，尤其是在一些規(guī)模處于中小等級的企業(yè)中，涉及管理級的更為少見。

過程級：負(fù)責(zé)DCS控制系統(tǒng)的功能實(shí)施，過程控制站完成DCS的控制決策，是系統(tǒng)的執(zhí)行單元，由一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，包括了電源、中央處理器、網(wǎng)絡(luò)接口以及輸入輸出模塊等。

操作級：包括了操作員站與工程師站。操作員站的功能是處理一切與系統(tǒng)運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面;工程師站負(fù)責(zé)對DCS系統(tǒng)進(jìn)行離線配置、組態(tài)以及在線監(jiān)督、控制、維護(hù)工作，對于系統(tǒng)的配置以及參數(shù)的設(shè)定，系統(tǒng)工程師都是通過工程師站來進(jìn)行。

DCS控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：

DCS是一種分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體現(xiàn)的是分散控制、集中操作及分組管理的基基本思想。DCS控制系統(tǒng)配置靈活、組態(tài)方便，具體特點(diǎn)如下：

1、具有可靠性高的特點(diǎn)

DCS控制系統(tǒng)將控制功能分散在了各個(gè)計(jì)算機(jī)上來實(shí)現(xiàn)，每臺計(jì)算機(jī)承擔(dān)單一的系統(tǒng)任務(wù)，這樣，當(dāng)系統(tǒng)的任一計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障后，不會對系統(tǒng)其它計(jì)算機(jī)構(gòu)成重大影響，而且這種結(jié)構(gòu)模式可以針對系統(tǒng)需求采用專用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)功能要求，使系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的性能得到了較大的提升，提高了系統(tǒng)可靠性。

2、開放的系統(tǒng)特性

DCS控制系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中的獨(dú)立計(jì)算機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)具備了開放特性，各個(gè)子系統(tǒng)可以方便的接入控制系統(tǒng)，也可以隨時(shí)從系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中卸載退出，不會對其它子系統(tǒng)或是計(jì)算機(jī)造成影響，使系統(tǒng)在進(jìn)行功能擴(kuò)充與調(diào)整時(shí)十分方便。

3、系統(tǒng)維護(hù)簡單方便

DCS控制系統(tǒng)由功能單一的小型或是微型計(jì)算機(jī)組成，各個(gè)計(jì)算機(jī)間相互獨(dú)立，局部故障不影響其它計(jì)算機(jī)的功能，可以在不影響系統(tǒng)運(yùn)行的條件下進(jìn)行故障點(diǎn)故障的檢測與排除，具有維護(hù)簡單、方便的特點(diǎn)。

4 、DCS控制系統(tǒng)組成靈活、功能齊全

DCS控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、順序控制，可實(shí)現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)以及預(yù)測控制，其系統(tǒng)組成方式十分靈活，可以由管理站、操作員站、工程師站、現(xiàn)場控制站等組成，也可以服務(wù)器、可編程控制器等組成。過程級通常是由現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站來執(zhí)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，并通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)讲僮骷売?jì)算機(jī)。操作級實(shí)現(xiàn)對過程數(shù)據(jù)的集中操作，包括數(shù)據(jù)的優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)，故障的診斷、顯示、報(bào)警等。在具備管理級的系統(tǒng)中，DCS還可以根據(jù)企業(yè)整體管理需求實(shí)現(xiàn)與更高級別管理系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)企業(yè)其它管理功能的集中管理與操作。

二、化工企業(yè)DCS控制系統(tǒng)的選型

化工企業(yè)選型DCS控制系統(tǒng)首先應(yīng)考慮的問題

1、項(xiàng)目規(guī)模與性質(zhì)

DCS控制系統(tǒng)的選型首先應(yīng)該考慮的就是項(xiàng)目的規(guī)模與性質(zhì)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)?？煞譃榇笮晚?xiàng)目與中小型項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)可分為新建項(xiàng)目與改擴(kuò)建項(xiàng)目。

對于大型項(xiàng)目，無論是新建或是改擴(kuò)建，均應(yīng)考慮建立獨(dú)立的DCS網(wǎng)絡(luò)，改擴(kuò)建項(xiàng)目應(yīng)考慮到與原有DCS網(wǎng)絡(luò)的接口以及后續(xù)的系統(tǒng)擴(kuò)充問題;對于中小型項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，以原有的DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為主，將數(shù)據(jù)集成于其中。

