摘要：根據通河工程中DCS系統的運用，著重描述了DCS系統的功能。接合通河工程闡述了報警、報表、網絡、智能前端、檢測點的布置、信號干擾以及FIX32組態軟件。同時還闡述了DCS系統在工程運用中的不足和改進建議。
　　
　　一、DCS在通河工程中的描術：
　　
　　通河工程是根據鍋爐運行的規范、工藝流程的要求、鍋爐燃燒工段的控制要求、鍋爐汽包水位的控制要求、鍋爐配風系統的控制要求和性能特點。采用的控制方案是：現場儀表+智能前端+DCS控制系統。分散式控制系統（DCS系統）是依托成熟可靠的工業網絡體系，以鍋爐安全、穩定、經濟運行為zui終目標，力求達到*成本效益比。
　　
　　DCS集散型控制系統是由一個工程師站、一個操作站和現場接口站、高速通信網、網關以及集散控制系統的系統軟件和應用軟件所構成的分布式計算機控制系統。它具有模塊化、開放式的結構,并通過現場接口站連接各種智能儀表。
　　
　　控制系統由數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）兩個子系統組成,為滿足運行、監視、操作等要求，方便故障判斷和事故分析,測量信號點采用“2選1”冗余設計,確保可自動剔除壞質量點。各控制系統的手/自動切換和手動操作全部在組態軟件（FIX32軟件）上實現,無后備硬手操作。
　　
　　所有過程數據均來自過程站,操作站實時數據處理軟件除將瞬時數據存貯記錄外,還將用戶組態定義的歷史數據在一定時刻將之存貯。歷史數據的時間周期分為秒、分、時三種,歷史數據的存貯采用多級存貯,將近期歷史數據存放在內存中,以提高存取速度;長期歷史數據轉存到硬盤中。因為硬盤容量也有限,硬盤上的歷史數據文件可卸載至軟盤備份,否則將被以后的數據覆蓋。DAS系統完成數據采集、運行操作、報警記錄、事故追憶打印、報表形成和打印等功能,主要特點有:
　　
　　●報表打印:報表一般的形式為多層次中文字體報表,報表中數據類型有瞬時數據、歷史數據和累積數據,相應地報表種類也按照其數據表項取值的不同分為瞬時報表、歷史報表和累積報表。例如：通河工程中的所有檢測點的瞬時值均采用瞬時報表（如：爐膛的壓力、溫度，風機的流量、壓力，汽泡水位、壓力等等）；重點調節回路的檢測點（如：汽泡水位調節回路、除氧水箱調節回路等等）均采用歷史報表；而主蒸汽管路的檢測點則用累積報表。運用瞬時報表主要是為了時時監測實時采集數據的變化情況，歷史報表和累積報表則主要是為了當系統出現故障時有數據進行參考，以便能更快的查出系統的問題所在。
　　
　　●報警功能:DCS報警功能分為系統報警和過程報警兩類,系統報警對整個DCS系統中軟硬件部件故障狀態進行報警,而過程報警則對整個DCS過程監測控制回路某具有報警設定的參數進行報警。出現報警后,系統對該報警進行記錄,并通過鍵盤上相關該報警的指示燈指示以及聲報警器指示,系統報警和過程報警通過不同的報警聲提示用戶。
　　
　　●系統報警功能:DCS系統采取了多方面的容錯設計,特別是過程站,各部件均可1：1熱備份,操作站各站是松耦合狀態的冗余備份工作狀態。系統中各部分具有完備的故障診斷報警以及降級、恢復等完備處理能力,系統報警處理是其中之一。
　　
　　●過程報警:過程報警是屬于過程監控范疇的報警,對工藝參數的變化超限進行報警,比如某測量參數超過的上限或下限（例如：汽泡水位、爐膛壓力、蒸汽溫度等等）及某輸出參數變化速度是否超過的速度等（例如：煙氣的流量等等）。
　　
　　DCS過程報警功能具有如下特點：
　　
　　●報警可設優先級0～7,已報警的優先級zui高的報警工位名始終顯示在報警窗口上,直至其被處理。
　　
　　●設計有專門的報警記錄畫面,記錄著zui多64項近期發生的報警信息。
　　
　　報警記錄項格式為：
　　
　　工位名工位中文說明報警時參數值報警原因時間日期?
