DCS系统在火力发电厂电气设备中的应用分析

第一篇：DCS系统在火力发电厂电气设备中的应用分析

DCS系统在火力发电厂电气设备中的应用分析

【摘要】智能电网的发展对火力发电厂电气设备运行水平提出了更高的要求，本文基于此对火力发电厂的核心系统DCS进行了分析。首先介绍了DCS控制系统的相关概念，此后介绍了DCS系统在火力发电厂的应用，最后分析了DCS系统运行中的常见故障并提出了解决措施。

【关键词】DCS系统；火力发电厂；电气设备

引言

随着智能电网的建设和发展，火力发电厂向着规模化、高效化、复杂化发展，对机组控制系统的自动化水平要求不断提高。分散控制系统（DCS）是控制机组生产运行的核心部分，其可靠稳定的运行直接决定着整个运行机组生产过程的安全、经济稳定运行。

一、DCS控制系统的相关概念

DCS（Distributed Control Systems，分布式控制系统）是指：通过多个计算机来对火力发电厂生产过程中的多个回路进行控制，并可以进行集中数据管理。DCS系统因此又被称为集散控制系统。DCS系统是火力发电厂机组的核心控制程序之一，它集成了控制（Control）技术、计算机（Computer）技术、通信（Communication）技术、显示（CathodeRay Tube，CRT）技术的多级计算机系统，以通讯网络为纽带实现过程控制和监控控制。

二、DCS系统在火力发电厂电气设备中的应用

火力发电厂一般规模较大、占地面积广、内部体系庞杂，这些特征决定了对其电气设备的控制应该一方面注重全局调控，另一方面对其本地化问题不断进行响应和处理，实施分散集中控制。DCS系统具有灵活的组态软件、先进的控制算法、高度可靠性和开放的联网能力，完全符合火力发电厂的发展要求，因此近年来逐渐占据了大中型火力发电机组机、炉主控的自动化领域。

以DCS在某火力发电厂烟气脱硫控制系统中的应用为例，为确保系统的安全稳定运行，采用了西门子PCS7的DCS系统，该系统基于过程自动化，实现了从传感器、执行器到控制器、上位机的全集成自动化，设置两个操作员站和一个工程师站，对进行烟气脱硫的两套机组进行监控，每套机组的脱硫岛系统中，都设有一个控制站，通过I/O模块采集和输出现场参数。通讯方面，I/O模块通过PROFIBUS现场总线与控制站相连，工程师站、操作员站、控制站通过工业级以太网相连，通过DCS系统能够方面的控制各个参数，有利于提升烟气脱硫的工作效率，降低现场人员的劳动强度。

随着DCS技术的不断发展，其硬件和软件特性不断升级，在火力发电厂的各个工艺过程中的应用日益深入。目前，FSSS、DEH、SOE等都可以由DCS组态实现，机炉的整套电气设备均可以处于DCS系统的统一监控之下，大型火力发电厂的机、炉、电一体化控制成为主流趋势。近年来现场总线技术飞速发展，为DCS控制提供了新的发展空间，目前火力发电厂的第四代DCS系统中已经能够支持多种标准的现场总线仪表。

三、火力发电厂DCS系统的常见故障和应对措施

火力发电厂DCS系统的常见故障主要包括硬件故障、软件故障和人为故障三种，现将其常见故障及其应对措施归纳总结如下：

3.1硬件故障

火力发电厂运行环境相对复杂，受到高温、高热、粉尘等因素的影响，DCS系统中最常见的多为硬件故障。硬件故障常见的主要有DPU主控单元故障和I/O单元故障。

（1）DPU主控单元故障

DPU（Distributed Processing Unit，分散处理单元）用于执行工程师组态的控制策略，用来实现系统的离散梯形逻辑控制、连续调节、过程控制算法，还具有数据的采集、变换、告警、记录等功能，是火力发电厂DCS系统的核心软件之一。DPU主控单元故障主要有DPU脱网、初始化程序异常、切换异常等。