2、項(xiàng)目總體規(guī)劃要求

企業(yè)DCS控制系統(tǒng)在建立之初，均要對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行總體的規(guī)劃，主要的規(guī)劃內(nèi)容是要對企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行系統(tǒng)控制還是要集成自動控制與信息管理系統(tǒng)。對企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行系統(tǒng)控制，通常不會涉及到管理級，建立一套具備過程級及操作級的控制系統(tǒng)，基本可以滿足企業(yè)的需求;而要實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)信息集成與企業(yè)資源管理系統(tǒng)的優(yōu)化，則要建立的是集成自動控制與企業(yè)信息管理的系統(tǒng)，使企業(yè)生產(chǎn)與管理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，這樣的系統(tǒng)通常要具備三層的結(jié)構(gòu)，包括了企業(yè)資源計(jì)劃、生產(chǎn)運(yùn)行管理與過程控制。

3、技術(shù)的先進(jìn)性與適用性

技術(shù)的先進(jìn)性與適用性是DCS控制系統(tǒng)選型的重要條件之一。先進(jìn)性要求系統(tǒng)的技術(shù)選擇要緊跟DCS技術(shù)發(fā)展的趨勢，具備在一定時(shí)間范圍內(nèi)技術(shù)的先進(jìn)，避免系統(tǒng)在使用周期上造成損失;技術(shù)用適用性要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要具有針對性，要針對企業(yè)的實(shí)際情況與特點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到符合企業(yè)需求的目的，即要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在達(dá)到技術(shù)先進(jìn)的同時(shí)要確保合理性與適用性。 三、DCS控制系統(tǒng)選型建議

基于上述化工企業(yè)在DCS控制系統(tǒng)選型上需考慮的問題，建議選用基于工業(yè)以太網(wǎng)的開放式DCS控制系統(tǒng)，以滿足企業(yè)信息管理系統(tǒng)對于企業(yè)整體管理的需求，并為后續(xù)DCS控制系統(tǒng)的進(jìn)一步拓展提供基礎(chǔ)與空間;考慮到現(xiàn)場總線技術(shù)仍處于發(fā)展與完善階段，在DCS系統(tǒng)中尚不能全部使用FF總線儀表，因此，系統(tǒng)可采用現(xiàn)場總線結(jié)合常規(guī)智能儀表混合。

DCS控制系統(tǒng)的常見故障與日常維護(hù)：

DCS是一種結(jié)合了多種技術(shù)的復(fù)雜控制系統(tǒng)，在實(shí)際的應(yīng)用中，系統(tǒng)出現(xiàn)故障是在所難免的。在過往經(jīng)驗(yàn)來說，DCS控制系統(tǒng)的常見故障有如下幾種：

1、電源故障

電源故障是DCS控制系統(tǒng)中較易出現(xiàn)的問題，故障原因也比較多，保險(xiǎn)配置不合理、保護(hù)誤動作或是備用電源沒有自投等都有可能造成電源故障。電源故障雖然比較多，但處理起來也比較簡單，故障原因也比較容易查找。對于電源故障的預(yù)防措施，主要是對保險(xiǎn)配置的容量要仿真核對，選擇匹配的保險(xiǎn)容量，讓保險(xiǎn)起到應(yīng)起的作用;UPS的配備對于系統(tǒng)的正常供電是十分重要的，在配備時(shí)應(yīng)充分考慮到冗余與備用的問題。

2、干擾故障

DCS控制系統(tǒng)的干擾故障通常就是系統(tǒng)的接地問題，干擾源一般有大功率的通信設(shè)備，以及大功率設(shè)備的啟停等。對于干擾問題，要嚴(yán)格執(zhí)行屏蔽與接地要求，系統(tǒng)的信號線要遠(yuǎn)離干擾源，以防止干擾信號串入系統(tǒng)，在電子設(shè)備間、工程師站等重點(diǎn)部位應(yīng)避免使用大功率的無線通訊設(shè)備。

3 、I/O卡故障

I/O卡故障通常是在系統(tǒng)調(diào)試階段較多發(fā)生，在系統(tǒng)投入運(yùn)行后較少發(fā)生。目前很多I/O卡件的生產(chǎn)企業(yè)都在進(jìn)行卡件的一體化制造，因此，對于此類故障的處理，通過系統(tǒng)診斷后，一般是更換備件來處理。I/O卡件的故障原因不易判斷，檢修一般是由廠家來進(jìn)行。

DCS控制具備的高可靠性、開放性以及組態(tài)、維護(hù)方便等特點(diǎn)，使其在各種工業(yè)領(lǐng)域得到很多的應(yīng)用。在化工企業(yè)，DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟完善，只要合理的進(jìn)行DCS控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，就可以充分發(fā)揮DCS控制系統(tǒng)的先進(jìn)性與優(yōu)越性，提高企業(yè)的自動化生產(chǎn)水平。

審核編輯：郭婷