浅析DCS控制系统在工业自动化中的应用

张忠民

摘要：DCS是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，其在集中式控制系统的基础上发展、演变而来，具有一些特征，如高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、和控制功能齐全等特点，但DCS控制系统在工业自动化中应用时不可避免也会发生一些故障。因此，本文就DCS控制系统的概述、DCS控制系统在工业自动化应用中的故障分析以及一些常见的故障处理措施进行研究。

关键词：DCS控制系统;工业自动化;应用

引言：

随着计算机与网络技术的飞速发展，DCS的发展非常迅速，技术水平达到高水平的標准，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，可以看出DCS的主要特点能概括为分散控制集中管理，其主要担负过程控制和过程优化任务，也可以满足工业自动化的实际应用。

一、DCS控制系统的概述

DCS的骨架是系统网络，而系统网络又是DCS的基础与核心。网络对DCS的整个系统起着决定性的作用，从而保证系统的实时性、可靠性和扩充性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，所以，网络重构会经常进行，但这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强的在线网络重构功能。DCS是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制功能的网络节点。一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能[1]。这样可以提高系统可靠性，有利于提高整个系统的性能。所有DCS都要求有系统组态功能，可以说，没有组态功能的系统就不能称其为DCS。因此，经过不断的发展和完善，要对DCS向着更加开放，更加标准化，更加产品化的发展方向提供最大的支持。

二、故障及处理措施

（一）过程通道故障及其处理措施

过程通道故障出现最多的是I/O卡故障。这类故障的特点在调试阶段出现较多，正常运行中出现几率很低。一次元件或控制设备出现故障有时不能直接被操作员发现，只有异常或报警后才通知热控人员处理[2]。

过程通道故障具体的处理措施：进行系统诊断，更换通道或通过更换备用件处理。如果是内部元件老化或其他原因造成的损坏，一般控制人员很难判断。I/O卡的检修一般是由厂家处理，目前热控检修人员的手段还不能达到像检修常规仪表那样检修。因此，要提高对检修人员和运行人员的素质要求，运行人员要详细介绍故障前后的状态，方便热控检修人员能够快速、准确的处理缺陷，减少故障的扩大化。而且许多DCS厂家在产品宣传上都支持卡件热拨，作为控制人员，在运行中更换卡件时一定要做好安全防护措施，否则会引起系统变化或负荷变化[3]。

（二）操作故障及其处理措施

操作故障有三种比较常见，分别是操作员站死机、球标操作不正常和控制操作失灵。而操作员站死机这一故障的原因比较多，硬盘或卡件故障，冷却风扇负荷过重等，也有人为操作现象。第二个是球标操作不正常，主要是机械装置长期工作、老化、污染、点通断不可靠、电缆插件不牢等。第三个是控制操作失灵，其原因是球标的操作信号没有正常改变过程通道的状态，造成操作失效。造成操作失效有两个方面的原因，一个方面是软件缺陷，另一方面是硬件本身故障的状态。

操作故障具体的处理措施是：在操作员死机这一故障发生时，要对热工专业的工作过程严格执行，因为人为该操作发生的故障在热工专业中的不安全事件中占有很大比例，在操作中尤为引起高度重视，减少人为故障。而在球标操作故障中就要对设备进行更换并且在日常维护中检查仔细，保证其球标操作的顺利进行。在控制操作失灵时的软件缺陷问题，通常的处理措施是针对这样的缺陷通常做法检查过程通道功能正常后，再检查操作，有必要时还需要进行重启初始操作[4]。

（三）干扰故障及其处理措施

干扰故障主要的问题是接地问题，在备用电源的切换以及大功率的无线通信设备，例如手机、对讲机等情况时，容易出现干扰故障。此外，DCS系统的干扰信号在一定程度上有可能是因为其本身造成的。在系统工作时需要传递数据和指令，而如果在这个时候出现例如电磁绕组对模拟量的干扰和变频器对通信设备的干扰等情况，便会造成设备的顺利工作受到影响，以及还会出现通信失灵等情况。在电力行业，接地问题会引起极大的重视。因此，在DCS系统的接地问题中，大功率电器设备的启动和停止都会干扰DCS的控制信号，造成不必要的故障。

针对干扰故障具体的解决措施是：在应对系统工作时的干扰故障应该认真检查各设备的接地情况，对接地情况做好统计，还要加设滤波器，从而减小变频器载波频率，最后达到降低外界干扰的效果。为了防止干扰信号串入系统，严格执行屏蔽和接地要求及方式，信号线远离干扰源，同时采取防电源波动措施。主/从过程处理机之间在机组运行时，不到紧要关头，最好尽量不要人为切换，以防产生干扰。如果遇到必须切换的情况，应该采取适当措施，先将控制切换成手动，避免对机组运行工况产生影响。对电子设备问、工程师站等重点部位，应该绝对禁止使用大功率无线电通信设备。

三、结束语

DCS在美国首次被推出综合分散控制系统TDC—2000 时便引起美国工业控制界高度评价，后来过程控制进入了集散系统的新时期。DCS凭借着高可靠性与开放性的优点，在国内外的应用越来越广泛。在实际的应用中，因为各种各样的因素而导致该系统的运行受到很大的阻碍，发生很多故障。因此，在系统应用时要仔细检查，对发生的故障冷静分析，找出其故障特点，选择合理的处理措施，保证系统最大限度的正常运行，促进DCS向更加开放，更加标准化，更加产品化的方向顺利发展。

参考文献：

[1]钱锦.浅析DCS控制系统在工业自动化中的应用[J].石河子科技，2016（3）：39-40.

[2]李定川.DCS控制系统浅议[J].智慧工厂，2017（9）：62-64.

[3]樊莉.DCS和PLC控制系统在冶金自动化中的应用[J].工业设计，2016（1）：186-187.

[4]耿鹏飞.基于DCS的锅炉自动化系统[J].数字技术与应用，2016（10）：11-12.