化工生产过程控制中无线通讯DCS系统的研究

张超

摘 要：目前我国许多大型化工厂的主要通讯方式仍是通过有线传输，尽管有线设备具有较好的稳定性，但是在大型生产过程中，设备众多的情况下，有线通讯所使用的电缆过多，在生产现场不容易管理，并且化工生产所在的环境腐蚀性较强，对电缆的绝缘层会造成损坏，对员工的生命安全缺乏。化工生产过程中存在种类繁多的控制仪表，随着自动化技术和计算机科学技术的发展，DCS控制系统逐渐的完善，传统DCS控制系统的有线连接已经不能满足日益发展的化工生产要求，因此为提高化工生产的质量以及安全，必须要发展无线通讯技术来解决这些问题。本文将基于DCS控制系统，对化工生产中的无线通讯技术进行研究分析，希望能促进我国化工行业的发展。

关键词：化工生产；无线通讯；DCS系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.131

0 引言

基于计算机网络的理论，可以通过建立局域网，将各个设备利用无线通讯技术连接起来，更深层次的利用到DCS网络的各个层次，但本文重点研究无线通讯技术基于DCS网络在控制层方面的研究。综合节能、环保、经济的理念，提出DCS网络控制的设计方案，建立无线通讯的方式来完善化工生产控制网络的通信功能。

1 化工无线通讯DCS系统的发展及背景

1.1 DCS系统简介

DCS系统全称是分布式控制系统，该系统结合了自动化技术和计算机科学技术，对于化工生产过程中的各个仪表都能进行精确的控制，从而有效的提高化工生产的质量和效率。DCS系统通过计算机控制不同区域的系统，将危险分散化，同时又通过集中管理多台计算机，使得管理又有很强的集中性，DCS系统拥有稳定性强、精准度高、分散控制能力强、控制模式多样化等多方面优点，在化工生产行业逐渐成为主流的应用。

1.2 化工无线通讯DCS系统的发展背景

在当前化工行业，主要的无线通讯方式主要有以下几种，无线局域网技术、蓝牙技术、ZigBee技术，这三种通讯技术是短距离无线通讯技术，适用在一些特定的情况。

1.2.1 蓝牙技术

蓝牙技术适用于数据容量较大的短距离传输，蓝牙通讯技术在电子医疗、娱乐产品中有较多的应用，并且蓝牙技术具有较低的成本，在未来具有较高的潜力。在化工生产方面若要利用蓝牙技术进行无线通讯，则必须要求其抗干扰能力较强，因为化工生产环境具有较多的仪表，产生的电磁波对蓝牙传输有较大的影响，在满足这样的要求下才可能会被应用到化工业中。

1.2.2 WIFI技术

WIFI技术是当前各领域都使用较为广泛的技术，利用路由器连接可以覆盖较大的传输范围，在符合IEEE802.11b系列标准下，WIFI理论上可以覆盖到300m左右，传输速率也有较高的水准，能够满足一般的信息传输要求。

1.2.3 ZigBee技术

ZigBee技术和WIFI技术相比各有千秋，都属于短距离传输、低功耗的无线通讯方式，在成本上相比，ZigBee技术所需要的成本更低，在信息传输速率方面，WIFI技术的传输速率更快。

2 化工无线DCS安全性能分析

2.1 电子元件性能分析

DCS控制系统的组成部分都是由各种小型的电子器件组成，因而电子元件的性能很大程度上决定了DCS控制系统的性能。在整个系统中电子元件若出现功能失效或者某个电子元件出现损坏，对控制系统的精准性会造成很大的影响，严重的会造成整个系统瘫痪，无法正常工作。例如，某个电子器件突然失效，电路出现短路的情况，对周围的一些电子器件也會造成较大的损害。因此需要对DCS控制系统中的电子元件都需要进行仔细检测，及时更换一些老化的电子元件，防止出现意外事故。除此之外，还可以定期的对电子元件进行养护，延长其寿命，减少生产成本。

2.2 电路板可靠性分析

电路板是所有电子元件的载体，是电子元件之间能够稳定联系，稳定功能的实现基础。就我国目前的工业情况来看，PCB线路板是主要的电路板装配方式，基于化工厂的生产环境有所差距，在电路板的设计过程中除了要考虑常规的原则之外，还需要考虑电路板的腐蚀性，以及无线信息传输的抗干扰性。

2.2.1 PCB抗干扰措施

考虑到无线传输受电磁波的干扰以及金属的阻挡有很大的关系，PCB电路板设计必须具备较强的抗干扰能力，才能保证在化工无线通讯中有较高的稳定性，保证DCS控制的精确性。加强PCB电板抗干扰性最好的方式之一便是电源线和地线接地。对于印制线的走向也需要进行规范，将地线的走向与信号线的走向调整到同一方向，可以有效提高抗噪能力。

2.2.2 电磁兼容性设计

电磁干扰问题一直是影响PCB电路板安全性的最大问题，对于生产过程中存在大功率设备的情况下，电流一般较大，产生的磁场较强，因而对电路的干扰更加严重，提高PCB的电磁兼容性具有十分重要的意义。电源作为整个系统的动力，电源在提供动力的同时还提供了一定的噪声，对整个系统的正常运行有一定的影响。面对交流电源供电的情况，可以采用增加金属外壳、接地来降低对电路的影响。对于由静电产生的干扰，可以通过在电缆的入口处配置器件单点接地，在防止静电放电的同时，还可以屏蔽外界的电磁干扰。

2.3 网络通讯功能分析

为保证无线通讯之间的稳定性，除了通过增强硬件设施来提高传输稳定性之外，还能够通过软件的增强来提高信息解析率。优秀的软件设计可以将信息更好的解析，以致于不会出现乱码的情况，提供精准的识别功能。在信息传输过程中，可以通过CRC校验，对数据帧进行检测，对于数据不正确的情况则给予重传或者直接丢弃，保证数据的精确性。

3 结语

综上所述，对于化工生产中的无线通讯研究，主要是研究其抗干扰能力。化工行业自身属于较危险的行业，生产的环境较为恶劣，使用的仪器，化工原材料很容易受到影响而出现意外事故。为保证DCS控制系统的安全性和稳定性，必须要加强对无线通讯的研究，传统的有线通讯已经不再满足于一些特殊的情况，无线通讯技术使用方便，具有较高的灵活性，是DCS控制系统的发展趋势。

参考文献：

[1]周杨青.DCS控制系统稳定性提高的策略分析[J].自动化工业，2006，74（56）：44-47.