淺析DCS系統(tǒng)在天然氣儀表領(lǐng)域中的應(yīng)用

沈 航（浙江中控技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310053）

淺析DCS系統(tǒng)在天然氣儀表領(lǐng)域中的應(yīng)用

沈 航
（浙江中控技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310053）

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)天然氣的需求也逐年增多。在天然氣生產(chǎn)、銷(xiāo)售的各個(gè)過(guò)程中，儀表都占據(jù)著十分關(guān)鍵的地位，發(fā)揮著重要的作用。儀表能否正常使用，直接關(guān)系到相應(yīng)的控制視圖能否實(shí)時(shí)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。本文就結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)DCS系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，探究DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)及其發(fā)展?fàn)顩r。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；天然氣；儀表；應(yīng)用

隨著近些年天然氣需求的不斷上漲，人們開(kāi)始關(guān)注天然氣的開(kāi)采。在保證安全的情況下，對(duì)天然氣進(jìn)行開(kāi)采，能夠滿(mǎn)足我國(guó)當(dāng)下的需求。天然氣開(kāi)采過(guò)程離不開(kāi)儀表，而DCS系統(tǒng)直接影響到了天然氣能否安全生產(chǎn)。因此對(duì)DCS系統(tǒng)在天然氣儀表領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行研究很有必要。

一、DCS系統(tǒng)的概念和結(jié)構(gòu)

分布式控制系統(tǒng)也就是DCS，又被稱(chēng)為集散控制系統(tǒng)，是在集中式控制系統(tǒng)之后進(jìn)一步升級(jí)的控制體系。作為多層及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分布式控制系統(tǒng)將通信網(wǎng)絡(luò)作為核心傳輸紐帶，主要分為過(guò)程監(jiān)控層以及過(guò)程控制層兩級(jí)。在整個(gè)分布式控制系統(tǒng)中，涉及到了通信、現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)以及控制等技術(shù)，目的是為了實(shí)現(xiàn)控制的分散化、操作的集中化、管理的分級(jí)化以及配置的靈活化。

DCS的過(guò)程控制站就是一個(gè)具有完整功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由CPU、電源以及網(wǎng)絡(luò)接口三個(gè)主要部分組成。作為現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制中心，高性能中央處理器中保存著所有的過(guò)程控制程序、控制數(shù)據(jù)，并為其提供運(yùn)行場(chǎng)所，負(fù)責(zé)所有控制決策的執(zhí)行。操作員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與過(guò)程控制站相互連接，獲取信息。并將對(duì)信息的操作通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳遞到控制站。其中，操作員站是一臺(tái)具有監(jiān)視、記錄、打印、報(bào)警等功能的個(gè)人電腦。為了完成上述的功能，該電腦中通常需要安裝相關(guān)的操作軟件。工程師站主要針對(duì)組態(tài)過(guò)程進(jìn)行控制，對(duì)過(guò)程控制站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和診斷，為DCS系統(tǒng)工程師提供依據(jù)。DCS系統(tǒng)通過(guò)多個(gè)控制器對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，平行的控制器之間借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行著數(shù)據(jù)交換。DCS系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上主要?jiǎng)澐譃椴僮骷?jí)、過(guò)程級(jí)以及管理級(jí)這三個(gè)部分。作為系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分，過(guò)程級(jí)由過(guò)程控制站、現(xiàn)場(chǎng)儀表以及I/O單元三部分組成。操作機(jī)則主要有工程師站和操作員站，針對(duì)系統(tǒng)操作設(shè)計(jì)。管理機(jī)則是工廠管理信息系統(tǒng)，是DCS系統(tǒng)更高層次的應(yīng)用。

在生產(chǎn)、加工天然氣的過(guò)程中，幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要使用儀表。天然氣生產(chǎn)能否安全進(jìn)行，直接依賴(lài)于對(duì)于儀表顯示數(shù)值的評(píng)估。在進(jìn)行天然氣生產(chǎn)的過(guò)程中，外部環(huán)境比較惡劣，空氣中的許多成分以及環(huán)境的含水量都會(huì)對(duì)人的身體造成損傷，因此不適合有工作人員現(xiàn)場(chǎng)操作，因此儀表通常會(huì)將數(shù)字進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，在較遠(yuǎn)的地方交由工作人員讀取參數(shù)。所以，儀表數(shù)據(jù)的收集，會(huì)影響到對(duì)于工作運(yùn)轉(zhuǎn)的判斷以及對(duì)控制工作的協(xié)調(diào)。而分布式控制系統(tǒng)正是針對(duì)儀表讀數(shù)，對(duì)一定范圍內(nèi)的讀數(shù)進(jìn)行分析，從而進(jìn)行反應(yīng)并提供分析報(bào)告。

