DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應用研究

［摘 要］DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應用是通過將計算機技術和控制技術相結合，運用集中控制的方式，對工業(yè)自動化進行控制，使其能夠滿足工業(yè)生產過程中的需求。DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應用，能夠保證工業(yè)生產過程中各個環(huán)節(jié)之間的協(xié)調合作，使其在進行操作和管理時更加方便和高效。文章分析了DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中應用的意義，探討了DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的具體應用，以及應用中應該注意的問題，以供參考。

［關鍵詞］DCS 控制系統(tǒng)；工業(yè)自動化；數(shù)據采集；數(shù)據庫

［中圖分類號］TP273 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0003–03

1 概述

隨著科學技術的不斷發(fā)展，計算機技術已逐漸應用于工業(yè)生產。但由于工業(yè)生產過程中存在很多不確定性因素，使得工業(yè)生產過程很難完全實現(xiàn)自動化，需要對工業(yè)生產過程進行有效的控制。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)雖然在一定程度上能夠實現(xiàn)對工業(yè)生產各個環(huán)節(jié)的有效控制，但是其仍然存在著很多問題。

（1）傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所具有的功能有限。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在對工業(yè)生產過程進行控制時，雖然能夠滿足基本的生產需求，但是其功能卻相對單一。例如，在工業(yè)生產過程中，由于受到外部環(huán)境變化、設備故障等因素的影響，導致其無法準確地對工藝參數(shù)進行調整和控制。

（2）傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在進行數(shù)據采集時需要通過專門的設備進行操作，數(shù)據采集效率較低。

（3）傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在運行過程中無法對相關設備進行有效的監(jiān)控和管理。

2 DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應用意義

DCS（分散計算機系統(tǒng)）是一種自動化程度很高、集操作和管理于一體的計算機系統(tǒng)，主要由1 個中央處理器及若干個可編程控制器（PLC）構成。其內部具有專門用于處理數(shù)據的存儲器、用于運行程序及執(zhí)行計算操作指令的控制器、用于處理和執(zhí)行數(shù)據及完成信息處理功能的軟件、用于顯示和打印結果及處理報警信息和操作信息的顯示器等。在 DCS 控制系統(tǒng)中，其內部具有豐富的功能模塊，如數(shù)據處理模塊、模擬量模塊、過程控制模塊等，這些模塊可以為DCS 控制系統(tǒng)提供較為完善的功能服務。

DCS 控制系統(tǒng)具有可靠性高、穩(wěn)定性強及擴展性強等優(yōu)點，因此，在工業(yè)生產過程中運用 DCS 控制系統(tǒng)能夠對工業(yè)生產過程進行有效控制，既可以保證生產流程的穩(wěn)定性和安全性，還可以提高工業(yè)生產過程中各環(huán)節(jié)之間的協(xié)調合作能力，使其在進行數(shù)據采集和處理時能夠更加準確、高效。

DCS 控制系統(tǒng)的應用目的在于實現(xiàn)“安全生產、節(jié)能降耗、提高質量、降本增效及綠色發(fā)展”的五大發(fā)展目標，其不僅關注生產效率和質量的提高，還涉及安全生產、節(jié)能降耗等多個方面。當前我國的工業(yè)發(fā)展越來越快，工業(yè)生產過程中使用的設備數(shù)量也越來越多。設備數(shù)量和種類的不斷增加，導致了很多工業(yè)生產過程中設備在運行時出現(xiàn)了各種各樣的問題。而 DCS 控制系統(tǒng)具有開放性和集成性的特點，能夠將不同類型的設備進行有效整合，并且將不同類型、不同性能、不同型號的設備進行結合，能夠保證工業(yè)生產過程中設備運行效率和產品質量的提高。

DCS 控制系統(tǒng)的高可靠性是其廣泛應用的一個重要原因。由于系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上，且系統(tǒng)結構采用容錯設計，即使某一臺計算機出現(xiàn)故障，也不會影響整個系統(tǒng)的正常運行。這種設計保證了系統(tǒng)在面對突發(fā)情況時的穩(wěn)定性和安全性。

DCS 控制系統(tǒng)還具有低維護成本的特點，這對于降低企業(yè)運營成本、提高經濟效益具有重要意義。同時，隨著技術的發(fā)展，國產自主可控DCS 與進口DCS 在主要性能及應用功能方面已基本無差距，顯示出國產DCS 技術的進步和競爭力。在化工生產中，DCS 控制系統(tǒng)的應用被認為是非常關鍵的。例如，杭州和利時自動化有限公司發(fā)布的HOLLiAS MACSIC 完全自主可控DCS 控制系統(tǒng)專門針對石化、化工、油氣等行業(yè)的超大型煉化項目設計，能夠為石化和化工行業(yè)提供參考。

