分析DCS控制系统及其常见问题_控制系统的稳定性分析
时间：2019-04-13 04:23:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要 DCS控制系统是工业企业中应用效益最直接、最明显的工业控制系统。自1975年问世至今，DCS控制系统已经发展为第四代，凭借其优良的控制性能而被广泛应用于各行各业中，并且该系统的发展前景非常乐观，因此本文对DCS控制系统的结构组成及功能特点进行分析介绍，并根据我单位DCS控制系统的实际应用就其常见问题进行分析和探索。
关键词 DCS；控制系统；常见问题
中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0175-02
DCS控制系统集计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）、控制技术（Control）及图形显示技术（CRT）等4C技术于一体，运用相关网络将分布于工业现场的各个相关站点连接起来，进行分散控制、集中管理操作，以实现综合控制的目的。由于DCS控制系统在完成过程控制与管理的同时，也弥补了由常规过程控制仪表组成的过程控制系统的不足之处，基于其先进优良的控制性能及其特点，我单位也选择了DCS控制系统以实现电厂热控的自动化。
1 DCS控制系统的结构组成
DCS控制系统的构成方式十分灵活，既可以由专用的管理计算机站、数据采集站等相关站点组成，也可以由工业控制计算机、通用的服务器和可编程控制器相互组合而成。
1）DCS控制系统一般由I/O板、控制器、操作站、通讯网络和图形及编程软件5部分组成
其中，I/O板直接用于系统与工业现场仪表的连接，是系统需要建立信号的输入和输出通道；控制器是系统的核心部件，一般为冗余配置，负责工业现场的模拟控制和顺序控制；操作站在系统中与工程师站相结合作为系统人机接口的界面，主要负责画面的显示、报警、操作与工程组态的工作；通讯网络是整个系统的骨架，负责整个系统的信息传输，决定了系统的运行效率，同时也对中国系统的实时性、扩充性和可靠性起着决定性的作用；图形及编程软件是系统实现的基础，保证系统的功能实现；
2）DCS控制系统从结构上可划分为过程级、操作级和管理级
其中，过程级是系统控制功能的主要实施部分，由过程控制站、I/O单元和现场仪表3部分组成；操作级完成系统的组态和操作，由操作员站和工程师站2部分构成；管理级主要是指工业工厂管理信息系统，即MIS系统，作为DCS控制系统更高层次的应用。
2 DCS控制系统的功能特点
DCS控制系统设计的基本思想为分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便4个方面，基于系统的基本设计理念和要求，DCS控制系统具备了以下的特点：
1）较高的可靠性。DCS控制系统结构采用容错的设计形式，将其控制功能分散于不同的计算机来实现，相对独立的功能控制，致使单台计算机的故障发生不会影响系统其他功能的正常运行。
另外，针对所需要实现的相关功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，使系统中每台计算机的可靠性也得到相应的提高；
2）良好的开放性。整个DCS控制系统采用开放式、模块化和系列化的设计，加上系统中各台计算机采用局域网来实现信息的传输，因此当需要对系统功能进行扩充时，新增的计算机可以方便地连入系统的通信网络，而对系统其他计算机的工作几乎没有任何影响；
3）控制功能丰富全面。DCS控制系统包含的控制算法种类丰富，并集连续控制、顺序控制和批处理控制三者于一体，可实现串级、预测控制等先进控制，并对于所需特殊控制算法的加入操作也很方便；
4）良好的灵活性。从总体上看，DCS控制系统就是工业现场的各个工作站点，通过网络通信系统的连接构成相应的网络而成的。系统可以根据流程应用对象的不同，运用相应的组态软件进行软、硬件组态，方便地构成所需的控制系统；
5）便于维护。DCS控制系统中功能单一的专用计算机的应用，使得系统的维护工作简单、方便。当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统正常运行的情况下进行在线更换，迅速排除障碍；
6）良好的协调性。DCS控制系统中各工作站之间通过通信网络进行各种数据的传输运送，使得整个系统的有关信息实现共享，从而确保了系统工作的协调性，以完成控制系统的总体功能的实现和优化处理操作。
3 DCS控制系统的常见问题
3.1异常跳闸现象
