DCS控制系统在工业自动化中的应用研究

［摘 要］DCS 控制系统在工业自动化中的应用是通过将计算机技术和控制技术相结合，运用集中控制的方式，对工业自动化进行控制，使其能够满足工业生产过程中的需求。DCS 控制系统在工业自动化中的应用，能够保证工业生产过程中各个环节之间的协调合作，使其在进行操作和管理时更加方便和高效。文章分析了DCS 控制系统在工业自动化中应用的意义，探讨了DCS 控制系统在工业自动化中的具体应用，以及应用中应该注意的问题，以供参考。

［关键词］DCS 控制系统；工业自动化；数据采集；数据库

［中图分类号］TP273 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0003–03

1 概述

随着科学技术的不断发展，计算机技术已逐渐应用于工业生产。但由于工业生产过程中存在很多不确定性因素，使得工业生产过程很难完全实现自动化，需要对工业生产过程进行有效的控制。传统的控制系统虽然在一定程度上能够实现对工业生产各个环节的有效控制，但是其仍然存在着很多问题。

（1）传统控制系统所具有的功能有限。传统控制系统在对工业生产过程进行控制时，虽然能够满足基本的生产需求，但是其功能却相对单一。例如，在工业生产过程中，由于受到外部环境变化、设备故障等因素的影响，导致其无法准确地对工艺参数进行调整和控制。

（2）传统控制系统在进行数据采集时需要通过专门的设备进行操作，数据采集效率较低。

（3）传统控制系统在运行过程中无法对相关设备进行有效的监控和管理。

2 DCS控制系统在工业自动化中的应用意义

DCS（分散计算机系统）是一种自动化程度很高、集操作和管理于一体的计算机系统，主要由1 个中央处理器及若干个可编程控制器（PLC）构成。其内部具有专门用于处理数据的存储器、用于运行程序及执行计算操作指令的控制器、用于处理和执行数据及完成信息处理功能的软件、用于显示和打印结果及处理报警信息和操作信息的显示器等。在 DCS 控制系统中，其内部具有丰富的功能模块，如数据处理模块、模拟量模块、过程控制模块等，这些模块可以为DCS 控制系统提供较为完善的功能服务。

DCS 控制系统具有可靠性高、稳定性强及扩展性强等优点，因此，在工业生产过程中运用 DCS 控制系统能够对工业生产过程进行有效控制，既可以保证生产流程的稳定性和安全性，还可以提高工业生产过程中各环节之间的协调合作能力，使其在进行数据采集和处理时能够更加准确、高效。

DCS 控制系统的应用目的在于实现“安全生产、节能降耗、提高质量、降本增效及绿色发展”的五大发展目标，其不仅关注生产效率和质量的提高，还涉及安全生产、节能降耗等多个方面。当前我国的工业发展越来越快，工业生产过程中使用的设备数量也越来越多。设备数量和种类的不断增加，导致了很多工业生产过程中设备在运行时出现了各种各样的问题。而 DCS 控制系统具有开放性和集成性的特点，能够将不同类型的设备进行有效整合，并且将不同类型、不同性能、不同型号的设备进行结合，能够保证工业生产过程中设备运行效率和产品质量的提高。

DCS 控制系统的高可靠性是其广泛应用的一个重要原因。由于系统控制功能分散在各台计算机上，且系统结构采用容错设计，即使某一台计算机出现故障，也不会影响整个系统的正常运行。这种设计保证了系统在面对突发情况时的稳定性和安全性。

DCS 控制系统还具有低维护成本的特点，这对于降低企业运营成本、提高经济效益具有重要意义。同时，随着技术的发展，国产自主可控DCS 与进口DCS 在主要性能及应用功能方面已基本无差距，显示出国产DCS 技术的进步和竞争力。在化工生产中，DCS 控制系统的应用被认为是非常关键的。例如，杭州和利时自动化有限公司发布的HOLLiAS MACSIC 完全自主可控DCS 控制系统专门针对石化、化工、油气等行业的超大型炼化项目设计，能够为石化和化工行业提供参考。

3 DCS控制系统特点

工业生产过程中存在着众多的生产环节，需要对其进行协调和配合。DCS 控制系统能够实现对工业生产各个环节的有效监控和管理，使其能够根据实际情况及时调整工作方式。在工业生产过程中存在着大量的数据信息，需要将这些数据信息进行及时有效的处理和分析。即将数据信息通过网络传输到中央控制系统，然后对数据信息进行处理和分析，使其能够为工业生产提供有效的参考数据信息。DCS 控制系统能够在不影响工业生产其他工艺环节正常进行的情况下对这些参数和设备进行监测和控制。

3.1 方便快捷

传统的工业自动化控制系统由多个控制系统组成，对其进行操作时需要分别对各个系统进行操作。且不同的系统具备不同的功能，因此在对其进行操作时需要按照一定的顺序和步骤来进行。在 DCS 控制系统中，对各个控制系统进行操作时，只需要按照DCS 控制系统设计的顺序和步骤来进行即可。因为DCS 控制系统可以与工业生产过程中其他自动化设备实现信息交互，因此在对其进行操作时不需要将其拆开来进行。同时，DCS 控制系统具有较强的开放性和灵活性，因此能够为工业生产提供更多的信息参考数据和信息资源。

