DCS控制系统在工业自动化中的应用牛小利

DCS控制系统在工业自动化中的应用牛小利

牛小利

（中核陕西铀浓缩有限公司陕西汉中723312）

摘要：DCS控制系统，作为一种分布式的控制系统，具有可靠性高、系统维护简单和开放性等特点，在工业生产中应用十分广泛，促进了工业生产效率的提升。本文对DCS系统的结构和应用进行了介绍，分析了DCS控制系统的特点，并对该系统常见故障以及相应的维护措施进行了探讨。

关键词：工业自动化；DCS系统；应用

1DCS控制系统概述

1.1DCS系统简介

DCS控制系统（DistributedControlSystem）是一种分布式的控制系统，其属于第四代工业控制系统，该系统中应用了计算机技术、多媒体技术、网络通讯技术以及系统控制技术等先进技术。DCS控制系统具有多样化的功能，包括窗口人机界面和通信，能够实现过程控制和管理，因此在工业自动化中具有非常重要的作用。在该系统中，DCS网络是整个系统的中枢神经。该系统具安全性高的特点，在DCS控制系统中应用了双冗余控制系统技术，在实际运行过程中，如果某个重要控制单元发生了错误，系统可以通过相关的冗余单元快速的转到其它程序上，从而提高了系统的安全性。

1.2DCS控制系统的结构和应用

DCS控制系统通常分为三部分结构，即过程级、操作级和管理级，其中过程级的主要功能是实现DCS控制系统的控制功能，在这部分结构中主要包括现场控制站、I/O单元和现场的仪表等，过程级作为DCS控制系统功能的实施模块，是整个系统的执行单元，过程控制站能够完成DCS的控制决策，主要由计算机系统组成，包括中央处理器、输入输出模块、网络接口和电源等。操作级的主要功能是进行系统的操作和组态等，这一部分主要由操作员站和工程师站组成，其中操作员站的作用是对一切和系统运行操作相关的人机界面进行处理，而工程师站则具有对DCS控制系统进行离线配置、组态的功能，同时还能够进行系统的在线监督、控制和维护。工程师在对系统进行配置以及参数的设定等工作时，都需要通过工程师站来完成。管理级的主要功能是进行综合管理，其其实就是一个综合管理系统，是DCS控制系统比较高级的应用，能够实现企业生产过程控制到信息管理的综合管理。在DCS控制系统的在工业的实际应用过程中，通常操作级和过程级就可以完成相应的工作，具备管理级的DCS控制系统在实际应用中比较少见。

1.3DCS控制系统的特点

DCS作为分布式控制系统，在系统的设计过程中应用了分散控制、集中操作以及分组管理等思想，从而使其具有配置灵活、组态方便的特征，具体来说，该系统具有以下几方面的特点：

（1）可靠性。作为一种分布式的控制系统，DCS控制系统的控制功能并不是集中在某台计算机上的，而是分布在各个计算机上分别实现的，每台计算机只承担某一项系统任务。在这样的模式下，即使某一台计算机出现了故障，系统的其它计算机依旧能够正常运行，不会对系统功能造成太大的影响。而且在这样的系统模式之下，系统对于计算机有着较高的要求，需要应用专用计算机来满足系统需求，这就保证了系统中计算机具有良好的性能，从而有效的提升了系统的可靠性。

（2）开放性高。DCS系统应用了标准化、模块化的设计形式，系统中的计算机能够通过工业以太网实现通讯。在这样的设计形式下，系统具有良好的开放性，各子系统能够比较便捷的和控制系统进行连接，而且能够实现随时的从系统网络中卸载并退出，连接和退出的过程并不会影响到其它的子系统，从而使系统功能的调整以及扩充等操作都比较简便。

（3）系统维护简单方便。由于DCS系统之中的各个计算机都负责某一单一的功能，互相之间处于独立的状态，所以在发生局部故障的情况下，其它计算机的功能并不会受到影响，因此也可以在不影响系统功能的情况下对其进行故障位置的检测，并排除故障，因此使该系统具有易于维护的特点。

2常见故障及处理措施

DCS控制系统在工业生产中具有重要的应用，可以说是工业自动化的中枢神经，保证其正常运行对于保证生产的顺利进行具有重要的意义。为了确保DCS系统的正常运行，在日常工作中应对其进行有效的维护，及时的发现问题，并排除，下面对DCS控制系统常见的几种故障进行介绍，并且简要分析其解决方案。

