DCS系统运行与维护经验浅谈

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【摘要】:近几年,随着电厂热工控制系统的不断改造,dcs系统在电厂的生产控制中得到了普及。由此DCS系统运行的可靠性显得尤为重要，如何才能提高DCS系统运行的可靠性，是个值得重视的问题，文章从简单的介绍了DCS的特征与设计原则，对运行维护、检修维护也进行了论述。

【关键词】:DCS控制系统;运行;可靠性

中图分类号：TM62文献标识码： A 文章编号：

引言

DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它的意义在于“控制分散，管理集中”。通过分析DCS系统几年来的运行数据和记录，以及借鉴兄弟单位的管理经验，认为提高DCS系统运行的可靠性应从DCS系统选型、DCS系统运行管理、DCS系统检修维护三个方面着手。

一. DCS系统简介

DCS分散控制系统，国内一般习惯称之为集散控制系统。DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成，以通信网络为桥梁的多级控制系统，综合了计算机、通信、显示和控制等技术，其基本特点是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。DCS的控制等级：一是过程控制级；二是控制管理级；三是生产管理级；四是经营管理级。

1、DCS系统工作原理

DCS系统即分布式控制系统，其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一新型控制技术。分布式操作系统的构成：作为一种纵向分层和横向分散的大型综合控制系统，它以多层计算机网络为依托，将分布在全场范围内的各种控制设备的数据处理设备连接在一起，实现各部分信息的共享和协调工作，共同完成控制、管理及决策功能。

其硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。管理操作应用工作站包括工程师站、操作员站和历史数据站等各种功能服务站。工程师站提供对技术人员生成控制系统的人机接口，主要用于系统组态和维护，技术人员也可以通过工程师站对应用系统进行监控。操作员站提供技术人员与系统数据库的人机交互界面，用于监视可以完成数据的状态值显示和操作员对数据点的操作。历史站保存整个系统的历史数据，供组态软件实现历史趋势显示，报表打印和事故追忆等功能。现场控制站用于对现场信号的采集处理，控制策略的实现，并具有可靠地冗余保证。网络通信功能：通信网络连接分布式控制系统的各个分布部分，完成数据、指令及其他信息的传递。

2.DCS的特点。

一是开放性：DCS是采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用网络方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。

二是可靠性高：因为DCS系统是将系统控制功能分散在每一个独立的电脑上实现，所以系统架构就是采用容错设计，所以可靠性比较高。

三是维护简单：可以使用功能比较单一的微型或小型专用计算机，所以就具有方便、维护简单等特点。

四是灵活性：灵活性就是通过组态软件来进行软硬件组态，这就极大的方便构成所需的控制系统。

五是协调性：在每个工作站之间可以通过局域网络来传送各种各样的数据，这样就可以形成系统信息共享，进行协调的工作，就可以完成控制系统的数据优化和总体功能处理。

六是控制功能齐全：在组态软件中控制算法是十分的丰富的，批处理控制、顺序控制和集连续控制于一体，这就可以实现前馈、串级等一些先进的控制，还可以简单的加入所需的特殊性的控制算法。

3.DCS系统设计原则

（1）四个基本原则。一是完整性原则:保证DCS系统的完整性、可工作性。二是冗余原则：所有与控制回路有关的部件(如I/O卡件、控制器、电源、通讯总线等)都按1：1冗余配置。三是负荷原则：所有的子系统，包括控制站、操作站、工程师站、通讯系统、电源系统等，其设计负荷和实际运行最大负荷都不应超过其硬件、软件能力的百分之六十。四是备件原则：系统中所有可能发生损坏的部件，如控制器，I/O卡件按系统配置数量的15%的原则留出备件裕度。

（2）抗干扰设计。抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径、提高装置和系统的抗干扰能力，这种措施也是抑制电磁干扰的基本方法。一是要重视DCS系统设备选型。要提高DCS系统的整体抗干扰性，首先要选择有较强抗干扰能力的系统设备，包括电磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干扰能力。二是采用综合抗干扰设计，主要考虑来自系统外部的几种抑制干扰措施：一是采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰；二是选用合适的电缆进行敷设。

（3）正确选择接地点，完善接地系统。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。

（4）采用硬件滤波及软件抗干扰措施。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样、定时校正参考点电位，并采用动态零点；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。 二、故障的分析诊断