3.2 高度集成

DCS 控制系统是一个大型系统，可从更高的角度进行整个工厂或工段的控制。DCS 控制系统综合了计算机、通信及显示和控制等4C 技术，其基本思想是分散控制、集中监控。这种系统适用于大型生产企业的自动化控制系统，能够提供全面的自动化控制解决方案。例如，在火电厂等大型工业系统中，DCS被广泛应用于主机控制系统。DCS 与HMI、PLC 相比，具有更强的管理能力和更高的系统集成性，适合于大型、分布式系统的控制。而PLC 则更适合于成本低、对控制精度要求较低的小型项目。HMI 则提供了一种直观的操作方式，适合于简化操作流程和提高生产效率。

4 DCS控制系统在工业自动化中的应用

DCS 控制系统作为一种分布式控制系统，在多个行业中展现出了其独特的应用效果和适应性。其能够通过发达的计算能力监控化学生产过程的设备和细节，提高生产效率和质量。这一点在化工行业尤为重要，因为化工生产通常涉及复杂的化学反应，对控制系统的精确性和稳定性要求极高。

国产DCS 控制系统的发展历程可以追溯到20 世纪20 年代，当时的过程控制系统主要是简单的系统，而到二战前后，随着各种复杂控制系统的发展，DCS技术也得到了显著提升。国产DCS 控制系统的应用和发展同样经历了简单到复杂的过程，其中较具代表性的是杭州和利时自动化有限公司HOLLiAS MACSIC DCS 控制系统，其设计初衷是为了满足石化、化工、油气等行业超大型炼化项目的需求，目前的系统数据库容量达到120 万点，专门针对千万吨级炼油及百万吨级乙烯项目的应用需求进行设计。该系统融合了杭州和利时自动化有限公司自主研发的控制器微内核架构、嵌入式操作系统、工业控制系统软件及工业信息安全技术，实现了所有硬件、软件的国产化，标志着我国在高端工业控制系统领域的重大突破。

当前的市场地位方面，国产DCS 控制系统与外资品牌相比，虽然市场份额略胜，但外资品牌占比接近50%。这表明，尽管国产DCS 控制系统在国内市场上取得了一定的成功，但仍面临着来自外资品牌的竞争压力。

DCS 控制系统在工业自动化中的应用，主要包括以下方面。

（1）自动监测和控制。在 DCS 控制系统当中运用自动化技术和计算机技术对不同环节进行监控和管理能够有效提高工业生产效率和质量。例如，当DCS 控制系统中出现故障时会在显示面板上显示出故障信息，并通过计算机对其进行分析和处理，有助于及时发现设备出现的问题并加以解决。另外，当DCS 控制系统中出现异常状况时还可以通过显示面板上显示出异常状况所对应的故障代码来对其进行诊断和处理。

（2）生产管理系统。在 DCS 控制系统当中运用计算机技术和自动监控技术可以实现生产管理系统的建立和使用。在生产管理系统中运用计算机技术和自动监控技术可以使企业实现对生产过程中各个环节的监督和管理，提高企业管理效率。

5 在应用过程中应该注意的问题

5.1 上电和停电处理

DCS 控制系统的启动和上电应遵循UPS、控制站、监控器、操作站计算机的顺序，这有助于避免因顺序错误导致的系统故障。当系统停电时，应立即将系统中投入自动控制的电路切换到手动操作，以确保人员安全。关机时，控制站是关机操作的第一步，这一步骤对于确保系统的稳定关闭至关重要。

5.2 日常维护与故障分析排查

DCS 控制系统故障率较低，但一旦出现故障，应尽快排除，以免影响生产。维护方法包括利用红外测温检查设备，检查电源电缆接线、配线、端子排、螺丝的温度，排查温度超高等问题。

有效进行DCS 控制系统的故障分析和排查，需要了解DCS 控制系统的基本组成和工作原理。DCS控制系统是由系统软件、硬件、操作台盘及现场仪表组成的复杂系统。因此，故障分析和排查应首先通过观察DCS 控制系统的各种特性，如监视屏幕的数据更改，以及系统的网络拓扑方式和通信协议，初步判断故障的可能来源。此外，还应检查电源、电缆、配线、端子接头等是否存在接触不良的情况。

在确认了故障的工作环节后，可以采用短路排查法，即使用导线短接相应的线路进行测试，如果故障消除，则说明故障点推测正确。同时，也可以使用仪表排查法，通过检查现场仪表来判断故障的具体位置。

5.3 系统安装调试的注意事项

在DCS 控制系统安装和接地时，确保电力电线和测量电线安装在完全分开的、金属制成的电线桥架中，并每隔约100 m 进行接地处理。这是为了保证系统的安全稳定运行，避免电气干扰。接下来，根据DCS 厂家提供的系统启动组态软件，进行系统的配置和测试。同时，对于初次安装和升级安装，应选择合适的项目进行安装和网络配置。

在调试过程中，需要对系统的计算系数、偏置值、延迟时间、设定值及比例度、积分、微分时间等进行试验调整，以获得最佳运行工况，这有助于提高系统的稳定性和可靠性。软件安装和组态需要由DCS 厂家的人员进行，并检查配置后启动系统。根据点表进行下位组态，确保软件配置正确无误。在DCS 控制系统中安装和使用仪表时，应注意电力电线和测量电线的安装位置，以及力开关设备的布局，确保仪表的正常工作。

6 结束语

在工业自动化的发展过程中，DCS 控制系统发挥了重要作用，并且已经成为工业自动化控制中的重要控制方式。通过将 DCS 控制系统应用到工业自动化控制中，能够充分发挥计算机技术和控制技术的优势，使其在工业自动化中的应用更加方便和高效。

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