基于化工儀表DCS監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用的思考

董金國

[摘 要]隨著我國工業(yè)化水平不斷提高，對生產(chǎn)過程儀器、儀表的使用與調(diào)控性能要求也越來越高。在老企業(yè)技術(shù)改造過程中，隨著智能儀表的廣泛應(yīng)用，希望實現(xiàn)與其性能匹配的先進監(jiān)測和控制系統(tǒng)，使各能源間合理分配，做到實時、快速、有效的計算和分析，提高煤炭資源的利用率和煤化工產(chǎn)業(yè)深加工。本文針對DSC監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成和特點進行介紹，從而探索研究化工儀表DCS監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]化工儀表；DCS監(jiān)控系統(tǒng)；開發(fā)；應(yīng)用

中圖分類號：TQ056.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）31-0390-01

DCS監(jiān)控系統(tǒng)綜合了控制、顯示、通訊以及計算機技術(shù)，可以在工業(yè)中實現(xiàn)分級管理和集中操作。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工業(yè)化水平也在不斷的提高，工業(yè)對于生產(chǎn)過程中的儀表和儀器的使用性、調(diào)控性也有了越來越高的要求。隨著智能儀表的廣泛應(yīng)用，化工企業(yè)進行的技術(shù)改造要求實現(xiàn)先進的控制系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)，達到能源的合理分配，實時、有效的進行計算和分析，提高工業(yè)資源利用率和工作效率。

1 DCS監(jiān)控系統(tǒng)與石油化工概述

DCS是指分布式的控制系統(tǒng)，國內(nèi)的自動控制行業(yè)又將其稱為集散控制系統(tǒng)。是一種相對于集中式控制系統(tǒng)而言的新型計算機控制系統(tǒng)，是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來。DCS主要是有多臺計算機分別控制生產(chǎn)過程中多個控制回路，同時又可以集中獲取數(shù)據(jù)，并進行集中的管理和集中控制的自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)用微處理機分別控制各個回路，將系統(tǒng)存在的危險進行分散控制，不同的計算機能夠控制不同的功能，所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用的是容錯的設(shè)計，就算某臺計算機出現(xiàn)故障，也不會導(dǎo)致系統(tǒng)的其他功能的喪失。并且由于系統(tǒng)內(nèi)的各計算機功能比較單一，所以在進行系統(tǒng)的開發(fā)時，可以根據(jù)需要實現(xiàn)的功能選擇可靠性高的專用計算機，提高系統(tǒng)的安全性。其次是DCS采用的是開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的設(shè)計，所以系統(tǒng)中的各計算機采用局域網(wǎng)方式通信，從而實現(xiàn)信息的傳輸，當(dāng)需要改變功能或者擴展其他功能時，可以新增加的計算機直接連入系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中即可，不會影響到其余的功能的實現(xiàn)，在后期的維護工作中更是簡單方便，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸信息共享的功能，對各環(huán)節(jié)的功能具有良好的協(xié)調(diào)性。

2 DCS監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)的組成部分

DCS監(jiān)控系統(tǒng)是運用通信技術(shù)和計算機技術(shù)等，在微處理器的基礎(chǔ)上集中的進行管理、監(jiān)視等綜合控制的一種新型系統(tǒng)。它主要包括了幾個模塊：1、數(shù)據(jù)通信模塊，這個模塊的主要功能是對現(xiàn)場進行保護、對智能儀表負責(zé)數(shù)據(jù)通信，以及完成和主站的數(shù)據(jù)通信；2、數(shù)據(jù)上傳和發(fā)布模塊，這個模塊主要負責(zé)把監(jiān)測來的數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)予以上傳，以及對于突發(fā)事故的處理；3、數(shù)據(jù)分析、處理模塊，這個模塊主要功能是可以隨時通過人機界面對生產(chǎn)過程進行瀏覽，針對下位機在線的進行運行狀況監(jiān)測。

2.2 DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部分

DCS監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括上層操作網(wǎng)絡(luò)和底層操作網(wǎng)絡(luò)。底層操作網(wǎng)絡(luò)作為工業(yè)控制的主要部分，為了完成系統(tǒng)控制的要求，會在模塊ACM和模塊UO中進行各分站間通訊的完成。而上層操作網(wǎng)絡(luò)的主要功能是把監(jiān)控的數(shù)據(jù)提供給人機界面。DCS的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)，通過冗余服務(wù)器的作用把實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)上傳到以太網(wǎng)上去，再在各分站之間進行數(shù)據(jù)交換，這樣一來就避免了分站和相關(guān)控制器直接進行通訊的麻煩，減輕了ACM的通訊負荷。