　　
　　●已發生報警的工位在工位一覽畫面、綜觀畫面、控制分組畫面、趨勢畫面、調整畫面、流程圖畫面上都有醒目的紅色報警指示標志。
　　
　　●報警時可選擇驅動聲音報警和打印機輸出。
　　
　　DCS系統完成鍋爐的在線監控、故障診斷等優化運行功能。系統具有良好的接口與組態性能。
　　
　　系統的運用：
　　
　　●DCS系統控制策略：針對通河工程的特點，采用的是PID調節控制，這種控制策略具有控制性能好、精度高等優點；
　　
　　●傳感器、計算機、測量儀表、操作器均選用性能可靠、價格適宜的產品，保證系統的可靠性。
　　
　　DCS系統采用計算機控制方式，測點數據的顯示、現場設備的控制和保護均可由計算機來完成。其基本控制回路包括：
　　
　　●鍋爐汽泡水位系統的自動控制。它主要是由汽泡水位，主蒸氣管道的壓力，供水管道的壓力和流量+變頻器+上位機組成的，采用的是常規的三沖量自動調節方式。如下圖：　　
　　熱汽溫采用串級PID調節,以確保系統的可靠性和安全性。
　　
　　鍋爐壓力調節控制。燃燒控制的目標是維持安全燃燒且控制主蒸汽壓力穩定在設定值。安全燃燒的一個主要指標是控制爐膛內的溫度分布，壓力值。為達到這一控制目標，主要采用的控制手段是調節給煤、一次風、二次風，運行時將其設定在一固定值簡化操作。控制的影響因素主要有：一般情況下增給煤或減少風量爐溫升高且變化十分明顯；負荷變化引起爐膛溫度分布發生變化等。由以上的燃燒過程特性可知，在燃燒影響因素中，負荷的變化將引起爐膛的溫度分布發生變化，同時由于鍋爐應用的環境為供熱能，因此整個燃燒控制方案根據蒸汽負荷大小設定給煤機轉速（給煤量）和送風量以便快速跟隨負荷的擾動。如下圖：　　
　　由于蒸汽壓力的變化，實際上反映了蒸汽負荷的變化，即蒸汽的產生量和蒸汽的消耗量（負荷）不相適應。當蒸汽負荷增加時，如果燃料量不變，蒸汽壓力就要下降，為了保持蒸汽壓力不變，當負荷增加時，就必須適當的改變燃料量，增加蒸發量，以恢復蒸汽的壓力。因此，首先設定蒸汽壓力給定值，當負荷變化導致蒸汽壓力波動時，根據蒸汽壓力的偏差值進行調節。
　　
　　DCS系統完成生產過程中的數據采集（采集鍋爐運行的過程變量和狀態，如閥位、電機狀態、溫度、流量、壓力、等狀態的瞬時值）、調節控制（對采集到的數據和狀態信息進行處理，判斷是否正常、可用，是否超上下限并需要報警；對采集數據的判斷結果作出相應的反應，如重新采集某點的數據或報警，判斷采集儀表、轉換電路是否需要進行冗余切換等），以實現閉環和開環控制功能。其過程輸入信息是面向傳感器的信號，如熱電偶、熱電阻、變送器（壓力、流量、液位等）及開關量等，其輸出是驅動執行機構。
　　
　　為實現DCS系統的上述功能對通河工程一般布置測點如下:
　　
　　溫度測點有：
　　
　　爐膛溫度，一次風室溫度，高溫過熱器進口煙溫，低溫過熱器進口煙溫，省煤器進口煙溫，空氣預熱器二次風進口煙溫，空氣預熱器二次風出口煙溫，空氣預熱器一次風進口煙溫，空氣預熱器一次風出口煙溫，排煙溫度，引風機前煙氣溫度,低溫過熱器出口汽溫，減溫器進口汽溫，減溫器出口汽溫，過熱蒸汽溫度，給水混合集箱進水溫度，給水混合集箱出水溫度，省煤器出口水溫等。
　　
　　壓力測點有：
　　
　　汽包壓力，主蒸汽壓力，給水壓力，一次風室壓力，高溫過熱器進口負壓，低溫過熱器進口負壓，省煤器進口負壓，二次風預熱器進口負壓，一次風預熱器進口負壓，排煙處負壓，一次風進口風壓，二次風進口風壓，除塵器前負壓，除塵器后負壓等。
