DCS自动控制系统的应用研究
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【摘要】 自动控制系统的应用能够为企业提高竞争力,有利于操作的稳定,保证生产的安全,提高产品质量,有效降低能源消耗以及成本。dcs作为自动控制系统的一种在当下的工业生产中发挥着重要作用。本文首先对DCS进行了介绍,概括了其主要优点,然后重点分析了其在工业生产中的具体应用。
【关键词】 DCS优势应用
科学技术的发展提高了工业生产的自动化水平,计算机应用的普及让自动控制系统得到了广泛应用。在集中显示、控制以及处理信号的过程中,计算机所起的作用越来越大。DCS控制系统具有很强的控制运算能力,其过程管理也更加先进,能够实时采集和统计生产过程中的工艺参数,对报警系统进行优化,实现报表打印等功能。因此,在石油、化工等行业,DCS得到了广泛的应用。在未来,这些行业要想在激烈的竞争中取胜,更好的运用自动控制系统是必经之路。
1 DCS控制系统介绍
DCS全称为:分布式控制系统,又被称之为集散控制系统,这种称呼方式是相对于集中控制系统而言的,属于新型计算机控制系统。其发展和演变均是基于集中式控制系统的,它充分结合通信、计算机以及4C技术,实施集中操作和分散控制,对生产过程实施分级管理,具有配置灵活和组态方便的特点。在实现方式上,通过检测得到的电信号被送入到检测仪表中,经过相应的数据处理后交给DCS系统,DCS系统根据预先设定好的逻辑关系,对现场的自动化设备进行操作,比如:对气动球阀的开关进行控制,对调节阀的开启度进行调节,对电机的启停进行控制等[1]。
2 DCS控制系统的应用优势分析
DCS控制系统的优势体现在以下几个方面:1)实现故障分散。在集中控制系统中,故障得不到有效分散是最大缺点,DCS系统能有效解决这一问题,在DCS系统中,采用了大量的微处理器,它们能够在各个小范围内承担控制任务,当单个微处理器出现故障时,整个系统的正常工作不会受到影响;2)控制室的尺寸得到了大大缩小,控制表盘的长度也得到了缩短;3)所需的电缆更少,控制系统所需要的备品备件数量得到了减少;4)工艺生产在运行中对设备厂商的依赖性降低了,人员培训费用也得到了减少,控制系统的构成更加灵活,便于扩展和组态;5)在管理实时参数和历史数据上实现了更加复杂的逻辑计算。
3 DCS控制系统在火电厂中的应用
在火电厂中,为了不断完善和提高电气系统的运行监控能力,将现代化工具和手段运用于整台发电机组中,以提高监控水平。当前,电气系统的重要运行参数以及状态显示都已经进入DCS,实现了DCS控制系统对电气系统的监视和控制。DCS的使用有效提高了电气控制的可靠性,这主要是因为DCS本身的可靠性较高,可以通过配置冗余的方式代替传统的固态逻辑以及继电器;另一个原因是DCS控制系统的使用省略了大量的操作终端,有效避免了接线开关等的故障。最后,在DCS内部有大量的联动逻辑,可以实现操作闭锁和准许的逻辑检查,防止人为误操作。电气系统中使用DCS系统之后完全实现了集控运行的能力。运行人员可以在DCS控制系统的任何一个终端对整个机组实施监控和干预。
在控制方式上,DCS控制系统在电气系统中实现电气控制的基本原则为:在电气控制实现的核心功能上应该利用微机数字化装置来实现,如:保护发-变机组、调节发电机的励磁、对故障的录波等。通过通信的方式,这些工作状态和结果经过数字化装置处理后进入到DCS中;要保证这些控制系统的功能独立,不需要外部的干预就能够实现电气系统的安全运行。当前,很多生产厂家的DCS中带有相应的模块,可以独立实现某些功能。另外,注意到其功能的实现紧密联系着汽轮机的数字电液调节系统,DCS的使用能够有效减少通讯量以及输入输出点。对于系统和装置的自动投切逻辑来说,其主要特点是控制逻辑关系较为简单,但具有大量的输入输出点,因此可以通过PLC来实现,具有经济方面的优势,使用适当的通讯方式还可以与DCS进行数据通讯。为了提高系统的可靠性,采用冗余方式对系统进行配置,并可以通过人为设置的方法来设置内部运算速度。
