DCS控制系統(tǒng)的介紹與應用

王德森

摘 要：文章主要闡述了DCS控制系統(tǒng)的結構、特點、功能和相關應用，并結合生產(chǎn)實際淺談DCS控制系統(tǒng)的具體應用方法。

關鍵詞：DCS控制系統(tǒng)；應用；研究分析

引言

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程越來越趨向于規(guī)?；I(yè)化、自動化。而工業(yè)生產(chǎn)過程中的自動化是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)效率大幅提高、成本和勞動強度降低、生產(chǎn)質量得以保證的關鍵因素。自動化控制包含自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，而控制過程中沒有人或很少人參與。而近些年自動化控制的發(fā)展的非常迅速的，如PLC、DAS、OGC、DDC、QCS、WIS、VIS、DCS等等，其中包含集中控制和分散控制系統(tǒng)。而DCS控制系統(tǒng)因其高可靠性和開放性、靈活性等優(yōu)勢已經(jīng)成為一種大眾產(chǎn)品，成為了分散控制系統(tǒng)的主流。

1 DCS控制系統(tǒng)簡介

集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種較新型的計算機控制系統(tǒng)，是利用計算機技術對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種全新的分布式計算機控制系統(tǒng)。DCS從1975年誕生以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，其功能不斷擴大，系統(tǒng)的規(guī)模、容量增加，數(shù)字化程度逐步提高，現(xiàn)已形成了數(shù)字化、信息化、集成化的分散控制系統(tǒng)。現(xiàn)代的DCS控制系統(tǒng)，不僅能夠攻克常規(guī)模擬儀表和集中控制存在的致命缺陷（如控制能力單一，一個地方出問題導致全線停車等），還能通過各微處理機之間的相互連接，綜合邏輯控制、順序控制、程序控制、批量控制及配方控制，從而實現(xiàn)非常復雜的控制功能。

集散控制系統(tǒng)主要包括過程級、操作級和管理級，而任何一個集散控制系統(tǒng)的組成須具備以下幾個要素：一臺過程控制站、一臺操作員站、一臺工程師站、一條系統(tǒng)網(wǎng)絡。

過程控制站是DCS的核心，系統(tǒng)主要的控制功能由它來完成?，F(xiàn)場控制站的硬件包含一個完整的工業(yè)計算機系統(tǒng)，當然包含CPU、存儲器、網(wǎng)絡接口，同時還包括I/O通道，一般是模塊化的I/O，而同一個模塊上可有多個I/O通道，連接這些現(xiàn)場測量設備和執(zhí)行設備，其三是包含I/O單元，即用來擺放I/O模塊的單元。

操作員站較簡單，就是操作員通過工業(yè)計算機系統(tǒng)來完成控制過程。但應注意增加屏幕或視野來增加操作員的觀察范圍，便于對全局有個系統(tǒng)的把握。

工程師站在DCS中可能不需要人員長期對其進行控制和操作，但它也是DCS系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)。它是對特定的DCS系統(tǒng)執(zhí)行怎樣的特定功能進行設置的一個特殊功能站，如在控制計算中參數(shù)的設定，對某節(jié)點是否需要人的監(jiān)控和管理的選擇等等，同時還包含如報警、記錄歷史數(shù)據(jù)等各個方面功能的定義。

特殊功能站是用來專門執(zhí)行特定功能的計算機，是可根據(jù)用戶的要求添置的為了完善控制和管理而增加的特定功能執(zhí)行裝置。

DCS網(wǎng)絡包括系統(tǒng)網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡和高層管理網(wǎng)絡。系統(tǒng)網(wǎng)絡是任何一個控制系統(tǒng)必不可少的組成部分，而在集散式控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸尤為重要。由于DCS功能站數(shù)量繁多且功能都不同，必須通過準確有效的數(shù)據(jù)傳輸，才能實現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能，在數(shù)據(jù)的傳輸過程中必須保證其實時性、可靠性?，F(xiàn)場總線和高層管理網(wǎng)絡結合，實現(xiàn)DCS從單純的低層控制功能發(fā)展到了更高層次的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)督控制、生產(chǎn)管理等全廠范圍的控制、管理系統(tǒng)。

2 集散控制系統(tǒng)的特點

集散控制系統(tǒng)的特點可以概括為以下六個方面：

2.1 分散性和集中性

現(xiàn)代的工業(yè)系統(tǒng)，不但地域分散、設備分散，其設備的功能也是分散的。因此它存在很大的分散性，同理這種分散導致故障危險也分散，這樣反而提高了系統(tǒng)可靠性和安全性。

