论文部分内容阅读
摘要：在石化行业，DCS一直多用在一个生产装置范围内的多机通信系统中，而且控制站和操作站、工程师站均集中放置在控制室内，而DCS的数据通信一般从初期的数据高速公路起多可长达1km，所以这方面有点浪费。鉴于石化行业的习惯，全厂各生产车间用DCS的通信总线相连的实例较少，所以在第三代DCS中通信功能的发展是与全厂管理网络(以太网)技术相融合，逐渐实现通信网络由多重结构向扁平化过渡，所以，第三代DCS的通信系统特点是具有开放性。该系统在石油化工等行业中应用广泛。下面就针对这个问题展开探讨。
关键词：DOS石油化工控制站应用
一.DOS在石油化工系统中的应用
70年代，炼油和石油化工这些以石油原油和天燃气为原料的流程工业发展非常迅猛，如我国那个时期就引进了多套年产30万吨乙烯为首的整套装置，其它还有大型化肥、化纤、塑料合成橡胶等装置，所以DCS在市场细分中以满足石油化工等流程工业为主，这是市场的需要。在这些行业中，温度、压力、流量、液位的检测和控制占了绝大部分，所以这些模拟量的数据采集和控制成为DCS的首先应满足的功能，而DCS的前身(集中计算机控制系统)，已有了成熟的DD C(直接数字控制)技术；此外石化工业中，在塔、釜、罐等大型工艺设备运转中，少不了各种机电设备如风机、泵类及各种阀门的开关量的检测和控制，所以开关量的顺序控制也是很重要的，这是DCS应满足的第二个功能；在石化工业中，反应罐等设备是间歇式工作的，即一批原料投入，经过反应，形成产品，产出后，经过间歇，再投第二批原料，这种批量控制是石化行业中不少产品的生产装置的控制形式，这要求开关量、模拟量结合进行控制，现在也有称它为混合控制系统(HybridControlSystem)。当然，除此三项控制功能外，还有人机界面友好、安全可靠、易于安装、容易使用、便于维护、便于扩展和升级换代等要求。另外在石油化工大型装置和中、小型装置要求对应DCS产品又有所细分，所以产生了大型DCS和中小型DCS产品，而且各DCS厂家在应用实绩方面也产生了细分市场，如有些厂家的DCS产品用于锅炉控制能力更强，有些厂家的DCS用于海上采油平台业绩更多等等。
二.DCS的主要构成
DCS主要由控制站、操作站和工程师站、数据通信及网络等三部分构成。
1、控制站DCS系统中，控制站是一个完整的计算机，实际运行中可以暂时在不与操作站及网络相连的脱机情况下，完成过程控制策略，保证生产装置运行。从计算机系统结构来说，控制站属于过程控制专用计算机，其微处理器从8位发展到今天的32位甚至64位。控制站作为一个完整的计算机，它的主要I／O设备为现场的输入、输出处理设备，即过程输入／输出(PI／O)，包括信号变换与信号调理，A／D、D／A转换。在信号变换过程中采用隔离技术以防止来自现场的干扰信号，以及与现场连接的端子及输入、输出信号的物理位置的方便确认，这是至关重要的。
控制站是整个DCS的基础，它的可靠性和安全性最为主要，死机和控制失灵的现象是绝对不允许的，而且冗余、掉电保护、抗电磁干扰、构成防爆系统等方面都有效而可靠，才能满足用户要求。
2、操作站和工程师站DCS系统形成初期操作站各工程师站合一，即操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等。其中工程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用(Vtility)功能。