异常跳闸是DCS系统中最常见的现象。据我单位DCS系统设备关于不明原因跳闸事件的相关统计表明，风机、VFC开关、油泵等是常见跳闸部位。
在2007年期间，我单位DCS系统#1机组#16号站和#2机组#14号站均发生过风机、VFC开关等部位的异常跳闸事件，而且相关的跳闸设备每次都集中于一个站点，而跳闸设备的电源并不处于同一电源上。事实上，每次设备跳闸前相关机组的负荷都处于稳定状态，而且运行系统也没有较大的操作，尤其是对于空冷风机的转速上没有相关操作。对此异常跳闸现象据以分析并得出以下两点结论：
1）从电气回路上来看，由于VFC开关的停指令为常开点、变频风机和油泵的停指令为常闭点，因此同时出现设备跳闸的可能性为零；
2）从DCS系统的控制流程上来看，并没有上层软件关于跳闸指令的记录，但不排除由于下层硬件出错引发设备跳闸事件的可能性。
虽然对引发此类异常跳闸问题的具体原因不明，仍需进一步的分析捕捉，但我单位为避免此类异常现象的发生采取了以下相关的应对措施：首先，利用机组检修的机会对空冷DCS系统的接地进行相关的检查，对检查中发现的问题进行及时的整改；其次，对DCS系统的DO卡件程序进行升级；再次，安装掉牌继电器于DO卡件的出口和现场设备的入口判断其是否为DCS系统或线路干扰而引发的异常跳闸现象，并且在掉牌继电器安装前进行问题线路的绝缘和接地的检查，以确保控制回路正常。
3.2数据不刷新
在DCS系统中数据不刷新的情况表现为数据维持不变、短时间段中断或为零的情况。据我单位关于#3机组#33站数据不刷新事件的统计表明，出现此类情况的原因主要为校时导致，而DCS系统的电源模块也会影响控制器和DP总线间数据的传输。 一般情况下，是因为GPS校时信号和DCS系统服务器时间的不同步，从而导致两者相差的时间段内各个服务器传输的数据均为零或发生中断现象。而当有关的模拟量的输入、输出点维持不变，并检查到相关机组机侧服务器与其站点主控单元无异常时，则需要对系统控制程序进行优化升级处理。
3.3网络异常
在DCS系统运行中，网络异常主要表现为站点故障报警、服务器处于离线状态、机组趋势中短时间段中断而期间相关画面实数正常等现象。
1）出现站点故障报警，如#2机组炉侧工程师站MNETB节点故障报警，是因为MNETB的网卡和网线的接触不良造成的，因此只需要更换其网卡即可。另外，控制系统与交换机的兼容性不好也会导致异常报警信息的出现；
2）DCS系统服务器处于离线状态，如果是服务器网卡故障造成的则需要更换网卡即可；而如果是系统的网段离线，一般是因为网段的交换机电源损坏而造成的，对此只需要更换相关电源即可；
3）而对于DCS系统机组趋势中的短时间段中断而其相关的画面实时数据正常的情况，其主要原因为GPS系统有5秒钟校时偏差后重新校时造成的。
3.4其他常见问题
1）干扰问题
DCS控制系统的干扰问题是一个非常复杂的问题，干扰DCS控制系统正常运行的信号可能来源于系统本身，也可能来源于外界环境。
一旦系统接地的电阻或方式达不到系统的要求，就会造成网络通信的效率降低或增加误码产生的可能，后果也可大可小，轻则致使部分功能不能正常实现，重则导致整个网络瘫痪。
用于DCS控制系统的电源质量也会干扰系统的正常运行，因此在保证电压的稳定的同时，还需要保证一方电源故障的情况下，无干扰的切换至另一路电源，否则系统的工作会受到相应的干扰。另外，过程处理机的主、备处理机之间的切换有时也会干扰系统的正常运行；大功率的无线通讯设备的存在，如手机、对讲机等，在系统工作时极易造成干扰，从而影响了系统的正常运作。
2）系统死机的问题
DCS控制系统死机的现象有两种，即人机界面死机和控制器死机，前者比后者造成的损失要小。控制器死机是因为I/O卡件安排的过多或是储器容量不足；而人机界面死机的现象与DCS控制系统使用的时间长短有关。一旦控制器死机，控制程序所运行的位置就是系统停留的位置，而且程序不能再往下运行，即使重启系统也无济于事。人机界面死机因硬件引起的死机，显示将不能再恢复；而由于不合适的软件和通信连线的速率、内存太小等原因而引发的死机现象，界面显示经过一段时间的缓和后仍能恢复。
4结论
DCS控制系统凭借其分散控制、集中管理的优良性能得到了各行各业的广泛应用，我单位在应用DCS控制系统中虽然遇到了不少常见的问题，但是只要找出问题的相关原因并将其解决，DCS系统的功能性还是极强的。
参考文献
[1]田贺，李丽萍.DCS控制控制系统常见故障处理[J].工业技术与职业教育，2011(3).
[2]张建新.DCS控制系统的现状及发展趋势[J].中国氯碱，2005(10).
