DCS控制系统的介绍与应用

王德森

摘 要：文章主要阐述了DCS控制系统的结构、特点、功能和相关应用，并结合生产实际浅谈DCS控制系统的具体应用方法。

关键词：DCS控制系统；应用；研究分析

引言

随着国民经济的飞速发展，工业生产过程越来越趋向于规模化、专业化、自动化。而工业生产过程中的自动化是实现工业生产效率大幅提高、成本和劳动强度降低、生产质量得以保证的关键因素。自动化控制包含自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，而控制过程中没有人或很少人参与。而近些年自动化控制的发展的非常迅速的，如PLC、DAS、OGC、DDC、QCS、WIS、VIS、DCS等等，其中包含集中控制和分散控制系统。而DCS控制系统因其高可靠性和开放性、灵活性等优势已经成为一种大众产品，成为了分散控制系统的主流。

1 DCS控制系统简介

集散控制系统（Distributed Control System）是相对于集中式控制系统而言的一种较新型的计算机控制系统，是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种全新的分布式计算机控制系统。DCS从1975年诞生以来，经过多年的发展，其功能不断扩大，系统的规模、容量增加，数字化程度逐步提高，现已形成了数字化、信息化、集成化的分散控制系统。现代的DCS控制系统，不仅能够攻克常规模拟仪表和集中控制存在的致命缺陷（如控制能力单一，一个地方出问题导致全线停车等），还能通过各微处理机之间的相互连接，综合逻辑控制、顺序控制、程序控制、批量控制及配方控制，从而实现非常复杂的控制功能。

集散控制系统主要包括过程级、操作级和管理级，而任何一个集散控制系统的组成须具备以下几个要素：一台过程控制站、一台操作员站、一台工程师站、一条系统网络。

过程控制站是DCS的核心，系统主要的控制功能由它来完成。现场控制站的硬件包含一个完整的工业计算机系统，当然包含CPU、存储器、网络接口，同时还包括I/O通道，一般是模块化的I/O，而同一个模块上可有多个I/O通道，连接这些现场测量设备和执行设备，其三是包含I/O单元，即用来摆放I/O模块的单元。

操作员站较简单，就是操作员通过工业计算机系统来完成控制过程。但应注意增加屏幕或视野来增加操作员的观察范围，便于对全局有个系统的把握。

工程师站在DCS中可能不需要人员长期对其进行控制和操作，但它也是DCS系统中非常重要的环节。它是对特定的DCS系统执行怎样的特定功能进行设置的一个特殊功能站，如在控制计算中参数的设定，对某节点是否需要人的监控和管理的选择等等，同时还包含如报警、记录历史数据等各个方面功能的定义。

特殊功能站是用来专门执行特定功能的计算机，是可根据用户的要求添置的为了完善控制和管理而增加的特定功能执行装置。

DCS网络包括系统网络、现场总线网络和高层管理网络。系统网络是任何一个控制系统必不可少的组成部分，而在集散式控制系统中，网络数据的传输尤为重要。由于DCS功能站数量繁多且功能都不同，必须通过准确有效的数据传输，才能实现系统总体的功能，在数据的传输过程中必须保证其实时性、可靠性。现场总线和高层管理网络结合，实现DCS从单纯的低层控制功能发展到了更高层次的数据采集、监督控制、生产管理等全厂范围的控制、管理系统。

2 集散控制系统的特点

集散控制系统的特点可以概括为以下六个方面：

2.1 分散性和集中性

现代的工业系统，不但地域分散、设备分散，其设备的功能也是分散的。因此它存在很大的分散性，同理这种分散导致故障危险也分散，这样反而提高了系统可靠性和安全性。

2.2 自治性和协调性

自治性便是DCS不同于集中控制系统的特点，DCS中的每台计算机都可以独立工作；DCS协调性是指系统内部的所有计算机通过网络进行通信和交流，能够实现相互协调和制约，以确保整个系统为了统一既定目的运行。这是与PLC、DAS、OGC控制相比最大的优势，也是DCS得以广泛应用的原因。

