淺談集散控制系統(tǒng)（DCS）及研發(fā)課題的應(yīng)用實(shí)例

李振瑜

摘要：分析了DCS的基本原理以及工作結(jié)構(gòu)，針對(duì)中小型控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了案例分析，說(shuō)明其優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 應(yīng)用案例 組態(tài)軟件

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）11-0019-01

Abstract：analysis of the basic theory of DCS and structure of the work， according to the actual application in the network of small control for the case studies， illustrates its advantages and application points.

Key Words： DCS system structure of the application case of configuration software

工業(yè)產(chǎn)品的需求促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)化、規(guī)?；?、自動(dòng)化動(dòng)都不斷的進(jìn)入到生產(chǎn)實(shí)踐中，改變了成本和效率控制的落后局面，自動(dòng)化控制包括了自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析計(jì)算等，參與的人越來(lái)越少，同時(shí)自動(dòng)化因?yàn)榧夹g(shù)特征的差異而出現(xiàn)了多種形式，其中DCS就是其一種，其可靠性、開(kāi)放性、靈活性都優(yōu)于其他分散控制系統(tǒng)，所以研發(fā)和應(yīng)用都受到了更多的關(guān)注。

1 DCS系統(tǒng)的工作原理研究

DCS系統(tǒng)是一種利用通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)方式，在控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控和控制，通過(guò)分布式的現(xiàn)場(chǎng)采集單元來(lái)完成對(duì)工程儀表和數(shù)據(jù)的采集。DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為現(xiàn)場(chǎng)層、監(jiān)控層、網(wǎng)絡(luò)層三個(gè)部分，其中現(xiàn)場(chǎng)層主要是數(shù)據(jù)采集端，多個(gè)PLC和RTU構(gòu)成，每個(gè)RTU所構(gòu)成的是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)某個(gè)區(qū)域?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并進(jìn)行控制。RTU模塊結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活組合，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性；監(jiān)控層，則是服務(wù)器和工程師站、操作站構(gòu)成，其中安裝了組態(tài)軟件，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的集中監(jiān)督與管理，并方便設(shè)備維護(hù)；網(wǎng)絡(luò)層，在監(jiān)控層各個(gè)設(shè)備和工作站之間構(gòu)建的通訊系統(tǒng)，利用以太網(wǎng)連接，并設(shè)置對(duì)應(yīng)的冗余，幫助客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器之間完成數(shù)據(jù)的共享和傳輸。

2 DCS的實(shí)際應(yīng)用案例

2.1 系統(tǒng)功能概述

某礦業(yè)集團(tuán)，在生產(chǎn)中對(duì)能耗較高的鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化控制，提高其自動(dòng)化控制水平來(lái)降低能耗，為此選擇了DCS系統(tǒng)進(jìn)行自控。針對(duì)生產(chǎn)中運(yùn)行速度滿(mǎn)足工藝需求的基本需求設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)功能。并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、預(yù)警、參數(shù)調(diào)節(jié)、啟停設(shè)備、連鎖控制、解鎖控制等等；并實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)完成事故檢索、數(shù)據(jù)查閱等功能。在這個(gè)需求上，選擇設(shè)置三個(gè)操作員站、一個(gè)工程師站、兩個(gè)控制站的系統(tǒng)模式、通過(guò)SCNET網(wǎng)和SBUS網(wǎng)完成對(duì)接。強(qiáng)化系統(tǒng)的安全性與可靠性。

硬件配置，系統(tǒng)主控卡和數(shù)據(jù)卡、外配電源、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等均采用冗余控制，一旦線(xiàn)路中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可以進(jìn)行切換保證正常運(yùn)行。工程師站主要負(fù)責(zé)對(duì)組態(tài)軟件和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)等進(jìn)行下裝，I/O站則負(fù)責(zé)信號(hào)的采集和傳輸，操作員站則進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，包括對(duì)工藝改變、參數(shù)預(yù)警、控制操作參數(shù)改變等等，系統(tǒng)中所有的開(kāi)機(jī)和停機(jī)都由DCS進(jìn)行控制，及時(shí)處理系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，并增加手控系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多重保護(hù)。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)功能

2.2.1 顯示數(shù)據(jù)

按照工藝要求，系統(tǒng)將工藝流程進(jìn)行數(shù)據(jù)化，并顯示在DCS操作員站的屏幕上，使之可以及時(shí)的掌握設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，操作員方便識(shí)別系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行的狀況，并對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制，所有的閥門(mén)調(diào)節(jié)以及變化參數(shù)都會(huì)形成數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)，液位也會(huì)顯示實(shí)際情況。DCS對(duì)采集的數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)化保存，操作員可直接查閱歷史數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的分析工況，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的控制。

