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        淺析DCS系統(tǒng)在天然氣儀表領域中的應用

        2015-05-11 15:22:13沈航
        中國新技術新產(chǎn)品 2015年9期
        關鍵詞:DCS系統(tǒng)儀表天然氣

        沈航

        摘 要:隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,對天然氣的需求也逐年增多。在天然氣生產(chǎn)、銷售的各個過程中,儀表都占據(jù)著十分關鍵的地位,發(fā)揮著重要的作用。儀表能否正常使用,直接關系到相應的控制視圖能否實時獲得相關數(shù)據(jù)。本文就結合實際工作經(jīng)驗,對DCS系統(tǒng)的相關內容進行分析,探究DCS系統(tǒng)的特點及其發(fā)展狀況。

        關鍵詞:DCS系統(tǒng);天然氣;儀表;應用

        中圖分類號:TP27 文獻標識碼:A

        隨著近些年天然氣需求的不斷上漲,人們開始關注天然氣的開采。在保證安全的情況下,對天然氣進行開采,能夠滿足我國當下的需求。天然氣開采過程離不開儀表,而DCS系統(tǒng)直接影響到了天然氣能否安全生產(chǎn)。因此對DCS系統(tǒng)在天然氣儀表領域的應用進行研究很有必要。

        一、DCS系統(tǒng)的概念和結構

        分布式控制系統(tǒng)也就是DCS,又被稱為集散控制系統(tǒng),是在集中式控制系統(tǒng)之后進一步升級的控制體系。作為多層及計算機系統(tǒng),分布式控制系統(tǒng)將通信網(wǎng)絡作為核心傳輸紐帶,主要分為過程監(jiān)控層以及過程控制層兩級。在整個分布式控制系統(tǒng)中,涉及到了通信、現(xiàn)實、計算機以及控制等技術,目的是為了實現(xiàn)控制的分散化、操作的集中化、管理的分級化以及配置的靈活化。

        DCS的過程控制站就是一個具有完整功能的計算機系統(tǒng),由CPU、電源以及網(wǎng)絡接口三個主要部分組成。作為現(xiàn)場過程控制中心,高性能中央處理器中保存著所有的過程控制程序、控制數(shù)據(jù),并為其提供運行場所,負責所有控制決策的執(zhí)行。操作員通過網(wǎng)絡接口與過程控制站相互連接,獲取信息。并將對信息的操作通過網(wǎng)絡接口傳遞到控制站。其中,操作員站是一臺具有監(jiān)視、記錄、打印、報警等功能的個人電腦。為了完成上述的功能,該電腦中通常需要安裝相關的操作軟件。工程師站主要針對組態(tài)過程進行控制,對過程控制站的運行情況進行監(jiān)視和診斷,為DCS系統(tǒng)工程師提供依據(jù)。DCS系統(tǒng)通過多個控制器對一個生產(chǎn)過程中的眾多控制點進行控制,平行的控制器之間借助網(wǎng)絡進行著數(shù)據(jù)交換。DCS系統(tǒng)在結構上主要劃分為操作級、過程級以及管理級這三個部分。作為系統(tǒng)控制功能的主要實施部分,過程級由過程控制站、現(xiàn)場儀表以及I/O單元三部分組成。操作機則主要有工程師站和操作員站,針對系統(tǒng)操作設計。管理機則是工廠管理信息系統(tǒng),是DCS系統(tǒng)更高層次的應用。

        在生產(chǎn)、加工天然氣的過程中,幾乎每一個環(huán)節(jié)都需要使用儀表。天然氣生產(chǎn)能否安全進行,直接依賴于對于儀表顯示數(shù)值的評估。在進行天然氣生產(chǎn)的過程中,外部環(huán)境比較惡劣,空氣中的許多成分以及環(huán)境的含水量都會對人的身體造成損傷,因此不適合有工作人員現(xiàn)場操作,因此儀表通常會將數(shù)字進行遠距離傳輸,在較遠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,會影響到對于工作運轉的判斷以及對控制工作的協(xié)調。而分布式控制系統(tǒng)正是針對儀表讀數(shù),對一定范圍內的讀數(shù)進行分析,從而進行反應并提供分析報告。

        在天然氣生產(chǎn)領域中,分布式控制系統(tǒng)主要通過局域網(wǎng)作用于儀表數(shù)據(jù),并保障儀表體系之間與相關群落以及操作站的通信。以儀表集群為單位,每一個儀表集群都可以與DCS控制器進行聯(lián)系,這種聯(lián)系需要通過當?shù)氐腎/O接口得以實現(xiàn)。相關儀表數(shù)據(jù)將被控制器收集,并進行初步的判斷。通過網(wǎng)絡,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作。

        二、DCS系統(tǒng)的發(fā)展狀況

        DCS系統(tǒng)在近二十年內,產(chǎn)品市場定位和基本原理并沒有發(fā)生改變,但是由于科學技術在不斷地發(fā)展,外界環(huán)境以及市場需求發(fā)生了變化。為了更好地應對挑戰(zhàn),DCS系統(tǒng)的設計思想不斷完善。從宏觀上來看,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,具備高級語言功能和通信功能。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。作為一個完整的計算機,控制站提供了現(xiàn)場的輸入、輸出設備。在第一代之后的產(chǎn)品中,都使用了鑲嵌技術可以利用單片機,進行遠程的I/O數(shù)據(jù)傳輸。同時,在信號變換的過程中為了防止現(xiàn)場出現(xiàn)的信號進行干擾,使用了隔離技術。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節(jié)相類似,人機界面以及備用操作器都可以在每個控制站進行控制。第二代DCS系統(tǒng)控制站在程序編譯系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)中都實現(xiàn)了進一步的完善,特別是在編程語言上,增添了高級語言。第三代DCS系統(tǒng)的軟件更加齊全,甚至可以在離線狀態(tài)上對控制策略進行修改。

        DCS系統(tǒng)在未來的發(fā)展中,朝著安全、開放兩個方面的屬性發(fā)展。因為在天然氣的工作環(huán)境中,DCS系統(tǒng)應當不斷發(fā)展,同時能與其他系統(tǒng)相互兼容。從安全角度分析,應當明確DCS工作的開展效果,直接會受到數(shù)據(jù)安全性與否的影響。而DCS系統(tǒng)能否正常運行,也會對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性。而立足于發(fā)展來對DCS系統(tǒng)進行分析,由于DCS系統(tǒng)具有極強的數(shù)據(jù)特征,將對于數(shù)據(jù)的挖掘需要向人工智能方向發(fā)展。通過人工智能思想在DCS系統(tǒng)中的應用,可以為計算機提供更好地處理數(shù)據(jù)的依據(jù),能夠做出更加準確的決斷。

        結語

        隨著DCS系統(tǒng)的不斷發(fā)展,在各行各業(yè)中都有了很好地應用。特別是在天然氣儀表領域,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行現(xiàn)場的儀表讀數(shù),很有可能損害工作人員的身體健康。所以,將DCS系統(tǒng)應用于天然氣儀表領域,就能很好的避免這一情況的出現(xiàn)。同時,DCS系統(tǒng)還能對收集到的儀表數(shù)據(jù)進行處理、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,應當注意不斷改進技術,完善硬件軟件設施。

        參考文獻

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