DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

［摘 要］DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用是通過將計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用集中控制的方式，對(duì)工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)行控制，使其能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中的需求。DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用，能夠保證工業(yè)生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)合作，使其在進(jìn)行操作和管理時(shí)更加方便和高效。文章分析了DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用的意義，探討了DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中的具體應(yīng)用，以及應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題，以供參考。

［關(guān)鍵詞］DCS 控制系統(tǒng)；工業(yè)自動(dòng)化；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)庫(kù)

［中圖分類號(hào)］TP273 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）05–0003–03

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已逐漸應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。但由于工業(yè)生產(chǎn)過程中存在很多不確定性因素，使得工業(yè)生產(chǎn)過程很難完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，需要對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行有效的控制。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)雖然在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的有效控制，但是其仍然存在著很多問題。

（1）傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所具有的功能有限。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制時(shí)，雖然能夠滿足基本的生產(chǎn)需求，但是其功能卻相對(duì)單一。例如，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于受到外部環(huán)境變化、設(shè)備故障等因素的影響，導(dǎo)致其無法準(zhǔn)確地對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和控制。

（2）傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)需要通過專門的設(shè)備進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)采集效率較低。

（3）傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中無法對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理。

2 DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用意義

DCS（分散計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）是一種自動(dòng)化程度很高、集操作和管理于一體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要由1 個(gè)中央處理器及若干個(gè)可編程控制器（PLC）構(gòu)成。其內(nèi)部具有專門用于處理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、用于運(yùn)行程序及執(zhí)行計(jì)算操作指令的控制器、用于處理和執(zhí)行數(shù)據(jù)及完成信息處理功能的軟件、用于顯示和打印結(jié)果及處理報(bào)警信息和操作信息的顯示器等。在 DCS 控制系統(tǒng)中，其內(nèi)部具有豐富的功能模塊，如數(shù)據(jù)處理模塊、模擬量模塊、過程控制模塊等，這些模塊可以為DCS 控制系統(tǒng)提供較為完善的功能服務(wù)。

DCS 控制系統(tǒng)具有可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)及擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在工業(yè)生產(chǎn)過程中運(yùn)用 DCS 控制系統(tǒng)能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行有效控制，既可以保證生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性和安全性，還可以提高工業(yè)生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)合作能力，使其在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)能夠更加準(zhǔn)確、高效。

DCS 控制系統(tǒng)的應(yīng)用目的在于實(shí)現(xiàn)“安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗、提高質(zhì)量、降本增效及綠色發(fā)展”的五大發(fā)展目標(biāo)，其不僅關(guān)注生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提高，還涉及安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗等多個(gè)方面。當(dāng)前我國(guó)的工業(yè)發(fā)展越來越快，工業(yè)生產(chǎn)過程中使用的設(shè)備數(shù)量也越來越多。設(shè)備數(shù)量和種類的不斷增加，導(dǎo)致了很多工業(yè)生產(chǎn)過程中設(shè)備在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了各種各樣的問題。而 DCS 控制系統(tǒng)具有開放性和集成性的特點(diǎn)，能夠?qū)⒉煌愋偷脑O(shè)備進(jìn)行有效整合，并且將不同類型、不同性能、不同型號(hào)的設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，能夠保證工業(yè)生產(chǎn)過程中設(shè)備運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。

DCS 控制系統(tǒng)的高可靠性是其廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因。由于系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，即使某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這種設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)在面對(duì)突發(fā)情況時(shí)的穩(wěn)定性和安全性。

DCS 控制系統(tǒng)還具有低維護(hù)成本的特點(diǎn)，這對(duì)于降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。同時(shí)，隨著技術(shù)的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)自主可控DCS 與進(jìn)口DCS 在主要性能及應(yīng)用功能方面已基本無差距，顯示出國(guó)產(chǎn)DCS 技術(shù)的進(jìn)步和競(jìng)爭(zhēng)力。在化工生產(chǎn)中，DCS 控制系統(tǒng)的應(yīng)用被認(rèn)為是非常關(guān)鍵的。例如，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司發(fā)布的HOLLiAS MACSIC 完全自主可控DCS 控制系統(tǒng)專門針對(duì)石化、化工、油氣等行業(yè)的超大型煉化項(xiàng)目設(shè)計(jì)，能夠?yàn)槭突ば袠I(yè)提供參考。

