集散控制系統在石油工業流程控制中的應用

谷勇

摘 要：集散控制系統DCS（Distributed Control System）目的在于將過去一臺大型計算機完成的功能，控制室的計算機負責監督、顯示、操作、報警、管理和優化計算，它與各微處理器之間用通信網絡連接起來，傳遞信息，從而構成一個完整的控制系統。文章將主要探討集散控制系統在石油工業流程控制中的應用。

關鍵詞：集散控制系統；石油工業；流程控制

我國石油對外依存度呈現快速攀升的狀態，此現象來自于國內經濟快速成長，當國內石油產量不足以承擔需求量時，經濟發展就會出現危機，而為了經濟的發展，導致國內石油進口量不斷增加，對外石油依存度也越來越高[1]。

1 集散控制系統的基本組成

集散控制系統以微機為核心，把微機、工業控制計算機、數據通信系統、顯示操作裝置、輸入/輸出通道、模擬儀表等有機地結合起來，構成組合式結構系統，為實現大系統的綜合自動化創造了條件。總之，就是以微機為核心，實現地理上和功能上分散的控制，又通過高速數據通道把各個分散點的信息集中起來，進行集中的監視和操作，并實現高級復雜規律的控制。集散控制系統是一種典型的分級分布式控制結構。管理計算機完成生產計劃產品管理、財務管理、人員管理以及工藝流程管理等功能，監督控制計算機通過協調各基本控制器的工作，達到過程的動態最優化。基本控制器則完成過程的現場控制任務。CRT操作臺是人機交換裝置，完成人——控制系統——過程的接口任務。自動控制方式的給定值，可由操作人員在數據輸入板上設定[2]。數據采集器用來收集現場控制信息和過程變化信息。集散控制系統既有計算機控制系統控制算法先進、精度高、響應速度快的優點，又有儀表控制系統安全可靠、維護方便的優點。集散控制系統容易實現復雜的控制規律，系統是積木式結構，結構靈活，可大可小，易于擴展。集散控制系統既有計算機控制系統控制算法先進、精度高、響應速度快的優點，又有儀表控制系統安全可靠、維護方便的優點。集散控制系統容易實現復雜的控制規律，系統是積木式結構，結構靈活，可大可小，易于擴展。

2 石油工業流程控制中集散控制系統的特點

集散控制系統采用標準化、模塊化和系列化設計，由過程控制級、控制管理級和生產管理級所組成一個以通信網絡為紐帶的集中形式操作管理，控制相對分散，具有配置靈活、組態方便的多級計算機網絡結構。

2.1 DCS系統是一個分布式計算機系統

DCS系統采用分布式系統結構有以下優點：（1）數據可以“就地儲存，就地處理”，減輕了網絡通信的負荷，縮短了處理時問，增加了數據的可靠性和安全性。（2）增加了系統工作的可靠性和抗干擾、抗故障能力，使得在任一單元失效的情況下，仍然保持系統的完整性，即使全局性通信或管理站（操作站）失效，局部站仍能維持工作。（3）擴展性好。硬件和軟件采用開放式、標準化、模塊化設計，可適應不同用戶各種大小不等的系統規模要求，也可根據生產要求，改變系統的配置規模。配置規模和控制方案的改變，皆無需修改或從新開發軟件，只是使用組態軟件對組態進行修改即可。（4）便于資源共享、并行處理[3]。

2.2 DCS系統是集各種新技術于一體的新型系統工程技術的產物

DCS系統既不同于分散的模擬儀表控制系統，又不同于集中式計算機控制系統，它是吸收了兩者的長處，并在它們的基礎上發展起來的一門新型的系統工程技術，具有很強的發展潛力和顯著的優越性。

2.3 DCS系統是實時多任務系統

通俗地講，所謂實時，就是及時，即系統對于生產過程中發生的事件具有快速響應和反應能力，從工程的角度上看問題，如果缺乏這種能力，作為控制系統就不能滿足實際生產的需求。

2.4 DCS系統是可靈活組態的系統

隨著DCS系統規模的擴大，其硬件系統可以進行組態配置；其應用軟件系統，如流程圖畫面、操作畫面、趨勢畫面、報警畫面的生成，控制方案的組成，實時數據庫歷史數據的構造等都是使用組態軟件工具，通過填表、圖形方式（或少量專用語言編程）生成的，靈活性、擴展性和可維護性好，這是常規模擬儀表控制系統所無法比擬的。

3 集散控制系統在石油工業流程控制中的應用策略

控制方案的組態（即建立過程點）是DCS組態工作中一個極其重要的方面。控制方案組態質量的高低，不僅影響著控制系統的調節性能，而且影響著控制系統的可靠性。

3.1 分散過程控制級

分散過程控制級直接面向生產過程，是DCS的基礎，它直接完成生產過程的數據采集、調節控制、順序控制等功能，其過程輸人信息是面向傳感器的信號，其輸出用于驅動執行機構。構成這一級的主要裝置有現場控制站（工業控制機IPC）、可編程序控制器（PLC）、智能調節器以及其他測控裝置[4]。

3.2 集中操作監控級

以操作監視為主要任務，兼有部分管理功能。這一級是面向操作員和控制系統工程師的，因而配備有技術手段齊備、功能強大的計算機系統及各類外部裝置，例如CRT顯示器和鍵盤、較大儲存容量的硬盤或軟盤、功能強大的軟件等，確保工程師和操作員對系統進行組態、監視和操作，對生產過程實行高級控制策略、故障診斷、質量評估。其具體組成包括：監控計算機、工程師顯示操作站、操作員顯示操作站。

3.3 綜合信息管理級

由管理計算機、辦公自動化系統、工廠自動化服務系統構成，實現整個企業的綜合信息管理。綜合信息管理主要包括生產管理和經營管理[5]。

3.4 通信網絡系統

DCS各級之間的信息傳輸依靠通信網絡系統來支持。根據各級的不同要求，通信網也分成低速、中速、高速通信網絡。低速網絡面向分散過程控制級；中速網絡面向集中操作監控級；高速網絡面向管理級。

DCS的分散過程控制級，直接與生產過程現場的傳感器（熱電偶、熱電阻等）、變送器（溫度、壓力、液位、流量變送器等）、電氣開關（觸點輸入輸出）、執行機構（調節閥、電磁閥等）連接，完成生產過程控制，并能與集中操作監控級進行數據通信；接收顯示操作站下傳加載的參數和作業命令，向顯示器操作站報告現場工作情況[6]。

4 結束語

由于現場總線設備的智能化、數字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的準確度，減少了傳送誤差。同時，由于系統的結構簡化，石油工業設備與連線減少，現場儀表內部功能加強：減少了信號的往返傳輸，提高了系統的工作可靠性。此外，由于它的設備標準化和功能模塊化，因而還具有設計簡單，易于重構等優點。

參考文獻

[1]方文龍.集散控制系統的常見問題和解決方法[J].電子技術與軟件工程，2014，11：242-243.

[2]亞森江·依布拉音.DCS集散控制系統的故障原因及運行管理體會[J].科技傳播，2014，09：82+81.

[3]馬勇.計算機控制系統在自動化生產線上的應用[J].自動化與儀器儀表，2014，03：72-73+78.

[4]黎寧.儀表控制系統在石油化工中的應用探討[J].廣東科技，2014，Z1：69-70.

[5]馮其瑞.DCS系統在石化工業中的應用及發展趨勢分析[J].科技創新與應用，2014，19：95-96.

[6]亞森江·依布拉音.解析集散控制系統的現場安裝與調試[J].科技與企業，2014，09：142.endprint