DCS操作站是典型的计算机，有着丰富的外围设备和人机界面。目前大多数DCS操作站和工程师站已采用高档P C机或工控机，WindowsNT(或Windows98以上)操作系统、客户机／服务器(C／s)结构、DDC(动态数据交换)或OPC(用于过程控制对象链接嵌入)接口技术，可通过以太网接口与管理网络相连。在采用通过监控图形软件(如iFIX、Intouch)这一点上，各DCS厂家做法不一，有的厂家以此为平台，形成“软DCS”操作站，这多用于中小型DCS系统，或以此类软件为核心，进行二次开发；有的厂家对原来的组态软件进行改造，使之符合上述特点，满足系统开放要求。操作站要实现其多项功能，必须完成数据组织和存储两方面任务，如与工位号相关的一些数据，在操作站中要对由某控制站某端子与现场仪表相连的，由物理位置决定的工位规定工位号(即特征号或标签Tag)各工位说明(可以用汉字)，使之與工艺对象一致，以保证工艺操作人员的操作，工位号可以在整个系统中通用。其它还有系统配置、操作标记、趋势记录、历史数据管总貌画面组态、工艺单元或区域组态等，这些均组织成文件，最终形成数据库，存储在硬盘的相应区域，使数据具有独立性和共挚性、保证数据的实时性、完整性和安全性。
DCS系统组态、操作站组态、控制站组态(上小节中已讲到)均有相应软件，为DCS用户的工程设计人员提供人机界面。
3、数据通信及网络上两节所述控制站、操作站、工程师站，均为通信网络的节点，DCS网络上的节点还可能有上位机(或称高级控制计算站)、与工厂管理网相连的网关等。DCS网络是DCS的生命线，在DCS整个系统的实时性、可靠性和可扩充性方面起着重要的作用。
在当前DCS中通信功能的发展是与全厂管理网络(以太网)技术相融合，逐渐实现通信网络由多重结构向扁平化过渡，所以更具有开放性。
Ds C系统的规模与通信能力有关系，而通信的复杂性主要表现在品的互联问题，这样才能够既保证了系统的扩展性，又保护了用户的初期投资。到目前为止，IEEE802.4令牌总线传输方式的通信协议和IEEE802.5令牌环网传输方式的通信协议在DCS系统中应用最广，又近年来因为采用以太网的互联网的普及以太网技术的提升，IEEE802.3办公自动化用局域网标准(人们俗称以太网标准)在DCS系统中已有多家采用。
三，DCS在石油化工行业应用中遇到的问题
1、选型问题
石化行业在应用DCS中，无论新建项目或是改造项目，首先是DCS的选型问题。监於各种DCS有其通性，而且参与竞争的DCS厂家或系统集成商较多，所以各设计院或业主在标书中均不指定DCS的型号，只规定I／O点数、控制回路数、控制室与现场工艺装置之间的物理位置、人机界面要求、先进控制或数学模型优化等方面的要求、与整个企业管理网络之间关系等项要求，标书中为了显示公平、公正、公开的原则，还提出DCS应符合各种标准或特殊的性能指标等等。这里要提醒买方，由於这些年国产DCS水平提高，应在标准和各项特殊指标和投标资格的规定方面给以重视，如以往在标书中多列出国际或国外的各项标准，而对国内DCS等相关标准重视不够或不了解，如目前国内DCS是依据GB／T、18271.1 2000、GB／T、18271.22000、GB／T、18271.3 2000过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序等标准，这应列入标书中，这种要求是正当的，正直的。
2、服务问题
DCS发展到今，DCS厂家的硬件、软件自己生产的部分愈来愈少，而提供全面解决方案(Solutions)，却成了时髦的口号，这其中包括了多项软技术，所以服务问题成了DCS厂家或系统集成商的新亮点。如何全面的为用户服务呢?对一个工程项目来说，包括前服务、中服务、后服务。DCS是技术含量很高的产品，所以在合同签订前的方案认证、报价，技术谈判等方面，DCS是厂家应无偿的服务；在合同签订后，开工后、投产前硬件方案最终确认，软件(指系统组态等)编制和键人生成，整机出厂前的验收，工程技术人员和操作人员的技术培训等中期服务是义不容辞的；货到现场后的开箱验收、整机现场安装通电验收、回路静态连调、顺序控制逻辑关系的确认。直至整个工艺装置开车中系统投运的指导，程序修改后的拷贝和工程验收，这是后服务。后服务可以延伸至保质期内的维修服务(无偿)及以后的日常运行中的有偿维修服务(全球24小时响应)等及Internet网远程服务。这些都是现在应该享受的，这是DCS厂家或系统集成商的义务。这方面国内DCS厂家应该有条件做得更好，而且前正是弱项，应该迎头赶上。
