它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。

在特殊控制領(lǐng)域，如核電站控制系統(tǒng)，DCS的含義被誤叫做數(shù)字化控制系統(tǒng)（Digitalcontrolsystem），其實(shí)質(zhì)仍為分布式操作系統(tǒng)。

概述

首先，DCS的骨架—系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是DCS的基礎(chǔ)和核心。由于網(wǎng)絡(luò)對(duì)于DCS整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和擴(kuò)充性，起著決定性的作用，因此各廠家都在這方面進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)。對(duì)于DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，它必須滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求，即在確定的時(shí)間限度內(nèi)完成信息的傳送。這里所說(shuō)的“確定”的時(shí)間限度，是指在無(wú)論何種情況下，信息傳送都能在這個(gè)時(shí)間限度內(nèi)完成，而這個(gè)時(shí)間限度則是根據(jù)被控制過(guò)程的實(shí)時(shí)性要求確定的。因此，衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)并不是網(wǎng)絡(luò)的速率，即通常所說(shuō)的每秒比特?cái)?shù)（bps），而是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，即能在多長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)確保所需信息的傳輸完成。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還必須非?？煽浚瑹o(wú)論在任何情況下，網(wǎng)絡(luò)通信都不能中斷，因此多數(shù)廠家的DCS均采用雙總線、環(huán)形或雙重星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了滿(mǎn)足系統(tǒng)擴(kuò)充性的要求，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上可接入的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)比實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)量大若干倍。這樣，一方面可以隨時(shí)增加新的節(jié)點(diǎn)，另一方面也可以使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于較輕的通信負(fù)荷狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的上網(wǎng)和下網(wǎng)是隨時(shí)可能發(fā)生的，特別是操作員站，這樣，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)會(huì)經(jīng)常進(jìn)行，而這種操作絕對(duì)不能影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有很強(qiáng)在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)功能。

DCS

其次，這是一種完全對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。一般一套DCS中要設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站，用以分擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的I/O和控制功能。這樣既可以避免由于一個(gè)站點(diǎn)失效造成整個(gè)系統(tǒng)的失效，提高系統(tǒng)可靠性，也可以使各站點(diǎn)分擔(dān)數(shù)據(jù)采集和控制功能，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面（HMI-HumanMachineInterface或operatorinterface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

工程師站是對(duì)DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其主要功能是提供對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài)，配置工作的工具軟件（即組態(tài)軟件），并在DCS在線運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過(guò)工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)之下。與集中式控制系統(tǒng)不同，所有的DCS都要求有系統(tǒng)組態(tài)功能，可以說(shuō)，沒(méi)有系統(tǒng)組態(tài)功能的系統(tǒng)就不能稱(chēng)其為DCS。

漢中鋼鐵有限公司制氧廠6000m3空分設(shè)備于2003年4月投入運(yùn)行，其配套的是北京和利時(shí)公司的MACS-SmartproDCS控制系統(tǒng)。MACS是和利時(shí)公司設(shè)計(jì)的新一代大型DCS控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（Profibus-DP總線），對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控，具有可靠性高，適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)完善、經(jīng)濟(jì)、可靠的控制系統(tǒng)。該DCS系統(tǒng)的使用，不但使?jié)h鋼的自動(dòng)化水平上了一個(gè)新的臺(tái)階，也是6000m3空分系統(tǒng)正常運(yùn)行的有力保障。

1DCS結(jié)構(gòu)及組成

1.1漢鋼制氧DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（如圖1所示）

1.2管理監(jiān)控站

漢鋼制氧DCS控制采用北京和利時(shí)公司DCS系統(tǒng)，型號(hào)為SmartPro。上層配置兩臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)DCS的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合監(jiān)視及操作，其中一臺(tái)作為工程師站兼操作站，另外一臺(tái)為操作站。操作站計(jì)算機(jī)軟件均采用和利時(shí)公司的FacView作為監(jiān)控平臺(tái)，且運(yùn)行獨(dú)立工程，其中任一臺(tái)退出不會(huì)影響另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行。在工程師站上安裝有控制算法軟件ConMaker，用于對(duì)DCS控制程序進(jìn)行修改和監(jiān)控。

1.3現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站配置兩個(gè)互為冗余的主控單元（FM811），主控單元上有硬件冗余切換電路及故障自檢電路。兩個(gè)主控單元進(jìn)行熱備份，它們同時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，兩個(gè)主控單元同時(shí)做控制運(yùn)算，但只有一個(gè)輸出運(yùn)算結(jié)果，且通過(guò)雙口RAM實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)。一旦工作中的主控單元發(fā)生故障，備份主控單元自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，而且切換過(guò)程是無(wú)擾動(dòng)的。

