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成玉青

ž  引言
目前，大多數(shù)石化生產(chǎn)裝置都采用了DCS進(jìn)行控制，產(chǎn)生了較好的效益，但總的說來，DCS的應(yīng)用水平不高，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)還遠(yuǎn)沒有完全發(fā)揮出來。據(jù)專家們估計(jì)，當(dāng)前我國(guó)企業(yè)對(duì)DCS的應(yīng)用能力普遍不及它的30%。這說明在DCS的應(yīng)用上還存在著很大的不足。筆者結(jié)合在工程教學(xué)中的一些體會(huì)及DCS在工程應(yīng)用中存在的實(shí)際問題，作一簡(jiǎn)要分析，并給出相應(yīng)的解決對(duì)策，希望能對(duì)DCS進(jìn)行更加深入的應(yīng)用，以較小的投資為企業(yè)帶來更好的效益。
ž  對(duì)DCS應(yīng)用中的不足性分析
ñ  DCS應(yīng)用設(shè)計(jì)水平不高，設(shè)計(jì)過于粗放
通常設(shè)計(jì)人員對(duì)DCS并不熟悉，他們對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)僅限于用其替代二次表，因此難以發(fā)揮DCS先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，粗放型的設(shè)計(jì)也造成了很大的資金浪費(fèi)，增加了維護(hù)量。下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)行分析。
(1)  對(duì)控制方案的設(shè)計(jì)沒有發(fā)揮DCS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
DCS提供了強(qiáng)大的運(yùn)算和控制功能，如TDC3000系統(tǒng)提供了流量累積、溫壓補(bǔ)償?shù)仁畮追N算法功能，以及PID控制、比率控制等十幾種控制功能。控制語(yǔ)言/先進(jìn)處理模塊CL/APM（控制語(yǔ)言/高性能模塊CL/HPM）為更復(fù)雜的運(yùn)算、邏輯控制等功能提供了非常簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法。應(yīng)用模塊AM為高級(jí)控制策略提供了條件。遺憾的是這些硬件設(shè)備被真正使用的卻很少，大多數(shù)用戶只是把它們作為擺設(shè)。造成這種情況的主要原因是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)上花的功夫不夠或設(shè)計(jì)水平不高。
例如：某裝置的分程控制在設(shè)計(jì)時(shí)只給出了一個(gè)AO點(diǎn)，所以分程控制在DCS中與單回路的設(shè)計(jì)是一樣的，如圖1所示。

圖1  分程控制的常規(guī)設(shè)計(jì)

顯然，這種分程最終只能靠?jī)蓚€(gè)分程調(diào)節(jié)閥的閥門定位器來現(xiàn)場(chǎng)完成，顯然沒有發(fā)揮DCS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
圖2所示的設(shè)計(jì)發(fā)揮了DCS的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于前者。
①  實(shí)際的分程任務(wù)由兩個(gè)AO點(diǎn)完成。比用現(xiàn)場(chǎng)分程精度高、易實(shí)現(xiàn)。
②  可以在特殊情況下對(duì)各調(diào)節(jié)閥進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，而且可以保證無擾動(dòng)恢復(fù)。
③  一個(gè)調(diào)節(jié)閥手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，另一個(gè)仍可處于自動(dòng)控制狀態(tài)，因此該方案實(shí)際上對(duì)傳統(tǒng)的分程控制進(jìn)行了功能擴(kuò)充，大大增加了操作的靈活性。

圖2  結(jié)合DCS技術(shù)所作的分程控制設(shè)計(jì)

(2)  在硬件選擇上隨意性較大
粗放型的設(shè)計(jì)會(huì)造成很大的資金浪費(fèi)，并增加維護(hù)量。這主要是在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)DCS不了解造成的。