所谓工程就应该有头有尾，我们应该把DCSXi程有始有终的做好，搞好服务，使DCSXi程经济效益、社会效益双丰收。
关键词：DOS石油化工控制站应用
一.DOS在石油化工系统中的应用
70年代，炼油和石油化工这些以石油原油和天燃气为原料的流程工业发展非常迅猛，如我国那个时期就引进了多套年产30万吨乙烯为首的整套装置，其它还有大型化肥、化纤、塑料合成橡胶等装置，所以DCS在市场细分中以满足石油化工等流程工业为主，这是市场的需要。在这些行业中，温度、压力、流量、液位的检测和控制占了绝大部分，所以这些模拟量的数据采集和控制成为DCS的首先应满足的功能，而DCS的前身(集中计算机控制系统)，已有了成熟的DD C(直接数字控制)技术；此外石化工业中，在塔、釜、罐等大型工艺设备运转中，少不了各种机电设备如风机、泵类及各种阀门的开关量的检测和控制，所以开关量的顺序控制也是很重要的，这是DCS应满足的第二个功能；在石化工业中，反应罐等设备是间歇式工作的，即一批原料投入，经过反应，形成产品，产出后，经过间歇，再投第二批原料，这种批量控制是石化行业中不少产品的生产装置的控制形式，这要求开关量、模拟量结合进行控制，现在也有称它为混合控制系统(HybridControlSystem)。当然，除此三项控制功能外，还有人机界面友好、安全可靠、易于安装、容易使用、便于维护、便于扩展和升级换代等要求。另外在石油化工大型装置和中、小型装置要求对应DCS产品又有所细分，所以产生了大型DCS和中小型DCS产品，而且各DCS厂家在应用实绩方面也产生了细分市场，如有些厂家的DCS产品用于锅炉控制能力更强，有些厂家的DCS用于海上采油平台业绩更多等等。
二.DCS的主要构成
DCS主要由控制站、操作站和工程师站、数据通信及网络等三部分构成。
1、控制站DCS系统中，控制站是一个完整的计算机，实际运行中可以暂时在不与操作站及网络相连的脱机情况下，完成过程控制策略，保证生产装置运行。从计算机系统结构来说，控制站属于过程控制专用计算机，其微处理器从8位发展到今天的32位甚至64位。控制站作为一个完整的计算机，它的主要I／O设备为现场的输入、输出处理设备，即过程输入／输出(PI／O)，包括信号变换与信号调理，A／D、D／A转换。在信号变换过程中采用隔离技术以防止来自现场的干扰信号，以及与现场连接的端子及输入、输出信号的物理位置的方便确认，这是至关重要的。
控制站是整个DCS的基础，它的可靠性和安全性最为主要，死机和控制失灵的现象是绝对不允许的，而且冗余、掉电保护、抗电磁干扰、构成防爆系统等方面都有效而可靠，才能满足用户要求。
2、操作站和工程师站DCS系统形成初期操作站各工程师站合一，即操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等。其中工程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用(Vtility)功能。
DCS操作站是典型的计算机，有着丰富的外围设备和人机界面。目前大多数DCS操作站和工程师站已采用高档P C机或工控机，WindowsNT(或Windows98以上)操作系统、客户机／服务器(C／s)结构、DDC(动态数据交换)或OPC(用于过程控制对象链接嵌入)接口技术，可通过以太网接口与管理网络相连。在采用通过监控图形软件(如iFIX、Intouch)这一点上，各DCS厂家做法不一，有的厂家以此为平台，形成“软DCS”操作站，这多用于中小型DCS系统，或以此类软件为核心，进行二次开发；有的厂家对原来的组态软件进行改造，使之符合上述特点，满足系统开放要求。操作站要实现其多项功能，必须完成数据组织和存储两方面任务，如与工位号相关的一些数据，在操作站中要对由某控制站某端子与现场仪表相连的，由物理位置决定的工位规定工位号(即特征号或标签Tag)各工位说明(可以用汉字)，使之與工艺对象一致，以保证工艺操作人员的操作，工位号可以在整个系统中通用。其它还有系统配置、操作标记、趋势记录、历史数据管总貌画面组态、工艺单元或区域组态等，这些均组织成文件，最终形成数据库，存储在硬盘的相应区域，使数据具有独立性和共挚性、保证数据的实时性、完整性和安全性。
