化工工艺设施中低压电机的DCS监控应用

付强

摘 要：随着我国社会科学技术发展进程的不断深入，信息化高速进入到我们生活的每一处角落，而基于计算机技术的工业控制也逐步成为时代发展的必需，自动化控制理念成为了我们所处这个时代的标志。那么，笔者在该文中将以化工工艺设施中低压电机的DCS监控技术作为研究对象，并主要阐述其应用。

关键词：化工工艺 低压电机 DCS监控 应用

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-01

1 DCS系统的构成及特点

DCS技术自20世纪70年代诞生以来，经历了多次技术变革与更新发展，目前已被广泛应用于各个行业领域，其中以石油和化工的应用最为普及。石油化工企业应用DCS技术来替代传统的仪表控制系统现已成为一种必然的发展趋势。DCS系统即分布式控制系统，其是本质上是基于计算机技术来对化工生产过程进行集中化监视、实际操作、分散控制与管理。DCS系统作为一种既可以纵向分层又可以横向分散的综合控制系统，其主要依托于多层计算机网络技术将分散于全生产范围以内各种控制设备的信息数据处理装置加以连接和整合，从而实现了各个部分信息共享组织工作控制、管理以及决策的功用。

现如今，我国大多数化工工艺设施均以使用DCS的监控方式来进行工业控制。DCS监控的实际方式是发变组保护、综合自动化运行保护装置、用电系统的保护和自动装置的动作情况。其動原理是基于通过各个独立设备装置的动作信号和位置状态等有效开关量来作为基本输入量值（DI）输送至DCS控制系统中心实现控制过程。如电流（A）、电压（V）和功率（P）等模拟变量通过电量变送器输出4～20 mA的标准信号并输送至DCS系统的控制中心，DCS的控制指令则被作为输出量发送至电气设备或装置，而各个电气设备或装置则与DCS系统的控制中心以硬接线的方式形成关联。以下是笔者对DCS系统构成及特点的分析。

1.1 系统的构成

DCS系统的硬件构成分为管理操作应用的工作站台、现场的控制站台以及通信网络平台三大类。

（1）管理操作应用的工作站台。管理操作应用的工作站台包括工程师站台、操作员站台和历史数据站台等功能服务站台。工程师站台主要为相关技术人员提供可生成控制系统的人机端口，目的在于DCS系统的组态与维护，而这些技术人员也可以通过这一站台对系统进行人为监视。操作员站台为相关技术人员提供可以与系统数据库进行人机交互的操作界面，目的在于监视可完成的数据状态值和操作人员对数据点的操纵。历史数据站台则是为了存储整个DCS系统的历史数据通过利用组态软件来实现历史数据趋势的状态值显示、报表输出打印和故障追忆等功用。现场控制站台被用于对现场信息的采集与处理环境以实现大多数的控制策略，且本控制站台具有比较可靠的冗余保障和网络通信功用。通信网络可连接DCS系统的各个分散部件，从而确保完成数据、指令以及其他信息的传递工作过程。同时，为了进一步保障DCS系统的可靠性和稳定性，系统的电源设备、通信网络和过程控制站台均采用冗余的配置。

（2）DCS系统的软件部分通常是由实时多任务的操作系统、数据库存系统、数据通讯软件、组态软件和其他应用软件共同组成。

（3）DCS系统在其结构上一般采取模块化的设计思路，以合理地配置和灵活地组态来实现电机组的模拟量控制（MCS）、数据采集系统（DAS）、锅炉燃烧控制和炉膛安全系统（FSSS）、顺序控制系统（SCS）等功能及效用。

1.2 系统的特点

DCS系统之所以能够被广泛地应用于工业控制当中，究其原因主要是因为DCS系统具有以下几方面的特点。

（1）分散性。DCS系统的分散性是指分散控制、地域分散、设备分散、功能分散和危险分散。系统硬件的积木化和软件的模块化是其分散性特点的具体行为体现，主要的目的就是为了使系统控制的危险因素最大化的分散，从而有效提高系统控制的可靠性与安全性。

（2）集中性。DCS系统的集中性是指集中化的监视、操作及管理过程。通过利用通信网络将分散的设备及软件连接统一成为一个整体，然后基于分布式的数据库来实现整个系统的信息集成与共享，且操作人员还可以同时在多台操作站台上来进行集中监视、操作及管理。

（3）自治性。DCS系统的自治性是指该系统中的分散设备均可以独立形式进行工作。控制站台自主进行输入、计算、控制及输出过程，操作员站台可以自主实现监视、操作及管理过程，工程师站台则可以在在线或离线状态下进行组态过程。

（4）协调性：DCS系统的协调性是指系统中的各台设备利用通信网络和数据库联合，相互传递信息和组织工作，从而实现了系统的整合功能。需强调的是，DCS系统的分散性与集中和协调性与自治两组关系并不对立的关系而是相互补充。

