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DCS的主要构成及在石油化工中的应用

来源:用户上传      作者: 冯黎黎

  摘要:DCS主要由控制站、操作站和工程师站、数据通信及网络等三部分构成,它具有模拟量的数据采集和控制,开关量的顺序控制,开关量、模拟量结合进行控制,即混合控制功能,除此之外还有人机界面友好、安全可靠、易于安装、容易使用、便于维护、便于扩展和升级换代等特点。该系统在石油化工等行业中应用广泛。
  关键词:控制站;操作站和工程师站;数据通信及网络;应用问题
  
  在石化行业,DCS一直多用在一个生产装置范围内的多机通信系统中,而且控制站和操作站、工程师站均集中放置在控制室内。而DCS的数据通信一般从初期的数据高速公路起多可长达1km,所以这方面有点浪费。鉴于石化行业的习惯,全厂各生产车间用DCS的通信总线相连的实例较少,所以在第三代DCS中通信功能的发展是与全厂管理网络(以太网)技术相融合,逐渐实现通信网络由多重结构向扁平化过渡,所以,第三代DCS的通信系统特点是具有开放性。
  一、DCS的主要构成
  DCS主要由控制站、操作站和工程师站、数据通信及网络等三部分构成。
  1、控制站DCS系统中,控制站是一个完整的计算机,实际运行中可以暂时在不与操作站及网络相连的脱机情况下,完成过程控制策略,保证生产装置运行。从计算机系统结构来说,控制站属于过程控制专用计算机,其微处理器从8位发展到今天的32位甚至64位。控制站作为一个完整的计算机,它的主要I/O设备为现场的输入、输出处理设备,即过程输入/输出(PI/O),包括信号变换与信号调理,A/D、D/A转换。在信号变换过程中采用隔离技术以防止来自现场的干扰信号,以及与现场连接的端子及输入、输出信号的物理位置的方便确认,这是至关重要的。
  控制站是整个DCS的基础,它的可靠性和安全性最为主要,死机和控制失灵的现象是绝对不允许的,而且冗余、掉电保护、抗电磁干扰、构成防爆系统等方面都有效而可靠,才能满足用户要求。
  2、操作站和工程师站DCS系统形成初期操作站各工程师站合一,即操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等。其中工程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用(Vtility)功能。
  DCS操作站是典型的计算机,有着丰富的外围设备和人机界面。目前大多数DCS操作站和工程师站已采用高档PC机或工控机,WindowsNT(或Windows98以上)操作系统、客户机/服务器(C/S)结构、DDC(动态数据交换)或OPC(用于过程控制对象链接嵌入)接口技术,可通过以太网接口与管理网络相连。在采用通过监控图形软件(如iFIX、Intouch)这一点上,各DCS厂家做法不一,有的厂家以此为平台,形成“软DCS”操作站,这多用于中小型DCS系统,或以此类软件为核心,进行二次开发;有的厂家对原来的组态软件进行改造,使之符合上述特点,满足系统开放要求。操作站要实现其多项功能,必须完成数据组织和存储两方面任务,如与工位号相关的一些数据,在操作站中要对由某控制站某端子与现场仪表相连的,由物理位置决定的工位规定工位号(即特征号或标签Tag)各工位说明(可以用汉字),使之与工艺对象一致,以保证工艺操作人员的操作,工位号可以在整个系统中通用。其它还有系统配置、操作标记、趋势记录、历史数据管总貌画面组态、工艺单元或区域组态等,这些均组织成文件,最终形成数据库,存储在硬盘的相应区域,使数据具有独立性和共享性、保证数据的实时性、完整性和安全性。
  DCS系统组态、操作站组态、控制站组态(上小节中已讲到)均有相应软件,为DCS用户的工程设计人员提供人机界面。
  3、数据通信及网络上两节所述控制站、操作站、工程师站,均为通信网络的节点,DCS网络上的节点还可能有上位机(或称高级控制计算站)、与工厂管理网相连的网关等。DCS网络是DCS的生命线,在DCS整个系统的实时性、可靠性和可扩充性方面起着重要的作用。
