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成玉青

ž  引言
目前，大多數石化生產裝置都采用了DCS進行控制，產生了較好的效益，但總的說來，DCS的應用水平不高，其技術優勢還遠沒有完全發揮出來。據專家們估計，當前我國企業對DCS的應用能力普遍不及它的30%。這說明在DCS的應用上還存在著很大的不足。筆者結合在工程教學中的一些體會及DCS在工程應用中存在的實際問題，作一簡要分析，并給出相應的解決對策，希望能對DCS進行更加深入的應用，以較小的投資為企業帶來更好的效益。
ž  對DCS應用中的不足性分析
ñ  DCS應用設計水平不高，設計過于粗放
通常設計人員對DCS并不熟悉，他們對該系統的設計僅限于用其替代二次表，因此難以發揮DCS先進技術的優勢，同時，粗放型的設計也造成了很大的資金浪費，增加了維護量。下面結合實例進行分析。
(1)  對控制方案的設計沒有發揮DCS的技術優勢
DCS提供了強大的運算和控制功能，如TDC3000系統提供了流量累積、溫壓補償等十幾種算法功能，以及PID控制、比率控制等十幾種控制功能。控制語言/先進處理模塊CL/APM（控制語言/高性能模塊CL/HPM）為更復雜的運算、邏輯控制等功能提供了非常簡單的實現方法。應用模塊AM為高級控制策略提供了條件。遺憾的是這些硬件設備被真正使用的卻很少，大多數用戶只是把它們作為擺設。造成這種情況的主要原因是設計人員在設計上花的功夫不夠或設計水平不高。
例如：某裝置的分程控制在設計時只給出了一個AO點，所以分程控制在DCS中與單回路的設計是一樣的，如圖1所示。

圖1  分程控制的常規設計

顯然，這種分程最終只能靠兩個分程調節閥的閥門定位器來現場完成，顯然沒有發揮DCS的技術優勢。
圖2所示的設計發揮了DCS的技術優點，遠遠優于前者。
①  實際的分程任務由兩個AO點完成。比用現場分程精度高、易實現。
②  可以在特殊情況下對各調節閥進行手動調節，而且可以保證無擾動恢復。
③  一個調節閥手動調節時，另一個仍可處于自動控制狀態，因此該方案實際上對傳統的分程控制進行了功能擴充，大大增加了操作的靈活性。

