DCS

　　它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。

　　在特殊控制領域，如核電站控制系統，DCS的含義被誤叫做數字化控制系統（Digitalcontrolsystem），其實質仍為分布式操作系統。

　　概述

　　首先，DCS的骨架—系統網絡，它是DCS的基礎和核心。由于網絡對于DCS整個系統的實時性、可靠性和擴充性，起著決定性的作用，因此各廠家都在這方面進行了精心的設計。對于DCS的系統網絡來說，它必須滿足實時性的要求，即在確定的時間限度內完成信息的傳送。這里所說的“確定”的時間限度，是指在無論何種情況下，信息傳送都能在這個時間限度內完成，而這個時間限度則是根據被控制過程的實時性要求確定的。因此，衡量系統網絡性能的指標并不是網絡的速率　，即通常所說的每秒比特數（bps），而是系統網絡的實時性，即能在多長的時間內確保所需信息的傳輸完成。

　　系統網絡還必須非常可靠，無論在任何情況下，網絡通信都不能中斷，因此多數廠家的DCS均采用雙總線、環形或雙重星形的網絡拓撲結構。為了滿足系統擴充性的要求，系統網絡上可接入的最大節點數量應比實際使用的節點數量大若干倍。這樣，一方面可以隨時增加新的節點，另一方面也可以使系統網絡運行于較輕的通信負荷狀態，以確保系統的實時性和可靠性。在系統實際運行過程中，各個節點的上網和下網是隨時可能發生的，特別是操作員站，這樣，網絡重構會經常進行，而這種操作絕對不能影響系統的正常運行，因此，系統網絡應該具有很強在線網絡重構功能。

　　DCS

　　其次，這是一種完全對現場I/O處理并實現直接數字控制（DDC）功能的網絡節點。一般一套DCS中要設置現場I/O控制站，用以分擔整個系統的I/O和控制功能。這樣既可以避免由于一個站點失效造成整個系統的失效，提高系統可靠性，也可以使各站點分擔數據采集和控制功能，有利于提高整個系統的性能。DCS的操作員站是處理一切與運行操作有關的人機界面（HMI-HumanMachineInterface或operatorinterface）功能的網絡節點。

　　工程師站是對DCS進行離線的配置、組態工作和在線的系統監督、控制、維護的網絡節點，其主要功能是提供對DCS進行組態，配置工作的工具軟件（即組態軟件），并在DCS在線運行時實時地監視DCS網絡上各個節點的運行情況，使系統工程師可以通過工程師站及時調整系統配置及一些系統參數的設定，使DCS隨時處在最佳的工作狀態之下。與集中式控制系統不同，所有的DCS都要求有系統組態功能，可以說，沒有系統組態功能的系統就不能稱其為DCS。

　　漢中鋼鐵有限公司制氧廠6000m3空分設備于2003年4月投入運行，其配套的是北京和利時公司的MACS-SmartproDCS控制系統。MACS是和利時公司設計的新一代大型DCS控制系統。該系統采用了目前世界上先進的現場總線技術（Profibus-DP總線），對控制系統實現計算機監控，具有可靠性高，適用性強等優點，是一個完善、經濟、可靠的控制系統。該DCS系統的使用，不但使漢鋼的自動化水平上了一個新的臺階，也是6000m3空分系統正常運行的有力保障。

　　1DCS結構及組成

　　1.1漢鋼制氧DCS系統結構圖（如圖1所示）

　　1.2管理監控站

　　漢鋼制氧DCS控制采用北京和利時公司DCS系統，型號為SmartPro。上層配置兩臺計算機對DCS的運行情況進行實時綜合監視及操作，其中一臺作為工程師站兼操作站，另外一臺為操作站。操作站計算機軟件均采用和利時公司的FacView作為監控平臺，且運行獨立工程，其中任一臺退出不會影響另一臺計算機的運行。在工程師站上安裝有控制算法軟件ConMaker，用于對DCS控制程序進行修改和監控。

　　1.3現場控制站現場控制站配置兩個互為冗余的主控單元（FM811），主控單元上有硬件冗余切換電路及故障自檢電路。兩個主控單元進行熱備份，它們同時接收網絡數據，兩個主控單元同時做控制運算，但只有一個輸出運算結果，且通過雙口RAM實時更新數據。一旦工作中的主控單元發生故障，備份主控單元自動進入工作狀態，而且切換過程是無擾動的。

　　1.4網絡冗余

　　MACS系統的網絡由上到下分為監控網絡（即MNET）、系統網絡（即SNET）和控制網絡（即CNET）三個層次，監控網絡實現工程師站、操作員站與系統服務器的互連，系統網絡實現現場控制站與系統服務器的互連，控制網絡實現現場控制站與過程I/O單元的連接與通訊。每個主控單元的多功能卡上設計有兩套SNET網絡接口電路，用于實現SNET網絡的冗余結構。所以該系統網絡實現了冗余配置。