1.4網(wǎng)絡(luò)冗余

MACS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（即MNET）、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（即SNET）和控制網(wǎng)絡(luò)（即CNET）三個(gè)層次，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程師站、操作員站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連，控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與過(guò)程I/O單元的連接與通訊。每個(gè)主控單元的多功能卡上設(shè)計(jì)有兩套SNET網(wǎng)絡(luò)接口電路，用于實(shí)現(xiàn)SNET網(wǎng)絡(luò)的冗余結(jié)構(gòu)。所以該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了冗余配置。

1.5電源冗余

該系統(tǒng)電源模塊為特殊設(shè)計(jì)，功率大，穩(wěn)定性好，均實(shí)現(xiàn)冗余配置，兩個(gè)電源并聯(lián)使用，均流運(yùn)行，當(dāng)其中一個(gè)故障時(shí)，另一個(gè)自動(dòng)承擔(dān)全部負(fù)載。

漢鋼制氧DCS系統(tǒng)配備了8塊電源模塊，其中兩兩互為冗余。

1.6I/O模塊

現(xiàn)場(chǎng)控制站實(shí)現(xiàn)了所有I/O模塊的智能化，將控制有效地分散到各個(gè)I/O模塊，降低主控單元/主控模塊的負(fù)擔(dān)，使得板級(jí)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷能力得以提高。采用Profibus-DP總線技術(shù)取代傳統(tǒng)的并行總線，使各模塊的故障被有效地隔離。所有模塊均帶有隔離電路，將通道上竄入的干擾源與系統(tǒng)隔離。現(xiàn)場(chǎng)控制站的所有模塊上都帶有CPU，每塊模板都周期性地進(jìn)行自診斷。而且由于采取了特殊保護(hù)措施，系統(tǒng)中主控單元和所有模塊（AI、AO、DI、DO）均可帶電拔插，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生任何影響。這樣保證了系統(tǒng)在某些模塊發(fā)生故障時(shí)，維護(hù)人員可以快速更換且不用停電，從而縮短了故障處理的時(shí)間。漢鋼制氧DCS系統(tǒng)使用I/O模板情況如表1：

DCS控制系統(tǒng)在制氧中的應(yīng)用

2漢鋼DCS系統(tǒng)控制功能

漢鋼制氧DCS系統(tǒng)包含以下控制內(nèi)容。

2.1空壓機(jī)

空壓機(jī)系統(tǒng)中檢測(cè)了空壓機(jī)、主電機(jī)的軸溫，潤(rùn)滑油溫度、壓力及進(jìn)氣、排氣溫度和壓力、空壓機(jī)軸振動(dòng)測(cè)量、冷卻水溫度、壓力等一系列相關(guān)數(shù)據(jù)。其中主要有如下幾個(gè)重要內(nèi)容：

（1）空壓機(jī)防喘振SV1015閥自動(dòng)調(diào)節(jié)及聯(lián)鎖控制

SV1015防喘振閥是氣關(guān)閥，如果電磁閥失電，該調(diào)節(jié)閥將自動(dòng)打開(kāi)。在空壓機(jī)開(kāi)機(jī)以后，SV1015閥投入自動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排氣壓力。本系統(tǒng)中SV1015閥自動(dòng)調(diào)節(jié)平穩(wěn)準(zhǔn)確，完全符合設(shè)計(jì)要求。另外為該閥設(shè)計(jì)了一系列的聯(lián)鎖條件，有效地防止了SV1015閥誤動(dòng)作的產(chǎn)生。

（2）空壓機(jī)運(yùn)行安全保護(hù)聯(lián)鎖控制

空壓機(jī)是空分設(shè)備中最重要的組件，它的正常與否直接影響空分系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以空壓機(jī)運(yùn)行安全聯(lián)鎖保護(hù)也非常關(guān)鍵。其中空壓機(jī)I級(jí)到IV級(jí)軸溫、大小齒輪溫度每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)都有兩支熱電阻檢測(cè)其溫度，其中一路引入DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)（任一溫度點(diǎn)≥80℃就聯(lián)鎖停機(jī)），另外一路接入現(xiàn)場(chǎng)儀表盤(pán)面巡檢儀上顯示。在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)過(guò)兩次由于電阻本身?yè)p壞而造成空壓機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，為了杜絕這種誤動(dòng)作的產(chǎn)生，我們將現(xiàn)場(chǎng)巡檢儀改為巡檢控制儀，將該巡檢控制儀的超限報(bào)警輸出信號(hào)接入DCS，與原先接入的溫度比較信號(hào)相與，從而有效地杜絕了因?yàn)闊犭娮璧脑蚨a(chǎn)生的誤動(dòng)作。修改控制程序以后，空壓機(jī)再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)誤動(dòng)停機(jī)的現(xiàn)象。