3 DCS控制系統(tǒng)特點

工業(yè)生產過程中存在著眾多的生產環(huán)節(jié)，需要對其進行協(xié)調和配合。DCS 控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對工業(yè)生產各個環(huán)節(jié)的有效監(jiān)控和管理，使其能夠根據實際情況及時調整工作方式。在工業(yè)生產過程中存在著大量的數(shù)據信息，需要將這些數(shù)據信息進行及時有效的處理和分析。即將數(shù)據信息通過網絡傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，然后對數(shù)據信息進行處理和分析，使其能夠為工業(yè)生產提供有效的參考數(shù)據信息。DCS 控制系統(tǒng)能夠在不影響工業(yè)生產其他工藝環(huán)節(jié)正常進行的情況下對這些參數(shù)和設備進行監(jiān)測和控制。

3.1 方便快捷

傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)由多個控制系統(tǒng)組成，對其進行操作時需要分別對各個系統(tǒng)進行操作。且不同的系統(tǒng)具備不同的功能，因此在對其進行操作時需要按照一定的順序和步驟來進行。在 DCS 控制系統(tǒng)中，對各個控制系統(tǒng)進行操作時，只需要按照DCS 控制系統(tǒng)設計的順序和步驟來進行即可。因為DCS 控制系統(tǒng)可以與工業(yè)生產過程中其他自動化設備實現(xiàn)信息交互，因此在對其進行操作時不需要將其拆開來進行。同時，DCS 控制系統(tǒng)具有較強的開放性和靈活性，因此能夠為工業(yè)生產提供更多的信息參考數(shù)據和信息資源。

3.2 高度集成

DCS 控制系統(tǒng)是一個大型系統(tǒng)，可從更高的角度進行整個工廠或工段的控制。DCS 控制系統(tǒng)綜合了計算機、通信及顯示和控制等4C 技術，其基本思想是分散控制、集中監(jiān)控。這種系統(tǒng)適用于大型生產企業(yè)的自動化控制系統(tǒng)，能夠提供全面的自動化控制解決方案。例如，在火電廠等大型工業(yè)系統(tǒng)中，DCS被廣泛應用于主機控制系統(tǒng)。DCS 與HMI、PLC 相比，具有更強的管理能力和更高的系統(tǒng)集成性，適合于大型、分布式系統(tǒng)的控制。而PLC 則更適合于成本低、對控制精度要求較低的小型項目。HMI 則提供了一種直觀的操作方式，適合于簡化操作流程和提高生產效率。

4 DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應用

DCS 控制系統(tǒng)作為一種分布式控制系統(tǒng)，在多個行業(yè)中展現(xiàn)出了其獨特的應用效果和適應性。其能夠通過發(fā)達的計算能力監(jiān)控化學生產過程的設備和細節(jié)，提高生產效率和質量。這一點在化工行業(yè)尤為重要，因為化工生產通常涉及復雜的化學反應，對控制系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性要求極高。

國產DCS 控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程可以追溯到20 世紀20 年代，當時的過程控制系統(tǒng)主要是簡單的系統(tǒng)，而到二戰(zhàn)前后，隨著各種復雜控制系統(tǒng)的發(fā)展，DCS技術也得到了顯著提升。國產DCS 控制系統(tǒng)的應用和發(fā)展同樣經歷了簡單到復雜的過程，其中較具代表性的是杭州和利時自動化有限公司HOLLiAS MACSIC DCS 控制系統(tǒng)，其設計初衷是為了滿足石化、化工、油氣等行業(yè)超大型煉化項目的需求，目前的系統(tǒng)數(shù)據庫容量達到120 萬點，專門針對千萬噸級煉油及百萬噸級乙烯項目的應用需求進行設計。該系統(tǒng)融合了杭州和利時自動化有限公司自主研發(fā)的控制器微內核架構、嵌入式操作系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)軟件及工業(yè)信息安全技術，實現(xiàn)了所有硬件、軟件的國產化，標志著我國在高端工業(yè)控制系統(tǒng)領域的重大突破。

當前的市場地位方面，國產DCS 控制系統(tǒng)與外資品牌相比，雖然市場份額略勝，但外資品牌占比接近50%。這表明，盡管國產DCS 控制系統(tǒng)在國內市場上取得了一定的成功，但仍面臨著來自外資品牌的競爭壓力。

DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應用，主要包括以下方面。

（1）自動監(jiān)測和控制。在 DCS 控制系統(tǒng)當中運用自動化技術和計算機技術對不同環(huán)節(jié)進行監(jiān)控和管理能夠有效提高工業(yè)生產效率和質量。例如，當DCS 控制系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時會在顯示面板上顯示出故障信息，并通過計算機對其進行分析和處理，有助于及時發(fā)現(xiàn)設備出現(xiàn)的問題并加以解決。另外，當DCS 控制系統(tǒng)中出現(xiàn)異常狀況時還可以通過顯示面板上顯示出異常狀況所對應的故障代碼來對其進行診斷和處理。