2.2.2 操作界面

系統(tǒng)組態(tài)提供了多種風(fēng)機(jī)的操作畫(huà)面，包括冷卻器、鼓風(fēng)機(jī)、DI/DO等，其中冷卻器畫(huà)面顯示的是冷卻器ABC煤氣壓力和水文情況等，出水溫度電捕焦油器的壓力溫度曲線(xiàn)等，直接顯示了電捕焦油器的狀態(tài)；鼓風(fēng)機(jī)畫(huà)面則對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的AB軸承的溫度進(jìn)行檢測(cè)，位移情況、潤(rùn)滑油溫度等，油泵連鎖機(jī)構(gòu)運(yùn)行的情況，電加熱啟動(dòng)等，鼓風(fēng)機(jī)連鎖機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況，還包括鼓風(fēng)機(jī)停車(chē)的原因等；DI/DO操作畫(huà)面，則顯示變頻器的狀態(tài)，準(zhǔn)備、運(yùn)行、故障、預(yù)警、鼓風(fēng)機(jī)變頻狀況等；手動(dòng)或者自動(dòng)，焦?fàn)t集氣管的壓力以及閥門(mén)位置等，風(fēng)機(jī)油泵的運(yùn)行樁，停車(chē)按鈕、循環(huán)氨泵運(yùn)行等等輔助設(shè)備的狀態(tài)和控制情況等。

2.3 DCS組態(tài)分析

啟停設(shè)備組態(tài)：DCS系統(tǒng)都是依靠圖形編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，在組態(tài)是需要考慮設(shè)備的功率和原理等，根據(jù)電機(jī)設(shè)備的功率分為兩種，大功率根據(jù)設(shè)計(jì)資料，未來(lái)滿(mǎn)足信號(hào)開(kāi)端的繼電器對(duì)電流的承載能力，可以通過(guò)加入受DCS系統(tǒng)控制的繼電器，實(shí)現(xiàn)控制；功率小的則利用I/O開(kāi)關(guān)端的繼電器進(jìn)行直接控制。

系統(tǒng)連鎖：在研究與開(kāi)發(fā)中，系統(tǒng)連鎖開(kāi)關(guān)都是自定義實(shí)現(xiàn)，可以在畫(huà)面上直接進(jìn)行手動(dòng)切除和投入操作。油泵系統(tǒng)連鎖運(yùn)行中，如果油壓出現(xiàn)降低，自動(dòng)啟動(dòng)輔助油泵進(jìn)行提升。連鎖切除時(shí)主油泵和輔助泵隨時(shí)停車(chē)。鼓風(fēng)機(jī)連鎖系統(tǒng)運(yùn)行中，油溫、油壓、軸位移改變超標(biāo)則自動(dòng)停車(chē)，如果解鎖鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行與連鎖調(diào)整沒(méi)有關(guān)聯(lián)，一般儀表故障檢修中使用。

總體看，DCS系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)控制中，優(yōu)勢(shì)如下：參與風(fēng)機(jī)的調(diào)速和各種信號(hào)采集與控制，運(yùn)行卡件和設(shè)備卡件完成自動(dòng)切換，如果某個(gè)控制卡出現(xiàn)故障仍然可以控制設(shè)備的運(yùn)行而保障安全可靠；組態(tài)支持下的線(xiàn)上升級(jí)與數(shù)據(jù)維護(hù)優(yōu)勢(shì)明顯，各種數(shù)據(jù)和設(shè)備診斷都可在線(xiàn)上進(jìn)行，同時(shí)選擇了雙網(wǎng)模式，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定且高效，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)化控制的基本要求。

3 結(jié)語(yǔ)

DCS是一種較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，從誕生到今天不斷的提升與研發(fā)使之不斷適應(yīng)各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。如上述分析，利用DCS與以太網(wǎng)、組態(tài)軟件的研究進(jìn)行結(jié)合，使之成為可以實(shí)時(shí)化控制風(fēng)機(jī)的自控系統(tǒng)，適應(yīng)煤化工生產(chǎn)的需求，就是其發(fā)展的一個(gè)重要方向。

參考文獻(xiàn)

[1]王曉峰.論P(yáng)LC DCS FCS三大控制系統(tǒng)[J].電子世界，2014（05）：82-83.

[2]趙斌.淺析DCS集散控制系統(tǒng)的故障原因及運(yùn)行管理[J].科技資訊，2011（16）：107-108.

[3]王德森.DCS控制系統(tǒng)的介紹與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（14）：61-62.