2.1软件故障及其处理措施

软件故障是DCS系统常见的故障之一，其常见软件故障包括兼容性差、不能进行安装以及软件存在缺陷而导致的故障等。对于DCS系统而言，其所应用到的软件主要由操作员站、组态与工程师站以及服务器等，这些软件各自具有独特的功能，特点各不相同，有时不同软件的服务商也是不同的，在这样的情况下难免会存在冲突，导致系统不能够正常运行。当系统出现软件故障之后，通常可以按照以下方式进行解决：首先，对软件的兼容性进行测试，判断是否是由于软件兼容性问题导致的故障，如果是则需要联系厂商对软件兼容性进行优化，否则则可以排除掉兼容问题；其次，检测下装软件，检查是否具有该类问题；最后，为了防止软件故障的发生，应通过制定软件管理体系的方式加强软件管理，并通过实践来对管理体系进行逐步优化，通过建立硬性制度额方式来使软件的使用逐渐规范化，降低人为操作因素造成软件故障的可能性。

2.2操作故障及其处理措施

这类故障发生之后，具体表现为设备经常出现死机，或者是不能够顺利的接受指令和执行操作。这类故障发生的主要原因有以下几种：首先可能是计算机出现了问题，比如说计算机受到了病毒入侵，导致其运行缓慢，或者是计算机性能不高，无法满足系统运行的需求，导致出现反应缓慢的问题。其次可能是MCU的容量没有正确设置，或者是长时间的没有对计算机进行维护，导致其存在风箱故障，内存卡接触不良等问题，影响了系统的正常运行。在出现这种情况时，应着重加强系统的日常维护工作。首先，要加强金计算机的安全防护，通过安装杀毒软件、防火墙等安全措施来防止计算机被病毒入侵，保证计算机的安全。其次，对计算机进行及时的维护，检查计算机的性能；最后，对MCU的容量进行合理的设置，不出现容量过大或者是过小的问题，保证系统的正常运行。

2.3干扰故障及其应对措施

在DCS控制系统的工作过程中，需要进行数据、指令的传递，干扰故障会影响到DCS系统的正常通信，导致数据和指令不能够正常的传输。很多因素都会对系统的通信造成干扰，其中造成DCS系统干扰故障的最主要因素是系统的接地问题，如大功率设备的启停或者大功率通信设备的运行都会给系统造成干扰。为了有效的解决干扰问题，应对系统进行良好的防干扰处理，要严格的执行相关屏蔽和接地的要求，系统的信号线要远离干扰源，防止干扰信号对系统通信造成影响，在电子设备间、工程师站等位置，则需要严格禁止应用大功率的无线通信设备，防止影响到系统的正常通信。另外，为了有效的控制干扰问题，还可以通过加设滤波器的方式来降低变频器载波频率，从而达到降干扰的目的。

2.4电源故障

电源故障时DCS控制系统最为常见的故障之一，导致该系统电源故障的原因也有很多，比如说保险的配置不合理、备用电源没有自投以及保护误动作等，这些因素都可能会造成系统的电源故障。总的来说，虽然导致电源故障的原因比较多，电源故障出现的频率也比较高，但是这种故障处理起来比较简单，故障原因查找起来也不复杂，但是为了不影响系统的正常运行，还需要做好电源故障的预防措施。一方面，需要对保险配置的容量进行仿真核对，从而保证配置的保险容量和实际需求相匹配，能够起到良好的效果。另一方面，可以通过安装UPS设备的方式来保证系统的正常供电，其中在安装UPS设备时，为了保证系统能够起到良好的效果，应充分的考虑冗余和备用等问题。

2.5I/O卡故障

DCS控制系统的I/O卡故障一般会在系统的调试阶段发生，而在系统调试完成之后通常不会出现这类故障。就当前的实际情况而言，很多企业的I/O卡件都是一体化制造的，所以如果出现了这类故障，通常情况下需要进行更换。I/O卡件的故障原因诊断是一个比较复杂的问题，通常需要有生产厂家派出工程师来进行诊断，并对其进行检修。

结论

DCS控制系统具有自动化、可靠性高、系统易于维护等特点，使其在工业生产中有了越来越多的应用，通过应用DCS控制系统能够对工业自动化进行有效控制，提高生产的效率。但是在具体的应用过程中，存在诸多因素影响系统的正常运行，因此在实际的工作中，应对系统进行合理的维护，降低故障出现的可能性。在出现故障之后，要根据故障的特点确定合理的检测方法，确定故障的具体位置和原因，并基于此及时的解决故障，保证系统的正常运行。

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作者简介：姓名：牛小利，1977年9月，女，汉，陕西渭南人，双学位本科，工程师，研究方向：自动控制。