分布式控制系統控制技術及應用

李寶有

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東青島 266043）

1 DCS控制技術

DCS（Distributed Control System）即分布式控制系統，是集控制技術、顯示技術、計算機技術、通信技術于一身，實現控制分散、故障率分散及危險性分散，操作集中，解決了常規模擬儀表功能單一，操作分散的缺點。利用DCS的冗余技術，使控制器、電源及通信總線采用雙機熱備的形式，控制的可靠性得到進一步提高。它還能實現連續控制、順序控制、邏輯控制、先進控制、數據采集及網絡之間的互相通信等功能，將生產過程控制、監視操作、工廠管理有機地結合起來。

2 DCS的主要功能

2.1 DCS的一般構成（圖1）

圖1 DCS的一般構成

（1）I/O卡件。與現場儀表相連，實現A/D，D/A的轉換及部分的輸入輸出處理 ，采集來自檢測儀表的信號，輸出模擬或數字信號至執行器。

（2）控制器。完成I/O信號的輸入輸出處理，運用各種控制算法，實現控制策略，完成連續的PID（Proportion Integration Differentiation，比例-積分-微分）調節、順序控制、邏輯控制及先進的過程控制等功能。通過串行接口，可以實現與PLC子系統的單向或雙向的通信，如符合MODIBUS，PROFIBUS-DP協議的PLC等。

（3）過程控制網?？刂破鳌⒉僮髡揪沁^程控制網的一個節點，一般過程控制網以令牌或沖突檢測方式進行數據的通信，速率一般為5 Mbps或10 Mbps。過程控制網實現了控制器與控制器之間，控制器與操作站之間，操作站與操作站之間的點對點的數據通信。

（4）人機界面。通常我們所說的操作站。操作站的主要功能，通俗地說，就是從控制器讀取過程采集來的數據，同時把在操作站設定的數據寫到控制器里。總結起來，操作站完成了過程數據的實時監視、畫面顯示、操作命令的輸入、報警和事件、報表及打印、系統診斷和維護、系統組態，開放的OPC（OLE for Process Control，用于過程控制的對象連接與嵌入）接口可以實現不同DCS之間或DCS與上位管理機之間的數據通信，通過網間服務器可以實現INTERNET的遠程訪問。人機界面一般分工程師站和操作員站。一般DCS必須至少有一個工程師站，以用于工程的組態，數據的管理及向第三方的系統進行文件和圖形傳輸的功能。工程師站兼具操作員站的功能。

2.2 DCS界面的功能

不同的DCS操作界面有所不同，但完成的功能基本相同?？偨Y起來，一般的操作界面有如下幾種功能：

（1）組態畫面。用于應用軟件的組態及文件的復制和下裝。

（2）流程圖畫面。 流程顯示，包括過程數據的實時顯示，管道、閥門及設備的顏色改變，液位的動態顯示等。

（3）調整畫面或點的詳細畫面?？梢栽谠摦嬅嫔线M行點的具體參數的設定。例如：報警限的設定，PID參數的整定，控制回路的手自動切換，控制回路的輸出設定等。

（4）主要參數代表的意義。

PV：Process Value，過程測量值

PVHH：Process Value Hi-Hi，過程測量值的高高限值

PVHI：Process Value Hi，過程測量值的高限值

PVLO：Process Value Lo，過程測量值的低限值

PVLL：Process Value Lo，過程測量值的低低值

P：比例放大系數 KP或比例帶 δ（KP與 δ的關系是：δ=1/KP×100%，但上式中的“%”一般不表示出來。例如當KP值為1時，相應的比例帶δ=100。所以在P值整定時，一定要搞清楚P值是用KP還是用δ來整定的。不同的DCS是不同的）。

