化工生產(chǎn)過程控制中無線通訊DCS系統(tǒng)的研究

張超

摘 要：目前我國許多大型化工廠的主要通訊方式仍是通過有線傳輸，盡管有線設(shè)備具有較好的穩(wěn)定性，但是在大型生產(chǎn)過程中，設(shè)備眾多的情況下，有線通訊所使用的電纜過多，在生產(chǎn)現(xiàn)場不容易管理，并且化工生產(chǎn)所在的環(huán)境腐蝕性較強(qiáng)，對電纜的絕緣層會造成損壞，對員工的生命安全缺乏。化工生產(chǎn)過程中存在種類繁多的控制儀表，隨著自動化技術(shù)和計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，DCS控制系統(tǒng)逐漸的完善，傳統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)的有線連接已經(jīng)不能滿足日益發(fā)展的化工生產(chǎn)要求，因此為提高化工生產(chǎn)的質(zhì)量以及安全，必須要發(fā)展無線通訊技術(shù)來解決這些問題。本文將基于DCS控制系統(tǒng)，對化工生產(chǎn)中的無線通訊技術(shù)進(jìn)行研究分析，希望能促進(jìn)我國化工行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：化工生產(chǎn)；無線通訊；DCS系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.131

0 引言

基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理論，可以通過建立局域網(wǎng)，將各個設(shè)備利用無線通訊技術(shù)連接起來，更深層次的利用到DCS網(wǎng)絡(luò)的各個層次，但本文重點(diǎn)研究無線通訊技術(shù)基于DCS網(wǎng)絡(luò)在控制層方面的研究。綜合節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的理念，提出DCS網(wǎng)絡(luò)控制的設(shè)計方案，建立無線通訊的方式來完善化工生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)的通信功能。

1 化工無線通訊DCS系統(tǒng)的發(fā)展及背景

1.1 DCS系統(tǒng)簡介

DCS系統(tǒng)全稱是分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了自動化技術(shù)和計算機(jī)科學(xué)技術(shù)，對于化工生產(chǎn)過程中的各個儀表都能進(jìn)行精確的控制，從而有效的提高化工生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。DCS系統(tǒng)通過計算機(jī)控制不同區(qū)域的系統(tǒng)，將危險分散化，同時又通過集中管理多臺計算機(jī)，使得管理又有很強(qiáng)的集中性，DCS系統(tǒng)擁有穩(wěn)定性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高、分散控制能力強(qiáng)、控制模式多樣化等多方面優(yōu)點(diǎn)，在化工生產(chǎn)行業(yè)逐漸成為主流的應(yīng)用。

1.2 化工無線通訊DCS系統(tǒng)的發(fā)展背景

在當(dāng)前化工行業(yè)，主要的無線通訊方式主要有以下幾種，無線局域網(wǎng)技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)，這三種通訊技術(shù)是短距離無線通訊技術(shù)，適用在一些特定的情況。

1.2.1 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)適用于數(shù)據(jù)容量較大的短距離傳輸，藍(lán)牙通訊技術(shù)在電子醫(yī)療、娛樂產(chǎn)品中有較多的應(yīng)用，并且藍(lán)牙技術(shù)具有較低的成本，在未來具有較高的潛力。在化工生產(chǎn)方面若要利用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行無線通訊，則必須要求其抗干擾能力較強(qiáng)，因為化工生產(chǎn)環(huán)境具有較多的儀表，產(chǎn)生的電磁波對藍(lán)牙傳輸有較大的影響，在滿足這樣的要求下才可能會被應(yīng)用到化工業(yè)中。

1.2.2 WIFI技術(shù)

WIFI技術(shù)是當(dāng)前各領(lǐng)域都使用較為廣泛的技術(shù)，利用路由器連接可以覆蓋較大的傳輸范圍，在符合IEEE802.11b系列標(biāo)準(zhǔn)下，WIFI理論上可以覆蓋到300m左右，傳輸速率也有較高的水準(zhǔn)，能夠滿足一般的信息傳輸要求。

1.2.3 ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)和WIFI技術(shù)相比各有千秋，都屬于短距離傳輸、低功耗的無線通訊方式，在成本上相比，ZigBee技術(shù)所需要的成本更低，在信息傳輸速率方面，WIFI技術(shù)的傳輸速率更快。

