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【摘 要】原油集中处理站DCS系统自投用以来，为生产管理提供了便利，节省了大量人力、物力。随着自动化应用的深入，人们更加依赖自动化系统。采用系统监测、分散控制、硬件冗余等技术，建立一套可靠性检测方法和制度，可以保障自动化系统安全、可靠运行。
【关键词】DCS 可靠性
一、概述
工业自动化和仪器仪表行业的发展不仅为企业节省了劳动成本而且提高了经济效益。但与此同时，“工业灾难”这样一个问题也随着自动化的普及进入了大众的视野。比如世界著名的十大工业灾难：“印度博帕尔毒气泄漏事件”、“埃克森·瓦尔迪兹号燃油泄漏事件”、“切尔诺贝利核电站爆炸”等。而我国近期发生的上海地铁事故、高铁事故、康菲漏油事件都给我们敲响了警钟。
分散控制系统（DCS）的主要作用是对生产过程进行控制、监视、管理和决策，由于分散型控制系统的硬件和软件结构都比较复杂，它的可靠性监测问题也涉及到更多的层面，值得研究。
二、背景
作业区自成立以来先后建设了三套原油处理站自动化系统（DCS），均采用和利时公司产品，硬件选用FM系列，软件采用SmartPro软件，由底层控制器的软件ConMaker和人机界面组态软件FacView组成，系统在Windows2000操作系统下运行。
三、提高可靠性方法
（一）软件
1. 通信链路。建立各类设备的磁盘缓冲区，定义对应的逻辑设备名，通过系统内部管理数据管理机制，在实时交换数据时，同时写入缓冲区中，由此判断缓冲池中的数据，实现判定通信链是否通畅。
2.I/O模块。利用现场控制站的单元进行周期性自诊断功能，CPU与内存等的自检、开关量输出回读比较、模拟量输入通道的正确性比较判断、模拟量输出通道的正确性比较等。编写相应监控程序，将诊断结果实时上传到监控服务器（上位机）中，建立系统状态监控流程。
3.傳感器监测。通过对传感器回路电流检测，监视电流值，当电流在4-20m范围内时，不报警，当电流落零时，根据转换值为“负的量程的百分之25”来断定传感器回路断路，并及时报警。
目前，用于故障诊断的方法很多，但都存在各自的缺点，常常无法满足诊断的精度和技术指标，所以我们需要综合多种方法才能达到比较理想的效果。基于解析余度的方法优点在于可以充分利用系统内部的深层知识，更有利于故障诊断，其缺点是系统建模困难以及建模误差、外部干扰将影响故障诊断结果。基于神经网络的优点是拥有自学习和联想记忆的能力，适应性强，对新故障具有良好的辨别能力，更有利于故障检测。基于信号分析技术的小波变换在降噪方面的作用十分突出。因此如将这3种方法相结合扬长避短，不失是一个有效的方法。
（二）硬件
1.电源系统。根据DCS监控系统的要求，选择合适功率的UPS，备用电池的后备时间根据系统满负荷工作30分钟来考虑。由于UPS的故障不可避免，因此，UPS类型能够在线更换，避免更换或维修UPS影响DCS系统的运行。
2.网络。在DCS控制系统中设计2个网络层，一个是管理层和控制层之间的通信网络，另一个是过程控制层与底层I/O卡件层之间的通信网络。为提高数据通信的整体可靠性和容错性，DCS控制系统也采用总线型的网络拓补结构。为了保证2层网络的顺利工作，2个网络都采用1∶1的冗余设置。
