“DCS系統組态”是什麼意思？

DCS組态通俗來講就是就是控制回路程序。

控制回路通常是針對模拟量的控制來說，一個控制器根據一個輸入量，按照一定的規則和算法來決定一個輸出量，這樣，輸入和輸出就形成一個控制回路。

控制回路有開環和閉環的區别。開環控制回路，指輸出是根據一個參考量而定，輸入和輸出量沒有直接的關系。而閉環回路則将控制回路的輸出再反饋回來作為回路的輸入，與該量的設定值或應該的輸出值作比較。閉環回路控制又叫反饋控制，是控制系統中最常見的控制方式。

DCS組态的步驟有哪些？

01

前期準備工作

進入系統組态前，應首先确定測點清單、控制運算方案、系統硬件配置，包括系統的規模、各站IO單元的配置及測點的分配等，還要提出對流程圖、報表、曆史數據庫、追憶庫等的設計要求。

02

建立目标工程

在正式進行應用工程的組态前，必須針對該應用工程定義一個工程名，該目标過程建立後，便建立起了該工程的數據目錄。

03

系統組态設備

應用系統的硬件配置通過系統配置組态軟件完成。采用圖形方式，系統網絡上連接的每一種設備都與一種基本圖形對應。在進行系統設備組态之前必須在數據庫總控中創建相應的工程。

04

數據庫組态

數據庫組态就是定義和編輯系統各站的點信息，這是形成整個應用系統的基礎。在MACS系統中有兩類點，一類是實際的物理測點，存在于現場控制站和通信站中，點中包含了測點類型、物理地址、信号處理和顯示方式等信息；一類是虛拟量點，同實際物理測點相比，差别僅在于沒有與物理位置相關的信息，可在控制算法組态和圖形組态中使用。

05

控制算法組态

在完成數據庫組态後就可以進行控制算法組态。dcs系統提供了符合IEC1131-3标準的五種工具：SFC、ST、FBD、LD和FM。

06

圖形、報表組态

圖形組态包括背景圖定義和動态點定義，其中動态點動态顯示其實時值或曆史變化情況，因而要求動态點必須同已定義點相對應。通過把圖形文件連入系統，就可實現圖形的顯示和切換。

07

編譯生成

系統聯編功能連接形成系統庫，成為操作員站、現場控制站上的在線運行軟件的基礎。系統包括實時庫和參數庫兩個部分組成，系統把所有點中變化的數據項放在實時庫中，而把所有點中不經常變化的數據項放在參數庫中。服務器包含了所有的數據庫信息，而把現場控制站上隻包含該站相關的點和方案頁信息，這是在系統生成後由系統管理中的下裝功能自動完成的。

08

系統下裝

應用系統生成完畢後，應用系統的系統庫、圖形和報表文件通過網絡下裝在服務器和操作員站。服務器到現場控制站的下裝是在現場控制站啟動時自動進行的。現場控制站啟動時如果發現本地的數據庫版本号與服務器不一緻，便會向服務器請求下裝數據庫和方案頁。

實例講解

下面結合實例把DCS系統組态的步驟、方法和基本思路做科普介紹，希望廣大化工工控從業人員能達到融會貫通的目的，輕松搞定DCS系統組态工作。

1

項目簡介

某小型熱電廠包含三台75t循環流化床鍋爐，兩台12MW汽輪機組。整個熱控項目大概含有1000個I/O點。

2

DCS系統I/O點數統計

拿到數據庫之後，我們先進行DCS系統I/O點數統計，按AI、AO、DI、DO分成四個部分，AI分為4-20mA、RTD和熱電偶三種，分别做上标記，一般這個工作都在Excel中完成，可以方便統計、查詢，最好使用不同的背景顔色來區分。模拟量部分要注意是否有相應的量程、單位等信息。

整理數據庫的同時，我們應該注意浏覽一下，看看都包含哪些設備，哪些采集點。剛接觸數據庫的時候可能認為上千個點是很龐大的，随着我們對生産工藝的了解和熟悉，慢慢就會發現其實沒那麼多，因為大部分都是經常用的。如果發現有不了解的，應該及時與設計院或者甲方溝通，弄清楚，防止以後帶來問題。

還可以有一個方法幫助我們盡快熟悉系統和設備，那就是對照熱控系統圖紙，這個圖紙按照工藝分成若幹份，比如鍋爐汽水系統、鍋爐風煙系統、鍋爐給水系統、除氧系統、鍋爐連排系統等，數據庫中的每個點都應該清楚地标記在圖紙上，比如汽包水位一般采用三個測量點，都标記在汽水系統的圖紙上，給水系統中也會标記。先熟悉工藝流程，再熟悉設備，通過設備就能知道數據采集點了，這樣是不是就沒那麼困難了？

3

DCS系統硬件配置

下面我們來把數據庫的點整理到具體的DCS系統I/O通道，就是分配測點，前面章節已經說過了，計算機就是根據你分配的點的位置和類型，來采集數據，然後進行方案運算的，所有接下來的工作非常重要，不能有任何差錯。