　　
　　流量測點有：
　　
　　蒸汽流量，給水流量，一次風風量，二次風風量等。
　　
　　液位測點有：
　　
　　汽包液位，除氧器液位等。
　　
　　報警系統：
　　
　　為保證鍋爐的安全、穩定、經濟運行，設置了多路報警系統。
　　
　　1．汽包水位高、低報警
　　
　　2．給水壓力高、低報警
　　
　　3．蒸汽溫度高、低報警
　　
　　4．爐膛溫度高、低報警
　　
　　5．爐膛負壓高、低報警
　　
　　6．計算機系統硬件故障報警
　　
　　智能前端：
　　
　　它是一個帶有模擬屏的智能化模塊，具有形象，直觀，安全的優點。在通河工程中，采用計算機控制的同時，再配以動態模擬顯示控制，可對生產流程進行全面實時控制，即使在計算機發生故障時，操作人員也能在控制室的模擬屏上對生產過程迅速進行手工操作。
　　
　　分散的現場控制單元對生產過程進行信號采集和控制，操作員站集中對信息進行綜合管理，兩者用通訊網絡連接成一個實有機整體。如下圖：　　
　　它主要由模擬屏處理器、模擬屏、UPS電源、通訊網絡組成。既可動態顯示生產過程的主要參數，物料的流動、設備的運轉啟動、亦可實現泵、閥、電機等開關的硬手操。因此，在計算機系統故障時，可獨立實現生產過程的就地人工操作。它通過通訊網絡，完成現場數據采集與DCS之間的交換。它包括：模擬量（AI）、數字量（A0）、開關量（DO/DI）等等。在通河工程中，它實現了計算機故障時的獨立人工作操，確保生產過程的安全性，利用DCS系統資源和數據庫，大大的減少實現動態模擬屏的軟硬件開銷，便于系統的維護。
　　
　　通訊模塊：
　　
　　支持RS-232C/RS-422，RS-485以及工業Intranet等通信協議等。在較復雜的工業控控制系統中，上、下位機的通信常常用串行異步通信，由于RS-232總線串行通訊zui大距離一般為50—100英尺，zui大通信特率為20Kbps，而RS-485總線串行通信zui大距離一般為1000英尺，zui大通信特率為10Mbps，而且，RS-485的收發器成本低，抗干擾好，構成網絡容易，因此，考慮選用RS-485通訊模塊。
　　
　　干擾信號：
　　
　　干擾的產生及后果：
　　
　　在實際生產過程中，一些大型動力設備如變壓器、電焊機、電動機、大功率可控硅整流設備等的啟動過程，電磁感應的影響或因公共接地回路電流的存在產生的多種樣的干擾信號，會通過不同途徑與系統耦合，然后進入控制系統，給系統帶來干擾，影響系統的正常運行，甚至導致嚴重后果。從理論上講，干擾可分為橫向干擾和縱向干擾，橫向干擾就是指因電磁感應而產生的垂直干擾，干擾信號在儀表控制系統周圍產生干擾電磁場，在儀表控制回路內產生干擾電勢，并與儀表正常信號疊加，從而引起系統運行異常。縱向干擾就是指漏電阻引起的平行干擾，干擾信號通過接地回路形成接地回路電流進入系統，影響儀表檢測控制的正常工作，給系統的可靠性，準確性帶來不可忽視的影響
　　
　　干擾的防止：
　　
　　對外部干擾信號，可通過不同類型的干擾采用不同的方法消除，如輸入信號進行隔離與濾波。對電流干擾采用有郊方法抑制，在信號線走向方面，將強弱信號分開屏蔽敷設，在電覽選型方面采用屏蔽措施等等。以系統的投用來說，只有消除干擾，才有確保儀表自控系統的正常運行，為系統平穩長周期運行提供了有力的保證。
　　
　　二、為了實現DCS的所有功能和使操作人員能直接觀察及控制，我們，采用的是FIX32組態軟件。根述如下：
