DCS系统如何选型

DCS系统选型工艺流程确定后，控制系统被控对象也就确定。选用哪种控制系统成为重要问题，这主要根据项目规模和投资预算来考虑。DCS与模拟仪表相比更复杂，技术性能要求更高，除控制硬件外，还涉及通信协议、监控软件及与其相连的数据存储等。下面就DCS选型要求进行详细说明:一、总体要求1评价原则DCS选型，选什么？选的是安全、方便、简单和全面。安全是系统（软件、系统结构）安全，网络安全，硬件（DPU、模件）安全。方便是操作（对运行人员）方便，维修（数据查询、更换硬件、校验模件）方便，组态（控制回路图、显示画面、在线修改和下装）方便。简单是指网络结构和系统结构简单，全面则是系统功能全面。全球范围内，DCS厂家的产品可能千差万别，但是归根结底DCS是采用所谓“4C”（Computer－计算机；Communications－通信；Control－控制；CRT－显示操作）技术设计制造的自动化产品，因此，评价DCS系统，只要以4C技术为基本原则，结合控制对象的应用特点和具体要求，也就不难对DCS系统进行全面、客观的评价。就DCS本身来讲，既然不同品牌能在广泛的工业领域内占有一席之地，各据一方，肯定有其存在的道理，但对用户的控制系统是否“适用”和“好用”就要睁大眼睛仔细鉴别、优中选强了。2、系统规模如控制回路较多，模拟量采集较大，热电阻、热电偶的采集较多时，应选用DCS。采用哪种DCS，应从以下几方面考虑：目前，正是新老系统交接时期，DCS软、硬件正由专用走向通用。选比较新型的系统，价格比较低，备品比较好买，维护费用会大幅度下降。与其他系统互连容易，费用低。系统集成是未来十几年的趋势，是计算机技术发展的一个新阶段。3、系统专长DCS制造厂家往往对某一领域比较专长。如HoneywellTDC2000、TDC3000、TPS和PKS系统，横河CS1000、CS3000系统主要用于石化部门，因为其闭环控制回路比较多，模拟量控制比较方便。模拟量和开关量控制是完全分开的，在开关量的控制方面不如其他DCS方便。BAILEY公司N90、INFI90，西屋WDPFI、WDPFII、OVATION系统主要用于电力系统。这两个系统在模拟量和开关量结合方面较好。OVATION系统是新型软DCS系统，也是现在销售情况最好的系统之一。Fisher-Rosmount公司和西屋被Emerson收购，老系统PROVOX、RS3大多用于化工系统，其批量、配方等很有特色。现在已经基本迁移改造到新系统DeltaV上，新系统兼容现场总线和Hart协议。4、工艺的特殊要求不同工艺过程会有一些特殊要求，如电厂要有电调设备(DEH)和事件顺序记录（SOE）。水泥行业、冶金行业等开关量与模拟量之比大约是6：1，而且纯滞后环节较多，有时需控制补偿等，选型时要考虑这些因素。有的DCS系统开关量逻辑控制组态不太方便，这时要考虑采用DCS和PLC混合使用。如电厂锅炉控制采用DCS，输煤程控和水处理、除灰等逻辑控制采用PLC。经济性该从DCS价格和预计效益角度考虑。同档次中，进口DCS控制功能强一些。进口产品有一些先进控制算法，如Smith预估、三维矩阵运算等，因销售时间较长，软件保证体系更完善。国产DCS价格低很多，也能满足基本技术要求，因开发较晚，某些技术比国外的还先进一些，如以太网的应用、导轨式的嵌入式PC为基础的控制器和已经有现场总线接口等。5、系统结构从结构上看，我国DCS比某些进口DCS还合理。国外传统DCS厂家的控制器差别不大，但操作站区别较大。分以PC机和小型机为基础两类。小型机价格比PC机高很多，且许多机型已停产。PC机操作系统用NT，稳定性虽没UNIX好，但作为操作站使用足够。小型机接口用SCSI，传输速率理论上是串行20倍之多。以NT操作系统作为操作站，如采用串行连接，点数（标签数）能少一些，这与硬件配置有关。有时由于硬件与软件配合不好，会频繁死机。国产PC机更便宜，采用PC机操作站，可以采用最新机型和监控软件，与计算机技术的发展基本同步。