2 化工無線DCS安全性能分析

2.1 電子元件性能分析

DCS控制系統(tǒng)的組成部分都是由各種小型的電子器件組成，因而電子元件的性能很大程度上決定了DCS控制系統(tǒng)的性能。在整個系統(tǒng)中電子元件若出現(xiàn)功能失效或者某個電子元件出現(xiàn)損壞，對控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)性會造成很大的影響，嚴(yán)重的會造成整個系統(tǒng)癱瘓，無法正常工作。例如，某個電子器件突然失效，電路出現(xiàn)短路的情況，對周圍的一些電子器件也會造成較大的損害。因此需要對DCS控制系統(tǒng)中的電子元件都需要進(jìn)行仔細(xì)檢測，及時更換一些老化的電子元件，防止出現(xiàn)意外事故。除此之外，還可以定期的對電子元件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，延長其壽命，減少生產(chǎn)成本。

2.2 電路板可靠性分析

電路板是所有電子元件的載體，是電子元件之間能夠穩(wěn)定聯(lián)系，穩(wěn)定功能的實現(xiàn)基礎(chǔ)。就我國目前的工業(yè)情況來看，PCB線路板是主要的電路板裝配方式，基于化工廠的生產(chǎn)環(huán)境有所差距，在電路板的設(shè)計過程中除了要考慮常規(guī)的原則之外，還需要考慮電路板的腐蝕性，以及無線信息傳輸?shù)目垢蓴_性。

2.2.1 PCB抗干擾措施

考慮到無線傳輸受電磁波的干擾以及金屬的阻擋有很大的關(guān)系，PCB電路板設(shè)計必須具備較強(qiáng)的抗干擾能力，才能保證在化工無線通訊中有較高的穩(wěn)定性，保證DCS控制的精確性。加強(qiáng)PCB電板抗干擾性最好的方式之一便是電源線和地線接地。對于印制線的走向也需要進(jìn)行規(guī)范，將地線的走向與信號線的走向調(diào)整到同一方向，可以有效提高抗噪能力。

2.2.2 電磁兼容性設(shè)計

電磁干擾問題一直是影響PCB電路板安全性的最大問題，對于生產(chǎn)過程中存在大功率設(shè)備的情況下，電流一般較大，產(chǎn)生的磁場較強(qiáng)，因而對電路的干擾更加嚴(yán)重，提高PCB的電磁兼容性具有十分重要的意義。電源作為整個系統(tǒng)的動力，電源在提供動力的同時還提供了一定的噪聲，對整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行有一定的影響。面對交流電源供電的情況，可以采用增加金屬外殼、接地來降低對電路的影響。對于由靜電產(chǎn)生的干擾，可以通過在電纜的入口處配置器件單點(diǎn)接地，在防止靜電放電的同時，還可以屏蔽外界的電磁干擾。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通訊功能分析

為保證無線通訊之間的穩(wěn)定性，除了通過增強(qiáng)硬件設(shè)施來提高傳輸穩(wěn)定性之外，還能夠通過軟件的增強(qiáng)來提高信息解析率。優(yōu)秀的軟件設(shè)計可以將信息更好的解析，以致于不會出現(xiàn)亂碼的情況，提供精準(zhǔn)的識別功能。在信息傳輸過程中，可以通過CRC校驗，對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行檢測，對于數(shù)據(jù)不正確的情況則給予重傳或者直接丟棄，保證數(shù)據(jù)的精確性。

3 結(jié)語

綜上所述，對于化工生產(chǎn)中的無線通訊研究，主要是研究其抗干擾能力。化工行業(yè)自身屬于較危險的行業(yè)，生產(chǎn)的環(huán)境較為惡劣，使用的儀器，化工原材料很容易受到影響而出現(xiàn)意外事故。為保證DCS控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，必須要加強(qiáng)對無線通訊的研究，傳統(tǒng)的有線通訊已經(jīng)不再滿足于一些特殊的情況，無線通訊技術(shù)使用方便，具有較高的靈活性，是DCS控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]周楊青.DCS控制系統(tǒng)穩(wěn)定性提高的策略分析[J].自動化工業(yè)，2006，74（56）：44-47.