例如，某裝置在進(jìn)行TDC 3000系統(tǒng)的I/O卡件選擇時(shí)，所有對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集的卡件均采用HLAI卡，所有非4～20mA信號(hào)先轉(zhuǎn)換成4～20mA信號(hào)，然后再傳送到I/O（HLAI）卡。
為便于問題的分析，以溫度信號(hào)采集為例，當(dāng)然，4～20mA信號(hào)比熱電偶、熱電阻的測(cè)量信號(hào)（毫伏、阻值）具有抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)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(duì)少數(shù)溫度采集信號(hào)選用HLAI卡是值得的，但對(duì)大部分溫度采集信號(hào)選用HLAI卡就會(huì)成為種浪費(fèi)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(cè)量信號(hào)可不通過其他環(huán)節(jié)直接傳送到LLMUX卡；而HLAI卻不能直接處理熱電偶、熱電阻的測(cè)量信號(hào)，必然要增加中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)即溫度變送器，所以投資加大。
②  增加了維修量 中間環(huán)節(jié)越多，需要維護(hù)的環(huán)節(jié)也越多。
③  增加系統(tǒng)誤差 數(shù)據(jù)經(jīng)過的環(huán)節(jié)越多，系統(tǒng)誤差必然增大。
此外，有些設(shè)計(jì)把同類型參數(shù)的檢測(cè)信號(hào)簡(jiǎn)單地放在一起，如流量信號(hào)都集中在幾個(gè)卡件中，這些卡件不采集其他信號(hào)，這對(duì)于設(shè)計(jì)和組態(tài)較為簡(jiǎn)單，但現(xiàn)場(chǎng)端的接線、查線、聯(lián)調(diào)、維護(hù)時(shí)就麻煩多了。較好的辦法是按檢測(cè)的物理位置來決定把哪些信號(hào)在采集時(shí)放在一起。
ñ  組態(tài)人員素質(zhì)參差不齊，影響組態(tài)質(zhì)量
組態(tài)人員在進(jìn)行組態(tài)工作時(shí)，雖然會(huì)受到設(shè)計(jì)上的許多制約，但并非不能對(duì)DCS進(jìn)行深入的應(yīng)用，這關(guān)鍵取決于組態(tài)人員對(duì)DCS掌握的程度；對(duì)過程的理解程度；有沒有負(fù)責(zé)的態(tài)度和良好的職業(yè)道德。
筆者曾發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)現(xiàn)象，一些技術(shù)人員參加了DCS的組態(tài)工作，但出現(xiàn)問題時(shí)解決不了，對(duì)組態(tài)時(shí)必須具備的知識(shí)似是而非，而且很多人在進(jìn)行組態(tài)時(shí)并沒有對(duì)所組態(tài)的內(nèi)容理解透徹，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①  對(duì)流程圖組態(tài)重視不夠，畫面功能太簡(jiǎn)單，信息量太少。
以TDC 3000系統(tǒng)的流程圖組態(tài)為例，該系統(tǒng)為用戶提供了強(qiáng)大的開發(fā)功能，可以說，TDC 3000系統(tǒng)的所有標(biāo)準(zhǔn)顯示畫面，用戶都可以憑借其提供的強(qiáng)大的功能制作出來，所以在進(jìn)行用戶流程圖的開發(fā)時(shí)，是可以制作出與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)畫面媲美的流程圖，然而，由于對(duì)流程圖組態(tài)重視不夠及對(duì)DCS認(rèn)識(shí)的限制，制約了在流程圖組態(tài)時(shí)對(duì)DCS技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。
另外，常聽見用戶抱怨TDC 3000系統(tǒng)流程圖的調(diào)用、刷新速度太慢，這主要是由用戶的組態(tài)工作不夠深入細(xì)致造成的，如在進(jìn)行區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)的Catalog Pathname組態(tài)時(shí)，不了解路徑搜尋的順序，對(duì)流程圖的Collect Rate沒有做適當(dāng)?shù)脑O(shè)置等。其實(shí)只要能對(duì)DCS技術(shù)認(rèn)真研究，這些問題都是不難解決的。
流程圖的開發(fā)在操作上應(yīng)該盡量做到畫面簡(jiǎn)潔，功能強(qiáng)大，盡量使操作員只通過流程圖就能對(duì)所有過程進(jìn)行監(jiān)控。