现场技术人员对软件的安装、调试、联网和开发也更熟悉。监控软件分专用和通用，通用监控软件开放性能好，能在以太网中用DDE、或OPC方式交换数据。专用监控软件脚本不丰富，不能与第三方设备连接，所以目前快要退出市场，但病毒、黑客难以侵入;致命的缺点是开放性能差。对于集成系统可以是操作站采用通用的，控制器有许多接口，与PLC，Web连用。用户可以通过工程公司集成，应按照项目的规模大小和预算资金来选择使用。由于有通用的监控软件，符合IEC61131-3标准的编程软件、可以选用嵌入式系统或软DCS系统，集成的控制系统有可能达到最高的性价比。系统规模主要由系统的输入输出点数确定。其中包括连锁、特殊控制要求所需的输入输出点数。选择DCS的型号要看资金确定和维护的工作量，的DCS除操作站需要维护以外，控制部分基本不需维护。在选型时，要考虑是否需要冗余。新型DCS的通讯网络是冗余的，结点之间距离和DCS网络总长度以及各结点地理配置有关。通用以太网，网卡等价格很低，而专用网络接口很贵。6、经济性及技术先进性经济性涉及很多因素，最好联系国内类似单位，进行技术培训，或请教有经验的专家解决有关困难。工程承包方的技术力量。要选择技术力量较强单位作总体方案，而具体编程或组态可分别完成。国外DCS厂商技术人员不可能大批来我国服务，不熟悉我们应用情况，更不可能什么系统都很清楚，所以具体实施还是国内技术人员较好。如采用进口DCS，可得到国外一些开发工业连接软件公司的技术支持，能把系统做好一些。我国技术人员也得到提高。虽然我国技术与国外相比有一定距离，但国内技术人员对国内情况比较了解，在国外大公司支持下，做的工程会达到更好性能。售后服务。国外厂商通常配品、备件供应价格高，且不能及时提供。用户应选择厂商实力雄厚，技术力量强、境内技术支持好的厂家。厂家会不断更新产品，新旧产品兼容性要好。国内DCS厂家配品、备件供应较及时，售后服务做的比较好，许多第三方厂家也开发了许多价廉物美的产品，用户都可选用。技术的先进性。计算机技术发展很快，而DCS发展相对稳定，这涉及新技术的应用。要注意：有些国外厂家为抢占市场，经常把不太成熟的产品推到第三世界。国产DCS销售时间还不够长，对一些软件的测试条件不够完善，在一些极特殊情况下，是否会产生问题没有足够证据，所以有时发生故障会有解释不清的情况。系统集成已成熟，为节约资金，可采用。应该向ABB公司学习，它的工业IT，就是集成了许多家的产品。用类似的办法，不仅能集成出好的系统，还能培养技术队伍。综上，选型不但要考虑项目规模和投资预算，还要考虑一系列其它因素。系统集成是以后的方向，不仅满足控制要求，而且性能好、资金省。二、技术要求1、DCS评价性能指标：DCS是可修复的系统，其总体性能有可靠性和响应性2个指标。可靠性指标有：MTBF(平均无故障时间)，MTTR(平均修复时间)，系统可用性(A=MTBF/(MTBF+MTTR)。由于广泛采用冗余技术，因此DCS的系统可用性A一般在99.99%以上。响应性指标有：响应时间T和稳态服务S。一般S，T要按典型任务来估算。2、主要功能的评价(1)CPU功能的评价①I/O能力。I/O信号范围，种类，数量是过程控制能力的基本点，远程I/O，危险区域I/O也很重要。②控制能力。主要从控制运算功能块的能力，数量，组态方便性，灵活性来考虑。复杂控制功能，自整定功能，各种回路构成方法及各种方式的切换能力都应考虑。还要评价CPU的程控能力，以及将反馈控制，顺序控制和数采等功能组合在一起实现批控制的能力。③带PLC能力。④CPU的可靠性和环境适应性。CPU可靠性一般很高，但应在冗余配置的灵活性上作出评价。(2)操作站功能的评价DCS的集中管理和信息综合功能由操作站和过程管理机来实现。对它的评价有：①窗口功能：过程窗口、总貌、分组、报警画面趋势图、流程图，操作画面的表达能力、容量、切换、响应速度等。系统画面反映系统本身的技术参数、系统结构、组态方法等。