3.控制器冗余。分布处理单元冗余度按1∶1设计，将2个组态完全一样的控制器设置成冗余方式，两分布处理单元之间能实现无扰动切换，保证系统的正常运行。在同一时刻只有1个分布处理单元通过双机交换卡接受过程信息并进行运算处理，最后产生控制结构去控制过程设备，此分布处理单元称为主分布处理单元。同时冗余分布处理单元并没有闲置，它在每一个工作周期都通过双机之间的心跳性对主分布处理单元所接受的过程信息和运算结果进行实时拷贝，这样冗余分布处理单元始终与主分布处理单元同步。冗余分布处理单元同时检测拷贝的信息是否完整，是否在所允许的容错度内。一旦信息不完整或报错，则说明主分布处理单元工作不正常。在这种情况下，冗余分布处理单元通过心跳线将主分布处理单元旁路切换为主分布处理单元继续工作。切换时间选用最短的运算周期（几十ms或更短），从而实现无扰动切换。等到主分布处理单元恢复正常后，冗余分布处理单元自动把控制权交还给主分布处理单元，转为冗余备份状态。
4.主从服务器设置。采用两台服务器冗余工作方式，一台设置为主服务器，另一台设置为从服务器，当操作系统的故障、服务器的故障甚至是电源的故障或者人为的失误而导致某台服务器监控中断时，另一台服务器自动切换到主服务器工作模式，没有接管间断，保障24小时无扰动在线连续监控。
5.优化通信方式。原油集中处理站DCS系统监控服务器（上位机）使用多用户RS485卡连接远端若干个PLC控制设备，实现分散控制。但这样做存在着一些问题：装有多用户卡的监控服务器一旦出现问题，无法热备切换到冗余监控机监控，降低了系统的可靠性。
应用串口服务器面向连接RS 232/422/485链路和面向连接以太网之间的通信数据的存储控制，对各种数据进行处理，处理来自串口设备的串口数据流，并进行格式转换，使之成为可以在以太网中传播的数据帧；对来自以太网的数据帧进行判断，并转换成串行数据送达响应的串口设备，完成PLC设备RS 232/422/485接口的数据转化成IP端口的数据，然后进行IP化的管理，从而提高数据交换与共享的效率，保证数据的实时性。
四、结束语
自动化系统的可靠性涉及多方面，有效使用计算机资源，结合采集到的数据信息，进行分析研究，实时诊断，发现问题，及时提醒管理人员维护，值得深入研究。
参考文献：
[1] 杜鹃，测量仪表与自动化，石油工业出版社，2000年1月
[2] 何衍庆，俞金寿.集散控制系统原理及应用[M].北京：化学工业出版社，2002
[3] 王树青，工业过程控制工程[M].北京：化学工业出版社，2003
【关键词】DCS 可靠性
一、概述
工业自动化和仪器仪表行业的发展不仅为企业节省了劳动成本而且提高了经济效益。但与此同时，“工业灾难”这样一个问题也随着自动化的普及进入了大众的视野。比如世界著名的十大工业灾难：“印度博帕尔毒气泄漏事件”、“埃克森·瓦尔迪兹号燃油泄漏事件”、“切尔诺贝利核电站爆炸”等。而我国近期发生的上海地铁事故、高铁事故、康菲漏油事件都给我们敲响了警钟。
分散控制系统（DCS）的主要作用是对生产过程进行控制、监视、管理和决策，由于分散型控制系统的硬件和软件结构都比较复杂，它的可靠性监测问题也涉及到更多的层面，值得研究。
二、背景
作业区自成立以来先后建设了三套原油处理站自动化系统（DCS），均采用和利时公司产品，硬件选用FM系列，软件采用SmartPro软件，由底层控制器的软件ConMaker和人机界面组态软件FacView组成，系统在Windows2000操作系统下运行。
三、提高可靠性方法
（一）软件
1. 通信链路。建立各类设备的磁盘缓冲区，定义对应的逻辑设备名，通过系统内部管理数据管理机制，在实时交换数据时，同时写入缓冲区中，由此判断缓冲池中的数据，实现判定通信链是否通畅。
2.I/O模块。利用现场控制站的单元进行周期性自诊断功能，CPU与内存等的自检、开关量输出回读比较、模拟量输入通道的正确性比较判断、模拟量输出通道的正确性比较等。编写相应监控程序，将诊断结果实时上传到监控服务器（上位机）中，建立系统状态监控流程。
3.傳感器监测。通过对传感器回路电流检测，监视电流值，当电流在4-20m范围内时，不报警，当电流落零时，根据转换值为“负的量程的百分之25”来断定传感器回路断路，并及时报警。
