DCS控制系統的介紹與應用

王德森

摘 要：文章主要闡述了DCS控制系統的結構、特點、功能和相關應用，并結合生產實際淺談DCS控制系統的具體應用方法。

關鍵詞：DCS控制系統；應用；研究分析

引言

隨著國民經濟的飛速發展，工業生產過程越來越趨向于規模化、專業化、自動化。而工業生產過程中的自動化是實現工業生產效率大幅提高、成本和勞動強度降低、生產質量得以保證的關鍵因素。自動化控制包含自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，而控制過程中沒有人或很少人參與。而近些年自動化控制的發展的非常迅速的，如PLC、DAS、OGC、DDC、QCS、WIS、VIS、DCS等等，其中包含集中控制和分散控制系統。而DCS控制系統因其高可靠性和開放性、靈活性等優勢已經成為一種大眾產品，成為了分散控制系統的主流。

1 DCS控制系統簡介

集散控制系統（Distributed Control System）是相對于集中式控制系統而言的一種較新型的計算機控制系統，是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一種全新的分布式計算機控制系統。DCS從1975年誕生以來，經過多年的發展，其功能不斷擴大，系統的規模、容量增加，數字化程度逐步提高，現已形成了數字化、信息化、集成化的分散控制系統。現代的DCS控制系統，不僅能夠攻克常規模擬儀表和集中控制存在的致命缺陷（如控制能力單一，一個地方出問題導致全線停車等），還能通過各微處理機之間的相互連接，綜合邏輯控制、順序控制、程序控制、批量控制及配方控制，從而實現非常復雜的控制功能。

集散控制系統主要包括過程級、操作級和管理級，而任何一個集散控制系統的組成須具備以下幾個要素：一臺過程控制站、一臺操作員站、一臺工程師站、一條系統網絡。

過程控制站是DCS的核心，系統主要的控制功能由它來完成。現場控制站的硬件包含一個完整的工業計算機系統，當然包含CPU、存儲器、網絡接口，同時還包括I/O通道，一般是模塊化的I/O，而同一個模塊上可有多個I/O通道，連接這些現場測量設備和執行設備，其三是包含I/O單元，即用來擺放I/O模塊的單元。

操作員站較簡單，就是操作員通過工業計算機系統來完成控制過程。但應注意增加屏幕或視野來增加操作員的觀察范圍，便于對全局有個系統的把握。

工程師站在DCS中可能不需要人員長期對其進行控制和操作，但它也是DCS系統中非常重要的環節。它是對特定的DCS系統執行怎樣的特定功能進行設置的一個特殊功能站，如在控制計算中參數的設定，對某節點是否需要人的監控和管理的選擇等等，同時還包含如報警、記錄歷史數據等各個方面功能的定義。

特殊功能站是用來專門執行特定功能的計算機，是可根據用戶的要求添置的為了完善控制和管理而增加的特定功能執行裝置。

DCS網絡包括系統網絡、現場總線網絡和高層管理網絡。系統網絡是任何一個控制系統必不可少的組成部分，而在集散式控制系統中，網絡數據的傳輸尤為重要。由于DCS功能站數量繁多且功能都不同，必須通過準確有效的數據傳輸，才能實現系統總體的功能，在數據的傳輸過程中必須保證其實時性、可靠性。現場總線和高層管理網絡結合，實現DCS從單純的低層控制功能發展到了更高層次的數據采集、監督控制、生產管理等全廠范圍的控制、管理系統。

2 集散控制系統的特點

集散控制系統的特點可以概括為以下六個方面：

2.1 分散性和集中性

現代的工業系統，不但地域分散、設備分散，其設備的功能也是分散的。因此它存在很大的分散性，同理這種分散導致故障危險也分散，這樣反而提高了系統可靠性和安全性。

2.2 自治性和協調性

自治性便是DCS不同于集中控制系統的特點，DCS中的每臺計算機都可以獨立工作；DCS協調性是指系統內部的所有計算機通過網絡進行通信和交流，能夠實現相互協調和制約，以確保整個系統為了統一既定目的運行。這是與PLC、DAS、OGC控制相比最大的優勢，也是DCS得以廣泛應用的原因。

2.3 靈活性和擴展性

它主要體現在DCS結構上，DCS依靠各種不同功能的模塊，可由靈活的組態構成或簡單或復雜的各類控制系統。

2.4 先進性和抗干擾性

隨著電子行業和單晶體生長技術發展，DCS可采用的更精密的電子元件，更完美的加工工藝；同時，DCS采用一些列冗余技術，關鍵設備如主機、通信網絡、電源可使用雙重化模式，可于故障發生時自動備份、自動切換，結合先進的故障屏蔽技術，使其先進性和抗干擾性突出。

2.5 友好型和新穎性

與其說友好性，不如說傻瓜性。DCS可以為操作人員提供形象直觀的畫面，這些畫面可以包含總貌、各節點具體情況、變化趨勢、報警指示、操作指導和流程圖等等，操作極為簡單直觀，與PLC等相比要具體和簡潔。而這些畫面可根據用戶喜歡的風格進行設計，加上一些動態的flash、視頻、音頻等多媒體技術，使操作人員心情愉快、工作趣味性提高。

3 DCS的應用實例

經歷了常規模擬儀表控制、計算機集中控制等模式后，DCS控制應用開始走向前臺。而DCS的應用過程中應該注意一些問題：

一是投入使用前的調試過程。因DCS的分散性和集中性特點，包含單體和聯機的精心調試顯得非常重要。用戶應對這些網絡組態文件、區域數據庫、用戶數據點、工藝流程畫面等等進行調試；尤其是整個回路的測試非常重要。二是現場的調試，包含連續控制程序測試、非連續性程序測試、緊急連鎖調試、操作畫面調試等等。

現以芬蘭Metso系統為例談談DCS在造紙工業中的實際應用。

造紙過程是一個復雜的傳質傳熱過程，而整個生產線的控制對象是非常復雜且變化繁多的。首先，紙種、厚度、大小都會有不同的參數；又如漿量和水量的影響因素有十多個之多；再如如白水濃度、紙機的速度、毛毯磨損等等，均會造成模型結構和參數的不穩定性。而在紙張的質量控制方面更為復雜，假定紙漿的打漿度、濕重和濃度有任何一項不合格，造紙機都不能生產出合格的紙張。

為了解決這些復雜的問題，這套系統利用羅布混合器使漿料在管道中混合，由高效的稀釋水控制網部流漿箱來控制紙頁CD方向的均勻度，在壓榨部采用Symbelt直通式雙道靴形壓榨來提高紙頁脫水率。紙頁是存在不穩定的紙幅跳邊現象的，通過在干燥部中的上烘缸下真空輥結構加入HiRunbox紙幅穩定器來解決。在硬壓與施膠之間的第一個PaperIQPlus掃描架安裝定量、水分、灰分、厚度傳感器，利用施膠機、熱風箱等執行設備來調整這些變量的不穩定性。出了正常的運行控制系統如MCS、rive、VIS、WMS外，還有品質檢測的QCS、WIS，紙機運行狀態及性能檢測系統、流著率分析系統、質量控制系統、斷指監測系統和紙幅偵測系統等對整條生產線進行分散控制，DCS對各個控制系統進行整合，確保了整套設備協調、穩定的運行。

4 結束語

文章僅對DCS控制系統應用進行了簡要的介紹，而在我國，DCS在石油化工、冶金、紡織行業的推廣還是比較廣泛的，希望其他行業DCS的應用和DCS自身的發展能夠進一步延伸。

參考文獻

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