集散型控制系統(tǒng)DCS的設(shè)計原則探討

張福躍

摘要：在我國現(xiàn)代化的工業(yè)發(fā)展中，集散型控制系統(tǒng)DCS在我國工業(yè)發(fā)展中得到了較為廣泛的應(yīng)用，而且逐漸為工業(yè)的發(fā)展提供強有力的支撐，成為工業(yè)發(fā)展中不可缺少的重要組成，集散型控制中心的應(yīng)用也提升了我國工業(yè)化設(shè)備的技術(shù)水平。在我國現(xiàn)階段的集散型控制系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計過程中，需要根據(jù)設(shè)備工藝的生產(chǎn)流程以及系統(tǒng)控制的回路數(shù)量等確定其生產(chǎn)規(guī)模，據(jù)此選擇合適的控制系統(tǒng)，進(jìn)而確定具體的數(shù)據(jù)庫容量、接口配件等確定其配套設(shè)施，工程設(shè)計師再將編程等工作具體化，經(jīng)過綜合調(diào)試后就完成了集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。

關(guān)鍵詞：集散型；控制系統(tǒng)；DCS；設(shè)計原則；數(shù)據(jù)庫

現(xiàn)代化的工業(yè)科學(xué)技術(shù)中，分散控制并集中管理的模式逐漸受到工業(yè)發(fā)展的歡迎，成為工業(yè)自動化發(fā)展的必經(jīng)之路，這種控制模式不但提高了工廠設(shè)備的自動化水平，而且對于工業(yè)資源的節(jié)約與能源的消耗具有非常明顯的意義，促進(jìn)了生產(chǎn)的柔化性和集成化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率以及提升產(chǎn)品的國際競爭能力，因此工業(yè)自動化成為適應(yīng)國內(nèi)外市場競爭的重要手段，是促進(jìn)企業(yè)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的有力工具。

1、 DCS集散控制系統(tǒng)簡介

DCS集散控制系統(tǒng)（Distributed control system）是一種綜合控制系統(tǒng)，由于計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、主要工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的不斷提高以及過程控制日益復(fù)雜的要求，這種控制系統(tǒng)日益復(fù)雜。它建立在計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)和顯示技術(shù)的基礎(chǔ)上。其主要特點是分散控制和集中管理。其基本思想是：分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、配置方便。

DCS集散控制系統(tǒng)一般由五部份組成：1）控制器；2）/O板；3）操作站；4）通訊網(wǎng)絡(luò)；5）圖形及編程軟件。以下分別進(jìn)行介紹：

1.1控制器

DCS分散控制系統(tǒng)的控制器主要由CPU、ROM、RAM、E2PROM、地址設(shè)置開關(guān)等組成。 CPU不僅是中央處理器，其主要功能是：程序控制、運行控制、定時控制、數(shù)據(jù)處理，是DCS控制器的大腦；ROM、RAM、E2PROM都是三個存儲器，功能上的區(qū)別是不同的。ROM是只讀存儲器，RAM可以隨機(jī)讀寫，串行E2PROM是可擦寫的存儲器。三種是根據(jù)功能選擇的；地址設(shè)置開關(guān)有很多種，如光地址設(shè)置開關(guān)和無線遙控器、地址設(shè)置開關(guān)、流量設(shè)置開關(guān)等，根據(jù)功能選擇不同的地址開關(guān)。還有很多其他組件。就不一一論述。

1.2 I/O板

I / O是輸入/輸出的縮寫，即輸入/輸出端口。 I / O板有很多通信端口，如我們常用的RS485、RS232、RJ45、USB和其他通信端口。每個設(shè)備都有專用的I / O地址來處理輸入和輸出信息。I / O板是處理輸入和輸出信息的必不可少的功能模塊。

1.3操作站

DCS分散控制系統(tǒng)的操作站位于控制站的上層，通過數(shù)據(jù)通信與下位機(jī)的各站進(jìn)行信息交換。操作站的人機(jī)界面配備全局圖和局部圖，便于從全局到局部的生產(chǎn)過程的集中監(jiān)控和操作。根據(jù)用戶的設(shè)計需求設(shè)計流程圖以方便員工管理。

1.4通訊網(wǎng)絡(luò)

DCS系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)基于計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，是DCS集散控制系統(tǒng)的重要支柱。 DCS網(wǎng)絡(luò)使用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為最小單位。源節(jié)點對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并通過傳輸介質(zhì)（如光纖和雙絞線通信電纜）將其傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點。因此，傳輸介質(zhì)、通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在DCS的形成中起主導(dǎo)作用通信網(wǎng)絡(luò)。

1.5圖形及編程軟件

DCS傳統(tǒng)的上位機(jī)控制界面系統(tǒng)一般都是用圖形化編程軟件來實現(xiàn)的，每種編程軟件都有自己的功能模塊和圖庫。編程軟件的選擇要根據(jù)施工方的資質(zhì)來決定。

2、 DCS控制系統(tǒng)選型原則

DCS控制系統(tǒng)的選型一般采用國內(nèi)外成熟的系統(tǒng)，并在同類工程中有成功應(yīng)用的范例。？選用的DCS至少滿足下列內(nèi)容：

（1）DCS必須滿足工程中模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）、安全監(jiān)控、報警和數(shù)據(jù)采集（DAS）功能，以滿足各種運行工況的要求，確保各裝置安全高效運行。