2.3 灵活性和扩展性

它主要体现在DCS结构上，DCS依靠各种不同功能的模块，可由灵活的组态构成或简单或复杂的各类控制系统。

2.4 先进性和抗干扰性

随着电子行业和单晶体生长技术发展，DCS可采用的更精密的电子元件，更完美的加工工艺；同时，DCS采用一些列冗余技术，关键设备如主机、通信网络、电源可使用双重化模式，可于故障发生时自动备份、自动切换，结合先进的故障屏蔽技术，使其先进性和抗干扰性突出。

2.5 友好型和新颖性

与其说友好性，不如说傻瓜性。DCS可以为操作人员提供形象直观的画面，这些画面可以包含总貌、各节点具体情况、变化趋势、报警指示、操作指导和流程图等等，操作极为简单直观，与PLC等相比要具体和简洁。而这些画面可根据用户喜欢的风格进行设计，加上一些动态的flash、视频、音频等多媒体技术，使操作人员心情愉快、工作趣味性提高。

3 DCS的应用实例

经历了常规模拟仪表控制、计算机集中控制等模式后，DCS控制应用开始走向前台。而DCS的应用过程中应该注意一些问题：

一是投入使用前的调试过程。因DCS的分散性和集中性特点，包含单体和联机的精心调试显得非常重要。用户应对这些网络组态文件、区域数据库、用户数据点、工艺流程画面等等进行调试；尤其是整个回路的测试非常重要。二是现场的调试，包含连续控制程序测试、非连续性程序測试、紧急连锁调试、操作画面调试等等。

现以芬兰Metso系统为例谈谈DCS在造纸工业中的实际应用。

造纸过程是一个复杂的传质传热过程，而整个生产线的控制对象是非常复杂且变化繁多的。首先，纸种、厚度、大小都会有不同的参数；又如浆量和水量的影响因素有十多个之多；再如如白水浓度、纸机的速度、毛毯磨损等等，均会造成模型结构和参数的不稳定性。而在纸张的质量控制方面更为复杂，假定纸浆的打浆度、湿重和浓度有任何一项不合格，造纸机都不能生产出合格的纸张。

为了解决这些复杂的问题，这套系统利用罗布混合器使浆料在管道中混合，由高效的稀释水控制网部流浆箱来控制纸页CD方向的均匀度，在压榨部采用Symbelt直通式双道靴形压榨来提高纸页脱水率。纸页是存在不稳定的纸幅跳边现象的，通过在干燥部中的上烘缸下真空辊结构加入HiRunbox纸幅稳定器来解决。在硬压与施胶之间的第一个PaperIQPlus扫描架安装定量、水分、灰分、厚度传感器，利用施胶机、热风箱等执行设备来调整这些变量的不稳定性。出了正常的运行控制系统如MCS、rive、VIS、WMS外，还有品质检测的QCS、WIS，纸机运行状态及性能检测系统、流着率分析系统、质量控制系统、断指监测系统和纸幅侦测系统等对整条生产线进行分散控制，DCS对各个控制系统进行整合，确保了整套设备协调、稳定的运行。

4 结束语

文章仅对DCS控制系统应用进行了简要的介绍，而在我国，DCS在石油化工、冶金、纺织行业的推广还是比较广泛的，希望其他行业DCS的应用和DCS自身的发展能够进一步延伸。

参考文献

[1]王英.DCS控制系统在制浆造纸生产中的应用[J].轻工机械， 2006，24（1）：94-96.

[2]方正.国产DCS控制系统现状[J].电子仪器仪表用户，1999（1）：5-9.

[3]姜文革.分散型控制系统（DCS）技术发展趋势分析[J].自动化与仪器仪表，2006（4）：4-7.

[4]张建新.DCS控制系统的现状及发展趋势[J].中国氯碱，2005（10）：42-44.