  在当前DCS中通信功能的发展是与全厂管理网络(以太网)技术相融合,逐渐实现通信网络由多重结构向扁平化过渡,所以更具有开放性。
  DSC系统的规模与通信能力有关系,而通信的复杂性主要表现在品的互联问题,这样才能够既保证了系统的扩展性,又保护了用户的初期投资。到目前为止,IEEE802.4令牌总线传输方式的通信协议和IEEE802.5令牌环网传输方式的通信协议在DCS系统中应用最广,又近年来因为采用以太网的互联网的普及以太网技术的提升,IEEE802.3办公自动化用局域网标准(人们俗称以太网标准)在DCS系统中已有多家采用。
  二、DCS在石油化工行业中的应用
  到目前为止,用户对DCS所存在的问题,有三个方面的意见是一致的,即系统开放性问题;与现场传感器、变送器、执行器的接线问题;价格较贵问题。这些问题在第三代DCS中已开始得到解决。在21世纪,新一代的DCS应满足用户这方面的需求。下面谈谈在石油化工行业中应用DCS两个问题。
  1、选型问题
  石化行业在应用DCS中,无论新建项目或是改造项目,首先是DCS的选型问题。监於各种DCS有其通性,而且参与竞争的DCS厂家或系统集成商较多,所以各设计院或业主在标书中均不指定DCS的型号,只规定I/0点数、控制回路数、控制室与现场工艺装置之间的物理位置、人机界面要求、先进控制或数学模型优化等方面的要求、与整个企业管理网络之间关系等项要求,标书中为了显示公平、公正、公开的原则,还提出DCS应符合各种标准或特殊的性能指标等等。这里要提醒买方,由於这些年国产DCS水平提高,应在标准和各项特殊指标和投标资格的规定方面给以重视,如以往在标书中多列出国际或国外的各项标准,而对国内DCS等相关标准重视不够或不了解,如目前国内DCS是依据GB/T、18271.1-2000、GB/T、18271.2-2000、GB/T、18271.3-2000过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序等标准,这应列入标书中,这种要求是正当的,正直的。
  关于业绩问题,这是DCS选型和投标方资格论证的一个敏感问题。DCS的功能比较复杂,DCS开发过程是针对不同行业的,而且具体的工程项目的要求也很多,很难对DCS作唯一的选择,所以如某DCS用於本类工程较多,这样业主选用该DCS,选型风险就比较小,这是合情合理的。但国产DCS历史较短,在某些行业大型工艺装置上使用的业绩较少或没有,所以“实绩”这个门槛问题还要具体情况具体分析,如某国产DCS可靠性很高,在类似工艺的中小装置上应用很好,又有系统扩充能力等再加上国产DCS厂家,掌握原程序,可以按照业主要求增加某些特殊功能等,所以在同等价格的条件下,可以参加竟争。
  2、服务问题
  DCS发展到今,DCS厂家的硬件、软件自己生产的部分愈来愈少,而提供全面解决方案(Solutions),却成了时髦的口号,这其中包括了多项软技术,所以服务问题成了DCS厂家或系统集成商的新亮点。如何全面的为用户服务呢?对一个工程项目来说,包括前服务、中服务、后服务。DCS是技术含量很高的产品,所以在合同签订前的方案认证、报价,技术谈判等方面,DCS是厂家应无偿的服务;在合同签订后,开工后、投产前硬件方案最终确认,软件(指系统组态等)编制和键入生成,整机出厂前的验收,工程技术人员和操作人员的技术培训等中期服务是义不容辞的;货到现场后的开箱验收、整机现场安装通电验收、回路静态连调、顺序控制逻辑关系的确认。直至整个工艺装置开车中系统投运的指导,程序修改后的拷贝和工程验收,这是后服务。后服务可以延伸至保质期内的维修服务(无偿)及以后的日常运行中的有偿维修服务(全球24小时响应)等及Intermet网远程服务。这些都是现在应该享受的,这是DCS厂家或系统集成商的义务。这方面国内DCS厂家应该有条件做得更好,而且前正是弱项,应该迎头赶上。
  所谓工程就应该有头有尾,我们应该把DCS工程有始有终的做好,搞好服务,使DCS工程经济效益、社会效益双丰收。


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