01

分配測點

先把特殊的要求或設備分檢出來，處理完之後再進行一般設備的配置，這樣會提高效率，也防止遺漏，因為在配置一般設備的時候，我們又做了一遍檢查，如果有遺漏就可以及時增補，反過來做呢？也許更好吧，總之，找到一種最适合自己的工作方法是最終的目的。好了，下面說一般DCS系統設備的配置，這裡有幾個原則：

①相同的測點盡量分配在不同的DCS系統卡件上。這樣做是為了分散風險，假如某個模塊更換或者有故障，另外的模塊還可以監視相同的測點。

②相同的設備盡量分配在同一個DCS控制站中。這樣的分配是為了盡量減少站與站之間的數據鍊接，降低複雜程度和故障點。

③DCS系統的站與站之間如果有變量的交換，最好使用硬接線的方式，這樣的做法也是為了增強系統穩定性，但是缺點也是明顯的，因為這樣做至少占用兩個DCS系統卡件通道，一個AI輸入，一個AO輸出，因此可以根據情況考慮，如果需要交換的變量很多，那隻能采用網絡變量的方式，通過上位機軟件的功能來完成數據交換。

④每個DCS卡件模塊應留有2-4個備用通道。不多說了，這裡為了适應系統的更改，因為用戶如果增加了測點，找不到通道的時候，會給我們的工作帶來很多麻煩，因此這是必需的，一般招标書裡面也會有提及。

⑤每個控制站的每種類型卡件應該留有1個備用，這是為檢修方便考慮：假如卡件出現故障，第一時間以熱撥插方式更換一塊全新的就可以解決問題。

⑥在數據庫增加三個字段，站号，模塊号和通道号，這樣就把每一個數據點都分配到具體的模塊的不同通道裡，不能有重複。

根據控制系統的特點，每個控制站會有一定的負載能力，也就是說能接入的模塊數量是有限的，因此，必須考慮分成幾個控制單元和機櫃。本系統點數比較少，每台鍋爐3個主控單元即可滿足控制要求。

完成以上工作後，整個系統的配置基本上就已經搭建好了，在提交最終配置結果之前，一定要仔細把上面的工作“過一遍”，對毎一個步驟都需要重新驗證一下，數據庫整理的時候是否由于誤操作把某些數據隐藏了？或者不小心删除了？在排序的時候是否把數據弄亂了？對于一個剛剛開始工作的工程師來講，這樣的低級錯誤是肯定要犯的，沒關系，不要氣餒，借用一句話：錯了就改，改了再犯，犯完再改，千錘百煉嘛。然後再對照系統圖，找到數據庫中的每一個點的位置，看看有沒有特殊的點或者設備，需要怎樣處理？最後根據分配原則重新計算一下配置是否合理，是否滿足要求。

當你對上面的工作确信無誤的時候，就可以進行下面的工作了，配置硬件，也就是給系統配備采集卡件、主控單元、機櫃、操作員站等設備。

02

根據I/O點數完成DCS系統硬件配置

不同品牌的DCS系統硬件配置不一定相同，但配置思路和方法是相同的：DCS系統硬件都是根據現場準确需求和DCS系統I/O點數來确定的。

DCS系統硬件配置需要完成以下内容：

①硬件冗餘配置

對關鍵設備進行冗餘配置是提高DCS可靠性的一個重要手段，DCS系統冗餘通常包括電源冗餘、控制器冗餘、通信冗餘、操作站冗餘和DCS系統I/O闆卡冗餘，具體冗餘要求最好和DCS系統廠家仔細溝通，做好冗餘配置及相關設備數量統計。

②插件的配置

根據系統的要求和控制規模配置主機插件（CPU插件）、電源插件、I/O插件、通信插件等硬件設備；

③确認DCS系統機籠和機櫃數量

DCS系統機籠用于安插DCS卡件模塊，不同廠家的DCS系統機籠配置要求各不相同，但基本都是按照卡件數量配置相應的機籠，卡件數量固化下來後就可統計出機籠數量。DCS機櫃用于安置各種插件、機籠和中間繼電器等，DCS機櫃常見尺寸為2100*800*600mm，機櫃數量是根據安裝的插件、機籠和中間繼電器等設備的尺寸和數量來決定。

④硬件安裝

不同的DCS，對于各種插件在插件箱中的安裝，會在邏輯順序或物理順序上有相應的規定。另外，現場控制單元通常分為基本型和擴展型兩種，所謂基本型就是各種插件安裝在一個插件箱中，但更多的時候時需要可擴展的結構形式，即一個現場控制單元還包括若幹數字輸入/輸出擴展單元，相互間采用總線連成一體。