DCS系统组态、操作站组态、控制站组态(上小节中已讲到)均有相应软件，为DCS用户的工程设计人员提供人机界面。
3、数据通信及网络上两节所述控制站、操作站、工程师站，均为通信网络的节点，DCS网络上的节点还可能有上位机(或称高级控制计算站)、与工厂管理网相连的网关等。DCS网络是DCS的生命线，在DCS整个系统的实时性、可靠性和可扩充性方面起着重要的作用。
在当前DCS中通信功能的发展是与全厂管理网络(以太网)技术相融合，逐渐实现通信网络由多重结构向扁平化过渡，所以更具有开放性。
Ds C系统的规模与通信能力有关系，而通信的复杂性主要表现在品的互联问题，这样才能够既保证了系统的扩展性，又保护了用户的初期投资。到目前为止，IEEE802.4令牌总线传输方式的通信协议和IEEE802.5令牌环网传输方式的通信协议在DCS系统中应用最广，又近年来因为采用以太网的互联网的普及以太网技术的提升，IEEE802.3办公自动化用局域网标准(人们俗称以太网标准)在DCS系统中已有多家采用。
三，DCS在石油化工行业应用中遇到的问题
1、选型问题
石化行业在应用DCS中，无论新建项目或是改造项目，首先是DCS的选型问题。监於各种DCS有其通性，而且参与竞争的DCS厂家或系统集成商较多，所以各设计院或业主在标书中均不指定DCS的型号，只规定I／O点数、控制回路数、控制室与现场工艺装置之间的物理位置、人机界面要求、先进控制或数学模型优化等方面的要求、与整个企业管理网络之间关系等项要求，标书中为了显示公平、公正、公开的原则，还提出DCS应符合各种标准或特殊的性能指标等等。这里要提醒买方，由於这些年国产DCS水平提高，应在标准和各项特殊指标和投标资格的规定方面给以重视，如以往在标书中多列出国际或国外的各项标准，而对国内DCS等相关标准重视不够或不了解，如目前国内DCS是依据GB／T、18271.1 2000、GB／T、18271.22000、GB／T、18271.3 2000过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序等标准，这应列入标书中，这种要求是正当的，正直的。
2、服务问题
DCS发展到今，DCS厂家的硬件、软件自己生产的部分愈来愈少，而提供全面解决方案(Solutions)，却成了时髦的口号，这其中包括了多项软技术，所以服务问题成了DCS厂家或系统集成商的新亮点。如何全面的为用户服务呢?对一个工程项目来说，包括前服务、中服务、后服务。DCS是技术含量很高的产品，所以在合同签订前的方案认证、报价，技术谈判等方面，DCS是厂家应无偿的服务；在合同签订后，开工后、投产前硬件方案最终确认，软件(指系统组态等)编制和键人生成，整机出厂前的验收，工程技术人员和操作人员的技术培训等中期服务是义不容辞的；货到现场后的开箱验收、整机现场安装通电验收、回路静态连调、顺序控制逻辑关系的确认。直至整个工艺装置开车中系统投运的指导，程序修改后的拷贝和工程验收，这是后服务。后服务可以延伸至保质期内的维修服务(无偿)及以后的日常运行中的有偿维修服务(全球24小时响应)等及Internet网远程服务。这些都是现在应该享受的，这是DCS厂家或系统集成商的义务。这方面国内DCS厂家应该有条件做得更好，而且前正是弱项，应该迎头赶上。
所谓工程就应该有头有尾，我们应该把DCSXi程有始有终的做好，搞好服务，使DCSXi程经济效益、社会效益双丰收。