在一些新建的工程中,DCS完善之前可以采用PLC面板对控制对象进行临时操作。在DCS控制系统中,可以显示电气系统的运行状态、过程参量等运行信息,及时给出报警信号,并记录历史运行信息,实现画面显示以及打印输出。当远方操作进入到DCS控制系统之后,在控制终端上采用鼠标操作,设置操作闭锁和准许等逻辑。除一些后备设备外,如:发电机主开关、发电机功率仪表等,可以将电气操作台盘取消。DCS中输入和输出的各类信息应该尽可能的采用通讯方式进行,有利于DCS输入输出点硬件以及电缆的节省。输入到DCS的信息实现对机组的综合控制,如:在机组的自动启停控制系统中,控制启动前,对整个机组的启动条件进行综合检查,当汽轮机的转速接近额定转速时,励磁系统将被启动,速度稳定之后自动同期装置被启动,发电机与电网实现并列运行。当到达一定负荷时,运行人员进行用电切换。机组停止过程中主控回路发出指令,将电气系统关闭。
对火电厂中电气系统进入DCS的特点进行总结包括:1)电气系统实现了分散控制和信息集中,DCS是由不同厂商提供的设备组成的,只需经过合理处理,解决好通讯问题,整体控制系统就能实现分散控制系统的所有功能;2)专门控制装置的优势得到了进一步体现,数字化装置的通讯优势得以发挥,整个系统更为合理、适用和经济,具有较高的可靠性;3)具有清晰的电气控制和热工控制界面,在系统的设计、调试和维修上可以按照传统的方式进行。
4 DCS控制系统在应用中存在的问题
4.1 应用技术方面
DCS控制系统在应用技术方面存在的问题体现在:当前的DCS控制系统并没有实现真正意义上的故障分散,主要原因是使用的器件价格昂贵,无法将控制系统应用于现场,即:实现与仪表控制系统的尽量接近。通常情况下,工业控制现场的条件都十分恶劣,粉尘、温湿度依然难以适应I/O口,即使设置了远方I/O柜,在一定程度上节省了电缆,但I/O控制室内需要安置空调,依然花费较大。另外,系统中很多逻辑控制功能依然需要PLC系统的协助,通过一个GATEWAY来实现PLC系统与DCS系统的通讯,因此,GATEWAY的正常运行是非常关键的,它也成为整个系统的瓶颈,一旦出现有故障,整个生产系统的运行就会受到影响。
4.2 设计维护方面
随着各类技术的发展和投入应用,过程控制系统在设计维护方面出现了一些新的问题。在数字的设计中再也无法继续使用传统的设计方法。过程控制系统通常由过程测量仪表、过程分析仪、PLC、供电电源、分散单回路控制、计算机系统等部分组成[3]。在不同部分的信号传送中,都有各自的通信规则,使用的编程语言也各不相同。对于操作站上的操作员来说,其使用的显示器存在不同的CRT系统。在供电方面,所有的电子设备最好能实现不间断电源供电。计算机控制系统的应用导致一些共同问题的出现,如:信号接地回路问题、计算机接地问题、强脉冲的干扰隔离问题、电子设备运行环境的清洁问题等等[3]。计算机系统的复杂性要求多方技术人员的配合,共同实现过程控制系统的设计。在计算机控制系统的维护上,与常规模拟仪表相比,要复杂得多。它不仅要实现对一般信号测量以及执行器的维护,还需要维护通信系统、计算机软硬件等,另外,还需要对系统的功能进行校准和日常维护。在用户无法排除系统故障的情况下,只能依靠专家的帮忙。有时在使用系统过程中发现计算机控制系统的一些功能不能满足实际需要,此时可以请来这方面的专家对程序等进行适当修改,或是交由设计者重新设计。
5 结语
几十年的发展,DCS技术在我国的工业应用上已经取得了较多成果,理论研究与生产实践也实现了很好的结合,为我国的现代化工业贡献着力量。当下,DCS控制系统在石油、化工、煤炭等行业的应用上逐渐普及,也能够满足工业发展的需要。但是相比于工业较为发达的国家,DCS控制技术依然存在很大差距,有较大的上升空间。在今后的研究工作中,相关工作人员应该重视高端技术的研究,结合工业生产的实际,提升DCS的实用性。
参考文献:
[1]曹冲,刘媛.如何让DCS系统在化工企业发挥更重要的作用[J].科技创新导报,2011(21):123．
[2]李军.DCS系统的安装、调试与故障判断分析[J].中国新技术新产品,2012(06):17．
[3]凌志浩.DCS与现场总线控制系统[M].上海:华东理工大学出版社,2008.