圖2  結合DCS技術所作的分程控制設計

(2)  在硬件選擇上隨意性較大
粗放型的設計會造成很大的資金浪費，并增加維護量。這主要是在設計時對DCS不了解造成的。
例如，某裝置在進行TDC 3000系統的I/O卡件選擇時，所有對模擬信號進行采集的卡件均采用HLAI卡，所有非4～20mA信號先轉換成4～20mA信號，然后再傳送到I/O（HLAI）卡。
為便于問題的分析，以溫度信號采集為例，當然，4～20mA信號比熱電偶、熱電阻的測量信號（毫伏、阻值）具有抗干擾能力強等優點，而且對重要的控制回路還需要冗余處理，而LLMUX不支持冗余功能，因此對少數溫度采集信號選用HLAI卡是值得的，但對大部分溫度采集信號選用HLAI卡就會成為種浪費了，略分析如下：
①  增加了投資 如果采用LLMUX卡件，則熱電偶、熱電阻的測量信號可不通過其他環節直接傳送到LLMUX卡；而HLAI卻不能直接處理熱電偶、熱電阻的測量信號，必然要增加中間轉換環節即溫度變送器，所以投資加大。
②  增加了維修量 中間環節越多，需要維護的環節也越多。
③  增加系統誤差 數據經過的環節越多，系統誤差必然增大。
此外，有些設計把同類型參數的檢測信號簡單地放在一起，如流量信號都集中在幾個卡件中，這些卡件不采集其他信號，這對于設計和組態較為簡單，但現場端的接線、查線、聯調、維護時就麻煩多了。較好的辦法是按檢測的物理位置來決定把哪些信號在采集時放在一起。
ñ  組態人員素質參差不齊，影響組態質量
組態人員在進行組態工作時，雖然會受到設計上的許多制約，但并非不能對DCS進行深入的應用，這關鍵取決于組態人員對DCS掌握的程度；對過程的理解程度；有沒有負責的態度和良好的職業道德。
筆者曾發現這樣一個現象，一些技術人員參加了DCS的組態工作，但出現問題時解決不了，對組態時必須具備的知識似是而非，而且很多人在進行組態時并沒有對所組態的內容理解透徹，主要表現在以下幾個方面：
①  對流程圖組態重視不夠，畫面功能太簡單，信息量太少。
以TDC 3000系統的流程圖組態為例，該系統為用戶提供了強大的開發功能，可以說，TDC 3000系統的所有標準顯示畫面，用戶都可以憑借其提供的強大的功能制作出來，所以在進行用戶流程圖的開發時，是可以制作出與系統標準畫面媲美的流程圖，然而，由于對流程圖組態重視不夠及對DCS認識的限制，制約了在流程圖組態時對DCS技術優勢的發揮。
另外，常聽見用戶抱怨TDC 3000系統流程圖的調用、刷新速度太慢，這主要是由用戶的組態工作不夠深入細致造成的，如在進行區域數據庫的Catalog Pathname組態時，不了解路徑搜尋的順序，對流程圖的Collect Rate沒有做適當的設置等。其實只要能對DCS技術認真研究，這些問題都是不難解決的。
流程圖的開發在操作上應該盡量做到畫面簡潔，功能強大，盡量使操作員只通過流程圖就能對所有過程進行監控。
②  控制方案組態時對控制方案的操作不明確，DCS明明具備的功能不知如何利用。
③  照貓畫虎現象普遍，只本著能用就行的原則，不深入研究。
例如，對最簡單的PID控制來說，TDC 3000為用戶提供了8種PID控制算法，4種增益選擇，但在組態時，基本都選擇默認的Equation A算法及線性增益，這其實反映出組態人員對過程的具體情況分析重視不夠。也說明組態人員的“默認”（即遇到默認選項就默許）組態比較普遍。
控制點為回路故障，如現場變送器故障、線路斷路時，提供了安全保障，如把控制輸出進行保持、全開輸出、全關輸出、安全值輸出等；對過程變化異常的報警設置；對控制輸出的微小抖動的限制，從而可以消除調節閥在一個位置上的劇烈抖動，提高控制品質，延長調節閥的壽命。所有這些在常規表不能實現的功能，在DCS中都可以非常容易地實現，但據筆者所見，這些很好的功能在實際應用中卻難覓其蹤。
ñ  管理水平不高、責任心不強
通常用戶方管理人員對DCS知之甚少，只要它能完成最基本的監視與控制功能就行，這在客觀上也制約了DCS功能的發揮。