2.2 自治性和協(xié)調性

自治性便是DCS不同于集中控制系統(tǒng)的特點，DCS中的每臺計算機都可以獨立工作；DCS協(xié)調性是指系統(tǒng)內部的所有計算機通過網(wǎng)絡進行通信和交流，能夠實現(xiàn)相互協(xié)調和制約，以確保整個系統(tǒng)為了統(tǒng)一既定目的運行。這是與PLC、DAS、OGC控制相比最大的優(yōu)勢，也是DCS得以廣泛應用的原因。

2.3 靈活性和擴展性

它主要體現(xiàn)在DCS結構上，DCS依靠各種不同功能的模塊，可由靈活的組態(tài)構成或簡單或復雜的各類控制系統(tǒng)。

2.4 先進性和抗干擾性

隨著電子行業(yè)和單晶體生長技術發(fā)展，DCS可采用的更精密的電子元件，更完美的加工工藝；同時，DCS采用一些列冗余技術，關鍵設備如主機、通信網(wǎng)絡、電源可使用雙重化模式，可于故障發(fā)生時自動備份、自動切換，結合先進的故障屏蔽技術，使其先進性和抗干擾性突出。

2.5 友好型和新穎性

與其說友好性，不如說傻瓜性。DCS可以為操作人員提供形象直觀的畫面，這些畫面可以包含總貌、各節(jié)點具體情況、變化趨勢、報警指示、操作指導和流程圖等等，操作極為簡單直觀，與PLC等相比要具體和簡潔。而這些畫面可根據(jù)用戶喜歡的風格進行設計，加上一些動態(tài)的flash、視頻、音頻等多媒體技術，使操作人員心情愉快、工作趣味性提高。

3 DCS的應用實例

經(jīng)歷了常規(guī)模擬儀表控制、計算機集中控制等模式后，DCS控制應用開始走向前臺。而DCS的應用過程中應該注意一些問題：

一是投入使用前的調試過程。因DCS的分散性和集中性特點，包含單體和聯(lián)機的精心調試顯得非常重要。用戶應對這些網(wǎng)絡組態(tài)文件、區(qū)域數(shù)據(jù)庫、用戶數(shù)據(jù)點、工藝流程畫面等等進行調試；尤其是整個回路的測試非常重要。二是現(xiàn)場的調試，包含連續(xù)控制程序測試、非連續(xù)性程序測試、緊急連鎖調試、操作畫面調試等等。

現(xiàn)以芬蘭Metso系統(tǒng)為例談談DCS在造紙工業(yè)中的實際應用。

造紙過程是一個復雜的傳質傳熱過程，而整個生產(chǎn)線的控制對象是非常復雜且變化繁多的。首先，紙種、厚度、大小都會有不同的參數(shù)；又如漿量和水量的影響因素有十多個之多；再如如白水濃度、紙機的速度、毛毯磨損等等，均會造成模型結構和參數(shù)的不穩(wěn)定性。而在紙張的質量控制方面更為復雜，假定紙漿的打漿度、濕重和濃度有任何一項不合格，造紙機都不能生產(chǎn)出合格的紙張。

為了解決這些復雜的問題，這套系統(tǒng)利用羅布混合器使?jié){料在管道中混合，由高效的稀釋水控制網(wǎng)部流漿箱來控制紙頁CD方向的均勻度，在壓榨部采用Symbelt直通式雙道靴形壓榨來提高紙頁脫水率。紙頁是存在不穩(wěn)定的紙幅跳邊現(xiàn)象的，通過在干燥部中的上烘缸下真空輥結構加入HiRunbox紙幅穩(wěn)定器來解決。在硬壓與施膠之間的第一個PaperIQPlus掃描架安裝定量、水分、灰分、厚度傳感器，利用施膠機、熱風箱等執(zhí)行設備來調整這些變量的不穩(wěn)定性。出了正常的運行控制系統(tǒng)如MCS、rive、VIS、WMS外，還有品質檢測的QCS、WIS，紙機運行狀態(tài)及性能檢測系統(tǒng)、流著率分析系統(tǒng)、質量控制系統(tǒng)、斷指監(jiān)測系統(tǒng)和紙幅偵測系統(tǒng)等對整條生產(chǎn)線進行分散控制，DCS對各個控制系統(tǒng)進行整合，確保了整套設備協(xié)調、穩(wěn)定的運行。

4 結束語

文章僅對DCS控制系統(tǒng)應用進行了簡要的介紹，而在我國，DCS在石油化工、冶金、紡織行業(yè)的推廣還是比較廣泛的，希望其他行業(yè)DCS的應用和DCS自身的發(fā)展能夠進一步延伸。

參考文獻

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