　　1.5電源冗余

　　該系統電源模塊為特殊設計，功率大，穩定性好，均實現冗余配置，兩個電源并聯使用，均流運行，當其中一個故障時，另一個自動承擔全部負載。

　　漢鋼制氧DCS系統配備了8塊電源模塊，其中兩兩互為冗余。

　　1.6I/O模塊

　　現場控制站實現了所有I/O模塊的智能化，將控制有效地分散到各個I/O模塊，降低主控單元/主控模塊的負擔，使得板級運行狀態檢測和故障診斷能力得以提高。采用Profibus-DP總線技術取代傳統的并行總線，使各模塊的故障被有效地隔離。所有模塊均帶有隔離電路，將通道上竄入的干擾源與系統隔離。現場控制站的所有模塊上都帶有CPU，每塊模板都周期性地進行自診斷。而且由于采取了特殊保護措施，系統中主控單元和所有模塊（AI、AO、DI、DO）均可帶電拔插，對系統的運行不會產生任何影響。這樣保證了系統在某些模塊發生故障時，維護人員可以快速更換且不用停電，從而縮短了故障處理的時間。漢鋼制氧DCS系統使用I/O模板情況如表1：

　　2漢鋼DCS系統控制功能

　　漢鋼制氧DCS系統包含以下控制內容。

　　2.1空壓機

　　空壓機系統中檢測了空壓機、主電機的軸溫，潤滑油溫度、壓力及進氣、排氣溫度和壓力、空壓機軸振動測量、冷卻水溫度、壓力等一系列相關數據。其中主要有如下幾個重要內容：

　　（1）空壓機防喘振SV1015閥自動調節及聯鎖控制

　　SV1015防喘振閥是氣關閥，如果電磁閥失電，該調節閥將自動打開。在空壓機開機以后，SV1015閥投入自動運行，根據設定值自動調節壓縮機排氣壓力。本系統中SV1015閥自動調節平穩準確，完全符合設計要求。另外為該閥設計了一系列的聯鎖條件，有效地防止了SV1015閥誤動作的產生。

　　（2）空壓機運行安全保護聯鎖控制

　　空壓機是空分設備中最重要的組件，它的正常與否直接影響空分系統的正常運行。所以空壓機運行安全聯鎖保護也非常關鍵。其中空壓機I級到IV級軸溫、大小齒輪溫度每一個點對應都有兩支熱電阻檢測其溫度，其中一路引入DCS系統實現聯鎖保護（任一溫度點≥80℃就聯鎖停機），另外一路接入現場儀表盤面巡檢儀上顯示。在實際生產中出現過兩次由于電阻本身損壞而造成空壓機聯鎖停機，為了杜絕這種誤動作的產生，我們將現場巡檢儀改為巡檢控制儀，將該巡檢控制儀的超限報警輸出信號接入DCS，與原先接入的溫度比較信號相與，從而有效地杜絕了因為熱電阻的原因而產生的誤動作。修改控制程序以后，空壓機再也沒有出現過誤動停機的現象。

　　控制原理圖如圖2所示。

　　2.2預冷系統

　　預冷系統主要包含空冷塔、水冷塔和冷凍機組部分的壓力、溫度、液面及流量檢測，以及冷凍機組的啟停控制。同時主要還有空冷塔液面自動調節（V1111）、水冷塔液面自動調節（V1138）以及V1136閥遙控調節。

　　2.3純化系統

　　純化系統除分子篩、電加熱器部分的工藝檢測及CO2檢測外，主要實現了電加熱器的自動聯鎖和分子篩部分電磁閥的自動切換。漢鋼制氧DCS系統由于設備安裝及其它原因的影響，目前沒有采用自動切換分子篩，而是采用計算機集中手動方式完成分子篩的切換操作。在原電加熱器聯鎖設計中存在漏洞，出現過一次沒有再生氣體通過電加熱器，而電加熱器仍然加熱，導致電加熱器干燒損壞的事故，在查明原因后，我們將MS1212閥的開到位信號引入聯鎖系統，從而有效地杜絕了電加熱器干燒的現象再次發生。

　　2.4分餾塔系統

　　分餾塔系統檢測了分餾塔內部各個部位及5組換熱器的溫度，上塔、下塔阻力及壓力，液氧液位、液空液位，入塔空氣流量，出塔氧氣、氮氣流量等一系列工藝檢測量。另外，主要實現了以下重要調節量：液氧液位自動調節（V1閥）、液空液位自動調節（V2閥）等。

