（武汉轻工大学 湖北省武汉市 430000）
摘要：介绍了DCS控制系统的结构和特点，探讨了其在工业自动化中的主要应用，并对系统的维护方法进行了探讨。
关键词：DCS控制系统；工业自动化；故障
1 DCS控制系统简介
DCS控制系统，也就是集散控制系统，这一系统的工作原理是，利用微处理器实现对生产过程的集中分散控制，具体包括集中监视、操作、管理和分散控制等。在这一控制系统中，设置若干台微机，分散应用于过程控制中，这些微机会将其收集到的信息通过网络通信的方式，上传给上位计算机，由其进行全部信息的监控，并进行最优化控制。DCS系统不仅具备计算机集中控制的优点，而且还具备常规仪表的功能，进行分散控制。同时有效的避免了二者的缺点，不像常规仪表互相间缺乏联系，也有效的规避了单台微型计算机控制系统危险性高的问题。可以说，这一系统实现了集中和分散的合理分配，在管理、操作和显示方面做到了集中，而在功能、负荷以及风险方面又实现了分散，从而提升了系统的控制效率的同时，有效的降低了系统的风险，正是由于这些特点，使DCS系统在工业自动化中有了越来越重要的
2 DCS控制系统的结构
DCS控制系统最主要的设计理念是分散控制和集中操作，通过进行分级管理和灵活的配置，提高控制的效率。这一系统在设计上体现出纵向分层、横向分散的设计思想，依托多层计算机网络，将整个生产系统中的所有控制和数据处理设备进行了连接，使各部分之间能够进行快速的信息共享，从而实现各部分功能的有效协调，共同完成生产过程的管控工作。在结构上，DCS系统主要包含四个结构层次，依次是现场级、控制级、监控级和管理级，与之相对应的则是相应的计算机网络，分别是现场、控制、监控和管理网络，这些控制网络将与之功能相对应的设备进行了连接。
现场级设备主要是分布在生产设备附近，起到对生产设备的监视和控制等作用，主要包括了传感器、执行器等设备。这些设备的主要功能是对生产现场进行控制，其能够对生产过程中各类物理量进行收集，然后将收集到的信号转化为电信号，传输给上级设备，然后等待上级决策，进行相应的处理。
控制级主要由两部分构成，即过程控制站和数据采集站。其中，前者的功能是，接收现场设备发送来的电信号，然后根据接收到的信号，以及其自身包含的控制策略，对应采取的控制进行计算，然后将控制命令传回到现场级，由其中的执行器进行执行。过程控制站能够同时实行多样化的控制形式，如连续控制、逻辑控制等，也能够单单完其中的某一项，这要根据实际情况来决定。
监控级主要包含三部分，分别是操作员站、工程师站以及计算站。其中，操作员站其实是一种人机接口设备，通过这一设备操作人员能够和控制系统进行信息的交互。操作员站也是相关工作人员进行工作的主要位置，其可以通过这一设备来对生产过程进行监控。工程师站的主要功能是对控制系统进行管理和维护的，其能够实现对系统的配置、组态和调试，同时也能够对控制系统进行维护。而计算机站的功能是监督生产过程，并且对其进行控制，举例来说，其能够对机组的运行状态进行优化，另外，通过其可以制定新的控制策略，从而提高控制的效果。
管理级其是并不是DCS控制系统中所必需的的，通常由企业根据自身情况来选择是否配置，其主要的功能是实现对企业运行情况的检测，能够在对历史数据进行仔细分析的基础上，结合当前实时数据，对未来的情况进行预测。这一级的使用者主要是企业的管理人员，其提供的数据能够为企业决策者制定企业发展策略提供数据支持，并且帮助企业建立起长远的规划和目标。
3 DCS控制系统的特点
DCS作为分布式控制系统，在系统的设计过程中应用了分散控制、集中操作以及分组管理等思想，从而使其具有配置灵活、组态方便的特征，具体来说，该系统具有以下几方面的特点：
3.1 可靠性
