分散控制系统(DCS)应用技术有待完善(一)

1、分散控制系统（ DCS）应用技术有待完善 （一） 摘要：文章分析了 DCS系统在现阶段火力发电厂过程控制领域扮演重 要角色的原因，阐述了 DCS系统在过程控制实际应用中存在的一些主 要问题。并对在浙江省内发电厂中应用的几种 DCS系统在一些方面作 了比较。关键词：分散控制系统 DCS应用技术故障分散1 引言 DCS（ DistributedControlSystem）系统在火电厂发电机组过程控 制中的应用已有十多年的历史了，而且正在越来越多地得到应用。当 今流行的 DCS系统有 CE 的 MOD300，HONEYWELL的 TDC3000， FOXBORO的 IAS，日本横河的 CENTUMX

2、L，WESTINGHOUS的E WDPF， BAILEY的 INFI90，SIEMANS的 TELEPERMME XP。就目前这几家主要 DCS厂商所提供的系统来看， 在应用上均不同程度地存在一些问题， 例 如系统可靠性，实时性，系统组态的灵活便捷性等都有待进一步突破。 本文对 DCS系统在实际应用中存在的一些问题加以分析探讨。 2DCS系 统推出的初衷 DCS系统的推出并逐步发展成为过程控制领域的主角是 由于以下一些原因：（ 1）现代化的生产工艺系统日趋大型化， 复杂化， 需要检测和控制的参数大量增加，使得传统的仪表控制系统显得难以 胜任，势必得另辟蹊径。 （ 2）传统的仪表控制系统通常使用

3、多个生产 厂家提供的产品，使得工艺生产所需的备品备件品种繁多，为此而化 费大量人力物力， 并且工艺生产在相当程度上依赖这些仪表生产厂商。 这一状况也希望有所改变。（3）数字电路技术的迅猛发展，尤其是大规模集成电路技术的应用， 集成度以及成品率大幅度提高，使得在过程控制中大量使用微处理器 在成本上成为可能。（4）自动化控制理论的发展， 特别是连续系统离散化理论， 采样理论， 这些理论大大地推进了过程控制从传统的仪表控制系统向DCS系统变革的进程。（5）通讯理论和技术的发展， 在对局域网 （LAN）的大量研究过程中， 通讯理论和技术得到了极大的发展和完善，这方面对 DCS系统发展的 影响是举足轻重

4、的。（6）计算机应用技术的发展，尤其是微软公司的 WINDOWS95 这样 的操作系统软件的推出，为计算机在过程控制系统中的应用奠定了基 础，计算机和操作人员之间有了良好的界面，使不具备计算机专门知 识的操作人员乐于接受。（7）计算机集中控制系统存在固有的一些缺陷如故障集中，因此为了 提高可靠性而需要巨大的费用， 集中控制系统需要较大规模的计算机， 价钱昂贵。相对来说 DCS系统所用的微处理器和微机要便宜得多，故 障相对分散，并且 DCS系统中的微机或微处理器是并行运行的，相对 于集中控制系统计算机的串行运行来说处理速度也大大提高，因此具 有更高的实时性指标，这些是 DCS系统优于集中控制系统

5、而得到迅速发展的关键所在。以上列举了足以说明为什么 DCS系统会在过程控制领域一显身手的主要原因。 现在来看看最初推出 DCS系统的一些初衷。 DCS系统是相对于计算机集中控制系统而言的计算机 （或微机） 控制系 统，它是在对计算机局域网的研究基础上发展起来的，是过程控制专 家们借用计算机局域网的研究成果，把局域网变成一个实时性、可靠 性要求很高的网络型控制系统，运用于过程控制领域。专家们把这样 的一个网络型控制系统称之为 DCS。专家们的初衷应该是， 这样的控制 系统至少带来以下一些好处： （1）故障分散。这是推出 DCS系统的最 大理由， DCS系统就是要解决集中控制系统致命的弱点， “故

6、障集中 ”。 故障分散的理由是 DCS系统采用了大量的微处理器，各个微处理器承 担一个范围较小的（地域上）控制任务，某个微处理器故障不会影响 整个系统的正常工作。（2）缩小控制室尺寸或控制表盘的长度。 （ 3）大量缩减控制系统所需 的电缆。（ 4）大量减少控制系统所需的备品备件种类及数量。 （5）减 少工艺生产的运行对仪表控制设备厂商的依赖，减少仪控人员培训所 需的费用。（6）提供了控制系统构成的灵活性，具有组态便利和可扩 展性。（7）实现过程实时参数和历史数据的管理，提供性能计算，设 备寿命计算功能。 这一点是传统的仪表控制系统所望尘莫及的。 3 目前 阶段市场能提供的 DCS系统的实际能力

