DCS系统如何选型

DCS系统选型工艺流程确定后，控制系统被控对象也就确定。选用哪种控制系统成为重要DCS与模拟仪表相比更复杂，技术性能要求更高，除控制硬件外，还涉及通信协议、监控软件及与其相连的数据存储等。下面就DCS选型要求进行详细说明:一、总体要求1评价原则DCS选型，选什么？选的是安全、方便、简单和全面。安全是系统（统结构）安全，网络安全，硬件、模件）安全。方便是操作（对运行人员）方便，维修（数据查询、更换硬件、校验模件）方便，组态（控制回路图、显示画面、在线修改和下装）方便。简单是指网络结构和系统结构简单，全面则是系统功能全面。全球范围内，DCS厂家的产品可能千差万别，但是归根结底DCS是采用所谓“4C”（Computer－计算机；Communications－通信；Control－控制；CRT－显示操作）技术设计制造的自动化产品，因此，评价DCS系统，只要以4C技术为基本原则，结合控制对象的应用特点和具体要求，也就不难对DCS系统进行全面、客观的评价。就DCS本身来讲，既然不同品牌能在广泛的工业领域内占有一席之地，各据一方，肯定有其存在的道理，但对用户的控制系统是否“适用”和“好用”就要睁大眼睛仔细鉴别、优中选强了。2、系统规模如控制回路较多，模拟量采集较大，热电阻、热电偶的采集较多时，应选用DCS。采用哪种DCS，应从以下几方面考虑：目前，正是新老系统交接时期，DCS软、硬件正由专用走向通用。选比较新型的系统，价格比较低，备品比较好买，维护费用会大幅度下降。与其他系统互连容易，费用低。系统集成是未来十几年的趋势，是计算机技术发展的一个新阶段。3、系统专长DCSHoneywell、、TPS和PKS系统，横河、CS3000量的控制方面不如其他DCS方便。BAILEY公司N90，西屋WDPFIOVATIONDCSFisher-RosmountEmersonPROVOX、RS3DeltaV上，新系统兼容现场总线和Hart4、工艺的特殊要求不同工艺过程会有一些特殊要求，如电厂要有电调设备(DEH)和事件顺序记录（SOE）DCS系统开关量逻辑控制组态不太方便，这时要考虑采用DCS和PLCDCS，。经济性该从DCS价格和预计效益角度考虑。同档次中，进口DCS控制功能强一些。进口产品有一些先进控制算法，如Smith预估、三维矩阵运算等，因销售时间较长，软件保证体系更完善。国产DCS价格低很多，也能满足基本技术要求，因开发较晚，某些技术比国外的还先进PC为基础的控制器和已经有现场总线接口等。5、系统结构从结构上看，我国DCSDCSDCSPCPCPC机操作系统用NT，稳定性虽没UNIX好，但作为操作站使用足够。小型机接口用SCSI，传输速率理论上是串行20倍之多。以NT操作系统作为操作站，如采用串行连接，点数（标签数）PC机更便宜，采用PC、或OPC对于集成系统可以是操作站采用通用的，控制器有许多接口，与PLC，Web连用。用户可以通过工程公司集成，应按照项目的规模大小和预算资金来选择使用。由于有通用的监控软件，符合IEC61131-3标准的编程软件、可以选用嵌入式系统或软DCS系统，集成的控制系统有可能达到最高的性价比。系统规模主要由系统的输入输出点数确定。其中包括连锁、特殊控制要求所需的输入输出点数。选择DCSDCS型DCSDCS6、经济性及技术先进性经济性涉及很多因素，最好联系国内类似单位，进行技术培训，或请教有经验的专家解决有关困难。工程承包方的技术力量。要选择技术力量较强单位作总体方案，而具体编程或组态可分别完成。国外DCS厂商技术人员不可能大批来我国服务，不熟悉我们应用情况，更不可能什么系统都很清楚，所以具体实施还是国内技术人员较好。如采用进口DCS，可得到国外一些开发工业连接软件公司的技术支持，能把系统做好一些。我国技术人员也得到提高。