在DCS控制系统具有较高的可靠性，这主要是由于在这一系统中，控制功能并不是集中地，而是分别分散在各个计算机之上实现的，而且各个计算机之中是独立的，因此具有较高的容错性。这样的设计使单一计算机的故障，并不会其它计算机的正常运行造成影响，系统的其它功能还可以正常运行。而且，由于这样的设计，每个计算机所承担的任务也是比较单一的，因此在选择计算机时，可以选择具有特定结构的计算机，这样能够保证系统中应用的单台计算机都具有比较高的性能。
3.2 开放性
DCS控制系统具有开放性的特点，该系统应用了开放式、标准化、模块化的设计，系统中的各个计算机都是通过网络的形式连接，因此如果系统的功能需要进一步的提升和扩充，或者是需要进行改变时，只要通过将计算机连接到系统中，或者是从系统中断开连接就可以了，新计算机的接入，或者是计算机断开连接，都不会影响到系统的正常功能。
3.3 易于维护
系统中应用的微型计算机采用的是专用计算机，具有功能单一的特点，这也使其维护起来比较方便，同时由于系统的开放性特点，对某一台计算机或者是局部进行维护、更换等，都不会对整个系统的其它部分运行造成影响，这也使其能够迅速的排除故障，易于维护。
3.4 协调性
系统中各部分都通过计算机网络进行连接，这使整个系统能够实现信息共享，这使系统各部分可以协调工作，有利于系统功能的优化，提高系统的控制效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.5 全面控制功能
由于系统中具有多样化的控制算法，能够实现连续控制、顺序控制和批处理控制等多样化的控制形式，同时还可以应用串级、解祸、自适应以及预测控制等先进的控制方法，从而使其具有非常全面的控制功能。同时，系统还可以随时的增删算法，在需要时可以快速的将所需要的控制方法加入进去，使其可以随时增加控制功能，进一步提高了其控制功能的全面性。
4 DCS控制系统的应用
DCS控制系统可以根据企业的实际情况来进行组合，非常的灵活，其可以应用专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可以应用通用的服务器、工业控制计算机以及可编程控制器等组成。其中，过程级是位于最底层的，其中包含的现场控制站、数据采集站等都是随着控制对象而分散分布的，能够就地的采集到的生产的相关信息，并且对其进行控制，其还会将所收集到的信息传输给生产监控级计算机，二者之间是通过通信网络进行连接的。生产监控级在接收到信息之后，会对这些信息采取集中操作的方式进行处理，如进行集中计算、故障诊断以及统计报表等等。在计算机技术不断发展，计算机性能不断提高的背景下，其功能还在不断的拓展中，能够实现一些更加高级的集中管理功能，诸如仓储管理、计划调度等。
随着工业的快速发展，生产规模大型化已经成为了工业发展的一种趋势，而且这也已经被市场效益所证实，是能够获取更高收益的方式。这也使得跟多企业开始推进生产规模的大型化，并且对大型自动化生产技术进行优化和改进，从而提升生产过程可靠性和先进性。在这个过程中，DCS控制系统的水平也在不断的提升，当前DCS控制系统最主要的应用依旧是为工厂生产过程提供控制和管理，同时，其还具备集成企业信息、进行企业信息管理的功能。随着技术的发展，各控制系统也不仅仅局限于实现控制功能，而是逐步发展成为一个综合性的管理系统，从而使信息管理功能能够更加充分的发挥，而DCS系统也成为具备功能集成和产品集成的管理系统，使其在企业生产中的作用进一步凸显。DCS控制系统现在具备混合控制的能力，过程、逻辑和批处理等控制手段都可以实现，这就进一步拓展了其应用范围，一些行业的生产过程中，不仅仅需要单一的控制，而是需要混合控制，如水泥行业的生产过程中，既需要连续调节控制，还需要逻辑连锁控制，而DCS控制系统的混合控制功能，使其可以用于这些行业的生产控制之中，提高生产的可靠性和效率。
