過程集中監(jiān)控DCS系統(tǒng)
一、 系統(tǒng)概述
集散控制系統(tǒng)簡稱DCS，也可直譯為“分散控制系統(tǒng)”或“分布式計算機控制系統(tǒng)”。它采用控制分散、操作和管理集中的基本設(shè)計思想，采用多層分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在電力、冶金、石化等各行各業(yè)都獲得了極其廣泛的應(yīng)用。
系統(tǒng)采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)，分為三層：集控層、各廠站系統(tǒng)層、各廠站現(xiàn)地層，集控層設(shè)集控中心監(jiān)控系統(tǒng)。
集控層的任務(wù)是對整個熔煉車間、分系統(tǒng)等進行集中監(jiān)控。根據(jù)集控層的任務(wù)要求，集控調(diào)度計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有對各子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集與處理、安全運行監(jiān)視管理等功能，以便對整個車間進行有效的監(jiān)視及管理。
現(xiàn)地層一般以各分系統(tǒng)為單元，配有PLC控制柜以及輔機控制單元等，不同的控制對象分散在車間各個位置，或是中控室。在站控層及網(wǎng)絡(luò)層故障的情況下，現(xiàn)地層仍能獨立完成各間隔的監(jiān)測和控制功能。現(xiàn)地層各LCU完成各單元的任務(wù)，相互獨立，一個LCU故障不會影響其他 LCU 的運行。
網(wǎng)絡(luò)層是站控層與現(xiàn)地層數(shù)據(jù)傳輸通道通。網(wǎng)絡(luò)層可以按不同規(guī)模的各分系統(tǒng)和不同的客戶需求，配置成單以太網(wǎng)、雙以太網(wǎng)和光纖自愈環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)可采用光纖、同軸電纜或屏蔽雙絞線。
遠程集控中心監(jiān)控系統(tǒng)與一般各分系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的不同之處在于，遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)需要考慮與各分系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建及各分系統(tǒng)之間的調(diào)度關(guān)系等問題。
本項目設(shè)計最終目的：實現(xiàn)熔煉系統(tǒng)的遠程信號采集、控制與傳輸；利用數(shù)據(jù)報表系統(tǒng)為熔煉部門和生產(chǎn)管理層面服務(wù)；保障安全生產(chǎn),方便集團公司統(tǒng)一管理。
二、 設(shè)計項目及依據(jù)
設(shè)計依據(jù)：
① 用戶對本系統(tǒng)的要求；
② 對用戶的現(xiàn)場勘測；
③ 國家有關(guān)設(shè)計規(guī)范；
④ 設(shè)備生產(chǎn)廠家的專業(yè)設(shè)備資料；
⑤ 長期從事同類工程設(shè)計、施工、維修所積累的專業(yè)經(jīng)驗。
本方案設(shè)計嚴格遵循國家的各項標準和規(guī)范，具體如下：
●HG/T20507-2000《自動化儀表選型設(shè)計規(guī)定》
●HG/T20508-2000《控制室設(shè)計規(guī)定》
●HG/T20510-2000《儀表供氣設(shè)計規(guī)定》
●HG/T20509-2000《儀表供電設(shè)計規(guī)定》
●HG/T20505-2000《過程測量和控制儀表的功能標志及圖形符號》
●HG/T20512-2000《儀表配管配線設(shè)計規(guī)定》
●HG/T20699-2000《自控設(shè)計常用名詞術(shù)語》
●HG/T21581-95《自控安裝圖冊》
●HG/T20513-2000《儀表系統(tǒng)接地設(shè)計規(guī)定》
●HG/T20573-95《分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定》
●HG/T20511-2000《信號報警﹑安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定》
●工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范（GBJ115-87）；
●通訊接地設(shè)計規(guī)范（GBJ79-85）；
●中華人民共和國公共安全行業(yè)標準（GA/T 74-94）；
●民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（GB50198-94）
●GA/T75-94安全防范工程程序與要求。
●GA/T74-94安全防范系統(tǒng)通用圓形符號。
三、 設(shè)計原則
各分系統(tǒng)均采用全計算機監(jiān)視控制方式，各站均有一套完整的上、下位機及LAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。按“方便操作,統(tǒng)一管理”（少人職守）能實現(xiàn)現(xiàn)地及遠方（調(diào)度）計算機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的原則進行總體設(shè)計和配置；
集控中心正常運行時，各分系統(tǒng)計算機監(jiān)控上位機系統(tǒng)接受集控中心遠程監(jiān)視，直接作用到各 LCU，實現(xiàn)遙測、遙信及管理功能；
與現(xiàn)地各后臺系統(tǒng)并列運行。
集控中心為高可靠、高性能地全計算機遠程監(jiān)視、全網(wǎng)絡(luò)化信息交換的系統(tǒng)。
實現(xiàn)與集控中心和各主要流程控制設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信；
集控中心與各分系統(tǒng)的運行參數(shù)和信息數(shù)據(jù)傳輸采用點對點的通信，形成專網(wǎng)；