目前，用于故障诊断的方法很多，但都存在各自的缺点，常常无法满足诊断的精度和技术指标，所以我们需要综合多种方法才能达到比较理想的效果。基于解析余度的方法优点在于可以充分利用系统内部的深层知识，更有利于故障诊断，其缺点是系统建模困难以及建模误差、外部干扰将影响故障诊断结果。基于神经网络的优点是拥有自学习和联想记忆的能力，适应性强，对新故障具有良好的辨别能力，更有利于故障检测。基于信号分析技术的小波变换在降噪方面的作用十分突出。因此如将这3种方法相结合扬长避短，不失是一个有效的方法。
（二）硬件
1.电源系统。根据DCS监控系统的要求，选择合适功率的UPS，备用电池的后备时间根据系统满负荷工作30分钟来考虑。由于UPS的故障不可避免，因此，UPS类型能够在线更换，避免更换或维修UPS影响DCS系统的运行。
2.网络。在DCS控制系统中设计2个网络层，一个是管理层和控制层之间的通信网络，另一个是过程控制层与底层I/O卡件层之间的通信网络。为提高数据通信的整体可靠性和容错性，DCS控制系统也采用总线型的网络拓补结构。为了保证2层网络的顺利工作，2个网络都采用1∶1的冗余设置。
3.控制器冗余。分布处理单元冗余度按1∶1设计，将2个组态完全一样的控制器设置成冗余方式，两分布处理单元之间能实现无扰动切换，保证系统的正常运行。在同一时刻只有1个分布处理单元通过双机交换卡接受过程信息并进行运算处理，最后产生控制结构去控制过程设备，此分布处理单元称为主分布处理单元。同时冗余分布处理单元并没有闲置，它在每一个工作周期都通过双机之间的心跳性对主分布处理单元所接受的过程信息和运算结果进行实时拷贝，这样冗余分布处理单元始终与主分布处理单元同步。冗余分布处理单元同时检测拷贝的信息是否完整，是否在所允许的容错度内。一旦信息不完整或报错，则说明主分布处理单元工作不正常。在这种情况下，冗余分布处理单元通过心跳线将主分布处理单元旁路切换为主分布处理单元继续工作。切换时间选用最短的运算周期（几十ms或更短），从而实现无扰动切换。等到主分布处理单元恢复正常后，冗余分布处理单元自动把控制权交还给主分布处理单元，转为冗余备份状态。
4.主从服务器设置。采用两台服务器冗余工作方式，一台设置为主服务器，另一台设置为从服务器，当操作系统的故障、服务器的故障甚至是电源的故障或者人为的失误而导致某台服务器监控中断时，另一台服务器自动切换到主服务器工作模式，没有接管间断，保障24小时无扰动在线连续监控。
5.优化通信方式。原油集中处理站DCS系统监控服务器（上位机）使用多用户RS485卡连接远端若干个PLC控制设备，实现分散控制。但这样做存在着一些问题：装有多用户卡的监控服务器一旦出现问题，无法热备切换到冗余监控机监控，降低了系统的可靠性。
应用串口服务器面向连接RS 232/422/485链路和面向连接以太网之间的通信数据的存储控制，对各种数据进行处理，处理来自串口设备的串口数据流，并进行格式转换，使之成为可以在以太网中传播的数据帧；对来自以太网的数据帧进行判断，并转换成串行数据送达响应的串口设备，完成PLC设备RS 232/422/485接口的数据转化成IP端口的数据，然后进行IP化的管理，从而提高数据交换与共享的效率，保证数据的实时性。
四、结束语
自动化系统的可靠性涉及多方面，有效使用计算机资源，结合采集到的数据信息，进行分析研究，实时诊断，发现问题，及时提醒管理人员维护，值得深入研究。
参考文献：
[1] 杜鹃，测量仪表与自动化，石油工业出版社，2000年1月
[2] 何衍庆，俞金寿.集散控制系统原理及应用[M].北京：化学工业出版社，2002
[3] 王树青，工业过程控制工程[M].北京：化学工业出版社，2003