2.3 人機界面

人機界面的功能是讓用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行針對動態(tài)數(shù)據(jù)的分析、瀏覽等活動，對儀表參數(shù)的處理相對簡潔，并且可操縱性強。人機界面有多個層次的機構(gòu)，例如服務(wù)器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、瀏覽器系統(tǒng)等，是一種基于COM模型和ActiveX方法的電子瀏覽系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層以及瀏覽器層。

3 化工儀表DCS監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

3.1 DCS監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

因為 DCS 是以為處理器為基礎(chǔ)，并運用了計算機技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動控制技術(shù)，將的化工生產(chǎn)過程進行監(jiān)控、操作、管理和危機分散控制等，所以在開發(fā)DCS 監(jiān)控系統(tǒng)時，其必須具有以下幾個功能：1）化工處理模擬量數(shù)據(jù)量的采集和過程的控制，及化學(xué)品開關(guān)量的順序控制；2）對開關(guān)量和模擬量結(jié)合進行控制，比如混合控制，還需要實現(xiàn)人機界面的簡易安裝、便于使用維護，功能擴展和升級。化工生產(chǎn)中的DCS監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用的是三層通信網(wǎng)絡(luò)，即信息管理網(wǎng)、過程控制網(wǎng)和控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)三種。

在第一層的信息管理網(wǎng)中，本次的系統(tǒng)設(shè)計采用的是符合化工數(shù)據(jù)收集的DeltaV/AMS協(xié)議的局域網(wǎng)，并連接了有關(guān)的現(xiàn)場的網(wǎng)橋和油庫內(nèi)部的各類管理計算機，這樣方便與化工廠的信息傳送和管理可以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的實時查看和管理。

第二層是屬于化工處理的控制過程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中采用了雙高速的冗余工業(yè)的企業(yè)局域網(wǎng)ScnetII作為過程控制的主要網(wǎng)絡(luò)，將設(shè)備連接操作站。當(dāng)技術(shù)人員或者工程師進行控制，系統(tǒng)會實現(xiàn)各種實時的信息的傳輸工作。

第三層是控制站內(nèi)部的控制網(wǎng)絡(luò)，此環(huán)節(jié)主要是采用主控制卡進行指揮式令牌的網(wǎng)絡(luò)，將系統(tǒng)中所存儲的數(shù)據(jù)或者信息轉(zhuǎn)發(fā)，也是控制各個設(shè)備之間進行信息交換的主要通道。在控制站臺當(dāng)中，系統(tǒng)直接與現(xiàn)場的化工設(shè)備及原料打交道的是 Hart/Classic I/O 分布式從站單元，此單元能夠完成整個化工工作的實時監(jiān)控功能。當(dāng)工程師通過對監(jiān)控中心的軟件進行設(shè)置和配置不同的硬件時，能構(gòu)成不同功能的控制結(jié)構(gòu)。在控制中心的主要設(shè)備是由化工儀表、閥門、傳感器等構(gòu)成，其主要核心是傳感器。在這部分設(shè)備配置中，分布式從站單元可以配備 16塊 HSE I/O 端口，在元件的后端采用 SBUS-S2 總線進行連接，從而實現(xiàn)相互通訊。而由于元件內(nèi)部采用的板極熱冗余技術(shù)，所以采集的數(shù)據(jù)需要實現(xiàn)1：1的備份。當(dāng)系統(tǒng)中任何一個設(shè)置為冗余方式的計算機工作時發(fā)生故障時，備用功能就會自動切換，整個系統(tǒng)任然按照原來的工作程序進行，不會影響到系統(tǒng)的整體運行。

4 結(jié)語

綜上所述，DCS監(jiān)控系統(tǒng)是一種綜合的智能控制系統(tǒng)，如果在應(yīng)用時加以注意就可以大大的提高化工生產(chǎn)的效率，以及保證化工生產(chǎn)的安全性和可靠性，節(jié)約材料和能源，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 王巖紅.淺談基于化工儀表DCS監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用的思考[J]. 工程技術(shù)：引文版，2017（1）.

[2] 梁然.淺論石油化工儀表DCS監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 中國石油石化，2016（S2）.endprint