　　2.5膨脹機系統

　　漢鋼制氧配備了兩臺膨脹機。DCS系統主要檢測了兩臺膨脹機的進出口壓力及溫度，增壓機進出口壓力，膨脹機噴嘴壓力，膨脹機軸承溫度及進口油壓，ET1、ET2出口溫度，兩臺膨脹機轉速等。另外，對SV443、SV444放散閥、膨脹機進口調節SV457、SV458閥的開關、膨脹機油泵啟停與膨脹機軸承溫度、油壓及膨脹機轉速進行聯鎖控制，保障了膨脹機的安全運行。

　　2.6壓氧、壓氮系統

　　漢鋼制氧配備了三臺氧壓機，一臺氮壓機，其中三號氧壓機可切換為備用氮壓機使用。壓氧、壓氮系統主要檢測了氧氮壓機各級進排氣溫度、壓力，潤滑油溫度、壓力等工藝過程量，同時還實現了氧氮壓機、油泵的啟停聯鎖控制。

　　另外還實現了氧氣、氮氣回流調節。

　　2.7外網調壓系統

　　外網調壓系統配有氧氣球罐、氮氣球罐各一個，并設置有氧氣調壓間，主要完成將產品氧氣向煉鋼轉爐輸送，保證轉爐煉鋼用氧的壓力穩定，均衡。外網調壓系統檢測了氧氣、氮氣球罐壓力，送往煉鋼氧氣、氮氣壓力、流量。主要實現了氧氣壓力雙路自動調節，使煉鋼轉爐冶煉所用氧氣的壓力平穩輸送，保障轉爐生產的順行。

　　2.8液氧儲槽系統

　　漢鋼制氧配有50m3立式液氧儲槽一座，用于液氧儲存及氧氣充瓶。液氧儲槽系統主要檢測了儲槽內的壓力及液氧液位。

　　3漢鋼DCS系統軟硬件配置

　　3.1軟件配置

　　———操作系統：WindowsNTWorkstationV410

　　———控制策略及組態軟件：ConMaker

　　———監控組態軟件：FaceView

　　———現場控制站應用控制軟件1套（漢鋼制氧專用）

　　———漢鋼制氧操作站監控應用軟件2套（漢鋼制氧專用）312硬件配置（1）操作站

　　———主機：DELLP4電腦兩臺（雙網卡）

　　———顯示器：DELL21寸高分辨率彩色顯示器

　　———以太網交換機：8口D-Link交換機2臺

　　———UPS電源：SANTAK6KVA不間斷電源1臺（2）現場控制站

　　———主機柜：和利時專用主機柜1面

　　———主控單元：和利時FM811主機2臺

　　———電源：和利時FM191電源8臺

　　———I/O模塊：和利時FM145、FM151、FM143、FM143A、FM161、FM171模擬量輸入輸出，開關量輸入輸出模塊共46塊。

　　———中繼器：西門子RS485中繼器1臺

　　———繼電器柜：輸出繼電器及開關柜1面

　　DCS系統所有用電都通過UPS電源供給，在市電停電時，UPS電源仍然能夠提供1小時以上的供電，保障DCS系統操作、監控的順利進行。

　　4漢鋼DCS系統運行狀況

　　漢鋼制氧廠DCS系統自2003年4月底正式投運以來，經歷了一系列的考驗。現總結如下：

　　（1）系統運行初期由于相關維護人員對系統不熟悉，在監控程序時由于誤操作曾經造成過系統停機，后經過完善系統管理權限，該現象沒再發生過。

　　（2）電加熱器由于接觸器功率太小，造成短路拉弧，損壞DCS系統模塊中兩個輸入點，更換接觸器和輸入模塊后系統正常。

　　（3）DCS系統曾經出現監控畫面自動切換、操作員權限自動變化等一系列莫名其妙的現象，后經過觀察判斷，我們確認是和利時提供的兩塊工程鍵盤產生的故障，將這兩塊工程鍵盤取掉后系統恢復正常，上述現象沒再發生過。

　　（4）其它如熱電阻損壞造成空壓機停機、電加熱器空燒等事故經過對控制程序完善修改及采取相關保護措施，杜絕了該類事故的重復發生。

　　（5）操作站監控畫面每隔一段時間就會出現操作及畫面切換變慢的現象，我們在辦公室經過對監控畫面軟件測試后發現了該軟件存在的漏洞，并及時地將其漏洞反饋給和利時公司，該公司對其程序做了相應修改。我們更新監控軟件后，畫面切換變慢現象雖然仍有出現，但是出現的頻率大大降低。

　　（6）除過上述情況以外，漢鋼制氧DCS系統總體情況還是很可靠的，運行1年多來，沒有出現過1次因為DCS本身故障而停止生產的狀況發生。漢鋼制氧能夠順利運行1年多，該DCS系統發揮了極大的作用。