集散型控制系统DCS的设计原则探讨

摘要：现代工业科学技术领域中，DCS控制系统得到广泛的应用，成为工业自动化的重要支柱，从而提高了工厂的技术装备水平；在DCS控制系统的设计过程中，根据工艺生产流程和控制点数、回路数确定控制系统的规模，根据规模选定相应的控制系统，进而确定网络结构、数据库容量、人机接口等配套设施，然后在工程师站上进行编程、组态，下装到操作员站，最后进行综合调试，完成一个完整的DCS系统设计过程。

关键词：集散型控制系统；冗余；人机接口；数据库

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（a）-0000-00

Abstract：In modern times science and technology，DCS control system geted extensive application， It being importat pillar in the automatic industry， thus improve technical equipment level for factory； Duringdesigningprocess of distributed control system （DCS）， To start with， control system is selected according to the control demand， which is based on production process and the amount of control loops. Then network architecture， data-base capacity， man - machine interface and other facilities can be determined.Using engineer station to program， configure and download to operator station.After integrated debugging， a full distributed control system （DCS） design process is completed.

Key words：Distributed Control System （DCS）；redundance；man-machine interface；data-base

0引言

现代工业科学技术领域中，分散控制，集中管理模式在工业自动化中得到广泛的应用，成为工业自动化的重要支柱，从而提高了工厂装备的技术水平；节约能源，降低消耗，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控制系统设计规划

集散型控制系统（DCS）顾名思义就是集中管理、分散控制的意思，这就明确了设计时的基本设计框架，集中管理一般是以车间或全厂为单位，在车间控制室或在全厂计控中心设置集中监控室，该监控室主要设置DCS控制系统工程师站、操作员站、UPS电源系统等设施；分散控制是以工段或车间为单位设置控制节点，一般以低压配电室或独立的机柜室为基点，设置分布式控制器，然后通过网络把各工段或各车间控制节点汇集，在工程师站上进行编程、组态，然后通过数据总线网络下载到各操作员站，车间操作工人在操作员站上直观地监控各工段或车间的设备运转情况和各种参数记录。

典型的DCS网络拓扑图如下图所示：

2、DCS控制系统选型原则

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） 全厂设备将以三种模式运行：顺序控制、单机集中控制及单机就地控制。当采用顺序控制模式时，所有设备将由DCS监控系统统一安排，按照一定的启停顺序及联锁逻辑来进行自动控制；当使用单机集中控制模式时，设备由操作员在操作员站上进行手动启/停；当设备需要维护、检修时，可转为单机就地控制模式。以顺序控制、单机集中控制模式进行控制时，控制系统提供设备的联锁保护。三种控制方式可实现自由转换。其中单机集中控制模式具有解锁功能。

（3） DCS由过程控制单元、数据通讯系统和人机接口组成。DCS系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，使其具有高度的可靠性，系统内任一组件发生故障，均不影响整个系统的工作。DCS系统的参数、报警和自诊断功能能高度集中在上位机上显示和在打印机上打印，控制系统尽可能在功能和物理上适当分散。

（4） DCS系统在技术上具备可靠性、先进性和开放性，同时，亦要考虑经济上的合理性。在进行DCS系统设计时，即要满足生产过程对控制系统的要求，又要考虑经济实用，要具备良好的性能价格比。

（5） DCS系统具备良好的扩展性，可在系统工作的情况下进行在线扩展。同时，系统具有高可靠性的结构，它对主控制器、通讯功能、系统与过程的接口，系统与供电之间，都有一个故障裕度。软件上的故障裕度包括系统内的各种程序冗余检查和全局数据库的诊断。

（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系统有一个实时的数据库管理单元，实时数据库管理所提供的主要功能包括：模拟、数字及逻辑控制，随机数据存储，数据趋向与检索，数据历史处理，报表生成等。操作者可以快捷方便地获取过程参数，也可随时得到目前和过去任何时候的工艺操作信息以及各种参数，数据档案。