控制原理圖如圖2所示。

2.2預(yù)冷系統(tǒng)

預(yù)冷系統(tǒng)主要包含空冷塔、水冷塔和冷凍機(jī)組部分的壓力、溫度、液面及流量檢測(cè)，以及冷凍機(jī)組的啟?？刂?。同時(shí)主要還有空冷塔液面自動(dòng)調(diào)節(jié)（V1111）、水冷塔液面自動(dòng)調(diào)節(jié)（V1138）以及V1136閥遙控調(diào)節(jié)。

2.3純化系統(tǒng)

純化系統(tǒng)除分子篩、電加熱器部分的工藝檢測(cè)及CO2檢測(cè)外，主要實(shí)現(xiàn)了電加熱器的自動(dòng)聯(lián)鎖和分子篩部分電磁閥的自動(dòng)切換。漢鋼制氧DCS系統(tǒng)由于設(shè)備安裝及其它原因的影響，目前沒(méi)有采用自動(dòng)切換分子篩，而是采用計(jì)算機(jī)集中手動(dòng)方式完成分子篩的切換操作。在原電加熱器聯(lián)鎖設(shè)計(jì)中存在漏洞，出現(xiàn)過(guò)一次沒(méi)有再生氣體通過(guò)電加熱器，而電加熱器仍然加熱，導(dǎo)致電加熱器干燒損壞的事故，在查明原因后，我們將MS1212閥的開(kāi)到位信號(hào)引入聯(lián)鎖系統(tǒng)，從而有效地杜絕了電加熱器干燒的現(xiàn)象再次發(fā)生。

2.4分餾塔系統(tǒng)

分餾塔系統(tǒng)檢測(cè)了分餾塔內(nèi)部各個(gè)部位及5組換熱器的溫度，上塔、下塔阻力及壓力，液氧液位、液空液位，入塔空氣流量，出塔氧氣、氮?dú)饬髁康纫幌盗泄に嚈z測(cè)量。另外，主要實(shí)現(xiàn)了以下重要調(diào)節(jié)量：液氧液位自動(dòng)調(diào)節(jié)（V1閥）、液空液位自動(dòng)調(diào)節(jié)（V2閥）等。

2.5膨脹機(jī)系統(tǒng)

漢鋼制氧配備了兩臺(tái)膨脹機(jī)。DCS系統(tǒng)主要檢測(cè)了兩臺(tái)膨脹機(jī)的進(jìn)出口壓力及溫度，增壓機(jī)進(jìn)出口壓力，膨脹機(jī)噴嘴壓力，膨脹機(jī)軸承溫度及進(jìn)口油壓，ET1、ET2出口溫度，兩臺(tái)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速等。另外，對(duì)SV443、SV444放散閥、膨脹機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)SV457、SV458閥的開(kāi)關(guān)、膨脹機(jī)油泵啟停與膨脹機(jī)軸承溫度、油壓及膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行聯(lián)鎖控制，保障了膨脹機(jī)的安全運(yùn)行。

2.6壓氧、壓氮系統(tǒng)

漢鋼制氧配備了三臺(tái)氧壓機(jī)，一臺(tái)氮壓機(jī)，其中三號(hào)氧壓機(jī)可切換為備用氮壓機(jī)使用。壓氧、壓氮系統(tǒng)主要檢測(cè)了氧氮壓機(jī)各級(jí)進(jìn)排氣溫度、壓力，潤(rùn)滑油溫度、壓力等工藝過(guò)程量，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了氧氮壓機(jī)、油泵的啟停聯(lián)鎖控制。

另外還實(shí)現(xiàn)了氧氣、氮?dú)饣亓髡{(diào)節(jié)。

2.7外網(wǎng)調(diào)壓系統(tǒng)

外網(wǎng)調(diào)壓系統(tǒng)配有氧氣球罐、氮?dú)馇蚬薷饕粋€(gè)，并設(shè)置有氧氣調(diào)壓間，主要完成將產(chǎn)品氧氣向煉鋼轉(zhuǎn)爐輸送，保證轉(zhuǎn)爐煉鋼用氧的壓力穩(wěn)定，均衡。外網(wǎng)調(diào)壓系統(tǒng)檢測(cè)了氧氣、氮?dú)馇蚬迚毫?，送往煉鋼氧氣、氮?dú)鈮毫?、流量。主要?shí)現(xiàn)了氧氣壓力雙路自動(dòng)調(diào)節(jié)，使煉鋼轉(zhuǎn)爐冶煉所用氧氣的壓力平穩(wěn)輸送，保障轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的順行。

2.8液氧儲(chǔ)槽系統(tǒng)