②  控制方案組態(tài)時(shí)對(duì)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(xiàn)象普遍，只本著能用就行的原則，不深入研究。
例如，對(duì)最簡(jiǎn)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(tài)時(shí)，基本都選擇默認(rèn)的Equation A算法及線性增益，這其實(shí)反映出組態(tài)人員對(duì)過程的具體情況分析重視不夠。也說明組態(tài)人員的“默認(rèn)”（即遇到默認(rèn)選項(xiàng)就默許）組態(tài)比較普遍。
控制點(diǎn)為回路故障，如現(xiàn)場(chǎng)變送器故障、線路斷路時(shí)，提供了安全保障，如把控制輸出進(jìn)行保持、全開輸出、全關(guān)輸出、安全值輸出等；對(duì)過程變化異常的報(bào)警設(shè)置；對(duì)控制輸出的微小抖動(dòng)的限制，從而可以消除調(diào)節(jié)閥在一個(gè)位置上的劇烈抖動(dòng)，提高控制品質(zhì)，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)閥的壽命。所有這些在常規(guī)表不能實(shí)現(xiàn)的功能，在DCS中都可以非常容易地實(shí)現(xiàn)，但據(jù)筆者所見，這些很好的功能在實(shí)際應(yīng)用中卻難覓其蹤。
ñ  管理水平不高、責(zé)任心不強(qiáng)
通常用戶方管理人員對(duì)DCS知之甚少，只要它能完成最基本的監(jiān)視與控制功能就行，這在客觀上也制約了DCS功能的發(fā)揮。
據(jù)筆者的多年工作經(jīng)驗(yàn)，用戶方的DCS主管主要是工藝車間的領(lǐng)導(dǎo)，而且每一套裝置的負(fù)責(zé)人不同，由于這些領(lǐng)導(dǎo)的專業(yè)限制和對(duì)DCS的不了解，就容易造成這樣一種情況：DCS主管對(duì)DCS知識(shí)較少，難以提出建設(shè)性意見，一切聽從組態(tài)人員，缺乏監(jiān)督機(jī)制。等裝置領(lǐng)導(dǎo)對(duì)DCS有所了解之后，開車在即，也無法對(duì)組態(tài)進(jìn)行再加工了。此外，缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由于工程費(fèi)用及開發(fā)人員的低酬，導(dǎo)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(zhì)較低
對(duì)于引進(jìn)的DCS，由于操作員的文化素質(zhì)限制，不能全方面對(duì)系統(tǒng)操作進(jìn)行掌握，操作水平低的現(xiàn)象普遍存在。
操作員只對(duì)經(jīng)常要用的少數(shù)功能可以掌握，如主畫面、流程圖畫面等，而其他強(qiáng)大的操作、管理功能卻很少有人能掌握，如系統(tǒng)畫面、控制臺(tái)狀態(tài)畫面、系統(tǒng)菜單等，這也極大地制約了DCS技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮。
操作員的素質(zhì)也決定了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作的困難，當(dāng)然優(yōu)化操作就更困難了。
DCS操作水平受限的另一個(gè)重要原因還在于認(rèn)識(shí)上的問題，傳統(tǒng)的觀念是求穩(wěn)而不求優(yōu)，只要能生產(chǎn)就行，這在某種程度上養(yǎng)成了操作員的惰性。例如，許多PID控制回路的PID參數(shù)在開車后都很少再進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，而事實(shí)上這些參數(shù)大多都是依照經(jīng)驗(yàn)給定的，眾所周知，經(jīng)驗(yàn)值不過是一個(gè)范圍，在這個(gè)范圍中取一組數(shù)據(jù)，只要能控制就行，這顯然有點(diǎn)碰運(yùn)氣的味道。
作為DCS應(yīng)用的執(zhí)行者，操作員在DCS控制實(shí)施方面起著舉足輕重的作用，提高他們的技術(shù)技能，引進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，是充分發(fā)揮DCS技術(shù)優(yōu)勢(shì)、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(xiàn)象在各廠中普遍存在，操作員對(duì)儀表人員依賴性過大，而儀表人員平時(shí)不能進(jìn)入控制室的規(guī)定實(shí)際上也制約了儀表人員對(duì)DCS的深入了解。