　　
　　軟件介紹：
　　
　　FIX和FIXMMI軟件是INLUTION工業自動化軟件FIX家族中的產品。自從1984年INLUTION推出THEFIX，INLUTION在提供強有力的工業自動化的工業自動化軟件方面處于地位。INLUTION的產品提供了監控和數據采集（SCADA）功能。
　　
　　1988年，FIXDMACS的推出使之在工業上成為*種基于PC機的真正分布式處理，客戶/服務器的SCADA軟件。此后INLUTION又推出了基于OS/2、VMS、MS-WIDOWS及WINDOWSNT等各種操作系統的FIXDMACS版本和配置。
　　
　　INLUTION還提供批處理系統FIXBOS。FIXBOS集成了FIX的SCADA功能，通過關系數據庫管理批處理定義。
　　
　　FIX軟件節點對裝配一個新系統和擴充一個已存在的FIX系統是一個理想的選擇。各種平臺的FIX軟件在同一網絡上配合得天衣無縫。
　　
　　FIX的功能：
　　
　　FIX軟件是一種工業自動化軟件。在工程中它自云動為工廠人員提供實時數據，并為其它應用程序提供參數。這種實時數據提供是率發揮人力、物力和zui終實現自動化的關鍵。
　　
　　A、基本功能：
　　
　　FIX和FIXMMI是一個軟件系統。其核心部分提供了各種基本功能，這些功能使得應用程序可以執行的任務。其中兩個zui基本的功能是數據采集和數據處理。圖一表示了兩個基本功能。　　
　　數據采集是從現場獲得數據并將它們加工成可利用形式的基本功能。FIX軟件也可向現場寫數據，這樣就建立了控制及用程序所需的雙向連接。例如：現場中用壓力儀表采集爐膛中的壓力信號并把數據送給FIX軟件在畫面中顯示，同時也可以通過調節回路把FIX軟件中的處理信號傳送給變頻器來調節風機控制風量，使爐膛滿足壓力要求。
　　
　　FIX軟件不需要用特別的硬件獲得數據。它可以通過一個叫I/O驅動器的軟件接口同現場已存在的I/O設備直接通訊。INLUTION提供了多種I/O驅動器，支持通用和特殊的I/O設備。一旦FIX獲得數據，它將進行處理并傳送給需要這些數據的程序。數據采集和數據處理的基本功能是FIX和FIXMMI所執行的所有工業自動化任務的基礎。保證數據的完整性所有INLUTION軟件的核心。
　　
　　B、MMI和SCADA功能：
　　
　　自動化的*個也是zui重要的一個目標就是使現場操作員和技術員率地工作。FIX把傳統的控制室變成了計算機和一個圖形屏幕，計算機可以代替控制室的許多功能，包括：監視、監控、報警、控制。
　　
　　如下圖：表示了SCADAR的功能。
　　監視：將現場數據實時顯示給操作員。FIX軟件提供了豐富的數字、文字、圖形格式，這使數據更容被操作人員接受。
　　
　　監控：監視實時數據，同時由操作員改變設定點和由計算機直接改變關鍵值的能力，因為FIX件既可以讀，又可以寫現場數據，所以你可以建立一個監控站，你可以選擇哪些數據點是可讀寫的，哪些是只讀的。
　　
　　不論操作員是在監視站上工作還是在監控站上工作，他們都應具有即識別生產過程中異常事件的能力。報警能夠識別異常事件并立既報告這些事件。FIX軟件根據樂設定的上下限度產生報警。FIX應用程序可以各種不同方式使用報警以通知操作員。你還可以有選擇地在網絡上的FIX節點間配置報警信息通訊。
　　
