DCS的主要構成及在石油化工中的應用

摘要:DCS主要由控制站、操作站和工程師站、數據通信及網絡等三部分構成，它具有模擬量的數據采集和控制，開關量的順序控制，開關量、模擬量結合進行控制，即混合控制功能，除此之外還有人機界面友好、安全可靠、易于安裝、容易使用、便于維護、便于擴展和升級換代等特點。該系統在石油化工等行業中應用廣泛。

關鍵詞:控制站;操作站和工程師站;數據通信及網絡;應用問題

在石化行業，DCS一直多用在一個生產裝置范圍內的多機通信系統中，而且控制站和操作站、工程師站均集中放置在控制室內。而DCS的數據通信一般從初期的數據高速公路起多可長達1km，所以這方面有點浪費。鑒于石化行業的習慣，全廠各生產車間用DCS的通信總線相連的實例較少，所以在第三代DCS中通信功能的發展是與全廠管理網絡(以太網)技術相融合，逐漸實現通信網絡由多重結構向扁平化過渡，所以，第三代DCS的通信系統特點是具有開放性。

一、DCS的主要構成

DCS主要由控制站、操作站和工程師站、數據通信及網絡等三部分構成。

1、控制站DCS系統中，控制站是一個完整的計算機，實際運行中可以暫時在不與操作站及網絡相連的脫機情況下，完成過程控制策略，保證生產裝置運行。從計算機系統結構來說，控制站屬于過程控制專用計算機，其微處理器從8位發展到今天的32位甚至64位。控制站作為一個完整的計算機，它的主要I/O設備為現場的輸入、輸出處理設備，即過程輸入/輸出(PI/O)，包括信號變換與信號調理，A/D、D/A轉換。在信號變換過程中采用隔離技術以防止來自現場的干擾信號，以及與現場連接的端子及輸入、輸出信號的物理位置的方便確認，這是至關重要的。

控制站是整個DCS的基礎，它的可靠性和安全性最為主要，死機和控制失靈的現象是絕對不允許的，而且冗余、掉電保護、抗電磁干擾、構成防爆系統等方面都有效而可靠，才能滿足用戶要求。

2、操作站和工程師站DCS系統形成初期操作站各工程師站合一，即操作站具有操作員功能、工程師功能、通信功能和高級語言功能等。其中工程師功能中包括系統組態、系統維護、系統通用(Vtility)功能。

DCS操作站是典型的計算機，有著豐富的外圍設備和人機界面。目前大多數DCS操作站和工程師站已采用高檔PC機或工控機，WindowsNT(或Windows98以上)操作系統、客戶機/服務器(C/S)結構、DDC(動態數據交換)或OPC(用于過程控制對象鏈接嵌入)接口技術，可通過以太網接口與管理網絡相連。在采用通過監控圖形軟件(如iFIX、Intouch)這一點上，各DCS廠家做法不一，有的廠家以此為平臺，形成“軟DCS”操作站，這多用于中小型DCS系統，或以此類軟件為核心，進行二次開發;有的廠家對原來的組態軟件進行改造，使之符合上述特點，滿足系統開放要求。操作站要實現其多項功能，必須完成數據組織和存儲兩方面任務，如與工位號相關的一些數據，在操作站中要對由某控制站某端子與現場儀表相連的，由物理位置決定的工位規定工位號(即特征號或標簽Tag)各工位說明(可以用漢字)，使之與工藝對象一致，以保證工藝操作人員的操作，工位號可以在整個系統中通用。其它還有系統配置、操作標記、趨勢記錄、歷史數據管總貌畫面組態、工藝單元或區域組態等，這些均組織成文件，最終形成數據庫，存儲在硬盤的相應區域，使數據具有獨立性和共享性、保證數據的實時性、完整性和安全性。

DCS系統組態、操作站組態、控制站組態(上小節中已講到)均有相應軟件，為DCS用戶的工程設計人員提供人機界面。

3、數據通信及網絡上兩節所述控制站、操作站、工程師站，均為通信網絡的節點，DCS網絡上的節點還可能有上位機(或稱高級控制計算站)、與工廠管理網相連的網關等。DCS網絡是DCS的生命線，在DCS整個系統的實時性、可靠性和可擴充性方面起著重要的作用。