3 DCS控制系統(tǒng)特點(diǎn)

工業(yè)生產(chǎn)過程中存在著眾多的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要對(duì)其進(jìn)行協(xié)調(diào)和配合。DCS 控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的有效監(jiān)控和管理，使其能夠根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整工作方式。在工業(yè)生產(chǎn)過程中存在著大量的數(shù)據(jù)信息，需要將這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時(shí)有效的處理和分析。即將數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，然后對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和分析，使其能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)提供有效的參考數(shù)據(jù)信息。DCS 控制系統(tǒng)能夠在不影響工業(yè)生產(chǎn)其他工藝環(huán)節(jié)正常進(jìn)行的情況下對(duì)這些參數(shù)和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

3.1 方便快捷

傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)由多個(gè)控制系統(tǒng)組成，對(duì)其進(jìn)行操作時(shí)需要分別對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作。且不同的系統(tǒng)具備不同的功能，因此在對(duì)其進(jìn)行操作時(shí)需要按照一定的順序和步驟來進(jìn)行。在 DCS 控制系統(tǒng)中，對(duì)各個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，只需要按照DCS 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的順序和步驟來進(jìn)行即可。因?yàn)镈CS 控制系統(tǒng)可以與工業(yè)生產(chǎn)過程中其他自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息交互，因此在對(duì)其進(jìn)行操作時(shí)不需要將其拆開來進(jìn)行。同時(shí)，DCS 控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的開放性和靈活性，因此能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)提供更多的信息參考數(shù)據(jù)和信息資源。

3.2 高度集成

DCS 控制系統(tǒng)是一個(gè)大型系統(tǒng)，可從更高的角度進(jìn)行整個(gè)工廠或工段的控制。DCS 控制系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)、通信及顯示和控制等4C 技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中監(jiān)控。這種系統(tǒng)適用于大型生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠提供全面的自動(dòng)化控制解決方案。例如，在火電廠等大型工業(yè)系統(tǒng)中，DCS被廣泛應(yīng)用于主機(jī)控制系統(tǒng)。DCS 與HMI、PLC 相比，具有更強(qiáng)的管理能力和更高的系統(tǒng)集成性，適合于大型、分布式系統(tǒng)的控制。而PLC 則更適合于成本低、對(duì)控制精度要求較低的小型項(xiàng)目。HMI 則提供了一種直觀的操作方式，適合于簡(jiǎn)化操作流程和提高生產(chǎn)效率。

4 DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

DCS 控制系統(tǒng)作為一種分布式控制系統(tǒng)，在多個(gè)行業(yè)中展現(xiàn)出了其獨(dú)特的應(yīng)用效果和適應(yīng)性。其能夠通過發(fā)達(dá)的計(jì)算能力監(jiān)控化學(xué)生產(chǎn)過程的設(shè)備和細(xì)節(jié)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。這一點(diǎn)在化工行業(yè)尤為重要，因?yàn)榛どa(chǎn)通常涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)控制系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性要求極高。

國(guó)產(chǎn)DCS 控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程可以追溯到20 世紀(jì)20 年代，當(dāng)時(shí)的過程控制系統(tǒng)主要是簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，而到二戰(zhàn)前后，隨著各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的發(fā)展，DCS技術(shù)也得到了顯著提升。國(guó)產(chǎn)DCS 控制系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展同樣經(jīng)歷了簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程，其中較具代表性的是杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司HOLLiAS MACSIC DCS 控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)初衷是為了滿足石化、化工、油氣等行業(yè)超大型煉化項(xiàng)目的需求，目前的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)容量達(dá)到120 萬點(diǎn)，專門針對(duì)千萬噸級(jí)煉油及百萬噸級(jí)乙烯項(xiàng)目的應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)融合了杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司自主研發(fā)的控制器微內(nèi)核架構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)軟件及工業(yè)信息安全技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了所有硬件、軟件的國(guó)產(chǎn)化，標(biāo)志著我國(guó)在高端工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的重大突破。

當(dāng)前的市場(chǎng)地位方面，國(guó)產(chǎn)DCS 控制系統(tǒng)與外資品牌相比，雖然市場(chǎng)份額略勝，但外資品牌占比接近50%。這表明，盡管國(guó)產(chǎn)DCS 控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上取得了一定的成功，但仍面臨著來自外資品牌的競(jìng)爭(zhēng)壓力。

DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用，主要包括以下方面。

（1）自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制。在 DCS 控制系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)不同環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和管理能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。例如，當(dāng)DCS 控制系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)在顯示面板上顯示出故障信息，并通過計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析和處理，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)的問題并加以解決。另外，當(dāng)DCS 控制系統(tǒng)中出現(xiàn)異常狀況時(shí)還可以通過顯示面板上顯示出異常狀況所對(duì)應(yīng)的故障代碼來對(duì)其進(jìn)行診斷和處理。

（2）生產(chǎn)管理系統(tǒng)。在 DCS 控制系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建立和使用。在生產(chǎn)管理系統(tǒng)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)可以使企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督和管理，提高企業(yè)管理效率。

5 在應(yīng)用過程中應(yīng)該注意的問題

5.1 上電和停電處理

DCS 控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和上電應(yīng)遵循UPS、控制站、監(jiān)控器、操作站計(jì)算機(jī)的順序，這有助于避免因順序錯(cuò)誤導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。當(dāng)系統(tǒng)停電時(shí)，應(yīng)立即將系統(tǒng)中投入自動(dòng)控制的電路切換到手動(dòng)操作，以確保人員安全。關(guān)機(jī)時(shí)，控制站是關(guān)機(jī)操作的第一步，這一步驟對(duì)于確保系統(tǒng)的穩(wěn)定關(guān)閉至關(guān)重要。

5.2 日常維護(hù)與故障分析排查

DCS 控制系統(tǒng)故障率較低，但一旦出現(xiàn)故障，應(yīng)盡快排除，以免影響生產(chǎn)。維護(hù)方法包括利用紅外測(cè)溫檢查設(shè)備，檢查電源電纜接線、配線、端子排、螺絲的溫度，排查溫度超高等問題。

有效進(jìn)行DCS 控制系統(tǒng)的故障分析和排查，需要了解DCS 控制系統(tǒng)的基本組成和工作原理。DCS控制系統(tǒng)是由系統(tǒng)軟件、硬件、操作臺(tái)盤及現(xiàn)場(chǎng)儀表組成的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，故障分析和排查應(yīng)首先通過觀察DCS 控制系統(tǒng)的各種特性，如監(jiān)視屏幕的數(shù)據(jù)更改，以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞绞胶屯ㄐ艆f(xié)議，初步判斷故障的可能來源。此外，還應(yīng)檢查電源、電纜、配線、端子接頭等是否存在接觸不良的情況。

在確認(rèn)了故障的工作環(huán)節(jié)后，可以采用短路排查法，即使用導(dǎo)線短接相應(yīng)的線路進(jìn)行測(cè)試，如果故障消除，則說明故障點(diǎn)推測(cè)正確。同時(shí)，也可以使用儀表排查法，通過檢查現(xiàn)場(chǎng)儀表來判斷故障的具體位置。

5.3 系統(tǒng)安裝調(diào)試的注意事項(xiàng)

在DCS 控制系統(tǒng)安裝和接地時(shí)，確保電力電線和測(cè)量電線安裝在完全分開的、金屬制成的電線橋架中，并每隔約100 m 進(jìn)行接地處理。這是為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免電氣干擾。接下來，根據(jù)DCS 廠家提供的系統(tǒng)啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)行系統(tǒng)的配置和測(cè)試。同時(shí)，對(duì)于初次安裝和升級(jí)安裝，應(yīng)選擇合適的項(xiàng)目進(jìn)行安裝和網(wǎng)絡(luò)配置。

在調(diào)試過程中，需要對(duì)系統(tǒng)的計(jì)算系數(shù)、偏置值、延遲時(shí)間、設(shè)定值及比例度、積分、微分時(shí)間等進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整，以獲得最佳運(yùn)行工況，這有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。軟件安裝和組態(tài)需要由DCS 廠家的人員進(jìn)行，并檢查配置后啟動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)點(diǎn)表進(jìn)行下位組態(tài)，確保軟件配置正確無誤。在DCS 控制系統(tǒng)中安裝和使用儀表時(shí)，應(yīng)注意電力電線和測(cè)量電線的安裝位置，以及力開關(guān)設(shè)備的布局，確保儀表的正常工作。

6 結(jié)束語(yǔ)

在工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展過程中，DCS 控制系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，并且已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化控制中的重要控制方式。通過將 DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化控制中，能夠充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使其在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用更加方便和高效。

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