　　控制是自動提供算法的能力。這些算法調整過程數值，使這些數值保持在設定的限度之內。控制比監控更高一些級，它不需要人的直接參與，你可以用計算機控制整個分過程。INLUTION軟件包括了連續控制、批控制、統計處理控制的能力。
　　
　　C、報表功能：
　　
　　實時數據僅僅是信息處理中的一級。許多現場需要將實時數據作成報表并保存這些報表，供以后分析時使用。FIX和FIXMMI具有生成報表和文件的能力，以保存關鍵的系統和過程信息。如下圖：　　
　　一個FIX系統中任一個數據點的信息都可以以的速率采樣并被貯存在數據文件中。這些數據可以在任何時候從數據文件中調出并用來建立歷史數據的趨勢顯示。管理員和工程師們可以使用這些數據檢查導致緊急事件的直接原因。歸檔的數據是一個強有力的過程優化的工具。
　　
　　INLUTION向用戶提供了通過工業標準數據交換規約如DDE和ODBCSQL存取FIX數據的功能。用戶可用電子報表如MICROSOFT的EXCEL生成詳盡的報表，包括FIX采集、計算機的實時數據和歷史數據。
　　
　　D、分布式處理能力：
　　
　　FIX軟件能夠做什么與如何去做是同樣重要的。FIX處理能力可以應付各種類型的配置和處理策略。
　　
　　軟件設計中zui重要的部分是在網上進行真正的分布式處理的能力。許多系統以一種分等級的方式進行操作，這使得網上任一部分的故障都危及到系統。FIX和FIXMMI結構允許在網上所有計算機上分配關鍵的功能。每一個節點可以同網上的其它各個節點通訊，但本地任務的執持卻沒有必要依靠其它節點。這為高系統的設計提供了有力的支持。　　
　　大多數應用程序都是以若干秒/分鐘/小時為間隔來采集和處理數據的。FIX軟件可運行任何基于時間的處理組合。這就允許用戶在那高速采樣的數據和那些采樣間隔長的數據之間平衡系統的資源。在某些應用中，FIX可以處理時間間隔達到0.05秒的數據。
　　
　　通常，在關鍵事件發生時進行處理具有較高的效率。導致異常處理的原因可以是：
　　
　　1數據改變
　　
　　2由過程硬件送來的信息
　　
　　3操作員的操作
　　
　　4軟件應用
　　
　　基本異常的處理是在分布式SCASA系統中監視中大量I/O設備的基礎。例如，爐膛壓力可以通過廣域網上的遠程終端RTU來監視，由RTU傳來的數據一般很少改變，因此，沒有必要用固定的時間隔來獲取數據。但一旦數據改變，油田操作需要立即獲得知這一情況。FIX產品可以接收到這個數據的變化并立即處理它。
　　
　　系統結構：
　　
　　節點：是指運行FIX軟件的任何計算機。
　　
　　程序：FIX和FIXMMI是多任務系統。每個FIX節點能同時運行多個程序，在內部關鍵程序有訪問系統資源的優先權，FIX能按優先權響應更重要的資源要求。
　　
　　基本結構：FIX軟件是在現場儀表的基礎上建立的，典型的情況是：現場裝有與探頭或控制器相聯接的設備，這些設備可以是供現場數據或進行局部的控制。在現場需要全面協調地實現控制時，就很難依靠人去逐一對這些設備進行觀察和操作。而FIX和FIXMMI則可以集中這些設備的數據并向操作員提供一個“過程窗口”，它以操作員zui容易理解和操作的方式實現對過程現場的觀察與控制。
　　
　　I/O驅動器：工業自動控制軟件必需做的*件事是從過程中收集數據。傳感器和控制器將原始數據發送給PLC、RTU或者其它過程硬件。FIX軟件提供一個PLC或RTU的軟件接口來讀取這些數據，這個軟件接口叫做I/O驅動器。
　　