DCS系统一旦出现故障,正确分析和诊断故障发生的部位是非常重要的,根据经验,参照故障发生部位的环境和现象,来确定故障的部位和原因。首先:查看是否为DCS系统操作错误引起的故障。其次:确认是现场设备故障还是DCS系统故障,若是现场一次仪表故障,修复现场一次仪表即可。最后:利用DCS系统的自诊断测试功能,在系统发生故障时一定要充分利用这一功能,并结合控制器、卡件、电源模块、交换机等设备，综合分析判断故障部位和原因，根据系统特点，采取可行的补救和修复措施。

三、DCS系统运行管理

DCS系统的运行管理是指系统的巡检,DCS软硬件的监督管理。软件的备份管理,应用软件(数据库)应及时备份,对极小的改动可做记录;对数据库的修改同时要保存到工程师站,还应保存到光盘或其他硬盘上，实行异地存储。但注意备份磁盘不应超期使用,以防数据丢失。软件检查与功能试验,应按照计算机设备的通用方法检查,主要是检查各级权限的设置:严禁使用非DCS软件、严禁未授权人员进行组态。针对以上常见故障,为了避免故障的发生和减少发生的次数,应当制定严格的检修、维护和定期检查制度,认真填写DCS设备巡视检查卡,对各种小缺陷及时发现及时处理,避免发生系统停车这样严重影响化工企业生产的情况。 有了性能优越的DCS控制系统，加强日常运行管理是提高DCS系统运行可靠性的必要手段。日常运行管理应作好以下几点：

1、 日常巡检工作：认真的巡视检查工作能及时发现DCS控制系统存在的问题，避免因控制系统原因或其它设备（如电源）的原因造成DCS系统瘫痪，从而避免给发供电主机系统运行造成影响，以致事故停机。

2、 日常维护：加强设备的维护保养，及时清理灰尘，调节控制室内温度和湿度能够明显减缓设备的老化过程，定期测试系统供电系统和电源模块电压，使设备运行稳定可靠。

3、 加强设备定期切换：对于控制系统，特别是基于Windows视窗系统，服务器往往会在运行一段时间后发生系统占用过大，数据处理缓慢，出现数据传输瓶颈，造成假死现象，从而引起整个DCS监控系统瘫痪。因此，对于具备冗余条件的控制系统应当定期进行设备切换，使系统能够重启，释放空间，保证操作系统的可靠运行，从而保证控制系统的正常运行。

4、 监控用的操作员站和服务器坚决不能用于其它用处，特别是外来软件或文件的装入应慎之又慎，防止病毒传入控制系统，造成系统崩溃。

四 DCS系统的检修管理

1、 DCS系统退出运行后，除了对系统进行硬件上的清灰处理外，还应详细记录系统退出运行后的有关数据，如系统空间点用率，画面刷新率，画面响应时间，冗余服务器切换时间等，并与原始数据进行对比，对出现的变化进行分析，并找出原因及规律，以便为解决问题提供依据。

2、 定期对系统数据库进行备份。由于大部分采用SQL数据库的系统往往会设定为自动定期更新，所以必须按照期周期定期进行数据备份。

3、 作好系统组态数据的备份。由于系统组态完成后，除控制器内下装后的数据就只有服务器硬盘上的组态数据了。控制器内数据在系统掉电时，很容易丢失，而在系统失电时，也正是硬盘容易损坏的时候，因此作为DCS系统检修管理中重要一环就是作好系统组态的数据备份。以便系统出现重大损坏，需通过重新安装软硬件系统来恢复系统时使用，减少系统恢复时间。

4、对DCS系统板卡的定期检查。因系统上电往往需很长时间才有机会对板卡进行检查，因此在DCS系统退出运行时，应对各输入输出模件，控制器模件、电源模件、通讯模件进行详细检查，确保各模件不会因环境问题出现损坏现象。总之，不同的DCS系统虽然配置不同，但软硬件结构上基本相似，对系统的选型合理了，DCS系统就会与生产结合紧密，系统本身运行的可靠性就会高，而运行和检修管理维护到位了，就会使DCS系统扬长避短，大大提高其运行的可靠性。

结语

分散控制系统DCS，是一个庞大而繁杂的系统，其子系统多又分散，信号与距离远而易干扰，根据DCS对安装的要求和调试中应注意的问题及现场实际情况采取从人员、设计、管理、施工四个方面来组织安装与调试，避免分散控制系统安装调试中出现类似现象。

参考文献:

[1]韩行治.浅谈DCS系统硬件安全与维护[M].辽宁科学技术出版社,2007

[2]张扬.简介DCS系统的常见故障诊断和日常维护[J].科技创新,2009