淺析DCS控制系統在工業自動化中的應用

張忠民

摘要：DCS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，其在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來，具有一些特征，如高可靠性、開放性、靈活性、易于維護、和控制功能齊全等特點，但DCS控制系統在工業自動化中應用時不可避免也會發生一些故障。因此，本文就DCS控制系統的概述、DCS控制系統在工業自動化應用中的故障分析以及一些常見的故障處理措施進行研究。

關鍵詞：DCS控制系統;工業自動化;應用

引言：

隨著計算機與網絡技術的飛速發展，DCS的發展非常迅速，技術水平達到高水平的標準，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設備通過網絡連接實現更高級的集中管理功能，如計劃調度、倉儲管理、能源管理等。操作采用計算機操作站，通過網絡與控制器連接，收集生產數據，傳達操作指令。因此，可以看出DCS的主要特點能概括為分散控制集中管理，其主要擔負過程控制和過程優化任務，也可以滿足工業自動化的實際應用。

一、DCS控制系統的概述

DCS的骨架是系統網絡，而系統網絡又是DCS的基礎與核心。網絡對DCS的整個系統起著決定性的作用，從而保證系統的實時性、可靠性和擴充性。在系統實際運行過程中，各個節點的上網和下網是隨時可能發生的，所以，網絡重構會經常進行，但這種操作絕對不能影響系統的正常運行，因此，系統網絡應該具有很強的在線網絡重構功能。DCS是一種完全對現場I/O處理并實現直接數字控制功能的網絡節點。一般一套DCS中要設置現場I/O控制站，用以分擔整個系統的I/O和控制功能[1]。這樣可以提高系統可靠性，有利于提高整個系統的性能。所有DCS都要求有系統組態功能，可以說，沒有組態功能的系統就不能稱其為DCS。因此，經過不斷的發展和完善，要對DCS向著更加開放，更加標準化，更加產品化的發展方向提供最大的支持。

二、故障及處理措施

（一）過程通道故障及其處理措施

過程通道故障出現最多的是I/O卡故障。這類故障的特點在調試階段出現較多，正常運行中出現幾率很低。一次元件或控制設備出現故障有時不能直接被操作員發現，只有異常或報警后才通知熱控人員處理[2]。

過程通道故障具體的處理措施：進行系統診斷，更換通道或通過更換備用件處理。如果是內部元件老化或其他原因造成的損壞，一般控制人員很難判斷。I/O卡的檢修一般是由廠家處理，目前熱控檢修人員的手段還不能達到像檢修常規儀表那樣檢修。因此，要提高對檢修人員和運行人員的素質要求，運行人員要詳細介紹故障前后的狀態，方便熱控檢修人員能夠快速、準確的處理缺陷，減少故障的擴大化。而且許多DCS廠家在產品宣傳上都支持卡件熱撥，作為控制人員，在運行中更換卡件時一定要做好安全防護措施，否則會引起系統變化或負荷變化[3]。

（二）操作故障及其處理措施

操作故障有三種比較常見，分別是操作員站死機、球標操作不正常和控制操作失靈。而操作員站死機這一故障的原因比較多，硬盤或卡件故障，冷卻風扇負荷過重等，也有人為操作現象。第二個是球標操作不正常，主要是機械裝置長期工作、老化、污染、點通斷不可靠、電纜插件不牢等。第三個是控制操作失靈，其原因是球標的操作信號沒有正常改變過程通道的狀態，造成操作失效。造成操作失效有兩個方面的原因，一個方面是軟件缺陷，另一方面是硬件本身故障的狀態。

操作故障具體的處理措施是：在操作員死機這一故障發生時，要對熱工專業的工作過程嚴格執行，因為人為該操作發生的故障在熱工專業中的不安全事件中占有很大比例，在操作中尤為引起高度重視，減少人為故障。而在球標操作故障中就要對設備進行更換并且在日常維護中檢查仔細，保證其球標操作的順利進行。在控制操作失靈時的軟件缺陷問題，通常的處理措施是針對這樣的缺陷通常做法檢查過程通道功能正常后，再檢查操作，有必要時還需要進行重啟初始操作[4]。

（三）干擾故障及其處理措施

干擾故障主要的問題是接地問題，在備用電源的切換以及大功率的無線通信設備，例如手機、對講機等情況時，容易出現干擾故障。此外，DCS系統的干擾信號在一定程度上有可能是因為其本身造成的。在系統工作時需要傳遞數據和指令，而如果在這個時候出現例如電磁繞組對模擬量的干擾和變頻器對通信設備的干擾等情況，便會造成設備的順利工作受到影響，以及還會出現通信失靈等情況。在電力行業，接地問題會引起極大的重視。因此，在DCS系統的接地問題中，大功率電器設備的啟動和停止都會干擾DCS的控制信號，造成不必要的故障。

針對干擾故障具體的解決措施是：在應對系統工作時的干擾故障應該認真檢查各設備的接地情況，對接地情況做好統計，還要加設濾波器，從而減小變頻器載波頻率，最后達到降低外界干擾的效果。為了防止干擾信號串入系統，嚴格執行屏蔽和接地要求及方式，信號線遠離干擾源，同時采取防電源波動措施。主/從過程處理機之間在機組運行時，不到緊要關頭，最好盡量不要人為切換，以防產生干擾。如果遇到必須切換的情況，應該采取適當措施，先將控制切換成手動，避免對機組運行工況產生影響。對電子設備問、工程師站等重點部位，應該絕對禁止使用大功率無線電通信設備。

三、結束語

DCS在美國首次被推出綜合分散控制系統TDC—2000 時便引起美國工業控制界高度評價，后來過程控制進入了集散系統的新時期。DCS憑借著高可靠性與開放性的優點，在國內外的應用越來越廣泛。在實際的應用中，因為各種各樣的因素而導致該系統的運行受到很大的阻礙，發生很多故障。因此，在系統應用時要仔細檢查，對發生的故障冷靜分析，找出其故障特點，選擇合理的處理措施，保證系統最大限度的正常運行，促進DCS向更加開放，更加標準化，更加產品化的方向順利發展。

參考文獻：

[1]錢錦.淺析DCS控制系統在工業自動化中的應用[J].石河子科技，2016（3）：39-40.

[2]李定川.DCS控制系統淺議[J].智慧工廠，2017（9）：62-64.

[3]樊莉.DCS和PLC控制系統在冶金自動化中的應用[J].工業設計，2016（1）：186-187.

[4]耿鵬飛.基于DCS的鍋爐自動化系統[J].數字技術與應用，2016（10）：11-12.