據筆者的多年工作經驗，用戶方的DCS主管主要是工藝車間的領導，而且每一套裝置的負責人不同，由于這些領導的專業限制和對DCS的不了解，就容易造成這樣一種情況：DCS主管對DCS知識較少，難以提出建設性意見，一切聽從組態人員，缺乏監督機制。等裝置領導對DCS有所了解之后，開車在即，也無法對組態進行再加工了。此外，缺乏行業標準，由于工程費用及開發人員的低酬，導致了主觀上的懈怠，這些都給DCS的充分利用造成了不利因素。
ñ  操作人員普遍素質較低
對于引進的DCS，由于操作員的文化素質限制，不能全方面對系統操作進行掌握，操作水平低的現象普遍存在。
操作員只對經常要用的少數功能可以掌握，如主畫面、流程圖畫面等，而其他強大的操作、管理功能卻很少有人能掌握，如系統畫面、控制臺狀態畫面、系統菜單等，這也極大地制約了DCS技術優點的發揮。
操作員的素質也決定了實現系統操作的困難，當然優化操作就更困難了。
DCS操作水平受限的另一個重要原因還在于認識上的問題，傳統的觀念是求穩而不求優，只要能生產就行，這在某種程度上養成了操作員的惰性。例如，許多PID控制回路的PID參數在開車后都很少再進行優化調整，而事實上這些參數大多都是依照經驗給定的，眾所周知，經驗值不過是一個范圍，在這個范圍中取一組數據，只要能控制就行，這顯然有點碰運氣的味道。
作為DCS應用的執行者，操作員在DCS控制實施方面起著舉足輕重的作用，提高他們的技術技能，引進競爭機制，是充分發揮DCS技術優勢、挖潛增效的重要途徑。
ñ  儀表人員與工藝操作員缺乏足夠的配合
此種現象在各廠中普遍存在，操作員對儀表人員依賴性過大，而儀表人員平時不能進入控制室的規定實際上也制約了儀表人員對DCS的深入了解。
筆者遇到過這樣一種情況，一個串級均勻控制（形式上和普通串級控制一樣）被操作員當作普通串級控制來設置PID參數，結果可想而知，怎么也控制不好。如果操作員能與儀表技術人員密切配合，相信儀表技術人員能分清串級均勻控制和普通串級控制的區別，從而給予操作員在參數調整方向上的指導。
因此，現在儀表人員平時不能進入控制室的規定利弊兼有，如果能讓部分儀表人員參與到操作員的日常工作，將會對操作員和儀表人員的綜合業務素質的增長大有好處。
ñ  系統升級的費用沒有得到相應的回報
系統升級的目的無非是兩個方面的原因：解決原系統存在的缺陷，這種升級不應收費或收費很少；因技術革新而進行的升級，這種升級花費很大。
一般說來，系統的硬件和軟件的升級必然帶來技術的進步與創新，而我們在花費了大量的升級費用之后，通常只是簡單地把以前運行的組態軟件移植到升級后的系統中，并沒有因升級帶來控制、管理上的好處，因此這種升級實際并沒有從大量的花費中得到應有的回報。
ž  DCS挖潛實施辦法及對策
綜上所述，筆者認為可以制定相應的策略，這將有益于當前的挖潛工作或以后的技術引進工作。
(1)  增加設計力量，提高設計水平
目前，設計人員多從畢業后即開始從事設計，缺乏現場經驗。這從客觀上決定他們要到前輩的“經典”里尋找答案，致使繼承的多，發展的少，造成DCS的設計與常規儀表的設計“通用”。因此，先實踐后設計，是提高設計水平的一個重要環節。
另外，可以考慮DCS設計專業化。通常的方式是誰接到設計任務，誰開始去學習系統，然后設計。如果把DCS設計部分交給已對該系統熟悉的人來完成，不但能保證設計質量，而且可以減少培訓等方面的成本。
對已有的系統，如能進行小規模的改進設計，必然給挖潛增效帶來可觀的回報。
(2)  提高系統的組態水平
最好的辦法，就是組建一支專門的隊伍，由他們承攬DCS的應用推廣工作。這樣做的好處是：專業化可有效保證質量；省去許多重復培訓，工期更有保證；有利于遏制多種系統的“百花盛開”；有利于對DCS的統一管理，有利于今后CIMS系統工作的開展。
(3)  用戶方管理人員可采取類似聘請“監理”的方式，誰領導的裝置誰當家，在DCS組態過程中可稍做變通。
(4)  提高操作員的操作水平。
要求操作員同時掌握過程操作和系統操作。既要有工藝知識，相應的儀表控制知識也應當具備，這可通過兩個途徑達到目的：① 加強對操作員的培訓；② 讓操作員和部分優秀儀表工打破界限，攜手工作，使他們的知識結構互相滲透、互相融合，以提高操作員和儀表工的綜合素質。
(5)  對系統的升級要審慎進行，盡量使升有所值。