集散控制系统在石油工业流程控制中的应用

谷勇

摘 要：集散控制系统DCS（Distributed Control System）目的在于将过去一台大型计算机完成的功能，控制室的计算机负责监督、显示、操作、报警、管理和优化计算，它与各微处理器之间用通信网络连接起来，传递信息，从而构成一个完整的控制系统。文章将主要探讨集散控制系统在石油工业流程控制中的应用。

关键词：集散控制系统；石油工业；流程控制

我国石油对外依存度呈现快速攀升的状态，此现象来自于国内经济快速成长，当国内石油产量不足以承担需求量时，经济发展就会出现危机，而为了经济的发展，导致国内石油进口量不断增加，对外石油依存度也越来越高[1]。

1 集散控制系统的基本组成

集散控制系统以微机为核心，把微机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入/输出通道、模拟仪表等有机地结合起来，构成组合式结构系统，为实现大系统的综合自动化创造了条件。总之，就是以微机为核心，实现地理上和功能上分散的控制，又通过高速数据通道把各个分散点的信息集中起来，进行集中的监视和操作，并实现高级复杂规律的控制。集散控制系统是一种典型的分级分布式控制结构。管理计算机完成生产计划产品管理、财务管理、人员管理以及工艺流程管理等功能，监督控制计算机通过协调各基本控制器的工作，达到过程的动态最优化。基本控制器则完成过程的现场控制任务。CRT操作台是人机交换装置，完成人——控制系统——过程的接口任务。自动控制方式的给定值，可由操作人员在数据输入板上设定[2]。数据采集器用来收集现场控制信息和过程变化信息。集散控制系统既有计算机控制系统控制算法先进、精度高、响应速度快的优点，又有仪表控制系统安全可靠、维护方便的优点。集散控制系统容易实现复杂的控制规律，系统是积木式结构，结构灵活，可大可小，易于扩展。集散控制系统既有计算机控制系统控制算法先进、精度高、响应速度快的优点，又有仪表控制系统安全可靠、维护方便的优点。集散控制系统容易实现复杂的控制规律，系统是积木式结构，结构灵活，可大可小，易于扩展。

2 石油工业流程控制中集散控制系统的特点

集散控制系统采用标准化、模块化和系列化设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成一个以通信网络为纽带的集中形式操作管理，控制相对分散，具有配置灵活、组态方便的多级计算机网络结构。

2.1 DCS系统是一个分布式计算机系统

DCS系统采用分布式系统结构有以下优点：（1）数据可以“就地储存，就地处理”，减轻了网络通信的负荷，缩短了处理时问，增加了数据的可靠性和安全性。（2）增加了系统工作的可靠性和抗干扰、抗故障能力，使得在任一单元失效的情况下，仍然保持系统的完整性，即使全局性通信或管理站（操作站）失效，局部站仍能维持工作。（3）扩展性好。硬件和软件采用开放式、标准化、模块化设计，可适应不同用户各种大小不等的系统规模要求，也可根据生产要求，改变系统的配置规模。配置规模和控制方案的改变，皆无需修改或从新开发软件，只是使用组态软件对组态进行修改即可。（4）便于资源共享、并行处理[3]。

2.2 DCS系统是集各种新技术于一体的新型系统工程技术的产物

DCS系统既不同于分散的模拟仪表控制系统，又不同于集中式计算机控制系统，它是吸收了两者的长处，并在它们的基础上发展起来的一门新型的系统工程技术，具有很强的发展潜力和显著的优越性。

2.3 DCS系统是实时多任务系统

通俗地讲，所谓实时，就是及时，即系统对于生产过程中发生的事件具有快速响应和反应能力，从工程的角度上看问题，如果缺乏这种能力，作为控制系统就不能满足实际生产的需求。

2.4 DCS系统是可灵活组态的系统

随着DCS系统规模的扩大，其硬件系统可以进行组态配置；其应用软件系统，如流程图画面、操作画面、趋势画面、报警画面的生成，控制方案的组成，实时数据库历史数据的构造等都是使用组态软件工具，通过填表、图形方式（或少量专用语言编程）生成的，灵活性、扩展性和可维护性好，这是常规模拟仪表控制系统所无法比拟的。

3 集散控制系统在石油工业流程控制中的应用策略

控制方案的组态（即建立过程点）是DCS组态工作中一个极其重要的方面。控制方案组态质量的高低，不仅影响着控制系统的调节性能，而且影响着控制系统的可靠性。

3.1 分散过程控制级

分散过程控制级直接面向生产过程，是DCS的基础，它直接完成生产过程的数据采集、调节控制、顺序控制等功能，其过程输人信息是面向传感器的信号，其输出用于驱动执行机构。构成这一级的主要装置有现场控制站（工业控制机IPC）、可编程序控制器（PLC）、智能调节器以及其他测控装置[4]。

3.2 集中操作监控级

以操作监视为主要任务，兼有部分管理功能。这一级是面向操作员和控制系统工程师的，因而配备有技术手段齐备、功能强大的计算机系统及各类外部装置，例如CRT显示器和键盘、较大储存容量的硬盘或软盘、功能强大的软件等，确保工程师和操作员对系统进行组态、监视和操作，对生产过程实行高级控制策略、故障诊断、质量评估。其具体组成包括：监控计算机、工程师显示操作站、操作员显示操作站。

3.3 综合信息管理级

由管理计算机、办公自动化系统、工厂自动化服务系统构成，实现整个企业的综合信息管理。综合信息管理主要包括生产管理和经营管理[5]。

3.4 通信网络系统

DCS各级之间的信息传输依靠通信网络系统来支持。根据各级的不同要求，通信网也分成低速、中速、高速通信网络。低速网络面向分散过程控制级；中速网络面向集中操作监控级；高速网络面向管理级。

DCS的分散过程控制级，直接与生产过程现场的传感器（热电偶、热电阻等）、变送器（温度、压力、液位、流量变送器等）、电气开关（触点输入输出）、执行机构（调节阀、电磁阀等）连接，完成生产过程控制，并能与集中操作监控级进行数据通信；接收显示操作站下传加载的参数和作业命令，向显示器操作站报告现场工作情况[6]。

4 结束语

由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，石油工业设备与连线减少，现场仪表内部功能加强：减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。

参考文献

[1]方文龙.集散控制系统的常见问题和解决方法[J].电子技术与软件工程，2014，11：242-243.

[2]亚森江·依布拉音.DCS集散控制系统的故障原因及运行管理体会[J].科技传播，2014，09：82+81.

[3]马勇.计算机控制系统在自动化生产线上的应用[J].自动化与仪器仪表，2014，03：72-73+78.

[4]黎宁.仪表控制系统在石油化工中的应用探讨[J].广东科技，2014，Z1：69-70.

[5]冯其瑞.DCS系统在石化工业中的应用及发展趋势分析[J].科技创新与应用，2014，19：95-96.

[6]亚森江·依布拉音.解析集散控制系统的现场安装与调试[J].科技与企业，2014，09：142.endprint