筆者遇到過這樣一種情況，一個(gè)串級(jí)均勻控制（形式上和普通串級(jí)控制一樣）被操作員當(dāng)作普通串級(jí)控制來設(shè)置PID參數(shù)，結(jié)果可想而知，怎么也控制不好。如果操作員能與儀表技術(shù)人員密切配合，相信儀表技術(shù)人員能分清串級(jí)均勻控制和普通串級(jí)控制的區(qū)別，從而給予操作員在參數(shù)調(diào)整方向上的指導(dǎo)。
因此，現(xiàn)在儀表人員平時(shí)不能進(jìn)入控制室的規(guī)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(huì)對(duì)操作員和儀表人員的綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)的增長(zhǎng)大有好處。
ñ  系統(tǒng)升級(jí)的費(fèi)用沒有得到相應(yīng)的回報(bào)
系統(tǒng)升級(jí)的目的無非是兩個(gè)方面的原因：解決原系統(tǒng)存在的缺陷，這種升級(jí)不應(yīng)收費(fèi)或收費(fèi)很少；因技術(shù)革新而進(jìn)行的升級(jí)，這種升級(jí)花費(fèi)很大。
一般說來，系統(tǒng)的硬件和軟件的升級(jí)必然帶來技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新，而我們?cè)诨ㄙM(fèi)了大量的升級(jí)費(fèi)用之后，通常只是簡(jiǎn)單地把以前運(yùn)行的組態(tài)軟件移植到升級(jí)后的系統(tǒng)中，并沒有因升級(jí)帶來控制、管理上的好處，因此這種升級(jí)實(shí)際并沒有從大量的花費(fèi)中得到應(yīng)有的回報(bào)。
ž  DCS挖潛實(shí)施辦法及對(duì)策
綜上所述，筆者認(rèn)為可以制定相應(yīng)的策略，這將有益于當(dāng)前的挖潛工作或以后的技術(shù)引進(jìn)工作。
(1)  增加設(shè)計(jì)力量，提高設(shè)計(jì)水平
目前，設(shè)計(jì)人員多從畢業(yè)后即開始從事設(shè)計(jì)，缺乏現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。這從客觀上決定他們要到前輩的“經(jīng)典”里尋找答案，致使繼承的多，發(fā)展的少，造成DCS的設(shè)計(jì)與常規(guī)儀表的設(shè)計(jì)“通用”。因此，先實(shí)踐后設(shè)計(jì)，是提高設(shè)計(jì)水平的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
另外，可以考慮DCS設(shè)計(jì)專業(yè)化。通常的方式是誰(shuí)接到設(shè)計(jì)任務(wù)，誰(shuí)開始去學(xué)習(xí)系統(tǒng)，然后設(shè)計(jì)。如果把DCS設(shè)計(jì)部分交給已對(duì)該系統(tǒng)熟悉的人來完成，不但能保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且可以減少培訓(xùn)等方面的成本。
對(duì)已有的系統(tǒng)，如能進(jìn)行小規(guī)模的改進(jìn)設(shè)計(jì)，必然給挖潛增效帶來可觀的回報(bào)。
(2)  提高系統(tǒng)的組態(tài)水平
最好的辦法，就是組建一支專門的隊(duì)伍，由他們承攬DCS的應(yīng)用推廣工作。這樣做的好處是：專業(yè)化可有效保證質(zhì)量；省去許多重復(fù)培訓(xùn)，工期更有保證；有利于遏制多種系統(tǒng)的“百花盛開”；有利于對(duì)DCS的統(tǒng)一管理，有利于今后CIMS系統(tǒng)工作的開展。
(3)  用戶方管理人員可采取類似聘請(qǐng)“監(jiān)理”的方式，誰(shuí)領(lǐng)導(dǎo)的裝置誰(shuí)當(dāng)家，在DCS組態(tài)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(shí)掌握過程操作和系統(tǒng)操作。既要有工藝知識(shí)，相應(yīng)的儀表控制知識(shí)也應(yīng)當(dāng)具備，這可通過兩個(gè)途徑達(dá)到目的：① 加強(qiáng)對(duì)操作員的培訓(xùn)；② 讓操作員和部分優(yōu)秀儀表工打破界限，攜手工作，使他們的知識(shí)結(jié)構(gòu)互相滲透、互相融合，以提高操作員和儀表工的綜合素質(zhì)。
(5)  對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)要審慎進(jìn)行，盡量使升有所值。