（5）灵活性和扩展性：DCS系统的硬件设备具有积木式结构的特点，既可以灵活配置各类大小不一的系统构造，又可基于企业发展趋势来进行系统拓展。而系统的软件部分则是采用模块式的结构，主动提供信息的传递、计算及控制功能块，既可以灵活组态各类控制系统，又可以基于工艺流程的变化来随时修正具体的控制预案。

（6）可靠性和适应性：实际上，DCS系统的分散性就可以使得系统更具可靠性，并辅以如冗余等技术，使得DCS系统能够完全适应各种恶劣的工作环境。

2 DCS监控系统在化工低压电机中的应用

DCS系统是计算机技术、自动控制技术和网络传输技术的集成品。以下通过分析DCS监控系统在化工工艺设施低压电机中的应用即可体现。

2.1 低压电机DCS监控系统的组成方式

（1）低压电机的现场总线分别与10kV、6kV智能终端设备连接，并通过通信管理层与上位机系统连接。对于一些较成熟的专用设备如AVR设置、故障录波的保护装置、辅助电源自动切换装置是被采用的独立产品，通过管理和PC系统连接。在CRT电气后台工作站和DCS系统监测控制台上清晰的结构方式可实现灵活转换，且可以分阶段实施，拓展也极为方便。系统监控管理采用双网络结构、网络可靠性较高。基于该系统，要么直接由通讯与DCS通讯管理，也可以直接和DCS通信通过以太网。通过备份主机通讯卡系统可以实现与MIS系统的信息交换。

（2）通信单元、DCS系统以及电气后台系统之间的端口。它们之间信息交换过程的侧重点有所不同。设置电气后台系统的主要目的在于使得电气设备操作技术人员可以对整个电气自动保护装置进行日常的监视和维护。通常情况下，不对其进行控制操作，但是在电气后台系统中的信息接收量往往要比DCS系统多很多，且可以实现对即时数据的收集、状态值显示、查询以及报表打印等等等等。

（3）远程I/O和分布式I/O的连接模式：远程I/O的采集单元通常是在I/O相对比较集中现场进的I/O机柜的安装。主要负责收集附近电气设备的I/O量，并通过I/O通信网络传输数字信息传递至DCS控制中心。具体来说，就是利用分散安装于就地开关柜的集合保护功能、测量功能、控制功能和通迅功能于一体的智能测控保护装置，将由10 kV、6 kV工作段集中控制的低压电动机，由锅炉、汽机及保安MCC供电集中控制的低压电动机。

（4）智能终端设备和现场总线的连接模式：开放的现场总线是一种全数字化、双向多支路的计算机网络。通过网络将智能终端设备，主要控制计算机和现场设备。对数字信号传输的信息，每个接触可以共享一个物理传输介质。

智能终端设备是基于微电子技术的发展，大规模集成电路、嵌入式系统，包括CPU、内存、A/D转换器、I/O电路集成设备等。主要由中压和低压保护系统的测量和控制设备和自动化设备。这些设备与测量、控制、保护、信号、通信等基本功能，并完成单独的特殊功能。

2.2 低压电机DCS监控系统的原理分析

低压电机DCS监控系统是基于控制分散，分散风险和操作和管理集中的设计理念，采用多层分级结构、合作、自主，适应了现代化生产和管理的要求。因为DCS是最新的現场总线和嵌入式软件、先进控制、报告、CRT和网络技术等，使得它可以解决小到一个大的整体设备（如低压电机），现代工厂完全控制整个生产过程，并提供了基础信息管理平台。

整个系统由三个功能层构成

（1）测控保护层。由大量的保护装置和自动装置。它主要由分散安装于就地开关柜的智能终端装置、发变组保护、AVR、ATS，沿着装置组成等等。保护功能完全独立。使用现场总线技术，利用光纤或屏蔽双绞线连接，通信管理。从而实现分布式综合监控这些设备。

（2）信息沟通管理。这一层的功能是DCS控制命令的控制层，或电气背景工作站从固定值变化顺序，发给相关的设备。并将发送的信息发送到DCS系统的每个单元或电气背景工作站。通讯管理与通信信息接收、发送消息、代码转换等功能。通讯管理和以太网是用来连接电脑系统。通讯管理一般配置的前端机或通讯管理单元，提供12 ～16个通讯接口。

（3）上位机系统。该层包括DCS系统和电气系统后台工作站。电气背景工作站系统主要负责设备的管理和维护，电气系统、功率测量、故障录波、保护定值的变化和交付等。由DCS系统完成的照片显示，报表生成和打印、控制、和事件日志和警报等。

3 结语

综上所述，我们有理由相信DCS系统可以被广泛应用于化工工艺设施中低压电机监控中，通过进一步提升DCS系统的可靠性和稳定性，将会给生产用户提供更多的收益。当前，我们急需做到的工作应该是拓展DCS系统突破化工主工艺设备的局限性，力求将更多的辅助系统结合于整个DCS系统使之成为功能特色更为多样化的自动控制系统。

参考文献

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