探讨DCS控制系统在工业自动化中的应用

刘海林

摘 要：随着科学技术的快速发展，我国各行业发展迅速，其中工业建设的发展尤为突出和显著。随着我国现代科学技术的快速发展，DCS控制系统已经逐渐地在工业自动化控制中普及，通过应用DCS控制系统，便可以提高我国工业生产中的生产效率和经济效益。

关键词：DCS控制系统;工业自动化;应用

引言

我国经济建设的快速发展加速各行业的发展进程，使得我国提前进入现代化发展阶段，为我国基础建设贡献力量。DCS控制系统是通过计算机的中枢控制作用，结合互聯网的连接运转模式，对工业自动化生产的整个流程进行高质量监控的控制系统，能够达到对工业生产设备运行情况更加详细的掌握，以及对生产过程更加严格的控制。

1 传统制造模式存在以下的问题：

产品质量差，在我国工业发展过程中，通常是以轻工业和重工业为主导，其中轻工业以日常的消费用品和小型的手制工艺品为主要生产对象。而重工业则指的是生产为国民经济各部门提供物质技术基础的主要生产资料的工业部门，包括采掘（伐）工业和原材料工业等。以往的工业加工制造都是借助手工模具或者老旧仿形专业设备来完成操作的，因此，这种模式导致产品磨具数量过多且精度损耗严重，很多产品的质量和精度难以得到保障。

生产效益低，随着我国社会的不断发展，在机械制造业方面也取得了重大的成果。但是由于传统制造工业的整体技术水平达不到要求，以至于一些企业投资了大量生产成本购买数控设备，却无法发挥这些设备的全部功能，使得许多工业设备的使用只能完成部分产品的关键工序，而整个产品的全流程制造质量及安全都无法得到有效保障。因此，很多由于设备不能完全受控而生产的不合格工业产品便不能直接流入国际、国内市场，未发挥设备的利用效率，更无法为大批量定制生产提供保障，导致只有部分合格品进入国际、国内市场销售，而大部分次品被大量囤积储存起来，进行打折销售，最终就会导致产品生产成本高、收入少和效益低等问题。

2 DCS控制系统

DCS（Distributed Control System）分散控制系统，系统通过微处理器为控制核心，可实现分散与集中的操作与控制，同时具备分布式与协同的新型控制系统。其设计思想突出了以分层多级、协同合作的方式实现多点分散控制与处理，同时达到集中的管理与操作，是以微处理器为控制核心，分布式控制功能、集控式操作、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。

3 DCS控制系统在工业自动化中的应用

3.1制定科学合理的维护计划

随着DCS控制系统的技术成熟和广泛推广，DCS控制系统的应用数量持续增长，为了提高DCS控制系统的应用效果，需要根据系统的运行情况，制定出科学合理的维护计划，降低系统故障的发生概率，提高系统运行的安全性、稳定性和可靠性，延长系统的使用寿命。

3.2 DCS控制器的冗余设计

为保证和提高DCS系统可用性，关键设备和功能需采用冗余配置。在电站正常运行期间，DCS平台系统所有具备冗余功能的部件都可以进行在线维护和在线更换，不会对电站的正常运行造成任何影响。即使是非冗余配置的I/O模块也可实现在线更换而无需关闭现场控制器。

主控制器采用主备双模冗余配置，设计有硬件冗余切换和故障自检电路。两个主控制器进行热备份，采用主备运算同步方式，实现无扰切换。

3.3 DCS离线控制逻辑数据库应用

DCS逻辑离线分析工具：因核电机组自带组态软件查询分析控制逻辑存在依赖特定软硬件环境、License限制、查询终端有限、与现场控制系统较强耦合等问题，仅少数授权人员可以使用，无法覆盖所有需求用户;通过静态设计文件查询分析又因逻辑复杂和文件版本多而效率低下。为此，基于离线DCS数据库并结合静态设计文件，开发了DCS逻辑离线分析工具，实现了在个人办公电脑上即可查询分析与实际机组一致的控制逻辑功能，查询过程简单高效，2年内累计已授权计算机终端1302台，总使用时间超过150万小时，平均每个用户每天使用时间超过1小时，极大提升相关技术人员的DCS逻辑查询效率，已成为核电厂逻辑查询领域的基础必备工具;

DCS信号自动风险分析：DCS中某一信号可能会关联大量其他信号，信号变化可能会引发设备间的连锁动作，需完全识别出因信号变化可能引起状态风险的设备清单。核电厂控制逻辑复杂且涉及众多系统，人工分析存在参与人员多、分析难度大、耗时长、容易遗漏和结果不规范等问题。为此开发了DCS信号自动风险分析工具，基于离线DCS数据库存储的结点、有向边、页、子图、拓扑序列、环、缩点等属性，再结合预定义的执行器/报警等模块的标准风险分析规则清单，通过对离线数据库结点序列的查询、匹配、遍历及停止条件判断等方式即可快速识别出信号经过的所有路径和可能影响，并按标准格式输出风险，例如输出“该信号接1GGR4110PR模块的保护关端口，可能造成设备关闭，有仿真块（位于1GGR41D01页面的SIMB_554），可做强制”信息，供相关作业人员参考，提高了风险分析的效率和分析结果的质量，降低了人因风险。已用于核电厂机柜内卡件作业、离线下装、数据库修改等高风险作业前的风险分析识别。

4 结语

我国工业自动化生产中存在着大量的数字量及模拟量的控制装置，因此，在工业自动化控制现场，通过应用DCS控制系统便可以合理地解决数字量和模拟量在运行过程中出现的问题，所以通过设计DCS控制系统，便可以提高工业自动化生产效率。

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