5 DCS控制系统的常见故障和处理方法
DCS系统在工业自动化中具有重要的作用，因此保证其正常运行，，对于保证生产的可靠性和效率具有重要意义，因此需要加强对DCS控制系统的故障处理方法的研究，快速的排除故障，保证其正常运行。
5.1 DCS控制系统的常见故障
DCS控制系统的常见故障包括现场设备故障、系统故障、硬件软件故障和操作使用不当故障等几方面。其中，现场设备故障主要是过程级的相关设备，如监控生产的各种传感器和仪表等等，这些设备的故障会对DCS控制系统造成直接的影响，导致系统无法获取到生产的实际信息，这类故障也是最长出现的，主要原因是设备的质量不达标，或者是安装、使用不当等。系统故障则是最为严重的，一旦发生会导致整个系统的瘫痪，系统故障可以分为两大类，即固定性故障和偶然性故障，通常固定性故障都是由于设计原因导致的，也可以能是系统使用的年限过长造成的。偶然性故障是突发性的，通常可以通过重启系统来进行解决。硬件故障是很容易发现的，通常是一种局部故障，导致问题的主要原因包括系统模板使用不合理等。软件故障则主要由于设计缺陷造成，通常不会出现，但是一旦出现就可能造成系统死机，危害比较大，而且解决这一问题也需要仔细的分析软件情况，处理起来比较复杂。操作、使用不当，主要是对系统进行不合理的操作引起的，导致某一部分功能无法正常使用，这种问题通过加强操作人员的培训就可以避免。
5.2 DCS控制系统常见故障处理
（1）DCS控制系统故障诊断方法。通常，当DCS控制系统出现故障时，可以采取直接判断法、替换法、外部检查法、分段查找法以及故障图法等进行检验。具体来说，直接判断法是根据故障信息，直接对故障进行判断；故障图法则实际上是一种经验方法，是利用丰富的经验，根据故障情况来判断出问题的所在。
（2）DCS控制系统故障的预防。为了防止DCS控制系统出现故障，应采取有效的措施来对故障进行预防，包括加强对于DCS系统运行和管理，采取有效的抗干扰措施来防止DCS控制系统被干扰以及做好病毒防范措施等。其中，加强系统的运行和管理的具体措施包括，加强各种软件的管理，及时将文档归档和备份，加强各种检查。同时定期的进行DCS系统检修，尤其是软件的备份，通信线路的检查、电源以及供电线路检查等。
结论
DCS控制系统具有自动化、可靠性高、系统易于维护等特点，使其在工业生产中有了越来越多的应用，通过应用DCS控制系统能够对工业自动化进行有效控制，提高生产的效率。但是在具体的应用过程中，存在诸多因素影响系统的正常运行，因此在实际的工作中，应对系统进行合理的维护，降低故障出现的可能性。在出现故障之后，要根据故障的特点确定合理的检测方法，确定故障的具体位置和原因，并基于此及时的解决故障，保证系统的正常运行。
参考文献:
[1] 钱锦. 浅析DCS控制系统在工业自动化中的应用[J]. 石河子科技, 2016(3):39-40.
[2] 黄绍隆. DCS控制系统在化工企业中的应用[J]. 决策与信息旬刊, 2015(5):156-157.
[3] 张停, 李燕平. DCS集散控制系统软件在生产中的应用[J]. 企业技术开发, 2011(20):28-29.
作者简介： 陈鹏；1996年 6月；性别：男；民族：汉；湖北十堰人；学历：本科；专业：自动化。
论文作者:陈鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
标签：控制系统论文; 系统论文; 故障论文; 功能论文; 计算机论文; 这一论文; 设备论文; 《电力设备》2018年第35期论文;