漢鋼制氧配有50m3立式液氧儲(chǔ)槽一座，用于液氧儲(chǔ)存及氧氣充瓶。液氧儲(chǔ)槽系統(tǒng)主要檢測(cè)了儲(chǔ)槽內(nèi)的壓力及液氧液位。

3漢鋼DCS系統(tǒng)軟硬件配置

3.1軟件配置

———操作系統(tǒng)：WindowsNTWorkstaTIonV410

———控制策略及組態(tài)軟件：ConMaker

———監(jiān)控組態(tài)軟件：FaceView

———現(xiàn)場(chǎng)控制站應(yīng)用控制軟件1套（漢鋼制氧專(zhuān)用）

———漢鋼制氧操作站監(jiān)控應(yīng)用軟件2套（漢鋼制氧專(zhuān)用）312硬件配置（1）操作站

———主機(jī)：DELLP4電腦兩臺(tái)（雙網(wǎng)卡）

———顯示器：DELL21寸高分辨率彩色顯示器

———以太網(wǎng)交換機(jī)：8口D-Link交換機(jī)2臺(tái)

———UPS電源：SANTAK6KVA不間斷電源1臺(tái)（2）現(xiàn)場(chǎng)控制站

———主機(jī)柜：和利時(shí)專(zhuān)用主機(jī)柜1面

———主控單元：和利時(shí)FM811主機(jī)2臺(tái)

———電源：和利時(shí)FM191電源8臺(tái)

———I/O模塊：和利時(shí)FM145、FM151、FM143、FM143A、FM161、FM171模擬量輸入輸出，開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊共46塊。

———中繼器：西門(mén)子RS485中繼器1臺(tái)

———繼電器柜：輸出繼電器及開(kāi)關(guān)柜1面

DCS系統(tǒng)所有用電都通過(guò)UPS電源供給，在市電停電時(shí)，UPS電源仍然能夠提供1小時(shí)以上的供電，保障DCS系統(tǒng)操作、監(jiān)控的順利進(jìn)行。

4漢鋼DCS系統(tǒng)運(yùn)行狀況

漢鋼制氧廠DCS系統(tǒng)自2003年4月底正式投運(yùn)以來(lái)，經(jīng)歷了一系列的考驗(yàn)?，F(xiàn)總結(jié)如下：

（1）系統(tǒng)運(yùn)行初期由于相關(guān)維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)不熟悉，在監(jiān)控程序時(shí)由于誤操作曾經(jīng)造成過(guò)系統(tǒng)停機(jī)，后經(jīng)過(guò)完善系統(tǒng)管理權(quán)限，該現(xiàn)象沒(méi)再發(fā)生過(guò)。

（2）電加熱器由于接觸器功率太小，造成短路拉弧，損壞DCS系統(tǒng)模塊中兩個(gè)輸入點(diǎn)，更換接觸器和輸入模塊后系統(tǒng)正常。

（3）DCS系統(tǒng)曾經(jīng)出現(xiàn)監(jiān)控畫(huà)面自動(dòng)切換、操作員權(quán)限自動(dòng)變化等一系列莫名其妙的現(xiàn)象，后經(jīng)過(guò)觀察判斷，我們確認(rèn)是和利時(shí)提供的兩塊工程鍵盤(pán)產(chǎn)生的故障，將這兩塊工程鍵盤(pán)取掉后系統(tǒng)恢復(fù)正常，上述現(xiàn)象沒(méi)再發(fā)生過(guò)。

（4）其它如熱電阻損壞造成空壓機(jī)停機(jī)、電加熱器空燒等事故經(jīng)過(guò)對(duì)控制程序完善修改及采取相關(guān)保護(hù)措施，杜絕了該類(lèi)事故的重復(fù)發(fā)生。

（5）操作站監(jiān)控畫(huà)面每隔一段時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)操作及畫(huà)面切換變慢的現(xiàn)象，我們?cè)谵k公室經(jīng)過(guò)對(duì)監(jiān)控畫(huà)面軟件測(cè)試后發(fā)現(xiàn)了該軟件存在的漏洞，并及時(shí)地將其漏洞反饋給和利時(shí)公司，該公司對(duì)其程序做了相應(yīng)修改。我們更新監(jiān)控軟件后，畫(huà)面切換變慢現(xiàn)象雖然仍有出現(xiàn)，但是出現(xiàn)的頻率大大降低。

（6）除過(guò)上述情況以外，漢鋼制氧DCS系統(tǒng)總體情況還是很可靠的，運(yùn)行1年多來(lái)，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)1次因?yàn)镈CS本身故障而停止生產(chǎn)的狀況發(fā)生。漢鋼制氧能夠順利運(yùn)行1年多，該DCS系統(tǒng)發(fā)揮了極大的作用。