韩佳芮
大庆油田化工有限公司轻烃分馏分公司
摘要：在石油化工行业，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，传统的仪表控制系统显得难以胜任，DCS得到了普遍的应用，对DCS技术以及相关控制技术的深入研究，对提高DCS应用水平和运行安全可靠性有着重大意义。
关键词：石油化工；DCS控制系统；应用
1 前言
随着科学技术的发展进步和控制技术的提高DCS在我国各行各业生产过程中得到了广泛的应用。在石油化工行业，随着能源经济全球化，国际竞争不断加剧，企业要生存，就要降低成本，提高质量和效益，就必须优化生产工艺，提高生产自动化水平。无论新建装置还是老装置改造?DCS得到了普遍的应用。工程技术人员对DCS技术以及相关控制技术的深入研究，对提高DCS应用水平和运行安全可靠性有着重大意义。
2 DCS控制系统介绍
DCS即集散控制系统或分布式控制系统?它是融合了计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术于一体?对生产装置进行分散控制和集中管理。DCS一般由四个基本部分组成?即现场控制站、系统网络、操作员站和工程师站。在DCS中?现场控制站、操作员站和工程师站都是独立的计算机构成?它们分别完成数据采集、控制;监视、报警、记录;系统组态、系统管理等功能。所有这些节点又都通过系统网络连接在一起?成为一个完整统一的系统?以此来实现分散控制和集中监视、集中操作的目标。
3 DCS控制系统组成及应用
现场控制站是一个可独立运行的计算机监测与控制系统，它是专为过程测控而设计的通用型设备主要由机柜、电源、输入/输出通道和主控单元组成。?
3.1 机柜
现场控制站的机柜内部均装有多层机架，以供安装电源及各种模件之用。其外壳均采用金属材料(如钢板或铝材)，活动部分(如柜门与机柜主体)之间保证有良好的电气连接，使其为内部的电子设备提供完善的电磁屏障。为保证电磁屏蔽效果，也为了操作人员的安全?机柜还要求可靠接地。
为保证柜内电子设备的散热降温，一般柜内均装有风扇，以提供强制风冷气流。为了防止灰尘侵入，在与柜外进行空气交换时，最好采用正压送风，将柜内低温空气经过滤网过滤后压入柜内。在灰尘多、潮湿或有腐蚀气体的场合，应提供有密封式机柜，冷却空气仅在柜内循环，通过机柜外壳与外界交换热量，因此在这种机柜外壳上增设了许多纵向的散热叶片。为了保证在特别冷或热的室外环境下正常工作，还为这种密封式机柜设计了专门的空调装置?以保证柜内温度维持在正常值。
3.2 电源
电源高效、稳定、无干扰的交流供电系统是现场控制站正常工作的重要保证，而要做到这一点，首先需保证供给现场控制站的交流电源的稳定可靠一般采取以下几种措施:
（1）每一现场控制站均采用双相交流电源供电，两相互为冗余。
（2）如果附近有经常开关的大功率用电设备，应采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接地，能很好地隔离共模干扰。
如电网电压波动很严重，应采用交流电子调压器，快速稳定输入电压
（3）在石油、化工等对控制连续性要求特别高的场合，应装设不间断电源UPS。
UPS有两种:?一种称为后备式，一种称为在线式。后备式是仅在交流电源停电时才由后蓄电池提供电能，逆变成交流电供给负载;而在交流电源工作正常时，逆变电路不工作，由交流电源直接向负载供电，并向蓄电池充电。在线式价格较贵，效率比后备式低，但其有良好的抗交流侧噪音干扰的能力，并且在交流停电时不需要转换时间，因此用户应根据自己的电网条件与装置要求选择。当交流电源停电时?UPS的供电时间由负载用电量与蓄电池容量所确定。用户应在选型时根据装置在停电后必须保持正常控制的时间确定所需蓄电池的容量。
采用的直流稳压电源的形式，机柜内各层机架按模件使用量的多少，灵活配置各自的电源单元，采用体积小、轻便高效的开关电源，直接将交流电转变成模件所需的各种电压的直流电。亦可选用N:1的冗余方式。
3.3输入/输出通道
一般DCS中过程量1/0通道有模拟量1/0通道、开关量(或成为数字量)1/0通道脉冲量输入通道等。
（1）模拟量输入通道
生产过程中各种连续性的物理量(如温度、压力、压差、应力、位移、速度、加速度以及电流、电压等)和化学量(如PH值、浓度等)，只要由在线检测仪表将其转变为相应得电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。电流信号由各种温度、压力、位移或各种电量、化学量变送器产生的，一般均采用4、20mA标准范围。模拟量输入通道:一般均由端子板、信号调理器、A/D模板及柜内连接电缆等几部分构成；
（2）模拟量输出通道。一般是输出4-20mA的连续直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置控制各种电机的转速，亦可通过电一气转换器或电一液转换器来控制各种气动或液动执行机构。在现场控制站中模拟量输出通道一般由D/A模板、输出端子板与柜内电缆等几部分构成。
3.4主控单元
主控单元由CPU和存储器构成。存储器一般分为ROM和RAM两部分。早期DCSX系统由于控制计算机在正常工作中运行的是一套固定的程序?为了工作的安全可靠?大多采用了程序固化的办法?不仅将系统启动、自检及基本的工/0驱动写入ROM中?而且还将各种控制、检测功能模块，所有固定参数和系统通信、系统管理模块全部固化?。
随机存储器RAM为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间?用户在线操作时需修改的参数也须存入RAM中;当前DCS为用户提供了在线组态的功能?显然这一部分用户组态应用程序亦必须存入RAM中运行。
在采用了冗余CPU的系统中?还特别设有一种双端口随机存储器?其中存放有过程输入、输出数据及设定值、PID参数等;两块CPU板可分别对其进行读写?从而实现双CPU间运行数据的同步?当原在线主CPU出现故障时?原离线CPU可立即接替工作?而对生产过程不产生任何扰动。?
3.5 现场控制级网络
（1）现场总线:现场总线是20世纪90年代初发展起来的，如CAN、LONWORKS、HART总线等。在DCS中，现场的变送器，距离控制器机柜比较远，常把多个变送器来的信号编成一组，用HART总线把信号送到控制器，控制器同时读进多个变送器来的信号。采用现场总线，控制器和变送器两者距离可达1km以上。
（2）控制总线:把完成不同任务的几种控制器连在1条总线上，实现控制器之间的通讯，称为控制总线。在控制总线上的不同控制器的数量不受限制，在这一条总线上除3种不同的控制器模件以外，还有DCS网络的接口模件。在控制总线上，控制器之间可以调用数据，使得模拟量和开关量之间的结合很好。
参考文献：
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[2] 黄天戊等DCS通信网络的研究与分析计算机工程. 2003(5):124-126
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