7、从在浙江省电力系统发电厂中 应用的 BAILEY的 INFI90，C E 的 MOD300 以及 SIEMENSR的 TELEPERMMEXP 等 DCS系统来考察，笔者的见解如下： （1）关于 故障分散。相信大多数 DCS系统生产厂商现阶段所提供的系统在实际 应用中并非想象的那么 “故障分散 ”。事实上，由于 DCS系统在应用技 术方面尚存在一些问题， 1台由 DCS系统控制的火电厂单元发电机组， 因 DCS 系统的某些故障而被迫停运的情况时有发生。这一点与传统的 仪表控制系统相比后者似乎要优于前者。 正因为这样， DCS系统的构成 越接近传统的仪表控制系统，即微处理器或多功能控制器所承担的

8、控 制任务从地域上越分散， 越能做到故障分散。 从这一点上看， SIEMAMS 的系统做得较好，它的一块控制卡件（带有微处理器，可与其他卡件 或通过通讯总线与其他子系统如操作员站工程师工作站等通讯）只承 担 24个电动机或电动门的开环控制回路， 或 12个闭环控制回路， 并且这块卡件既承担逻辑控制功能，又承担与这些逻辑控制有关的 I O 功能。这样做对故障分散是十分有利的。然而，其它的系统通常 把许多过程控制任务集中在少数多功能控制卡件或微处理器身上，把 过程控制的输入输出即 IO 功能集中在 IO 卡件上。这些系统客观上 是把过程控制的故障集中起来而不是把它们分散，似乎有悖于 “DCS”这

9、个名称。不过 SIEMANS的系统也有问题， 它的 ETHERNET与 ME 系统 的通讯还有些问题需要解决。 SIEMANS的 TELEPERM ME 系统是一个 非常成熟的系统， ME 系统加上 ETHERNET网络就是最新推出的 TELEPERM EMXP系统（浙江台州发电厂四期两台 330MW 机组中应 用），因为是新的系统，相信许多应用软件（尤其是那些有关通讯的软 件）还得经历时间的考验。如果这些问题得到了解决，则无论从故障 分散这个角度还是其它方面例如制造工艺来看，它都占有一定程度的 优势。DCS，故障分散，似乎 SIEMANS的路子是走对了， 因为他们的系 统最接近传统的仪表控制

10、系统， 控制功能比较分散， 要做到故障分散， 一定得把控制功能分散。 （ 2）关于控制室的尺寸和表盘长度。这一点 所有的 DCS系统都做得到。不过与传统的仪表控制系统相比，电子室 的尺寸和设备相对增加，这一点 DCS系统给我们带来的实际利益并不 显著。（3）关于节约电缆。由于 DCS系统所采用的设备器件在现阶段 来说仍然是比较娇贵，对现场环境的要求比较高，例如需要防尘和空 调，REMOTEI O 还不能大量使用，因此， DCS系统的主要设备都需要 安置在条件比较好的电子室，大量的现场信号仍然需用电缆接到电子 室。所以说，与传统的仪表控制系统相比，电缆有所缩减，但效益有 限。（4）关于减少备品备

11、件的种类和数量。备品备件的种类和数量有 所减少，并且需要与之打交道的仪表控制设备制造厂商也有所减少。 （ 5） 关于减少机组运行对仪表控制设备制造厂商的依赖，减少仪控人员技 术培训所需的费用。由于 DCS系统在应用技术方面还不能尽如人意， 因此，机组运行对 DCS系统生产厂商的依赖不但没减少反而有所增加， 尤其在机组新建成投产期间， DCS生产厂家派往工地的专家服务似乎成 了机组投产调试期间必不可少的了。为了用好 DCS系统需要培训的工 程技术人员也有所增加，因此培训所需费用也有所增加。 （ 6）关于控 制系统构成的灵活性，组态的便捷性和系统的可扩展性。系统构成的 灵活性以及系统的可扩展性，这一点确实是传统的仪表控制系统无法 与之相比的。大多数 DCS系统的组态也是比较方便的。不过多数系统 在在线组态功能方面尚有许多工作可做，好多系统为离线组态，在工 程师站编程，然后编译，再下载。并且有些系统这一过程比较费时， 在调试期间这一问题尤其突出。关于这个问题， SIEMANS的系统较有 特色，它不但在线组态，而且设计有仿真功能，这给调试工作带来极 大的方便。（7）关于 DCS系统提供了一些独特的控制功能，如历史数 据和实时数据的管理，性能计算等等。这一点是传统的仪表控制系统 所无可比拟