虽然我国技术与国外相比有一定距离，但国内技术人员对国内情况比较了解，在国外大公司支持下，做的工程会达到更好性能。售后服务。国外厂商通常配品、备件供应价格高，且不能及时DCS厂家配品、备件供应较及时，售后服务做的比较好，许多第三方厂家也开发了许多价廉物美的产品，用户都可选用。DCS发展相对稳定，这涉及新技术的应用。要注意：有些国外厂家为抢占市场，经常把不太成熟的产品推到第三世界。国产DCS销售时间还不够长，对一些软件的测试条件不够完善，在一些极特殊情况下，是否会产生问题没有足够证据，所以有时发生故障会有解释不清的情ABB就是集成了许多家的产品。用类似的办法，不仅能集成出好的系统，还能培养技术队伍。综上，选型不但要考虑项目规模和投资预算，还要考虑一系列其它因素。系统集成是以后的方向，不仅满足控制要求，而且性能好、资金省。二、技术要求1、DCS评价性能指标：DCS是可修复的系统，其总体性能有可靠性和响应性2个指标。可靠性指标有：MTBF(平均无故障时间)，MTTR(平均修复时间)，系统可用性(A=MTBF/(MTBF+MTTR)。由于广泛采用冗余技术，因此DCS的系统可用性A一般在99.99%以上。响应性指标有：响应时间T和稳态服务S。一般S，T要按典型任务来估算。2、主要功能的评价CPU①I/OI/OI/O，危险区域I/O②控制能力。主要从控制运算功能块的能力，数量，组态方便性，灵活性来考虑。复杂控制功能，自整定功能，各种回路构成方法及各种方式的切换能力都应考虑。还要评价CPU的程控能力，以及将反馈控制，顺序控制和数采等功能组合在一起实现批控制的能力。③带PLC能力。④CPU的可靠性和环境适应性。CPU可靠性一般很高，但应在冗余配置的灵活性上作出评价。操作站功能的评价DCS的集中管理和信息综合功能由操作站和过程管理机来实现。对它的评价有：①窗口功能：过程窗口、总貌、分组、报警画面趋势图、流程图，操作画面的表达能力、容量、切换、响应速度等。系统画面反映系统本身的技术参数、系统结构、组态方法等。②报告功能。类型、格式、历史数据表、数据的检索、综合、归档报告等能力。③工程师站功能。完成对系统的在线，离线组态和随时在线监视的能力及其可靠性，灵活性，方便性。④软件包及语言应用功能。一般应有历史文件，过程优化，计算应用模件，物理数据库，生产管理及专家系统等软件包及应用高级语言能力。通信网络功能的评价①通信协议。网络结构，传媒和网络控制方式。网络的覆盖范围，容②可靠性。冗余度，数据纠错，校核功能。③标准化。LANMAP3、DCS的选型及注意事项经济性样一些经济准则。在设计初期，可以从以下几点来估算：①全系统实现时间。②用户对DCS系统从陌生到熟练掌握所需要的时间。③系统对生产过程的适应性。由于DCS厂家的技术背景不同，其产品是有倾向性的。有的较适合冶金，有的适合化工，他们在各自领域应用熟练程度差别较大。技术服务技术服务主要把握对过程的匹配，实际上并不是功能越强越好。要求根据用户需求和用户管理系统的能力提出合理的系统配置。技术服务应考虑：①厂家信誉。应优先选用着名厂家的产品，并注意以下几点：交货及时，性能满足或超过用户要求，可靠性高，保证提供最新产品，并使用户易于安装使用与按期投产，价格合理并在适当声明周期内保值。②系统维护功能。应具有良好的自诊断能力，自动排除故障能力，故障后修复的难易性也很重要。远方服务，千里之外的维修专家可为用户及时进行咨询服务。③售后服务。包括备件供应能力及供应年限，技术培训方法及效果。④扩展与迁移。选用时应考虑未来的发展，向标准化网络迁移的可能性与难易性。要优先选用开放系统。4、系统各部件的确定控制器处理I/O系统首先要决定采用多少控制器和人机界面。回路控制器组成的系统是比较单一，提供的IO点数确定，用满它的I/O点和回路数目是可以的（有现场总线连在控制器上除外）。