I：積分時間，單位min

D：微分時間，單位min

MV（OP）：控制輸出值

MVHI（OPHI）：輸出上限限幅值

MVLO（OPLO）：輸出下限限幅值

MAN：控制回路處于手動狀態

AUTO：控制回路處于自動狀態

（5）儀表棒圖。用模擬儀表圖相近的形式來顯示某一工位號的主要參數，并可以在該點的儀表棒圖上進行操作。

（6）控制分組畫面。把8個或16個控制上相關聯的儀表棒圖集中在一個控制分組畫面中顯示，以便于集中顯示和操作。

（7）報警畫面。顯示過程參數的越限報警，聯鎖報警，系統的狀態報警等。

（8）操作記錄畫面。對操作人員所做的操作進行記錄的畫面。

（9）系統維護畫面。顯示系統的硬件運行狀態，使維護人員及時地發現系統存在的硬件問題，盡快排除故障。

（10）歷史趨勢畫面。可以顯示某點的歷史趨勢。

（11）報表畫面。顯示生成的過程參數報表文件并進行打印。

3 DCS組態軟件的主要功能及在空分系統設備中的運用

3.1 空壓機

（1）空壓機運行之后，空壓機的軸振動聯鎖并不馬上投入，而是確定一定時間延時投入。

（2）“空冷塔的液位過高”或“空氣出空冷塔的壓力過低”，均會引起空壓機產生如下聯鎖：全開放空閥及防喘振閥，同時全關出口閥。當空壓機試車或空分起車階段，“空氣出空冷塔的壓力過低”的聯鎖條件總是成立，所以必須解除該聯鎖?？梢酝ㄟ^改變空氣出空冷塔壓力的低低限設定值的方法來實現聯鎖解除，也可以通過程序設定“聯鎖投入”和“解除”按鈕，操作這2個按鈕即可。

3.2 分子篩

（1）分子篩吸附器的切換和閥門的動作是受程序控制自動進行的。在空分試車階段，先初始化分子篩程序控制狀態，使再生的分子篩處于準備卸壓狀態。

（2）當空分系統故障時（空壓機停車或空壓機放空閥全開），分子篩程序就自動暫停，當空分系統恢復正常，分子篩程序手動在原來的序號上繼續往下運行；當閥門故障時，可以通過手動方式暫停分子篩程序，當故障排除后，需通過手動的方式使分子篩程序在原來的序號上繼續往下運行。

（3）閥門的開關受程序控制，不能手動操作。但當程序運行到某一閥門需要打開或需要關閉，由于閥門卡塞需要動作一下閥門時，需先暫停分子篩程序，然后將閥門的手自動切換開關切換到手動位置，使閥門脫離程序控制，操作員可以在操作界面上手動地操作該閥門。當閥門動作正常以后，必須先把閥門的手自動切換到自動位置，然后再重新啟動分子篩程序。閥門處于手動狀態時，不能隨意操作閥門，否則會把分子篩的層床沖壞。

（4）從分子篩純化器自動切換時序圖上，可以看出，在分子篩程控運行到準備卸壓、卸壓、加熱、升壓、切換，均有相應閥門是否到位的確認條件。

（5）在操作員界面上可以修改卸壓、加熱、吹冷、升壓的計時器的計時時間長度設定值。

4 儀控系統事故狀態下的緊急處理

（1）整個DCS儀控系統的設計遵守失電安全的原則。在正常工況下，聯鎖回路的觸點閉合，繼電器或電磁閥得電；當聯鎖條件發生時，觸點斷開，繼電器或電磁閥失電。所以當整個儀控系統失電時，能把動設備安全地停下來，同時電磁閥失電使閥門處于安全狀態。

（2）當DCS發生故障時有2種情況。一是操作站死機；另一種是控制器死機。操作站死機時，可以重新啟動操作站，而控制器死機時，則要借助緊急按鈕臺，將動設備停下來，同時在機旁盤把閥門打到手動位置，將應該打開的閥門打開，并關閉應該關閉的閥門。

5 控制系統的發展方向

DCS從設計、施工、調試、運行進行全過程全方位管理，根據系統配置和生產設備控制情況，制定科學、合理、可行的維護策略和方式方法，做到預防性維護、日常維護緊密配合，對運行中出現的各種故障，應具體問題具體分析，做到預防第一，保證DCS長期、良好運行。

FCS（Fieldbus Control System，現場總線控制系統）是與DCS并行的一種不同控制結構的控制系統。FCS有一對N的結構、可靠性高、可互換性、可互操作性、開放式互連網絡等優點。由于現場總線技術克服了DCS的不足及應用中的問題，近幾年來發展迅速，已進入實用化階段。