DCS集散控制系統軟件在生產中的應用

摘要：隨著工業自動化技術的不斷完善，DCS系統在工業企業中得到廣泛應用，文章主要介紹了CS3000控制系統軟件的工作特點、構成、各功能單元的作用及其在使用過程中常見故障及處理方法。

關鍵詞：DCS集散控制系統；故障處理

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）20-0028-02

DCS，即所謂的分布式控制系統，又稱之為集散控制系統，是相對于集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統，它是在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來的。隨著現代自動化技術的不斷發展，先進的自動化控制系統在工業生產中得到廣泛應用，而CS3000系統因其系統操作簡便、界面直觀明了，安全性能高的特點，在企業生產控制中起著越來越重要的作用。

1DCS系統的構成

DCS（即集散控制系統），是以微處理器為基礎的集中分散型控制系統。其主要特點是集中管理和其分散控制。

1.1集散控制系統的硬件構成

DCS控制系統基本上是由過程控制單元、人機接口單元，通信網絡、歷史單元、計算單元、電源構成。

①過程控制單元：用來完成現場控制信號的采集、處理以及各種控制功能。主要設備為現場控制站（FCS）。

②人機接口單元：用于完成對現場裝置控制參數的顯示，以便于操作人員監視和操作。主要設備為操作站（HIS）。

③通信網絡單元：DCS是分布式計算機系統，故使用通信網絡將各個單元連接起來。網絡結構可靠性、開放性及先進性。在系統操作層，采用冗余的100 Mbps以太網；在控制層，采用冗余的100 Mbps工業以太網，保證系統的可靠性。

④歷史單元：用于各種歷史的存儲，各種報表的生成。

⑤計算單元：用于裝置的優化控制以及各種高級軟件的開發和應用。

⑥電源：UPS不間斷電源供電系統。制氧廠目前使用的UPS電源系統主要由一個UPS不間斷電源和一個外置備用電池組構成。

1.2CS3000系統組成

①現場控制站主要由微處理器（CPU）、I/O模件、通訊網絡組成。CPU采用的是冗余配置，其中一路出現故障時另一路可以繼續工作，保證系統的可靠性。

②CS3000的網絡構成見圖1，CS3000使用V-net 、Ethernet、RIO bus、ESB bus和ERB bus構成站間通訊。

V-net用于連接系統內各部件的實時控制網。Ethernet用于系統內各HIS間進行數據交換的網絡。其它網絡用于FCS處理器與域中各NODE間的通訊。

③在FCS組態中，我們要定義FCS特殊項、FCS的類型及地址、數據庫類型、公共項組態以及各測點信息功能的組態等，其中FCS的類型及地址和數據庫類型建立后不可更改。FCS的特殊項定義主要是定義啟動條件、瞬間停電檢測、數字濾波系數、掃描傳輸、數據連接通訊周期等。

④公共項的組態。I/O卡件定義及通道地址的命名：I/O卡件主要有模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出等類型卡件。報警信息及定義，可存500個內部報警器。設置內部開關。定義操作指導信息。

⑤各測點信息功能的組態。在控制站中，有10個基本功能塊，輸入模塊、調節模塊、手操模塊、限幅模塊、信號選擇模塊、信號分配模塊、比例模塊、數據設定模塊、溫壓補償模塊、運算模塊。這10個基本功能塊根據不同的需要細化成許多功能塊，其中常用的有：輸入模塊（PVI）、PID調節模塊、手操模塊（MLD-SW）、信號選擇模塊（SS-H/M/L）、溫壓補償模塊（TPCFL）、運算模塊（CALCU）。

⑥順序控制。CS3000系統可以通過模擬量輸入/輸出、數字量輸入/輸出卡件實現現場實時監視、報警和控制。除了通過基本功能塊進行操作控制外，CS3000還可通過編寫邏輯控制程序和順序控制程序對設備實現自動程序化操作。順控表是實現過程控制要求，預先定義的一組事件（包括輸入和輸出）。其中涉及開關儀表、計時器、關系表達式、相關測點的狀態等。順控表的執行方式有規則欄、步號和“00”步方式，其中步號方式是最常用的一種方式。步號不能重復，不能大于100步，按步號順序執行，在步號方式中可以穿插使用規則欄。在使用步號方式時，需特別注意的是信號的反饋。在3#制氧機分子篩切換程序中就曾經遇到這樣的情況：操作工在監控時發現分子篩程序的運行泄壓程序切換到并聯時，本應逐步升高的壓力一直沒有變化，經維護人員現場檢查確認，是由于泄壓程序完畢后本應關閉的泄壓閥限位開關出現故障，導致現場閥門已關閉但反饋信號沒有到位，程序認為條件不具備，所以沒有開啟下一個程序，致使1#分子篩比計劃周期多工作了30 min。通過對系統的分析和經驗總結，在4#制氧機分子篩切換程序調試時，專業人員自己設計編寫了分子篩切換報警程序，對每一步的信號確認可能出現的故障預置報警信息，如反饋信號在規定時間內未到位，系統將發出聲光報警，提示是哪一個點出現了故障。經過一段時間的運行，效果良好，大大縮短了故障判斷和排除的時間，為生產提供安全保證。

2故障現象及處理方法

2.1通訊故障

通訊故障可以分為兩種情況，一種是線路故障，一種是網卡故障。

一般來說，常見的線路故障主要是V-ent網的接頭部位松動接觸不良，造成通訊中斷。由于DCS通訊網絡是冗余配置，因此一根網線故障不會影響生產，只要把接頭重新插拔連接緊固即可。這種現象主要是由于操作間距離生產現場較近，設備長期處于振動狀態下造成的，雖然采取了相應的防振措施，但發生的機率仍然是很高的，這和所使用的生產設備有很大的關系。其次是由于線路固定不好，通訊線因自身重量原因長期下墜造成接頭松動。這種情況只要把線路在合適的位置固定好，并重新緊固接頭即可恢復。最后就是網線損壞，更換網線。

網卡故障是指安裝在計算機主機內的V701網卡，網卡故障只能更換網卡才能解決。由于操作站的配備不止一臺，因此一臺計算機的網卡出現故障，其他操作站可以照常工作，不會影響生產。

2.2CPU故障

DCS系統發出報警信息提示FCS0102故障，由2#工作站傳送的數據全部顯示“＊＊＊＊”，經檢查2#工作站CPU的CP701卡件 4個標志燈全部熄滅，經復位仍未恢復，判斷為2#工作站的CP701卡件出現故障，在更換卡件后恢復正常。

2.3操作站故障

操作站最主要的故障是硬盤損壞。根據企業工業自動化管理規定要求和生產的需求，所有自動化系統每個操作站都有整盤備份，每個工程師站都有項目文件備份。因此在出現硬盤損壞時，直接更換硬盤即可，也可以安裝好系統，再將項目文件復制到相應的位置。在這里要注意的是，由于DCS系統數據在下載保存的時候，是同時下載在現場控制站FCS和計算機硬盤里的，這樣一來，FCS中的數據是實時數據，而新硬盤由于是提前備份的，在程序上沒有什么區別，但在時間和數據的實時性上卻和FCS的數據庫時間、數據存在著較大的差距，因此無論是使用哪一種方法，在更換新硬盤后都要進行一次同步下載，使硬盤數據時間與FCS數據庫時間相一致。

3結語

CS000在制氧生產過程應用以來，控制系統運行穩定，控制效果良好，在工藝過程的節能、降耗方面起著積極的作用。

參考文獻：

[1] 黃海燕.黎冰.集散控制系統原理及應用[M].北京:化學工業 出版社，2009.

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