03

分配操作員站

一般來說，每台主要生産設備配一台操作員站，因此本應用配5台操作員站，再加一台工程師站，有的系統需要配置冗餘服務器，那就應該選用配置高一些的計算機來擔任，如果有需要還應該配備打印機。當需要與其他系統通信時，就應該配備相應的通信設備，比如串口卡等，為了防止其他設備對主控系統的幹擾及損壞，大都采用通信的方式進行數據交換，也就是說其他系統不能接到底層的機櫃或者主控單元中，要通過操作員站或者工程師站來進行數據交互。

曾經有一個項目，在控制系統之外，還有水冷壁振打系統，它是在鍋爐停運以後，利用超聲波方式，來清除水冷壁上面結垢的設備，由于不是主控系統廠家的設備，因此把它單獨接到一台通信機上，通過外接軟件來完成監視功能。一般還會有與DEH系統的通信，因為DEH系統往往是單獨的，可以通過串口通信的方式把一些重要數據比如轉速、閥門開度、目标轉速、升速率等接入控制系統。還有一些通信必須使用硬接線的方式接入控制系統，也就是直接接入控制機櫃的卡件中，參與系統控制，比如電氣系統的停機跳司信号等。

04

繪制網絡系統圖

好了，假如你自信前面的工作已經完成了，就開始進行下一步工作，畫配電系統圖和網絡系統圖。配電系統圖的内容包括整個控制系統的電源及接地系統的詳細内容，包括進入系統的電源、系統内的電源接線原理、還有系統接地原理。這是很重要的内容，因為設備到現場以後，電源的接入是由施工方實施的，電源是否穩定直接影響系統的穩定運行。同樣的，網絡系統圖表示的是系統設備的網絡連接，一般系統都是兩層網絡連接，這裡要具體描述每台計算機的網絡位置和IP地址等信息，如有其他連接方式應明确指出。

網絡系統圖裡也可以包含每個控制單元的模塊分布圖，用來表示前端采集數據的每個I/O卡件的具體位置以及總線連接方式，如下圖所示。

05

端子接線圖

還有一個重要的圖紙千萬别忘了，那就是I/O端子接線圖。這部分圖紙是描述每個I/O卡件中的每個通道接入的信号内容，還包括是如何接線的。施工人員根據測點的分配位置來決定電纜的走向、長度，還可以把相鄰位置的信号量合并在一根電纜中，因此我們可以看出，合理的設計不僅能保證系統功能的完整，還可以節省很多材料和工時，這就是設計經驗的積累。

到這裡，我們基本上完成了設計的前半個階段，這個階段的特點就是繁瑣，需要注意力集中，一旦馬虎就會給後面的工作造成麻煩，而且還不容易發現，最終導緻緻命錯誤。因此，筆者建議在設計之初先把整個項目浏覽一下，做到心中有數，有點像讀一本書一樣，先看看目錄，再看看簡介，然後逐個章節浏覽一下，重點部分深入一些。然後再逐個步驟細緻完成，每個步驟最好一氣呵成，不要停停走走，那樣會非常容易遺漏。

4

編程控制方案

接下來，做控制方案，這是個複雜的過程，需要你對工藝的了解，對設備的了解，還有理解設計院的控制要求，對于小型鍋爐，主要包含以下一些重要控制回路。

01

鍋爐MCS控制方案

①引風機調節-保障爐膛負壓。

②主汽壓力調節回路-調節給煤流量，保障主蒸汽壓力在一定範圍内。

③一次風調節回路-保障床溫在正常範圍，防止結焦。

④二次風調節回路-根據煙道中的含氧量來調節風門大小，保障爐膛内燃燒充分。

⑤主汽溫度調節-根據減溫器出口溫度的高低，通過調節減溫流量閥門來保障主蒸汽的溫度滿足生産需要。

⑥給水調節-根據汽包水位、給水流量、蒸汽流量信号采用三沖量調節控制汽包水位。

02

鍋爐順序控制方案

①引風機及出口門回路。

②一次風機啟停回路。

③二次風機啟停回路。

④反料風機控制回路。

⑤給煤機及出口門控制回路。

⑥汽包緊急放水門控制邏輯。

⑦緊急停爐連鎖邏輯。

03

汽輪機連鎖邏輯

①凝結水泵啟停聯鎖邏輯。

②射水泵聯鎖邏輯。

③給水泵聯鎖邏輯。

④疏水泵聯鎖邏輯。

⑤主汽門控制。

⑥交、直流潤滑油泵聯鎖控制。

04

共用系統部分控制邏輯

①除氧器水位控制調節。

②減溫減壓器溫度、壓力調節。

③凝汽器水位調節。

以上内容不是全部，也不是必需，一切都要以實際系統配置和設備功能來定制。控制方案設計好了之後就是在組态軟件中把它實現出來，然後下裝到控制器中運行。一定要保證所有方案都能調整暢通，是否正确可以留到現場調試的時候與專工商榷。經以上步驟，DCS系統組态工作已經做了大部分，接下來就是檢驗、發貨、安裝、現場修改、接線、調試等，這些内容就不在這裡講述了。

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