在當前DCS中通信功能的發展是與全廠管理網絡(以太網)技術相融合，逐漸實現通信網絡由多重結構向扁平化過渡，所以更具有開放性。

DSC系統的規模與通信能力有關系，而通信的復雜性主要表現在品的互聯問題，這樣才能夠既保證了系統的擴展性，又保護了用戶的初期投資。到目前為止，IEEE802.4令牌總線傳輸方式的通信協議和IEEE802.5令牌環網傳輸方式的通信協議在DCS系統中應用最廣，又近年來因為采用以太網的互聯網的普及以太網技術的提升，IEEE802.3辦公自動化用局域網標準(人們俗稱以太網標準)在DCS系統中已有多家采用。

二、DCS在石油化工行業中的應用

到目前為止，用戶對DCS所存在的問題，有三個方面的意見是一致的，即系統開放性問題;與現場傳感器、變送器、執行器的接線問題;價格較貴問題。這些問題在第三代DCS中已開始得到解決。在21世紀，新一代的DCS應滿足用戶這方面的需求。下面談談在石油化工行業中應用DCS兩個問題。

1、選型問題

石化行業在應用DCS中，無論新建項目或是改造項目，首先是DCS的選型問題。監於各種DCS有其通性，而且參與競爭的DCS廠家或系統集成商較多，所以各設計院或業主在標書中均不指定DCS的型號，只規定I/0點數、控制回路數、控制室與現場工藝裝置之間的物理位置、人機界面要求、先進控制或數學模型優化等方面的要求、與整個企業管理網絡之間關系等項要求，標書中為了顯示公平、公正、公開的原則，還提出DCS應符合各種標準或特殊的性能指標等等。這里要提醒買方，由於這些年國產DCS水平提高，應在標準和各項特殊指標和投標資格的規定方面給以重視，如以往在標書中多列出國際或國外的各項標準，而對國內DCS等相關標準重視不夠或不了解，如目前國內DCS是依據GB/T、18271.1-2000、GB/T、18271.2-2000、GB/T、18271.3-2000過程測量和控制裝置通用性能評定方法和程序等標準，這應列入標書中，這種要求是正當的，正直的。

關于業績問題，這是DCS選型和投標方資格論證的一個敏感問題。DCS的功能比較復雜，DCS開發過程是針對不同行業的，而且具體的工程項目的要求也很多，很難對DCS作唯一的選擇，所以如某DCS用於本類工程較多，這樣業主選用該DCS，選型風險就比較小，這是合情合理的。但國產DCS歷史較短，在某些行業大型工藝裝置上使用的業績較少或沒有，所以“實績”這個門檻問題還要具體情況具體分析，如某國產DCS可靠性很高，在類似工藝的中小裝置上應用很好，又有系統擴充能力等再加上國產DCS廠家，掌握原程序，可以按照業主要求增加某些特殊功能等，所以在同等價格的條件下，可以參加竟爭。

2、服務問題

DCS發展到今，DCS廠家的硬件、軟件自己生產的部分愈來愈少，而提供全面解決方案（Solutions），卻成了時髦的口號，這其中包括了多項軟技術，所以服務問題成了DCS廠家或系統集成商的新亮點。如何全面的為用戶服務呢?對一個工程項目來說，包括前服務、中服務、后服務。DCS是技術含量很高的產品，所以在合同簽訂前的方案認證、報價，技術談判等方面，DCS是廠家應無償的服務;在合同簽訂后，開工后、投產前硬件方案最終確認，軟件（指系統組態等）編制和鍵入生成，整機出廠前的驗收，工程技術人員和操作人員的技術培訓等中期服務是義不容辭的;貨到現場后的開箱驗收、整機現場安裝通電驗收、回路靜態連調、順序控制邏輯關系的確認。直至整個工藝裝置開車中系統投運的指導，程序修改后的拷貝和工程驗收，這是后服務。后服務可以延伸至保質期內的維修服務（無償）及以后的日常運行中的有償維修服務（全球24小時響應）等及Intermet網遠程服務。這些都是現在應該享受的，這是DCS廠家或系統集成商的義務。這方面國內DCS廠家應該有條件做得更好，而且前正是弱項，應該迎頭趕上。

所謂工程就應該有頭有尾，我們應該把DCS工程有始有終的做好，搞好服務，使DCS工程經濟效益、社會效益雙豐收。