购买的产品品牌确定后，就要确定PLC或DCS的型号，要购买多少台控制器、一个控制器需要配多少I/O卡件。个问题对于最终用户来说是很重要的。硬件选型DCSPLCI/O（或称为硬件配置）I/OI/OI/OI/O计算每种型号I/O输出）功能、电压、工作原理，统计接口模块数。软件功能要求DCSPLCI/O模块数，还要考虑控制器逻辑程序所用处理机内存容量，最后还要考虑处理机指令系统。关于DCS，控制器I/O点数配置比PLCDCS100I/O点，应选用能识别300-400I/ODCS64I/O20多块I/O8路或16DCS控制器能完成120PID40，还影响DCS输出点数要相当。各控制器要组态多少PIDI/O30-40%左右。如两台控制器/1000多点，而另一台只有100I/O点数的能力和推荐的I/OI/O12000I/O5000点的I/OI/O点不能超过1/38通道输入卡，还要留出1-2个通道2-3小心。厂家会给出一台控制器推荐的I/O点数，根据这个点数留余量，而不是一台控制器能识别I/O的能力。操作站和标签量传统DCS的操作站读取I/O点数是有严格规定的，能显示标签量的多少与下列几个因素有关：作站主机CPU的运算速度；操作站主机存储器的大小；主机与DCS网络接口的连接方式（有串行和SCSI之分）；监控软件所接收I/O点数。按说明书作操作站组态。根据操作站显示标签数量，决定操作站台数。新型系统由于主机CPU的运算速度和存储容量都能满足要求，标签量可以作的很大，几万个标签都可以作到。网络层次90MIS系统连接起来，又增加了网关，从而增加了网络层次。网络层次增加了，又增加专用的通信接口，有一层ModbusRS232C或RS485等，使得控制器能与现场总线相连，或能与PLC商业活动结合在一起，并且能把控制系统当成一个核心似的，第三方能作二次开发。三、选型要点1、系统适用性DCSDCS生产厂家通常都是以通用原则来生产DCS系统的，以求最大范围的适应各种行业自动化控制需求，但实现方法各有不同，每种产品都有自己的技术特点，正是这些特点决定了DCS视。比如，有一种DCS通信控制方式叫做“例外报告”，设计者的本意是为了在共享式数据传输网络中，提高通信效率和实时性而又不增加设备成本，针对过程量、参数越限或设备意外状态报警采用了类似于计算机的中断技术快速传递数据信息（所有DCS要是无时效要求的过程变量和状态，随机发送的则是控制指令和突发报警、事件等实时信号，例外报告是随机发送方式中的一种）。这种控制方式应该说有较高的通信效率，数据传递直接、快速并能减少网络资源浪费。但是如果用于火力发电厂，问题就凸显出来了，火力发电厂的运行特点是在正常运行工况下，信息交例外报告急剧增加，越限报警信号在瞬间大量蜂拥而至造成通信瓶颈，轻则造成信道冲突、通信速率下降，严重时会形成广播风暴乃至系统死机。前些年，在国内火力发电厂应用中曾经有过这样的记录。为了消除类似事件发生，制造商只好提升设备容量，用大马拉小车的方法解决，如此一来显然会增加系统的造价有违设计者的初衷和用户的期待。这种例外报告对于化工系统，冶金系统来讲倒是一种很好的通信方式，因为在化工或冶金系统中基本上是单回路自动控制，报警信号不似火力发电厂集中发生。可见，原本一项好的设计，可能也会产生“南橘北枳”的现象，由良方变成毒药。这就是为什么特别强调要结合控制对象的应用特点来选择和应用。当然，随着通信技术的进步，近几年采用交换技术的通信网络为“例外报告”扩大了应用空间和能力，使这项技术重新焕发了活力。DCS选型就要为全厂自动控制的总体规划提供适用的网络基础。以目前的网络技术著，有的DCS（网关、网桥），有的则非常干脆利落，不需要任何通信设备的辅佐，直来直去、来者不拒。稍加分析就会发现DCS网络接入能力方面的差距是多么的参差不齐。