（2）整個工廠設(shè)備將以三種模式運行：順序控制、獨立集中控制和獨立本地控制。采用順序控制方式時，所有設(shè)備均由DCS監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行安排，并根據(jù)一定的啟停順序和聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行自動控制。當(dāng)使用單機(jī)集中控制模式時，操作員在操作員站上手動操作設(shè)備啟動/停止；當(dāng)設(shè)備需要維護(hù)和修理時，可以變成單機(jī)本地控制模式。在順序控制和獨立集控模式的情況下，控制系統(tǒng)提供設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)。三種控制方式可以自由轉(zhuǎn)換。獨立的集中控制模式具有解鎖功能。

（3）DCS由一個過程控制單元、一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和一個人機(jī)界面組成。 DCS系統(tǒng)的設(shè)計采用適當(dāng)?shù)娜哂嗯渲煤妥晕以\斷功能，使模塊級別更加可靠。系統(tǒng)中的任何組件都會出現(xiàn)故障，不會影響整個系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)的參數(shù)、報警和自診斷功能可高度集中在上位機(jī)上并打印在打印機(jī)上，控制系統(tǒng)盡可能在功能和物理上分布。

（4）DCS系統(tǒng)在技術(shù)上可靠、先進(jìn)和開放。同時，還考慮到其經(jīng)濟(jì)合理性。在設(shè)計DCS系統(tǒng)時，需要滿足控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程的要求，而且要考慮經(jīng)濟(jì)實用，具有良好的性價比。

（5） DCS系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，可在系統(tǒng)工作時在線擴(kuò)展。同時，系統(tǒng)具有高可靠性結(jié)構(gòu)，主控制器、通信功能、系統(tǒng)與接口之間存在故障余量過程以及系統(tǒng)和電源。軟件損壞邊界包括系統(tǒng)內(nèi)的各種程序冗余檢查和全局?jǐn)?shù)據(jù)庫診斷。

（6）DCS系統(tǒng)是開放性的，它具備數(shù)據(jù)交換和OPC開放式數(shù)據(jù)存取功能，能與第三方供貨商的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

（7）DCS系統(tǒng)提供豐富的過程I/O模塊，通過這些模塊將系統(tǒng)與過程連接起來，為每一路I/O信號提供隔離通道。

（8）DCS系統(tǒng)有一個實時數(shù)據(jù)庫管理單元。實時數(shù)據(jù)庫管理提供的主要功能包括：模擬、數(shù)字和邏輯控制、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)趨勢和檢索、數(shù)據(jù)歷史處理和報告生成。操作人員可以快速方便地獲取工藝參數(shù)，也可以隨時獲取當(dāng)前和過去的工藝操作信息以及各種參數(shù)和數(shù)據(jù)文件。

3、 DCS集散控制系統(tǒng)的運行管理

DCS集散控制系統(tǒng)的運行管理指的是對DCS集散控制系統(tǒng)的巡視和檢查，熱保護(hù)的投退和軟件的管理等。

3.1軟件管理

對于軟件管理，主要是軟件數(shù)據(jù)庫的備份管理。對于數(shù)據(jù)庫中的細(xì)微變化，需要記錄；數(shù)據(jù)庫修改后，修改后的數(shù)據(jù)庫需要保存到工程師站，然后備份到硬盤或U盤上。。備份注意事項：避免備份盤的備份周期，以免丟失數(shù)據(jù)。

3.2軟件檢查與軟件功能試驗

對于軟件的檢查和軟件功能的試驗，必須按照計算機(jī)設(shè)定好了的方法來進(jìn)行檢查，而檢查的內(nèi)容主要是各級權(quán)限的設(shè)置是否正確，不能使用非法的DCS軟件，也不能允許未經(jīng)授權(quán)的人員進(jìn)行組態(tài)。

3.3熱保護(hù)的投退

對于熱保護(hù)的投退，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工作票制度，在檢修某一個正在運行的設(shè)備時，采用一定的、安全的隔離措施，避免發(fā)生相關(guān)設(shè)備的聯(lián)反應(yīng)；

3.4定期軟件的檢查

定期檢查各種軟件的功能，主要是通過試驗的方式來檢查。一般情況下，采用計算機(jī)來確定檢查的方法，檢查各級軟件的權(quán)限設(shè)置是否合理等，采取有效的措施，防止系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失，以免影響系統(tǒng)的正常工作。？

4、結(jié)語

總而言之，集散型控制中心在現(xiàn)代化的工業(yè)發(fā)展中，已經(jīng)成為提升工業(yè)發(fā)展的利器，大大提升了工業(yè)設(shè)備的自動化水平，并提高了資源的利用率，降低了工業(yè)消耗，對于促進(jìn)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈家明，薛飛.集散型控制系統(tǒng)DCS的設(shè)計原則探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2016，13（10）：4-6.

[2]李震. 基于DCS的油庫監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].西安石油大學(xué)，2014.

[3]杜鳳葉.順序控制系統(tǒng)設(shè)計原則在DCS系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2010，31（08）：29-30.

[4]劉宇穗. 火電600MW超臨界機(jī)組過程控制及信息系統(tǒng)設(shè)計研究[D].華南理工大學(xué)，2009.