淺析DCS系統在天然氣儀表領域中的應用

沈 航（浙江中控技術股份有限公司，浙江 杭州 310053）

淺析DCS系統在天然氣儀表領域中的應用

沈 航
（浙江中控技術股份有限公司，浙江 杭州 310053）

摘 要：隨著我國經濟的不斷發展，對天然氣的需求也逐年增多。在天然氣生產、銷售的各個過程中，儀表都占據著十分關鍵的地位，發揮著重要的作用。儀表能否正常使用，直接關系到相應的控制視圖能否實時獲得相關數據。本文就結合實際工作經驗，對DCS系統的相關內容進行分析，探究DCS系統的特點及其發展狀況。

關鍵詞：DCS系統；天然氣；儀表；應用

隨著近些年天然氣需求的不斷上漲，人們開始關注天然氣的開采。在保證安全的情況下，對天然氣進行開采，能夠滿足我國當下的需求。天然氣開采過程離不開儀表，而DCS系統直接影響到了天然氣能否安全生產。因此對DCS系統在天然氣儀表領域的應用進行研究很有必要。

一、DCS系統的概念和結構

分布式控制系統也就是DCS，又被稱為集散控制系統，是在集中式控制系統之后進一步升級的控制體系。作為多層及計算機系統，分布式控制系統將通信網絡作為核心傳輸紐帶，主要分為過程監控層以及過程控制層兩級。在整個分布式控制系統中，涉及到了通信、現實、計算機以及控制等技術，目的是為了實現控制的分散化、操作的集中化、管理的分級化以及配置的靈活化。

DCS的過程控制站就是一個具有完整功能的計算機系統，由CPU、電源以及網絡接口三個主要部分組成。作為現場過程控制中心，高性能中央處理器中保存著所有的過程控制程序、控制數據，并為其提供運行場所，負責所有控制決策的執行。操作員通過網絡接口與過程控制站相互連接，獲取信息。并將對信息的操作通過網絡接口傳遞到控制站。其中，操作員站是一臺具有監視、記錄、打印、報警等功能的個人電腦。為了完成上述的功能，該電腦中通常需要安裝相關的操作軟件。工程師站主要針對組態過程進行控制，對過程控制站的運行情況進行監視和診斷，為DCS系統工程師提供依據。DCS系統通過多個控制器對一個生產過程中的眾多控制點進行控制，平行的控制器之間借助網絡進行著數據交換。DCS系統在結構上主要劃分為操作級、過程級以及管理級這三個部分。作為系統控制功能的主要實施部分，過程級由過程控制站、現場儀表以及I/O單元三部分組成。操作機則主要有工程師站和操作員站，針對系統操作設計。管理機則是工廠管理信息系統，是DCS系統更高層次的應用。

在生產、加工天然氣的過程中，幾乎每一個環節都需要使用儀表。天然氣生產能否安全進行，直接依賴于對于儀表顯示數值的評估。在進行天然氣生產的過程中，外部環境比較惡劣，空氣中的許多成分以及環境的含水量都會對人的身體造成損傷，因此不適合有工作人員現場操作，因此儀表通常會將數字進行遠距離傳輸，在較遠的地方交由工作人員讀取參數。所以，儀表數據的收集，會影響到對于工作運轉的判斷以及對控制工作的協調。而分布式控制系統正是針對儀表讀數，對一定范圍內的讀數進行分析，從而進行反應并提供分析報告。

在天然氣生產領域中，分布式控制系統主要通過局域網作用于儀表數據，并保障儀表體系之間與相關群落以及操作站的通信。以儀表集群為單位，每一個儀表集群都可以與DCS控制器進行聯系，這種聯系需要通過當地的I/O接口得以實現。相關儀表數據將被控制器收集，并進行初步的判斷。通過網絡，控制器將這些數據向上層的操作站傳遞。工作人員在操作站就可以讀取儀表集群的基本數據，并接收到控制器的動作。

二、DCS系統的發展狀況

DCS系統在近二十年內，產品市場定位和基本原理并沒有發生改變，但是由于科學技術在不斷地發展，外界環境以及市場需求發生了變化。為了更好地應對挑戰，DCS系統的設計思想不斷完善。從宏觀上來看，DCS主要有三代，第一代是1975年至1980年初，第二代是八十年代中期到九十年代中期，第三代是九十年代中期到二十一世紀初。

DCS系統形成的初期操作站兼具工程師、操作員兩種角色，具備高級語言功能和通信功能。從控制站角度分析，第一代DCS系統主要使用的是8位微處理器，第二代使用的是16位微處理器，第三代采用32位、64位微處理器。作為一個完整的計算機，控制站提供了現場的輸入、輸出設備。在第一代之后的產品中，都使用了鑲嵌技術可以利用單片機，進行遠程的I/ O數據傳輸。同時，在信號變換的過程中為了防止現場出現的信號進行干擾，使用了隔離技術。在系統軟件方面，第一代DCS系統控制站的功能與多回路調節相類似，人機界面以及備用操作器都可以在每個控制站進行控制。第二代DCS系統控制站在程序編譯系統和實時操作系統中都實現了進一步的完善，特別是在編程語言上，增添了高級語言。第三代DCS系統的軟件更加齊全，甚至可以在離線狀態上對控制策略進行修改。

DCS系統在未來的發展中，朝著安全、開放兩個方面的屬性發展。因為在天然氣的工作環境中，DCS系統應當不斷發展，同時能與其他系統相互兼容。從安全角度分析，應當明確DCS工作的開展效果，直接會受到數據安全性與否的影響。而DCS系統能否正常運行，也會對儀表控制體系的控制效果產生影響。DCS系統還需要有一定的軟硬件接口，從而保證其具有良好的適應性。而立足于發展來對DCS系統進行分析，由于DCS系統具有極強的數據特征，將對于數據的挖掘需要向人工智能方向發展。通過人工智能思想在DCS系統中的應用，可以為計算機提供更好地處理數據的依據，能夠做出更加準確的決斷。

結語

隨著DCS系統的不斷發展，在各行各業中都有了很好地應用。特別是在天然氣儀表領域，由于天然氣生產、處理的環境比較特殊，如果直接由工作人員進行現場的儀表讀數，很有可能損害工作人員的身體健康。所以，將DCS系統應用于天然氣儀表領域，就能很好的避免這一情況的出現。同時，DCS系統還能對收集到的儀表數據進行處理、分析，為工作人員提供決策的依據。因此，DCS系統要想獲得更好的發展，應當注意不斷改進技術，完善硬件軟件設施。

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