通信技術在DCS中的作用

魏嘯石 王 洋 岳興亞

（1.吉林石化公司，吉林 吉林132021；2.吉林石化公司煉油廠，吉林 吉林132021；

3.吉林石化公司倉儲中心，吉林 吉林132021）

0 引言

DCS（Distributed ControlSystem）系統在吉林石化公司合成樹脂廠過程控制中的應用已有十多年的歷史了，而且正在越來越多地得到應用。目前廣泛應用的DCS系統有C＆E的MOD－300，HONEYWELL的TDC－3000、PKS，FOXBORO的I／AS，日 本 橫 河 的CENTUMXL，WESTINGHOUSE 的 WDPF，BAILEY 的 INFI－90，SIEMANS的TELEPERM ME／XP。這些DCS系統，在實際應用上均存在一些問題，例如系統的實時性、可靠性，系統組態的方便靈活性等都有待改進。本文針對DCS系統在實際應用中存在的常見問題加以深入剖析。

1 DCS系統推出的背景

DCS系統的推出并逐步發展成為過程控制領域的主導的主要原因是：

（1）隨著現代化的生產工藝系統日趨復雜化和大型化，需要控制和檢測的參數顯著增加，傳統的儀表控制系統明顯難以勝任，新的技術應運而生。

（2）傳統的儀表控制系統一般采用不同生產廠家提供的產品，導致工藝生產所需的備品備件種類繁多，在浪費大量物力人力的同時，工藝生產對這些儀表生產廠商的依賴性越來越強，矛盾越來越激化。

（3）自動化控制理論的發展，特別是連續系統離散化理論，采樣理論，這些理論大大地推進了過程控制從傳統的儀表控制系統向DCS系統變革的進程。

（4）通訊技術和理論的發展，在對局域網（LAN）的廣泛研究過程中，通訊技術和理論得到了極大的完善和發展，為DCS系統的發展奠定了基礎。

（5）計算機集中控制系統存在固有的一些缺陷如故障集中，因此為了提高可靠性而需要巨大的費用。相對來說DCS系統所用的微處理器和微機要便宜得多，故障相對分散，這些是DCS系統優于集中控制系統而得到迅速發展的關鍵所在。

以上列舉了足以說明為什么DCS系統會在過程控制領域一顯身手的主要原因。現在來看看最初推出DCS系統的一些初衷。專業技術人員普遍認為，這樣的控制系統至少有以下幾個有點：

（1）故障分散。“故障集中”是集中控制系統的致命弱點，DCS系統有效解決了該問題。DCS系統集成了大量的微處理器，每個微處理器承擔一個小范圍內（地域上）的控制任務，單個微處理器故障不會影響整個系統的正常運行，真正實現“故障分散”。

（2）控制表盤的尺寸和控制室大小極大減小。

（3）控制系統需求的電纜大量較少。

（4）控制系統需求的備品備件數量及種類大量減少。

（5）控制系統構成的靈活性增強，組態靈活快捷、可擴展性強。

（6）實現過程歷史數據和實時參數的管理，具有性能計算和設備壽命計算功能。

2 目前階段市場能提供的DCS系統的實際能力

從在合成樹脂廠中應用的HONEYWELL的TDC3000，Experion PKS系統以及和利時的DCS系統來考察，筆者的見解如下：

（1）關于故障分散。相信大多數DCS系統生產廠商現階段所提供的系統在實際應用中并非想象的那么“故障分散”。事實上，由于DCS系統在應用技術方面尚存在一些問題，1臺由DCS系統控制的生產單元，因DCS系統的某些故障而被迫停運的情況時有發生。從這一點上看，HONEYWELL的Experion PKS系統處理的比較好，它的每一快控制卡只承擔幾個風機或泵的開環控制回路，并且這塊卡件既承擔與這些邏輯控制有關的I／O功能，又承擔邏輯控制功能。這樣做對故障分散是十分有利的。

（2）關于控制室的尺寸和表盤長度。與傳統的儀表控制系統相比，電子室的尺寸和設備相對增加，這一點DCS系統給我們帶來的實際利益并不顯著。

（3）關于節約電纜。DCS系統的主要設備對安置條件需求較高，需要條件比較好的控制室，所有的現場信號仍然通過電纜輸送到控制室。因此，與傳統的儀表控制系統相比，電纜縮減有限，效益不明顯。

（4）關于控制系統構成的靈活性，組態的便捷性和系統的可擴展性。系統構成的靈活性以及系統的可擴展性，這一點確實是傳統的儀表控制系統無法與之相比的。關于這個問題，HONEYWELL的系統較有特色，它不但在線組態，而且設計有仿真功能，這給調試工作帶來極大的方便。

綜上所述，當前市場所能提供的DCS系統在實際應用中帶來的益處和我們想象的還有很大一段差距。當然，DCS系統有效解決了傳統的儀表控制系統難以勝任現代化大生產過程控制的問題，是傳統的儀表控制系統和計算機集中控制系統所無法比擬的。

3 實際應用中存在的突出問題

現在的DCS系統在應用技術方面仍然存在以下一些問題：

（1）故障分散。目前的DCS系統還沒有做到真正意義上的故障分散，這一方面是由于目前的器件仍然比較嬌貴，因此控制系統在地域上做到分散還不能實現（盡量接近傳統的儀表控制系統）。

（2）實時性。現在的DCS系統由于受計算機技術和通訊技術的制約，在實時性方面的表現不盡如人意，例如，早期的TDC3000系統，操作一個控制閥，從操作員在系統發出指令到在屏幕上接受到反饋信號需要十多秒。后來經過硬件升級，使用新一代芯片，問題才得到解決。

（3）組態的靈活性以及必要的權限保護。多數系統在工程師站進行組態，然后下載到控制子系統或者說控制卡件中去，而一般這個過程是十分費時的，尤其在調試過程中，組態的修改是經常性的事，需要尋求一種既方便又安全的在線組態方法。

（4）安裝工藝和制造工藝。安裝工藝和制造工藝是影響DCS系統正常使用的一個重要因素。一個小小的插件質量不好或接觸不良就有可能釀成重大的技術故障或生產事故。如果所提供的系統在工藝上都不能滿足可靠性的要求，那么原理上再吸引人也難以令人接受。

（5）應用軟件的可靠性、成熟性。DCS系統由于應用的實踐還處在不斷的積累過程中，許多應用軟件還不是很成熟，它的可靠性還有待時間的考驗。

4 結論

以上從推出DCS的理由以及DCS為什么會成為過程控制領域的主流的原因出發，進而提出了現階段市場能夠提供的DCS系統在應用技術方面尚存在的一些問題，這些問題可歸納為工藝的問題，元器件生產技術的問題和設計的問題。DCS系統應以問題為導向，從生產實際出發，深入挖掘自身不足，在結構上、技術上和所采用的器件上，逐步地完善和提高。

［1］王常力,羅安,主編.集散型控制系統的選型與應用[J].清華大學出版社,1996,6.

［2］Wany H.Smeallie.Microprocessor－Based Distributed ControlSystems in the Modern Power Plant.Babcock＆Wilcox Operat－ing＆Maintenance Experience Conference，Oct.1983[Z].

［3］王金全,方忠華,仲未央.工業控制系統的現狀與展望[J].中國電力,1998(4).