即便对全厂过程信息DCS整体水平的一项重要指标。DCSDCS用来做自动检测、自动操作、自动调节、自动保护顺理成章，但是，计算机最适于做大量记忆、繁杂运算、数据分析，一些厂家提供了这方面的能力，设计有独立专用的历史数据记录站和计算站，为DCS扩展了实时自动分析的功能，对提高电厂的运行管理水平大有裨益，这是一种适当的选择，应予关注。2、系统结构要求说到DPDCS分布控制站）DPU的体系结构对DCSDPU过程I/O、内存、外围芯片组和内嵌式操作系统（EPROMDPU＋独立的过程I/O模件。后者的结构和PLCI/O模件组、新华和佛尼的ECS－1200ABBSymphony、西门子、三菱的DAISYS-UPI/O模件共用同一块背板，这块背板承载着公共数据总线。特别需要指出，多功能处理器和通信控制器的冗余也是在这块背板上实现的，冗余的计算机系统，却没有考虑与之修戚相关的总线的冗余，不能不令人担忧它的安全性。以三菱公司的DIASYS-UP为例，就曾经发生过DPU（CPU）同时死机的严重故障，引发机组跳闸，直接原因另有出处，不过，整体组合难咎其责；1I/ODUP背板和数据总线同样是分立冗余的，危险随着物理结构而分散。可见DPU的体系PLC“热备”冗余系统，由两套完全一模一样的CPU整体组合式的DCS3、软件要求一套分布式计算机系统显而易见的是有形的物质，它是计算站、控DCS系统现实的工作能力，但却很难见到驱动这种能力的无形动力，选择DCS时人们往往在无意中忽略的就是DCSDCSDCS的操作（通信）和软件是计算机工作不可或缺的两个侧面，从使用的角度讲，计算机系统软件比DCS的系统软件水平最能体现出生产厂家的技术能力，当前的ITOEM商有没有足够的技术人才和实力，在DCS操作系统和数据库系统等软件功能上立见分晓。硬件水平差不多的两套199080286，总线式拓扑，时间分槽式广播传输控制，速率2M（199080486D486）。从硬件和网络上分析D486明显高出W286DCS反而比D486W286总线通信偶有小恙但从来没有患过系统死机的大病；配有专用历史数据记录站，SOE卡，分辨率八分之一毫秒；控制组态使用SAMA图，名符其实的在线修改、下装，人机界面友好；系统自诊断功能完善，显示器上能够监视到DPUI/OD486（曼彻斯特编码CPU和通信控制间或出现故障，最令人担忧的是曾有过系统通信中断的案底，引发过停机事故。这种硬件／功能剪刀差的成因主要源于软DCS（内嵌式）D486DCS300MWI/O5000DCS系统实质上是以数据库为核心的数据处理中心，DCS在控制指令（操作系统）系列运算任务，在这个过程中数据处理的效率、安全取决于数据库的性能，同时DCS的性能。人们在选择DCS率，计算机型号等等，这是必要的，但并不全面，有时甚至会被误导，上面例子已经说明问题。数据库是DCS系统运转的驱动引擎，是DCS高效、安全的内在动力。可以毫不夸张的说，数据库的设计水平就是DCS的水平。个人买私家车不会只顾外观，最关心的还是发动机的质量，选择DCS又何偿不是？目前，技术力量雄厚的DCSinformix数据库作为DCSDCSDCS系统数据库的介绍。（LOOP）CRT画面的图形组态软件。每个使用者都希望组态软件功能强、易学、易用，这三点是衡量组态软件水平的基本准则。从业多年的专业人士曾经比较过美、欧、日DCS系统的组态软件风格，评价为：美国的灵活、欧洲的生涩、日本的呆板。注意，这里仅仅是说“软件的风格”而不是功能，从实用系统的业绩看，体现在控制系统方面的功能都差不多VisioDCS的准用户拒绝填表式组态，PID调节器就由减法、比例积分、跟踪、防积分过饱和、限幅、限速等算法组成。一个步RS触发器等组成。