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摘 要：DCS应用广泛，多用于工业控制领域，对整个装置或者整个工厂有良好的优化控制作用。本文以某炼油化工一体化项目为例，具体分析了 DCS工业控制系统在某炼油化工项目中的具体应用。
关键词：DCS 工业控制系统 架构 应用
DCS广泛使用于工业控制系统，某工程项目的控制系统也采用了 DCS 控制系统。该项目的控制网络采用了Vnet/IP，控制器采用AFV10D，并在操作站内安装使用了Windows XP 系统双核PC机。整个工程项目采用集中操作、分装置控制的方法，在炼油区域设置了1个中央控制室，并在乙烯化工区域设置了2个中央控制室。除了常见的常规控制、批量控制以及顺序控制以外，控制系统还根据工程项目的实际情况，开发了系列扩展应用。笔者将在下文中对该工程项目中 DCS工业控制系统的具体应用进行详细介绍。
一、项目控制系统的网络架构案例
该项目为10Mt炼油以及1Mt乙烯的一体化工程项目，其控制系统框架主要划分为4个层次：现场I/O层、中央控制室操作层、现场机柜间控制层和上位信息集成层。该一体化项目的控制系统的网络架构如下图1所示。
DCS 网络主要采用Vnet /IP，1 000M冗余网络结构，具体分为BUS1和BUS2网络，主要负责网络冗余的控制。Vnet /IP域数量最多16个，而每个域则至多64个节点。一个系统通常由数个具有不同功能的节点构成，域内所有节点通过二层网络交换机联系，但是域和域之间的联系则采用三层网络交换机进行连接。在该一体化项目中，乙烯装置和橡胶装置分别通过两个域构成，其余的装置则划分为一个域，不同域之间采用二层网络交换机相连。
1.现场I/O层
一般来说，测量仪表和阀门定位器均支持Hart协议，所以，该项目中主要采用带Hart协议的智能仪表采集现场I/O信号。DCS的输入和输出功能主要通过现场I/O层实现。DCS不仅可能接收或者输出4～20mA测量信号，而且还能够借助Hart协议轻松获取支持Hart协议的仪表的其他信息，例如介质密度、变送器的温度以及智能阀门定位器的诊断信息等诸多信息，另外，还能够实现Hart仪表与PRM站之间Hart信号的传递。
2.现场机柜室
控制方案的实现主要通过现场机柜室完成。现场机柜室的主要设备包括控制器（FCS）、操作站（IS）、工程师站（ENG）、PRM站、OPC站、用于高级控制的APC站及第三方控制系统等。
3.中央控制室
中央控制室是为了方便集中操作而设立的场所，该炼油化工一体化项目包括有3个中央控制室，即化工2个、炼油1个。各装置的操作站按照单独区域在中央控制安放，并供工艺操作使用，其他设备的设置则在中央控制室的机柜间。采用冗余光缆连接中央控制室到每个装置的Vnet/IP网络。为了保证控制系统的安全，冗余光缆采用差异路径铺设，即分别以架空、埋地两种方式进行。
4.外部访问DCS系统
中央控制室中所有DCS设备通过两级网络所构成的控制网络为冗余网络，连接该网络的所有设备均使用控制系统专用的V701网卡自带的两个网口连接至Vent/IP网络的BUS1 和BUS2。为了能够实现从外部访问DCS的功能，该项目控制系统还设置了公共OPC，并为各装置设置了HIS-TS和PRM-TS。除将这些站与Vent /IP网络连接外，还将这些站通用网口与COMML3SW网络交换机连接，同时，通过防火墙连接至工厂办公网络。使用公网时，授予权限的生产管理人员能够借助HIS-TS实现DCS的访问，而拥有权限的仪表人员则可通过PRM-TS完成对现场仪表的实时访问。授权的人员均可通过公用OPC将生产数据上传至MES系统。
二、仪表伴热问题监控及预警
为通过DCS 组态获取Hart仪表表体温度， DCS选型时，该项目选择了支持Hart协议的I/O卡以及HART Communication Package软件，能够轻松实现Hart仪表表体温度的获取。通过这一功能，对需伴热的仪表表体温度进行采集，完成Hart仪表表体温度的实时监测和预警。因此，如果某仪表伴热出现故障，就会实时地将信号传递至DCS并预警，相关人员获知信号后会对其及时处理，这大大提高了伴热问题处理的速度，同时也大幅度降低了操作人员的劳动量。
SIS系统及成套机组所带Hart仪表的伴热报警问题与DCS的Hart仪表伴热报警问题一样，均是需要解决的重点问题。SIS系统与成套机组所自带的Hart仪表借助Hart信号采集板将Hart信号过滤掉，然后，经MTL多路转换器的RS-485接口，通过RS-485以及以太网转换器和PRM 站的网络口之间建立联系。如果PRM站对上述进行相应组态，则可实现RPM的管理。该项目拟采用PRM系统的OPC接口获取SIS系统和成套机组所带Hart仪表的表体温度。仪表表体温度信号的具体流向如下图2所示。
