通信技術(shù)在DCS中的作用

魏嘯石 王 洋 岳興亞

（1.吉林石化公司，吉林 吉林132021；2.吉林石化公司煉油廠，吉林 吉林132021；

3.吉林石化公司倉儲中心，吉林 吉林132021）

0 引言

DCS（Distributed ControlSystem）系統(tǒng)在吉林石化公司合成樹脂廠過程控制中的應(yīng)用已有十多年的歷史了，而且正在越來越多地得到應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的DCS系統(tǒng)有C＆E的MOD－300，HONEYWELL的TDC－3000、PKS，F(xiàn)OXBORO的I／AS，日 本 橫 河 的CENTUMXL，WESTINGHOUSE 的 WDPF，BAILEY 的 INFI－90，SIEMANS的TELEPERM ME／XP。這些DCS系統(tǒng)，在實際應(yīng)用上均存在一些問題，例如系統(tǒng)的實時性、可靠性，系統(tǒng)組態(tài)的方便靈活性等都有待改進。本文針對DCS系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在的常見問題加以深入剖析。

1 DCS系統(tǒng)推出的背景

DCS系統(tǒng)的推出并逐步發(fā)展成為過程控制領(lǐng)域的主導(dǎo)的主要原因是：

（1）隨著現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)日趨復(fù)雜化和大型化，需要控制和檢測的參數(shù)顯著增加，傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)明顯難以勝任，新的技術(shù)應(yīng)運而生。

（2）傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)一般采用不同生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品，導(dǎo)致工藝生產(chǎn)所需的備品備件種類繁多，在浪費大量物力人力的同時，工藝生產(chǎn)對這些儀表生產(chǎn)廠商的依賴性越來越強，矛盾越來越激化。

（3）自動化控制理論的發(fā)展，特別是連續(xù)系統(tǒng)離散化理論，采樣理論，這些理論大大地推進了過程控制從傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)向DCS系統(tǒng)變革的進程。

（4）通訊技術(shù)和理論的發(fā)展，在對局域網(wǎng)（LAN）的廣泛研究過程中，通訊技術(shù)和理論得到了極大的完善和發(fā)展，為DCS系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

（5）計算機集中控制系統(tǒng)存在固有的一些缺陷如故障集中，因此為了提高可靠性而需要巨大的費用。相對來說DCS系統(tǒng)所用的微處理器和微機要便宜得多，故障相對分散，這些是DCS系統(tǒng)優(yōu)于集中控制系統(tǒng)而得到迅速發(fā)展的關(guān)鍵所在。

以上列舉了足以說明為什么DCS系統(tǒng)會在過程控制領(lǐng)域一顯身手的主要原因。現(xiàn)在來看看最初推出DCS系統(tǒng)的一些初衷。專業(yè)技術(shù)人員普遍認(rèn)為，這樣的控制系統(tǒng)至少有以下幾個有點：

（1）故障分散?！肮收霞小笔羌锌刂葡到y(tǒng)的致命弱點，DCS系統(tǒng)有效解決了該問題。DCS系統(tǒng)集成了大量的微處理器，每個微處理器承擔(dān)一個小范圍內(nèi)（地域上）的控制任務(wù)，單個微處理器故障不會影響整個系統(tǒng)的正常運行，真正實現(xiàn)“故障分散”。

（2）控制表盤的尺寸和控制室大小極大減小。

（3）控制系統(tǒng)需求的電纜大量較少。

（4）控制系統(tǒng)需求的備品備件數(shù)量及種類大量減少。

（5）控制系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性增強，組態(tài)靈活快捷、可擴展性強。

（6）實現(xiàn)過程歷史數(shù)據(jù)和實時參數(shù)的管理，具有性能計算和設(shè)備壽命計算功能。

2 目前階段市場能提供的DCS系統(tǒng)的實際能力

從在合成樹脂廠中應(yīng)用的HONEYWELL的TDC3000，Experion PKS系統(tǒng)以及和利時的DCS系統(tǒng)來考察，筆者的見解如下：

（1）關(guān)于故障分散。相信大多數(shù)DCS系統(tǒng)生產(chǎn)廠商現(xiàn)階段所提供的系統(tǒng)在實際應(yīng)用中并非想象的那么“故障分散”。事實上，由于DCS系統(tǒng)在應(yīng)用技術(shù)方面尚存在一些問題，1臺由DCS系統(tǒng)控制的生產(chǎn)單元，因DCS系統(tǒng)的某些故障而被迫停運的情況時有發(fā)生。從這一點上看，HONEYWELL的Experion PKS系統(tǒng)處理的比較好，它的每一快控制卡只承擔(dān)幾個風(fēng)機或泵的開環(huán)控制回路，并且這塊卡件既承擔(dān)與這些邏輯控制有關(guān)的I／O功能，又承擔(dān)邏輯控制功能。這樣做對故障分散是十分有利的。

