集散型控制系统DCS的设计原则探讨

张福跃

摘要：在我国现代化的工业发展中，集散型控制系统DCS在我国工业发展中得到了较为广泛的应用，而且逐渐为工业的发展提供强有力的支撑，成为工业发展中不可缺少的重要组成，集散型控制中心的应用也提升了我国工业化设备的技术水平。在我国现阶段的集散型控制系统的应用设计过程中，需要根据设备工艺的生产流程以及系统控制的回路数量等确定其生产规模，据此选择合适的控制系统，进而确定具体的数据库容量、接口配件等确定其配套设施，工程设计师再将编程等工作具体化，经过综合调试后就完成了集散型控制系统的设计过程。

关键词：集散型；控制系统；DCS；设计原则；数据库

现代化的工业科学技术中，分散控制并集中管理的模式逐渐受到工业发展的欢迎，成为工业自动化发展的必经之路，这种控制模式不但提高了工厂设备的自动化水平，而且对于工业资源的节约与能源的消耗具有非常明显的意义，促进了生产的柔化性和集成化，提高了产品质量、劳动生产率以及提升产品的国际竞争能力，因此工业自动化成为适应国内外市场竞争的重要手段，是促进企业现代化大生产的有力工具。

1、 DCS集散控制系统简介

DCS集散控制系统（Distributed control system）是一种综合控制系统，由于计算机技术、网络技术、主要工业生产自动化水平的不断提高以及过程控制日益复杂的要求，这种控制系统日益复杂。它建立在计算机技术、网络技术、自动控制技术和显示技术的基础上。其主要特点是分散控制和集中管理。其基本思想是：分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、配置方便。

DCS集散控制系统一般由五部份组成：1）控制器；2）/O板；3）操作站；4）通讯网络；5）图形及编程软件。以下分别进行介绍：

1.1控制器

DCS分散控制系统的控制器主要由CPU、ROM、RAM、E2PROM、地址设置开关等组成。 CPU不仅是中央处理器，其主要功能是：程序控制、运行控制、定时控制、数据处理，是DCS控制器的大脑；ROM、RAM、E2PROM都是三个存储器，功能上的区别是不同的。ROM是只读存储器，RAM可以随机读写，串行E2PROM是可擦写的存储器。三种是根据功能选择的；地址设置开关有很多种，如光地址设置开关和无线遥控器、地址设置开关、流量设置开关等，根据功能选择不同的地址开关。还有很多其他组件。就不一一论述。

1.2 I/O板

I / O是输入/输出的缩写，即输入/输出端口。 I / O板有很多通信端口，如我们常用的RS485、RS232、RJ45、USB和其他通信端口。每个设备都有专用的I / O地址来处理输入和输出信息。I / O板是处理输入和输出信息的必不可少的功能模块。

1.3操作站

DCS分散控制系统的操作站位于控制站的上层，通过数据通信与下位机的各站进行信息交换。操作站的人机界面配备全局图和局部图，便于从全局到局部的生产过程的集中监控和操作。根据用户的设计需求设计流程图以方便员工管理。

1.4通讯网络

DCS系统的通讯网络基于计算机技术和网络通讯技术，是DCS集散控制系统的重要支柱。 DCS网络使用网络节点作为最小单位。源节点对数据进行编码并通过传输介质（如光纤和双绞线通信电缆）将其传输到目标节点。因此，传输介质、通信协议和网络结构在DCS的形成中起主导作用通信网络。

1.5图形及编程软件

DCS传统的上位机控制界面系统一般都是用图形化编程软件来实现的，每种编程软件都有自己的功能模块和图库。编程软件的选择要根据施工方的资质来决定。

2、 DCS控制系统选型原則

DCS控制系统的选型一般采用国内外成熟的系统，并在同类工程中有成功应用的范例。？选用的DCS至少满足下列内容：

（1）DCS必须满足工程中模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）、安全监控、报警和数据采集（DAS）功能，以满足各种运行工况的要求，确保各装置安全高效运行。

（2）整个工厂设备将以三种模式运行：顺序控制、独立集中控制和独立本地控制。采用顺序控制方式时，所有设备均由DCS监控系统进行安排，并根据一定的启停顺序和联锁逻辑进行自动控制。当使用单机集中控制模式时，操作员在操作员站上手动操作设备启动/停止；当设备需要维护和修理时，可以变成单机本地控制模式。在顺序控制和独立集控模式的情况下，控制系统提供设备联锁保护。三种控制方式可以自由转换。独立的集中控制模式具有解锁功能。

（3）DCS由一个过程控制单元、一个数据通信系统和一个人机界面组成。 DCS系统的设计采用适当的冗余配置和自我诊断功能，使模块级别更加可靠。系统中的任何组件都会出现故障，不会影响整个系统。DCS系统的参数、报警和自诊断功能可高度集中在上位机上并打印在打印机上，控制系统尽可能在功能和物理上分布。

（4）DCS系统在技术上可靠、先进和开放。同时，还考虑到其经济合理性。在设计DCS系统时，需要满足控制系统生产过程的要求，而且要考虑经济实用，具有良好的性价比。

（5） DCS系统具有良好的可扩展性，可在系统工作时在线扩展。同时，系统具有高可靠性结构，主控制器、通信功能、系统与接口之间存在故障余量过程以及系统和电源。软件损坏边界包括系统内的各种程序冗余检查和全局数据库诊断。

（6）DCS系统是开放性的，它具备数据交换和OPC开放式数据存取功能，能与第三方供货商的网络进行通信。

（7）DCS系统提供丰富的过程I/O模块，通过这些模块将系统与过程连接起来，为每一路I/O信号提供隔离通道。

（8）DCS系统有一个实时数据库管理单元。实时数据库管理提供的主要功能包括：模拟、数字和逻辑控制、随机数据存储、数据趋势和检索、数据历史处理和报告生成。操作人员可以快速方便地获取工艺参数，也可以随时获取当前和过去的工艺操作信息以及各种参数和数据文件。

3、 DCS集散控制系统的运行管理

DCS集散控制系统的运行管理指的是对DCS集散控制系统的巡视和检查，热保护的投退和软件的管理等。

3.1软件管理

对于软件管理，主要是软件数据库的备份管理。对于数据库中的细微变化，需要记录；数据库修改后，修改后的数据库需要保存到工程师站，然后备份到硬盘或U盘上。。备份注意事项：避免备份盘的备份周期，以免丢失数据。

3.2软件检查与软件功能试验

对于软件的检查和软件功能的试验，必须按照计算机设定好了的方法来进行检查，而检查的内容主要是各级权限的设置是否正确，不能使用非法的DCS软件，也不能允许未经授权的人员进行组态。

3.3热保护的投退

对于热保护的投退，应严格执行工作票制度，在检修某一个正在运行的设备时，采用一定的、安全的隔离措施，避免发生相关设备的联反应；

3.4定期软件的检查

定期检查各种软件的功能，主要是通过试验的方式来检查。一般情况下，采用计算机来确定检查的方法，检查各级软件的权限设置是否合理等，采取有效的措施，防止系统数据的丢失，以免影响系统的正常工作。？

4、结语

总而言之，集散型控制中心在现代化的工业发展中，已经成为提升工业发展的利器，大大提升了工业设备的自动化水平，并提高了资源的利用率，降低了工业消耗，对于促进工业的可持续发展具有重要的意义。

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