三、DCS 历史数据点数记录功能
尽管 DCS 控制系统有强大的功能，但是其在历史数据点数记录等方面却有局限性。因此，在该项目中拟采用Honeywell PHD实时数据库用以存储历史数据，同时，为进一步增强DCS 的历史趋势功能，编制历史数据查询程序。Honeywell公司开发的数据采集基础结构以及连接不同系统实时数据库PHD，与DCS一样，能够长期、可靠的运行。PHD提供了通用工业通信接口OPC以及Honeywell系统接口。
数据采集是实时数据库运行的重要前提，Honeywell PHD为实现高速采集提供了可能，同时，其还能保证所获取的数据拥有很高的可靠性及完整想，并可以对所提供的数据采集接口进行相关配置和数据定义，使其更符合项目实际应用的特点。
四、平稳率、控制率统计报表生成
为实现过程控制功能， DCS 设计并提供了程序语言SEBOL，该语言将功能块、过程输入/输出数据和软件输入/输出作为输入，并将运算得出的结果输出到这些功能块。SEBOL语言能够更加方便地实现更高级的过程控制。
在该一体化项目中，通过应用SEBOL程序语言，设计并开发了一些较为复杂的控制功能，并根据项目需要，另外开发了平稳率统计及控制率统计等特殊功能应用。采用SEBOL程序语言，实现工艺控制数据的定时采集功能，并对数据是否超标加以判断，以此作为平稳率统计数据的依据；实现控制回路投用情况的定时记录功能，并作为控制率的统计数据。结合控制系统所提供的报表功能，对平稳率和控制率进行统计报表生成。
五、结束语
DCS应用于工业控制领域已有多年，随着该控制系统的逐步完善，其功能日益强大，适用范围也越来越广。现阶段， DCS已实现对复杂回路地精确控制，并弥补了常规控制仪表无法完成的更高精度控制的空白。在该炼油化工一体化项目中， DCS实现了整个装置乃至整个工厂的优化控制，具有极大的应用前景，其应用潜力还需进一步开发和拓展。
参考文献
[1] 邹益民，马应魁. Delta V DCS在过程控制实验装置中的应用[J]. 电气自动化. 2011（04）.
[2] 曹炜. 过程控制领域的新力量[J]. 软件. 2006（Z1）.
[3] 徐刚，冯勇. PCS7过程控制系统在纯碱工程中的应用[J]. 可编程控制器与工厂自动化. 2005（04）.
关键词：DCS 工业控制系统 架构 应用
DCS广泛使用于工业控制系统，某工程项目的控制系统也采用了 DCS 控制系统。该项目的控制网络采用了Vnet/IP，控制器采用AFV10D，并在操作站内安装使用了Windows XP 系统双核PC机。整个工程项目采用集中操作、分装置控制的方法，在炼油区域设置了1个中央控制室，并在乙烯化工区域设置了2个中央控制室。除了常见的常规控制、批量控制以及顺序控制以外，控制系统还根据工程项目的实际情况，开发了系列扩展应用。笔者将在下文中对该工程项目中 DCS工业控制系统的具体应用进行详细介绍。
一、项目控制系统的网络架构案例
该项目为10Mt炼油以及1Mt乙烯的一体化工程项目，其控制系统框架主要划分为4个层次：现场I/O层、中央控制室操作层、现场机柜间控制层和上位信息集成层。该一体化项目的控制系统的网络架构如下图1所示。
DCS 网络主要采用Vnet /IP，1 000M冗余网络结构，具体分为BUS1和BUS2网络，主要负责网络冗余的控制。Vnet /IP域数量最多16个，而每个域则至多64个节点。一个系统通常由数个具有不同功能的节点构成，域内所有节点通过二层网络交换机联系，但是域和域之间的联系则采用三层网络交换机进行连接。在该一体化项目中，乙烯装置和橡胶装置分别通过两个域构成，其余的装置则划分为一个域，不同域之间采用二层网络交换机相连。
1.现场I/O层
一般来说，测量仪表和阀门定位器均支持Hart协议，所以，该项目中主要采用带Hart协议的智能仪表采集现场I/O信号。DCS的输入和输出功能主要通过现场I/O层实现。DCS不仅可能接收或者输出4～20mA测量信号，而且还能够借助Hart协议轻松获取支持Hart协议的仪表的其他信息，例如介质密度、变送器的温度以及智能阀门定位器的诊断信息等诸多信息，另外，还能够实现Hart仪表与PRM站之间Hart信号的传递。
2.现场机柜室
控制方案的实现主要通过现场机柜室完成。现场机柜室的主要设备包括控制器（FCS）、操作站（IS）、工程师站（ENG）、PRM站、OPC站、用于高级控制的APC站及第三方控制系统等。
