探討DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用

劉海林

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國各行業(yè)發(fā)展迅速，其中工業(yè)建設(shè)的發(fā)展尤為突出和顯著。隨著我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，DCS控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸地在工業(yè)自動化控制中普及，通過應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)，便可以提高我國工業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：DCS控制系統(tǒng);工業(yè)自動化;應(yīng)用

引言

我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展加速各行業(yè)的發(fā)展進程，使得我國提前進入現(xiàn)代化發(fā)展階段，為我國基礎(chǔ)建設(shè)貢獻力量。DCS控制系統(tǒng)是通過計算機的中樞控制作用，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的連接運轉(zhuǎn)模式，對工業(yè)自動化生產(chǎn)的整個流程進行高質(zhì)量監(jiān)控的控制系統(tǒng)，能夠達到對工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運行情況更加詳細(xì)的掌握，以及對生產(chǎn)過程更加嚴(yán)格的控制。

1 傳統(tǒng)制造模式存在以下的問題：

產(chǎn)品質(zhì)量差，在我國工業(yè)發(fā)展過程中，通常是以輕工業(yè)和重工業(yè)為主導(dǎo)，其中輕工業(yè)以日常的消費用品和小型的手制工藝品為主要生產(chǎn)對象。而重工業(yè)則指的是生產(chǎn)為國民經(jīng)濟各部門提供物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)的主要生產(chǎn)資料的工業(yè)部門，包括采掘（伐）工業(yè)和原材料工業(yè)等。以往的工業(yè)加工制造都是借助手工模具或者老舊仿形專業(yè)設(shè)備來完成操作的，因此，這種模式導(dǎo)致產(chǎn)品磨具數(shù)量過多且精度損耗嚴(yán)重，很多產(chǎn)品的質(zhì)量和精度難以得到保障。

生產(chǎn)效益低，隨著我國社會的不斷發(fā)展，在機械制造業(yè)方面也取得了重大的成果。但是由于傳統(tǒng)制造工業(yè)的整體技術(shù)水平達不到要求，以至于一些企業(yè)投資了大量生產(chǎn)成本購買數(shù)控設(shè)備，卻無法發(fā)揮這些設(shè)備的全部功能，使得許多工業(yè)設(shè)備的使用只能完成部分產(chǎn)品的關(guān)鍵工序，而整個產(chǎn)品的全流程制造質(zhì)量及安全都無法得到有效保障。因此，很多由于設(shè)備不能完全受控而生產(chǎn)的不合格工業(yè)產(chǎn)品便不能直接流入國際、國內(nèi)市場，未發(fā)揮設(shè)備的利用效率，更無法為大批量定制生產(chǎn)提供保障，導(dǎo)致只有部分合格品進入國際、國內(nèi)市場銷售，而大部分次品被大量囤積儲存起來，進行打折銷售，最終就會導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)成本高、收入少和效益低等問題。

2 DCS控制系統(tǒng)

DCS（Distributed Control System）分散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)通過微處理器為控制核心，可實現(xiàn)分散與集中的操作與控制，同時具備分布式與協(xié)同的新型控制系統(tǒng)。其設(shè)計思想突出了以分層多級、協(xié)同合作的方式實現(xiàn)多點分散控制與處理，同時達到集中的管理與操作，是以微處理器為控制核心，分布式控制功能、集控式操作、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則的新一代儀表控制系統(tǒng)。

3 DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用

3.1制定科學(xué)合理的維護計劃

隨著DCS控制系統(tǒng)的技術(shù)成熟和廣泛推廣，DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)量持續(xù)增長，為了提高DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，需要根據(jù)系統(tǒng)的運行情況，制定出科學(xué)合理的維護計劃，降低系統(tǒng)故障的發(fā)生概率，提高系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，延長系統(tǒng)的使用壽命。

3.2 DCS控制器的冗余設(shè)計

為保證和提高DCS系統(tǒng)可用性，關(guān)鍵設(shè)備和功能需采用冗余配置。在電站正常運行期間，DCS平臺系統(tǒng)所有具備冗余功能的部件都可以進行在線維護和在線更換，不會對電站的正常運行造成任何影響。即使是非冗余配置的I/O模塊也可實現(xiàn)在線更換而無需關(guān)閉現(xiàn)場控制器。

主控制器采用主備雙模冗余配置，設(shè)計有硬件冗余切換和故障自檢電路。兩個主控制器進行熱備份，采用主備運算同步方式，實現(xiàn)無擾切換。

3.3 DCS離線控制邏輯數(shù)據(jù)庫應(yīng)用

DCS邏輯離線分析工具：因核電機組自帶組態(tài)軟件查詢分析控制邏輯存在依賴特定軟硬件環(huán)境、License限制、查詢終端有限、與現(xiàn)場控制系統(tǒng)較強耦合等問題，僅少數(shù)授權(quán)人員可以使用，無法覆蓋所有需求用戶;通過靜態(tài)設(shè)計文件查詢分析又因邏輯復(fù)雜和文件版本多而效率低下。為此，基于離線DCS數(shù)據(jù)庫并結(jié)合靜態(tài)設(shè)計文件，開發(fā)了DCS邏輯離線分析工具，實現(xiàn)了在個人辦公電腦上即可查詢分析與實際機組一致的控制邏輯功能，查詢過程簡單高效，2年內(nèi)累計已授權(quán)計算機終端1302臺，總使用時間超過150萬小時，平均每個用戶每天使用時間超過1小時，極大提升相關(guān)技術(shù)人員的DCS邏輯查詢效率，已成為核電廠邏輯查詢領(lǐng)域的基礎(chǔ)必備工具;

DCS信號自動風(fēng)險分析：DCS中某一信號可能會關(guān)聯(lián)大量其他信號，信號變化可能會引發(fā)設(shè)備間的連鎖動作，需完全識別出因信號變化可能引起狀態(tài)風(fēng)險的設(shè)備清單。核電廠控制邏輯復(fù)雜且涉及眾多系統(tǒng)，人工分析存在參與人員多、分析難度大、耗時長、容易遺漏和結(jié)果不規(guī)范等問題。為此開發(fā)了DCS信號自動風(fēng)險分析工具，基于離線DCS數(shù)據(jù)庫存儲的結(jié)點、有向邊、頁、子圖、拓?fù)湫蛄?、環(huán)、縮點等屬性，再結(jié)合預(yù)定義的執(zhí)行器/報警等模塊的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險分析規(guī)則清單，通過對離線數(shù)據(jù)庫結(jié)點序列的查詢、匹配、遍歷及停止條件判斷等方式即可快速識別出信號經(jīng)過的所有路徑和可能影響，并按標(biāo)準(zhǔn)格式輸出風(fēng)險，例如輸出“該信號接1GGR4110PR模塊的保護關(guān)端口，可能造成設(shè)備關(guān)閉，有仿真塊（位于1GGR41D01頁面的SIMB_554），可做強制”信息，供相關(guān)作業(yè)人員參考，提高了風(fēng)險分析的效率和分析結(jié)果的質(zhì)量，降低了人因風(fēng)險。已用于核電廠機柜內(nèi)卡件作業(yè)、離線下裝、數(shù)據(jù)庫修改等高風(fēng)險作業(yè)前的風(fēng)險分析識別。

4 結(jié)語

我國工業(yè)自動化生產(chǎn)中存在著大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，因此，在工業(yè)自動化控制現(xiàn)場，通過應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)便可以合理地解決數(shù)字量和模擬量在運行過程中出現(xiàn)的問題，所以通過設(shè)計DCS控制系統(tǒng)，便可以提高工業(yè)自動化生產(chǎn)效率。

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