　　數據庫：FIX軟件的心臟部分是過程數據庫。這個過程數據庫是由過程控程邏輯而形成的一種過程描。用數據庫編輯程序建立的過程數據庫由塊和鏈組成。一個塊是一組過程控制指令代碼，它執行規定的動作。每個塊要求你在數據庫建立程序的對話框中提供幾個參數。
　　
　　人機界面：FIX和FIXMMI的zui重的應用是提供了面向過程的窗口軟件。這種通過和儀表或計算機的相互作用來了解現場情況的功能稱為人機界面。在沒有使用傳感器，控制器，和過程硬件的系統中，就不能充分發揮MMI的優勢。
　　
　　分布網絡結構：INLUTION的網絡設計有兩個原則：真正的分布處理和按需求的數據傳輸。
　　
　　還有多平臺互連，報警，安全等等。
　　
　　三、DCS系統在工程中的不足和改進見議
　　
　　DCS系統在工程中的不足：
　　
　　1．FIX軟件中繪圖工具功能的不足。主要是它自已不能夠獨立的完成一個組態畫面，它的完成必須通過輔助工具DRAW首先完成主要的圖形畫面，然后拷貝位圖而得到；同時就是繪圖中缺少渲染立體感的工具，繪制的圖形不能形象的描述本體。
　　
　　2．報表功能設置的復雜。報表主要的功能是完成記錄實時數據和歷史數據。在它的創建過程中必須完成以下的步聚：首先完成動態數據連接（DDE）的配置，其次是建一個DDESHARE并啟動DDE和EXCEL，然后就是在FIX任務配置中設置EXCEL任務并且把EXCEL的路徑設置FIX的根目錄下，zui后才在EXCEL中連接數值。這一復雜的設置過程給用戶帶來了學習和運用的難度。
　　
　　3．現場采集的數據和數據庫中的數據交換的不方便性。現場采集的數據先通過智能前端轉換和保存，在它把數據傳送給FIX數據庫的時候它必須經過一個中間環節，它的實現過程是通過VISUALBASIC語言編程來完成的。如果在現場的運行過程中，有某一個站點需要改動或者是需要去增加一個站點，就必須有編程的人員在旁邊去重新修改這個程序，這對于使用者或廠家來說，無疑是一個難題，因為他必須懂這個語言才行。
　　
　　4．沒有輔助的命令語言功能。在FIX軟件中，整個軟件的功能都是通過程序塊來實現的，對于使用者或者是操作者來說，要去完成一個工程，就必須按照它先設計好的功能塊一步一步去完成，在實際的操作過程中就可能遇到那些功能塊可能或者是無法解決的問題（比如：在檢測溫度時，它需要在曲線圖中同時體現設定溫度和測量溫度曲線），這就是FIX軟件的局現性。同時，它不能給使用者或者是操作者提供足夠的使用空間，這主要表現在它沒有強大的命令語言功能供使用者或是操作者在實際的工作中去完善他們的工況。
　　
　　5．數據庫塊中缺少一個打印數據庫內容的功能。數據庫中保在著各種變量的類型、功能描述、上下限數值、報警的優先級、數據的測量值等等。知曉每一個時刻的值的變化對于管理者來說是非常重要的，因此，它必須根據管理者的需要來時時打印這些數據。
　　
　　對于DCS系統的改進建議
　　
　　針對上述情況下的幾點不足，提出如下建議：
　　
　　1．增強給圖工具的功能。
　　
　　2．減化報表的設置，是把報表功能作為一種工具直接運用。
　　
　　3．解決好通信口的連接問題，能使各種模塊直接能和FIX通信。
　　
　　4．開發一個強大的語言命令功能程序。
　　
　　5．在數據庫菜單中增加一打印功能。
　　
　　總的來說，DCS系統在我們的工業中起著越來越重要的作用，因此，我們應該更加完善它的功能，力求達到*成本效益比。