大模块算法类似高级编程语言中的“宏”语句，比喻为“黑匣子”算法更为形象，组态时只需知道输入／输出端口作用和算法总体功能，不必关心内部详细构造，信手掂来使用就是，好比建楼用大型混凝土砌块，组装效率高。小模块则不然，组态时要一个个的搭接算法，时间、精力开销大，好像在用秦砖汉瓦盖房子，慢工出细活，精致。两种组态方式各有特点，大模块组态简单方便，小模块结构清晰明确，业内枪手各有所好。感觉上，对我等这样的票友来讲，大模块用起来更为顺手，省心省力。对图形组态软件要多加比较，不能光看厂家的宣传资料，曾见过一个欧洲厂家大肆宣扬的优点在实际运用中恰好是最不可取的地方，画图效果之差，让人惨不忍睹。他们在介绍图形组态软件的功能时，说是为了用户图组态方便，在推出的图形组态软件中设计了几种专门用于电厂的图形模块，象水泵、风机、阀门等等，只要调用这些固定的模块就能很快编制出工艺流程图云云。但是图形模块做得过于单调，缺乏变化，其结果是空有美好的愿望，中听不中看。画面毕竟是给人看的，试想一下，满目映入色彩明快、层次分明甚至是立体形象的工艺流工业控制流程图虽然不是艺术品，但是工业流程画面也要讲人体工程学，甚至要讲究美学的，画面的颜色搭配、线条的结构、文字的位置会影响操作人员的反应速度、疲劳程度乃至情绪，这就与机组的安全有直接联系了。可见，图形组态软件大有学问，需要仔细研究。DCS家都是利用AutoCADCRT画面组态使用AutoCAD的DCS厂家发挥文化背景的优势，横空出世，提供的组态软件非常适合国人使用，据说稍有计算机知识的人，竟然三天可以出徒，怎么听着好像是广告词？不过，据见过这套软件的老鸟点评，从易学、易用的角度凭心而论，确实不同凡响。真为国产DCS有这样特色的组态软件而高兴，预祝国产DCSDCS相关的高级编程语言像C的人大有人在，评头品足的人更多，无需本文赘述DCS的准用户也没有必要在此多费心思。4、电源要求DPU（分布控制站）也是这样。这点不必担心，所有DCSDPU电源都是冗余的，但每种DCSDPU归纳起来，目前流行的电源冗余方式有三种类型，电压接续式；电流补偿式；纵横矩阵式。电压接续式的特点是两块直流电源一块主电源全负荷运行；一块辅电源100为电源的数量主、辅电源同时供电，电流均摊，其中任一块电源故障，其它正常工作的电源同3坏1块，余下的电源各出电流50％。矩阵式冗余电源是电压和电流冗余电源的变形，它是把一个DCS系统中全所DPU的电源集中在一起，串、并联在一起，据说目的是为了进一步提高电源可靠性。Ⅱ到。电流补偿式是老贝利I/AN+1方式供电主要是为了节省造价，事实方式，节省造价的优点也就没有了。矩阵式电源模块数量比电压接续式电源多1倍，显然有足够的安全性，但看起来也够复杂的。其实，功能相同，简单即优秀。5、模件要求I/O定之规，选到合用的品种类型也不是难事。选择要点是：看工艺、看结构、看电DCS的过程I/O（亦称I/O）直面现场检测和控制设卡不会采取冗余方式，因为检测或控制对象与I/O卡的通道都是一一对应的，从安全方面考虑风险已经降至设备所允许的最低量级，不像DPU级的控制装置，如果出现故障就要影响几百点过程变量，必须冗余。也正因为单独工作，信号调理、数据处理能力和工艺制造水平对I/O卡的可靠、高效工作至关重要，反映出DCS的整体品质。评价I/O10层，I/O卡的电路板一般是4～6安装工艺，波峰焊应该是最起码的了，从焊点上可以识别出手工焊还是波峰焊，如果是手工焊接，就要对这个DCS厂家的产品十分小心喽。表面粘贴技术是目前最新的工艺，生产出来的产品质量应该有保证。按照当前的技术水平I/O卡上绝不应该再出现用于调整通道量程、零点、线性之类的可调部件，有的厂家在十多I/O通道，如果在一块模件上发现有个别通道出现线性误差，使用SENSOR软件进行修正。在这个年代见到模件上还有可调部件的DCS系统，要毫不客气的投反对票，因为这种系统的档次实在是不够高。