②报告功能。类型、格式、历史数据表、数据的检索、综合、归档报告等能力。③工程师站功能。完成对系统的在线，离线组态和随时在线监视的能力及其可靠性，灵活性，方便性。④软件包及语言应用功能。一般应有历史文件，过程优化，计算应用模件，物理数据库，生产管理及专家系统等软件包及应用高级语言能力。(3)通信网络功能的评价①通信协议。网络结构，传媒和网络控制方式。网络的覆盖范围，容量(可挂节点数)，数据与速率，吞吐量等。②可靠性。冗余度，数据纠错，校核功能。③标准化。LAN的开放程度(容纳多厂商设备的能力)，LAN应遵循MAP或兼容，是否具有现场总线能力。3、DCS的选型及注意事项(1)经济性同其他设备一样，DCS的选型首先应考虑其投资规模，性价比及投资回收率这样一些经济准则。在设计初期，可以从以下几点来估算：①全系统实现时间。②用户对DCS系统从陌生到熟练掌握所需要的时间。③系统对生产过程的适应性。由于DCS厂家的技术背景不同，其产品是有倾向性的。有的较适合冶金，有的适合化工，他们在各自领域应用熟练程度差别较大。(2)技术服务技术服务主要把握对过程的匹配，实际上并不是功能越强越好。要求根据用户需求和用户管理系统的能力提出合理的系统配置。技术服务应考虑：①厂家信誉。应优先选用着名厂家的产品，并注意以下几点：交货及时，性能满足或超过用户要求，可靠性高，保证提供最新产品，并使用户易于安装使用与按期投产，价格合理并在适当声明周期内保值。②系统维护功能。应具有良好的自诊断能力，自动排除故障能力，故障后修复的难易性也很重要。远方服务，千里之外的维修专家可为用户及时进行咨询服务。③售后服务。包括备件供应能力及供应年限，技术培训方法及效果。④扩展与迁移。选用时应考虑未来的发展，向标准化网络迁移的可能性与难易性。要优先选用开放系统。4、系统各部件的确定(1)控制器处理I/O点数的能力系统首先要决定采用多少控制器和人机界面。回路控制器组成的系统是比较单一，提供的IO点数确定，用满它的I/O点和回路数目是可以的（有现场总线连在控制器上除外）。购买的产品品牌确定后，就要确定PLC或DCS的型号，要购买多少台控制器、一个控制器需要配多少I/O卡件。个问题对于最终用户来说是很重要的。(2)硬件选型DCS、PLC的型号确定以后，计算各种类型的I/O的卡件数。这称为硬件（或称为硬件配置）组态。硬件组态有三方面考虑：首先是与控制器位置有关的I/O设备位置的确定。考虑到安装布线费用，远程I/O体系有优势。本地I/O或远程I/O选定以后，就要选模块型号。通常不会只要一种型号I/O模块。型号选定后，计算每种型号I/O模块数。根据所用的现场传感器、控制设备工原理和电压幅值来划分统计。根据（输入/输出）功能、电压、工作原理，统计接口模块数。(3)软件功能要求上述工作完成后，才开始软件组态，即DCS采用功能块组态，PLC编制梯形图。现场安装和调试，最后使系统很好的运转。除了I/O模块数，还要考虑控制器逻辑程序所用处理机内存容量，最后还要考虑处理机指令系统。关于DCS，控制器I/O点数配置比PLC要复杂一些。因DCS主要考虑模拟量处理，它占的处理机内存容量更多。所以选型后，还必须确定点数裕量。根据经验，假设实际有100个I/O点，应选用能识别300-400点I/O的控制器。假设一台DCS控制器能连接64块I/O卡，在实际连接时，连接20多块I/O卡才合适。每块卡分别是8路或16路。如果都是开关量，块数可适当多一些;模拟量块数要少一些。如果一台DCS控制器能完成120个PID控制回路任务，在做组态时最好作40多个回路，再加上部分开关量和模拟量采集，控制器才能正常运转。一定不要作太满，否则不仅影响控制器运行，还影响DCS通讯网络工作。一个系统要用好几台控制器，各控制器作硬件组态时，相互间负荷要平衡，各控制器输入/输出点数要相当。各控制器要组态多少PID回路关系不大，只要I/O的点数大约是最大能力的30-40%左右。如两台控制器输入/输出点数都没