系統(tǒng)應(yīng)高度可靠、冗余，其本身的局部故障不應(yīng)影響各站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，系統(tǒng)的MTBF、MTTR及各項可用性指標均應(yīng)達到有關(guān)規(guī)程規(guī)定；
系統(tǒng)支持組態(tài)數(shù)據(jù)的每日報表呈現(xiàn)和導(dǎo)出功能，便于用戶針對各分系統(tǒng)生產(chǎn)情況進行分析；
系統(tǒng)配置和設(shè)備選型在保證整個系統(tǒng)可靠性、設(shè)備運行的安全穩(wěn)定性、實時性和實用性的前提下，在系統(tǒng)硬件及軟件上充分考慮系統(tǒng)的開放性；
集控中心操作員工作站顯示畫面和數(shù)據(jù)格式應(yīng)與各站上位機系統(tǒng)操作員工作站人機界面保持一致；
系統(tǒng)為全分布、全開放系統(tǒng)，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護應(yīng)用資源和投資，分布式數(shù)據(jù)庫及軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，使系統(tǒng)能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴充，并能自診斷；
實時性好、抗力強，界面友好，操作方便。
四、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及特點
- 1. 總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用全開放式分層分布結(jié)構(gòu)，監(jiān)控功能和實時數(shù)據(jù)均分布到各個現(xiàn)地控制單元中，各個現(xiàn)地控制單元通過交換機和光纜，構(gòu)成一個環(huán)形網(wǎng)，并與集控中心主干網(wǎng)交換機相連。
集控中心的監(jiān)控系統(tǒng)主要由下列系統(tǒng)組成：系統(tǒng)服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站等。生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)采用1000Mbps工業(yè)級以太網(wǎng)設(shè)備，連接系統(tǒng)服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)計算機、管理信息計算機等設(shè)備；采用100Mbps工業(yè)級以太網(wǎng)交換機。
網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)采用國際上通用的、使用范圍較廣的開放標準，例如TCP/IP、IEC60870-5-104、101等，以便其他后續(xù)各分系統(tǒng)系統(tǒng)的接入。
- 2. 系統(tǒng)功能
系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崟r、準確、有效地完成所有被控對象的安全監(jiān)視和控制，并按“方便操作,統(tǒng)一管理”設(shè)計原則設(shè)計整個集控系統(tǒng)。
由集控中心主控級進行操作控制，同時，還將有運行人員通過各分系統(tǒng)中控室的操作員站進行監(jiān)視控制，亦可在現(xiàn)地控制單元(LCU)上進行控制操作，從而實現(xiàn)既可在集控中心，又可在各分系統(tǒng)進行現(xiàn)地監(jiān)視和控制。
在平穩(wěn)運行一段時間后，可將各分系統(tǒng)的操作權(quán)限交由集控中心控制室，運行人員全部集中在集控中心值班，從而實現(xiàn)“方便操作,統(tǒng)一管理”的運行模式。正常運行時，由集控中心集控系統(tǒng)對各分系統(tǒng)進行遠方實時控制、安全監(jiān)視及調(diào)度管理；當由于通信故障使各分系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)與集控中心監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系中斷時，則可在各分系統(tǒng)通過移動式MMI或現(xiàn)地控制單元(LCU)進行控制操作。
各分系統(tǒng)和集控中心監(jiān)控系統(tǒng)還可通過INTERNET接收遠方調(diào)度控制。
監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有多種調(diào)控方式，以滿足各分系統(tǒng)運行的需要。
在工程投運初期，調(diào)度調(diào)中心集控系統(tǒng)對各分系統(tǒng)的調(diào)控方式為：
調(diào)度中心通過各分系統(tǒng)的通信計算機，能直接控制、調(diào)度到各分系統(tǒng)的主要設(shè)備，單機設(shè)定值和命令可通過上位機系統(tǒng)發(fā)到LCU， LCU執(zhí)行這些命令并返回足夠的信息給上位機集控系統(tǒng)進行監(jiān)視。
在工程運行成熟后，各分系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)控制權(quán)將移植到集控中心，調(diào)度中心對各分系統(tǒng)的調(diào)控方式有兩種：
1) 調(diào)控命令和流程控制主要參數(shù)設(shè)定值等可發(fā)到集控中心各分系統(tǒng)集控系統(tǒng)，由中心集控系統(tǒng)調(diào)控各分系統(tǒng)內(nèi)各個主要設(shè)備。
2) 集控中心通過各分系統(tǒng)保留的通信計算機，仍能直接控制、調(diào)度到各分系統(tǒng)主要設(shè)備，參數(shù)設(shè)定值和命令可通過上位機系統(tǒng)發(fā)到LCU，LCU執(zhí)行這些命令并返回足夠的信息給上位機集控系統(tǒng)進行監(jiān)視。
為保證控制和調(diào)節(jié)的正確、可靠，監(jiān)控系統(tǒng)以手動優(yōu)先，下層優(yōu)先的方式，或者其它用戶的方式選擇對設(shè)備的控制權(quán)。操作步驟按 “選擇－確認－執(zhí)行”的方式進行，并且每一步驟都應(yīng)有嚴格的軟件校核、檢錯和安全閉鎖邏輯功能，硬件方面也應(yīng)有防誤措施。