要甄别I/O识别选用的器件、典型电路来进行判别，才能看出主要的技术特点，最好能见到原理电路图，不过通常厂家不太愿意提供。有的厂家产品说明书或介绍上技术规范写的参数详细，条款清晰，有的厂家写的就比较含糊，这也反映出厂家的管理水平和自信心。对自己的技术介绍的越详细的厂家产品质量也相对优秀，这也是一条经验。DI卡可兼作SOE1毫秒的DI卡和DI卡用的是计算机中断技术，卡上装有单片机及专用高速检测芯片，价钱自然比通用的DI卡高得多，现在的DI卡都可以充做SOEDI卡兼作SOE卡的用户提醒卡兼作SOEDPU中分布安装这种DI卡兼作的SOESOESOE记录是不真实的，在时间排序上会有出现错误，使用SOE卡的目的就是为了反映机组在事故或异常状态下各种设备的动作顺DI卡兼作SOE卡的方式曾出现过时序紊乱的现象。一句话，厂家介绍的东西不可不信，也不可全信，听他的介绍，做自己的调查，再得出结论才可靠。I/OI/O卡的设计上仍然不失创意。比为什么变成这样？据说是在通过调查以后发现，现场损坏的卡件大部分故障出现15％左右，这才叫“因小失大”，用户在卡件方面的维修费竟然有85％花的是冤枉钱，为了减少更换卡件费用的损失，降低用户维修成本，所以厂家就把I/O卡件一分为二，这回倒是生产厂家完全为用户着想了。其实，厂家最终也还是为自己着想，对于制造商来讲，设计的主卡是通用的，不同的信号用不同的副卡，卡件的品种变少，生产成本相应降低，品质控制环节简化，算是双赢吧。利润越高。对于用户来说，选用I/O卡的品种越少，今后的维护越省力，支出的I/O卡。什么叫合用的I/OI/O16DOAI）或8路这些是比较合适的数量，因为要考虑信号电缆的线径，安装的空间，考虑到整块模件损坏时波及的范围。有的模件3264DI卡，最1632些模件功能特殊，用量少，价格高（一次性费用和长期维修费用），例如脉冲输入卡，除非必须，还是改换测量方式为上。这种脉冲输入卡据说专门是为计量电量而选择的，如果是这样，真的大可不必选用脉冲输入卡。理由是，用于电厂与电网结算的电量表，有指定的关口表和特定的管理权限，除此而外的计量表计再怎么准确也不能用于结算，权限不在电厂。电厂自己用的电量计量表计就成了自家的事，自己说了算的，也不过就是用来累计、分析和比较数值而已，同测量压AI卡就解决问题，信号测量换成功率变送器。效果更好，简单、可靠、省钱。为什么不走阳关道非过独木桥呢？目前好多品牌的DCS1990年代风行一时。那么现在呢？先给出结论：绝对不要再用。对于具体设备要采取具体的选型原则，要因地制宜，切忌刻舟求剑。是否选择回路控制卡，先要搞清楚火力发电厂自动回路的控制特点，之后才是如何选择设备。火力发电厂的重要控制系统绝大多数都是多输入多输出的复杂控制系统，而非简单回路调节（通常认为一个输出回路，个输入信号的调节系统），一定要建立起这样的概念，这对选择DCS系统和模件非常重要。以最常见的汽包炉水位控制为例，采用典型的三冲量信号，三个信号中，水位要进行压力补正，给水流量要进行温度修正，如果用节流元件测量主汽流量则需要压力和温度的共同校正，采用机前压力运算得出主汽流DCS的突出优点之一是信息集中、危险分散，危险分散的措施是控制设备在物理上分散，甚至有人提出“分散到一个回路”这样一种极端的观念，认为这样是最安全的，因为一个回路发生故障不会影响其它回路运行，这对于全部是以简单回路构成的生产过程是适用的。但是，对于火力发电厂来说这种设计和想法根本不合时宜，原因非常简单，如前所述，火力发电厂的重要参数控制，像燃烧、送风、引风、主汽温度、再热器温度、给水等没有一个是简单回路的，一些主要的辅助系统，像除氧器水位，轻油控制等同样不是简单回路控制。在火力发电厂中采用高分散度或分散到一个回路的控制系统，无疑搞错了对象，用错了地方，选