（2）關(guān)于控制室的尺寸和表盤長度。與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)相比，電子室的尺寸和設(shè)備相對增加，這一點DCS系統(tǒng)給我們帶來的實際利益并不顯著。

（3）關(guān)于節(jié)約電纜。DCS系統(tǒng)的主要設(shè)備對安置條件需求較高，需要條件比較好的控制室，所有的現(xiàn)場信號仍然通過電纜輸送到控制室。因此，與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)相比，電纜縮減有限，效益不明顯。

（4）關(guān)于控制系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性，組態(tài)的便捷性和系統(tǒng)的可擴展性。系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性以及系統(tǒng)的可擴展性，這一點確實是傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)無法與之相比的。關(guān)于這個問題，HONEYWELL的系統(tǒng)較有特色，它不但在線組態(tài)，而且設(shè)計有仿真功能，這給調(diào)試工作帶來極大的方便。

綜上所述，當(dāng)前市場所能提供的DCS系統(tǒng)在實際應(yīng)用中帶來的益處和我們想象的還有很大一段差距。當(dāng)然，DCS系統(tǒng)有效解決了傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)難以勝任現(xiàn)代化大生產(chǎn)過程控制的問題，是傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)和計算機集中控制系統(tǒng)所無法比擬的。

3 實際應(yīng)用中存在的突出問題

現(xiàn)在的DCS系統(tǒng)在應(yīng)用技術(shù)方面仍然存在以下一些問題：

（1）故障分散。目前的DCS系統(tǒng)還沒有做到真正意義上的故障分散，這一方面是由于目前的器件仍然比較嬌貴，因此控制系統(tǒng)在地域上做到分散還不能實現(xiàn)（盡量接近傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)）。

（2）實時性。現(xiàn)在的DCS系統(tǒng)由于受計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的制約，在實時性方面的表現(xiàn)不盡如人意，例如，早期的TDC3000系統(tǒng)，操作一個控制閥，從操作員在系統(tǒng)發(fā)出指令到在屏幕上接受到反饋信號需要十多秒。后來經(jīng)過硬件升級，使用新一代芯片，問題才得到解決。

（3）組態(tài)的靈活性以及必要的權(quán)限保護。多數(shù)系統(tǒng)在工程師站進行組態(tài)，然后下載到控制子系統(tǒng)或者說控制卡件中去，而一般這個過程是十分費時的，尤其在調(diào)試過程中，組態(tài)的修改是經(jīng)常性的事，需要尋求一種既方便又安全的在線組態(tài)方法。

（4）安裝工藝和制造工藝。安裝工藝和制造工藝是影響DCS系統(tǒng)正常使用的一個重要因素。一個小小的插件質(zhì)量不好或接觸不良就有可能釀成重大的技術(shù)故障或生產(chǎn)事故。如果所提供的系統(tǒng)在工藝上都不能滿足可靠性的要求，那么原理上再吸引人也難以令人接受。

（5）應(yīng)用軟件的可靠性、成熟性。DCS系統(tǒng)由于應(yīng)用的實踐還處在不斷的積累過程中，許多應(yīng)用軟件還不是很成熟，它的可靠性還有待時間的考驗。

4 結(jié)論

以上從推出DCS的理由以及DCS為什么會成為過程控制領(lǐng)域的主流的原因出發(fā)，進而提出了現(xiàn)階段市場能夠提供的DCS系統(tǒng)在應(yīng)用技術(shù)方面尚存在的一些問題，這些問題可歸納為工藝的問題，元器件生產(chǎn)技術(shù)的問題和設(shè)計的問題。DCS系統(tǒng)應(yīng)以問題為導(dǎo)向，從生產(chǎn)實際出發(fā)，深入挖掘自身不足，在結(jié)構(gòu)上、技術(shù)上和所采用的器件上，逐步地完善和提高。

［1］王常力,羅安,主編.集散型控制系統(tǒng)的選型與應(yīng)用[J].清華大學(xué)出版社,1996,6.

［2］Wany H.Smeallie.Microprocessor－Based Distributed ControlSystems in the Modern Power Plant.Babcock＆Wilcox Operat－ing＆Maintenance Experience Conference，Oct.1983[Z].

［3］王金全,方忠華,仲未央.工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望[J].中國電力,1998(4).