在天然氣生產(chǎn)領(lǐng)域中，分布式控制系統(tǒng)主要通過(guò)局域網(wǎng)作用于儀表數(shù)據(jù)，并保障儀表體系之間與相關(guān)群落以及操作站的通信。以?xún)x表集群為單位，每一個(gè)儀表集群都可以與DCS控制器進(jìn)行聯(lián)系，這種聯(lián)系需要通過(guò)當(dāng)?shù)氐腎/O接口得以實(shí)現(xiàn)。相關(guān)儀表數(shù)據(jù)將被控制器收集，并進(jìn)行初步的判斷。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，控制器將這些數(shù)據(jù)向上層的操作站傳遞。工作人員在操作站就可以讀取儀表集群的基本數(shù)據(jù)，并接收到控制器的動(dòng)作。

二、DCS系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r

DCS系統(tǒng)在近二十年內(nèi)，產(chǎn)品市場(chǎng)定位和基本原理并沒(méi)有發(fā)生改變，但是由于科學(xué)技術(shù)在不斷地發(fā)展，外界環(huán)境以及市場(chǎng)需求發(fā)生了變化。為了更好地應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想不斷完善。從宏觀上來(lái)看，DCS主要有三代，第一代是1975年至1980年初，第二代是八十年代中期到九十年代中期，第三代是九十年代中期到二十一世紀(jì)初。

DCS系統(tǒng)形成的初期操作站兼具工程師、操作員兩種角色，具備高級(jí)語(yǔ)言功能和通信功能。從控制站角度分析，第一代DCS系統(tǒng)主要使用的是8位微處理器，第二代使用的是16位微處理器，第三代采用32位、64位微處理器。作為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)，控制站提供了現(xiàn)場(chǎng)的輸入、輸出設(shè)備。在第一代之后的產(chǎn)品中，都使用了鑲嵌技術(shù)可以利用單片機(jī)，進(jìn)行遠(yuǎn)程的I/ O數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，在信號(hào)變換的過(guò)程中為了防止現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行干擾，使用了隔離技術(shù)。在系統(tǒng)軟件方面，第一代DCS系統(tǒng)控制站的功能與多回路調(diào)節(jié)相類(lèi)似，人機(jī)界面以及備用操作器都可以在每個(gè)控制站進(jìn)行控制。第二代DCS系統(tǒng)控制站在程序編譯系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中都實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的完善，特別是在編程語(yǔ)言上，增添了高級(jí)語(yǔ)言。第三代DCS系統(tǒng)的軟件更加齊全，甚至可以在離線狀態(tài)上對(duì)控制策略進(jìn)行修改。

DCS系統(tǒng)在未來(lái)的發(fā)展中，朝著安全、開(kāi)放兩個(gè)方面的屬性發(fā)展。因?yàn)樵谔烊粴獾墓ぷ鳝h(huán)境中，DCS系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)不斷發(fā)展，同時(shí)能與其他系統(tǒng)相互兼容。從安全角度分析，應(yīng)當(dāng)明確DCS工作的開(kāi)展效果，直接會(huì)受到數(shù)據(jù)安全性與否的影響。而DCS系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，也會(huì)對(duì)儀表控制體系的控制效果產(chǎn)生影響。DCS系統(tǒng)還需要有一定的軟硬件接口，從而保證其具有良好的適應(yīng)性。而立足于發(fā)展來(lái)對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行分析，由于DCS系統(tǒng)具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)特征，將對(duì)于數(shù)據(jù)的挖掘需要向人工智能方向發(fā)展。通過(guò)人工智能思想在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以為計(jì)算機(jī)提供更好地處理數(shù)據(jù)的依據(jù)，能夠做出更加準(zhǔn)確的決斷。

結(jié)語(yǔ)

隨著DCS系統(tǒng)的不斷發(fā)展，在各行各業(yè)中都有了很好地應(yīng)用。特別是在天然氣儀表領(lǐng)域，由于天然氣生產(chǎn)、處理的環(huán)境比較特殊，如果直接由工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的儀表讀數(shù)，很有可能損害工作人員的身體健康。所以，將DCS系統(tǒng)應(yīng)用于天然氣儀表領(lǐng)域，就能很好的避免這一情況的出現(xiàn)。同時(shí)，DCS系統(tǒng)還能對(duì)收集到的儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，為工作人員提供決策的依據(jù)。因此，DCS系統(tǒng)要想獲得更好的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)注意不斷改進(jìn)技術(shù)，完善硬件軟件設(shè)施。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TP27

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