（2）生產管理系統(tǒng)。在 DCS 控制系統(tǒng)當中運用計算機技術和自動監(jiān)控技術可以實現(xiàn)生產管理系統(tǒng)的建立和使用。在生產管理系統(tǒng)中運用計算機技術和自動監(jiān)控技術可以使企業(yè)實現(xiàn)對生產過程中各個環(huán)節(jié)的監(jiān)督和管理，提高企業(yè)管理效率。

5 在應用過程中應該注意的問題

5.1 上電和停電處理

DCS 控制系統(tǒng)的啟動和上電應遵循UPS、控制站、監(jiān)控器、操作站計算機的順序，這有助于避免因順序錯誤導致的系統(tǒng)故障。當系統(tǒng)停電時，應立即將系統(tǒng)中投入自動控制的電路切換到手動操作，以確保人員安全。關機時，控制站是關機操作的第一步，這一步驟對于確保系統(tǒng)的穩(wěn)定關閉至關重要。

5.2 日常維護與故障分析排查

DCS 控制系統(tǒng)故障率較低，但一旦出現(xiàn)故障，應盡快排除，以免影響生產。維護方法包括利用紅外測溫檢查設備，檢查電源電纜接線、配線、端子排、螺絲的溫度，排查溫度超高等問題。

有效進行DCS 控制系統(tǒng)的故障分析和排查，需要了解DCS 控制系統(tǒng)的基本組成和工作原理。DCS控制系統(tǒng)是由系統(tǒng)軟件、硬件、操作臺盤及現(xiàn)場儀表組成的復雜系統(tǒng)。因此，故障分析和排查應首先通過觀察DCS 控制系統(tǒng)的各種特性，如監(jiān)視屏幕的數(shù)據更改，以及系統(tǒng)的網絡拓撲方式和通信協(xié)議，初步判斷故障的可能來源。此外，還應檢查電源、電纜、配線、端子接頭等是否存在接觸不良的情況。

在確認了故障的工作環(huán)節(jié)后，可以采用短路排查法，即使用導線短接相應的線路進行測試，如果故障消除，則說明故障點推測正確。同時，也可以使用儀表排查法，通過檢查現(xiàn)場儀表來判斷故障的具體位置。

5.3 系統(tǒng)安裝調試的注意事項

在DCS 控制系統(tǒng)安裝和接地時，確保電力電線和測量電線安裝在完全分開的、金屬制成的電線橋架中，并每隔約100 m 進行接地處理。這是為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，避免電氣干擾。接下來，根據DCS 廠家提供的系統(tǒng)啟動組態(tài)軟件，進行系統(tǒng)的配置和測試。同時，對于初次安裝和升級安裝，應選擇合適的項目進行安裝和網絡配置。

在調試過程中，需要對系統(tǒng)的計算系數(shù)、偏置值、延遲時間、設定值及比例度、積分、微分時間等進行試驗調整，以獲得最佳運行工況，這有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。軟件安裝和組態(tài)需要由DCS 廠家的人員進行，并檢查配置后啟動系統(tǒng)。根據點表進行下位組態(tài)，確保軟件配置正確無誤。在DCS 控制系統(tǒng)中安裝和使用儀表時，應注意電力電線和測量電線的安裝位置，以及力開關設備的布局，確保儀表的正常工作。

6 結束語

在工業(yè)自動化的發(fā)展過程中，DCS 控制系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，并且已經成為工業(yè)自動化控制中的重要控制方式。通過將 DCS 控制系統(tǒng)應用到工業(yè)自動化控制中，能夠充分發(fā)揮計算機技術和控制技術的優(yōu)勢，使其在工業(yè)自動化中的應用更加方便和高效。

參考文獻

[1] 張福科. 探討DCS 控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的應用[J].數(shù)字技術與應用，2020，38（1）：3，5.

[2] 崔軍. 對工業(yè)自動化控制DCS 控制系統(tǒng)維護技術的相關研究[J]. 新型工業(yè)化，2021，11（5）：70-71.

[3] 郝宏偉. 工業(yè)自動化控制DCS 控制系統(tǒng)維護技術分析[J].儀器儀表用戶，2021，28（12）：107-109，77.

[4] 彭懷新. 工業(yè)自動化控制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析[J]. 中國設備工程，2019，416（5）：207-208.

[5] 譚力龍. 工業(yè)自動化控制中計算機控制的應用略論[J]. 電腦知識與技術，2021，17（27）：162-163.