3.中央控制室
中央控制室是为了方便集中操作而设立的场所，该炼油化工一体化项目包括有3个中央控制室，即化工2个、炼油1个。各装置的操作站按照单独区域在中央控制安放，并供工艺操作使用，其他设备的设置则在中央控制室的机柜间。采用冗余光缆连接中央控制室到每个装置的Vnet/IP网络。为了保证控制系统的安全，冗余光缆采用差异路径铺设，即分别以架空、埋地两种方式进行。
4.外部访问DCS系统
中央控制室中所有DCS设备通过两级网络所构成的控制网络为冗余网络，连接该网络的所有设备均使用控制系统专用的V701网卡自带的两个网口连接至Vent/IP网络的BUS1 和BUS2。为了能够实现从外部访问DCS的功能，该项目控制系统还设置了公共OPC，并为各装置设置了HIS-TS和PRM-TS。除将这些站与Vent /IP网络连接外，还将这些站通用网口与COMML3SW网络交换机连接，同时，通过防火墙连接至工厂办公网络。使用公网时，授予权限的生产管理人员能够借助HIS-TS实现DCS的访问，而拥有权限的仪表人员则可通过PRM-TS完成对现场仪表的实时访问。授权的人员均可通过公用OPC将生产数据上传至MES系统。
二、仪表伴热问题监控及预警
为通过DCS 组态获取Hart仪表表体温度， DCS选型时，该项目选择了支持Hart协议的I/O卡以及HART Communication Package软件，能够轻松实现Hart仪表表体温度的获取。通过这一功能，对需伴热的仪表表体温度进行采集，完成Hart仪表表体温度的实时监测和预警。因此，如果某仪表伴热出现故障，就会实时地将信号传递至DCS并预警，相关人员获知信号后会对其及时处理，这大大提高了伴热问题处理的速度，同时也大幅度降低了操作人员的劳动量。
SIS系统及成套机组所带Hart仪表的伴热报警问题与DCS的Hart仪表伴热报警问题一样，均是需要解决的重点问题。SIS系统与成套机组所自带的Hart仪表借助Hart信号采集板将Hart信号过滤掉，然后，经MTL多路转换器的RS-485接口，通过RS-485以及以太网转换器和PRM 站的网络口之间建立联系。如果PRM站对上述进行相应组态，则可实现RPM的管理。该项目拟采用PRM系统的OPC接口获取SIS系统和成套机组所带Hart仪表的表体温度。仪表表体温度信号的具体流向如下图2所示。
三、DCS 历史数据点数记录功能
尽管 DCS 控制系统有强大的功能，但是其在历史数据点数记录等方面却有局限性。因此，在该项目中拟采用Honeywell PHD实时数据库用以存储历史数据，同时，为进一步增强DCS 的历史趋势功能，编制历史数据查询程序。Honeywell公司开发的数据采集基础结构以及连接不同系统实时数据库PHD，与DCS一样，能够长期、可靠的运行。PHD提供了通用工业通信接口OPC以及Honeywell系统接口。
数据采集是实时数据库运行的重要前提，Honeywell PHD为实现高速采集提供了可能，同时，其还能保证所获取的数据拥有很高的可靠性及完整想，并可以对所提供的数据采集接口进行相关配置和数据定义，使其更符合项目实际应用的特点。
四、平稳率、控制率统计报表生成
为实现过程控制功能， DCS 设计并提供了程序语言SEBOL，该语言将功能块、过程输入/输出数据和软件输入/输出作为输入，并将运算得出的结果输出到这些功能块。SEBOL语言能够更加方便地实现更高级的过程控制。
在该一体化项目中，通过应用SEBOL程序语言，设计并开发了一些较为复杂的控制功能，并根据项目需要，另外开发了平稳率统计及控制率统计等特殊功能应用。采用SEBOL程序语言，实现工艺控制数据的定时采集功能，并对数据是否超标加以判断，以此作为平稳率统计数据的依据；实现控制回路投用情况的定时记录功能，并作为控制率的统计数据。结合控制系统所提供的报表功能，对平稳率和控制率进行统计报表生成。
五、结束语
DCS应用于工业控制领域已有多年，随着该控制系统的逐步完善，其功能日益强大，适用范围也越来越广。现阶段， DCS已实现对复杂回路地精确控制，并弥补了常规控制仪表无法完成的更高精度控制的空白。在该炼油化工一体化项目中， DCS实现了整个装置乃至整个工厂的优化控制，具有极大的应用前景，其应用潜力还需进一步开发和拓展。
参考文献
[1] 邹益民，马应魁. Delta V DCS在过程控制实验装置中的应用[J]. 电气自动化. 2011（04）.
[2] 曹炜. 过程控制领域的新力量[J]. 软件. 2006（Z1）.
[3] 徐刚，冯勇. PCS7过程控制系统在纯碱工程中的应用[J]. 可编程控制器与工厂自动化. 2005（04）.