浅析DCS系统在天然气仪表领域中的应用

沈 航（浙江中控技术股份有限公司，浙江 杭州 310053）

浅析DCS系统在天然气仪表领域中的应用

沈 航
（浙江中控技术股份有限公司，浙江 杭州 310053）

摘 要：随着我国经济的不断发展，对天然气的需求也逐年增多。在天然气生产、销售的各个过程中，仪表都占据着十分关键的地位，发挥着重要的作用。仪表能否正常使用，直接关系到相应的控制视图能否实时获得相关数据。本文就结合实际工作经验，对DCS系统的相关内容进行分析，探究DCS系统的特点及其发展状况。

关键词：DCS系统；天然气；仪表；应用

随着近些年天然气需求的不断上涨，人们开始关注天然气的开采。在保证安全的情况下，对天然气进行开采，能够满足我国当下的需求。天然气开采过程离不开仪表，而DCS系统直接影响到了天然气能否安全生产。因此对DCS系统在天然气仪表领域的应用进行研究很有必要。

一、DCS系统的概念和结构

分布式控制系统也就是DCS，又被称为集散控制系统，是在集中式控制系统之后进一步升级的控制体系。作为多层及计算机系统，分布式控制系统将通信网络作为核心传输纽带，主要分为过程监控层以及过程控制层两级。在整个分布式控制系统中，涉及到了通信、现实、计算机以及控制等技术，目的是为了实现控制的分散化、操作的集中化、管理的分级化以及配置的灵活化。

DCS的过程控制站就是一个具有完整功能的计算机系统，由CPU、电源以及网络接口三个主要部分组成。作为现场过程控制中心，高性能中央处理器中保存着所有的过程控制程序、控制数据，并为其提供运行场所，负责所有控制决策的执行。操作员通过网络接口与过程控制站相互连接，获取信息。并将对信息的操作通过网络接口传递到控制站。其中，操作员站是一台具有监视、记录、打印、报警等功能的个人电脑。为了完成上述的功能，该电脑中通常需要安装相关的操作软件。工程师站主要针对组态过程进行控制，对过程控制站的运行情况进行监视和诊断，为DCS系统工程师提供依据。DCS系统通过多个控制器对一个生产过程中的众多控制点进行控制，平行的控制器之间借助网络进行着数据交换。DCS系统在结构上主要划分为操作级、过程级以及管理级这三个部分。作为系统控制功能的主要实施部分，过程级由过程控制站、现场仪表以及I/O单元三部分组成。操作机则主要有工程师站和操作员站，针对系统操作设计。管理机则是工厂管理信息系统，是DCS系统更高层次的应用。

在生产、加工天然气的过程中，几乎每一个环节都需要使用仪表。天然气生产能否安全进行，直接依赖于对于仪表显示数值的评估。在进行天然气生产的过程中，外部环境比较恶劣，空气中的许多成分以及环境的含水量都会对人的身体造成损伤，因此不适合有工作人员现场操作，因此仪表通常会将数字进行远距离传输，在较远的地方交由工作人员读取参数。所以，仪表数据的收集，会影响到对于工作运转的判断以及对控制工作的协调。而分布式控制系统正是针对仪表读数，对一定范围内的读数进行分析，从而进行反应并提供分析报告。

在天然气生产领域中，分布式控制系统主要通过局域网作用于仪表数据，并保障仪表体系之间与相关群落以及操作站的通信。以仪表集群为单位，每一个仪表集群都可以与DCS控制器进行联系，这种联系需要通过当地的I/O接口得以实现。相关仪表数据将被控制器收集，并进行初步的判断。通过网络，控制器将这些数据向上层的操作站传递。工作人员在操作站就可以读取仪表集群的基本数据，并接收到控制器的动作。

二、DCS系统的发展状况

DCS系统在近二十年内，产品市场定位和基本原理并没有发生改变，但是由于科学技术在不断地发展，外界环境以及市场需求发生了变化。为了更好地应对挑战，DCS系统的设计思想不断完善。从宏观上来看，DCS主要有三代，第一代是1975年至1980年初，第二代是八十年代中期到九十年代中期，第三代是九十年代中期到二十一世纪初。

DCS系统形成的初期操作站兼具工程师、操作员两种角色，具备高级语言功能和通信功能。从控制站角度分析，第一代DCS系统主要使用的是8位微处理器，第二代使用的是16位微处理器，第三代采用32位、64位微处理器。作为一个完整的计算机，控制站提供了现场的输入、输出设备。在第一代之后的产品中，都使用了镶嵌技术可以利用单片机，进行远程的I/ O数据传输。同时，在信号变换的过程中为了防止现场出现的信号进行干扰，使用了隔离技术。在系统软件方面，第一代DCS系统控制站的功能与多回路调节相类似，人机界面以及备用操作器都可以在每个控制站进行控制。第二代DCS系统控制站在程序编译系统和实时操作系统中都实现了进一步的完善，特别是在编程语言上，增添了高级语言。第三代DCS系统的软件更加齐全，甚至可以在离线状态上对控制策略进行修改。

DCS系统在未来的发展中，朝着安全、开放两个方面的属性发展。因为在天然气的工作环境中，DCS系统应当不断发展，同时能与其他系统相互兼容。从安全角度分析，应当明确DCS工作的开展效果，直接会受到数据安全性与否的影响。而DCS系统能否正常运行，也会对仪表控制体系的控制效果产生影响。DCS系统还需要有一定的软硬件接口，从而保证其具有良好的适应性。而立足于发展来对DCS系统进行分析，由于DCS系统具有极强的数据特征，将对于数据的挖掘需要向人工智能方向发展。通过人工智能思想在DCS系统中的应用，可以为计算机提供更好地处理数据的依据，能够做出更加准确的决断。

结语

随着DCS系统的不断发展，在各行各业中都有了很好地应用。特别是在天然气仪表领域，由于天然气生产、处理的环境比较特殊，如果直接由工作人员进行现场的仪表读数，很有可能损害工作人员的身体健康。所以，将DCS系统应用于天然气仪表领域，就能很好的避免这一情况的出现。同时，DCS系统还能对收集到的仪表数据进行处理、分析，为工作人员提供决策的依据。因此，DCS系统要想获得更好的发展，应当注意不断改进技术，完善硬件软件设施。

参考文献

[1]瞿舜吾.应用DCS系统对备用电源自动投入装置改造[J].黑龙江科技信息，2011（32） .

[2]赵春峰.关于DCS系统在分期建设的小型电厂的几点思索[J].林业科技情报，2013（01） .

[3]白江斌，费凡.核电站DCS系统中多重命令块的研究及改进[J].科技视界，2014（11） .

[4]刘一福，吕峰，刘晓军.DCS网络和控制器故障的分析及防范[J].电力安全技术，2006（05） .

中图分类号：TP27

文献标识码：A