其中，DPU脱网的可能原因包括元器件严重老化、端子接触不良、主板故障、系统负载率过高等，DPU初始化程序异常的原因多为主DPU与从DPU之间的下位机程序出现问题，或是两者之间的DOC芯片兼容问题导致的。一旦出现DPU主控单元故障，应该立即检查报警日志，并对系统进行检修，及时分析故障原因并排除，对于出现器件老化或主板故障的DPU主控单元，应该立即更换相应的故障器件。

（2）I/O单元故障

I/O单元是DCS系统的模拟量采集元件，在运行中出现的I/O单元故障可能原因包括通讯线路接触不良、端子板接线虚焊、元器件特性不良、板卡因故损坏等。目前，I/O单元的故障率多与板卡的制造和安装工艺密切相关，因为I/O单元质量不过关导致DCS系统被迫停运的故障屡见不鲜。此外，火力发电厂内部运行环境相对恶劣，空气粉尘较大，I/O单元长期运行于高温环境下，一旦散热环境不佳，也很容易导致I/O单元出现接触不良或元件老化。针对这种情况，火力发电厂I/O单元在进行配置时，应该尽量将重要信号分散配置在不同的板卡上，用于同一个保护或控制系统的信号避免完全集中在一个控制站内，为系统硬件进行充足的容错处理，避免因某一块I/O板卡故障，引发电气设备整体失效，影响整个机组的整体运行。

3.2软件故障

DCS应用软件故障包括程序存在缺陷、控制模块异常、软件在线下载功能不完善、历史数据记录不全等，根据故障出现的原因，可以分为系统软件故障和应用软件故障两种。其中，系统软件故障主要是程序编写时设计存在缺陷，必须返厂进行整改和升级，应用软件故障主要是某一个具体应用存在待完善环节，可能是应用软件编写者的疏漏，导致图形软件画面与火力发电厂实际情况不符合，设备的位置序列号与软件不对应等。目前，火力发电厂DCS系统软件还处于不断的升级和优化的过程中，有些DCS系统生产厂商为了迎合业主的要求，增加某些新功能或新特性，而经常给系统软件打补丁或升级，软件开发缺乏持续追踪和系统性，可能会给软件安全带来较大隐患。例如，近年来安徽电网中发生的两起火力发电大机组故障，就是由于DCS版本升级后，因系统软件存在缺陷、软件与硬件驱动不匹配、系统容错性差等原因造成的。因此，火力发电厂在进行DCS系统升级和改造时，应该慎重考虑，必须经过严谨的系统验证和技术检测后才能进行，以确保DCS系统的安全稳定。

3.3人为故障

火力发电厂DCS系统操作内容庞杂、涉及技术多样、对人员素质要求较高，对DCS熟悉使用需要一个逐步深入的过程。在火力发电厂的日常运行和维护过程中，因为对DCS系统特性不熟悉而导致的人为故障也时有发生，这种故障具有一定的偶发性，也容易被发现和解决。在实际工作中，火力发电厂应该经常对在岗人员展开技术培训，尤其是对新上岗员工，要及时进行深入的专项培训，使得员工真正能够熟练掌握DCS系统特性。同时，建立健全相应的管理制度，降低人为误操作导致的DCS系统故障概率。

结语

DCS系统目前已经在火力发电厂电气设备中得到普遍应用，并处于不断发展和完善的过程中。火力发电是我国最主要的发电形式，伴随国家建设智能电网的进程不断深入，各类火力发电厂将不断兴建和投产，火力发电企业应该不断地引进新技术，完善电气设备的控制，提升DCS系统的应用水平，推动我国电网持续健康发展。

参考文献

[1]孙子立.提高火力发电厂DCS系统的供电可靠性[J].中国科技信息，2010，11（03）：21-24.[2]李璐.火力发电厂DCS系统的应用及发展[J].科技传播，2012，05（11）：13-15.[3]贾宝鹏.李启超.大型火力发电厂DCS系统在辅助车间的应用[J].内蒙古科技与经济，2010，31（05）：6-8.

第二篇：基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用

基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用

摘要 本文以山西省某污水处理厂为例，论述了基于Profibus总线的DCS系统在污水处理领域的应用。对系统的硬件、软件结构及工作原理进行了说明。运行表明，该系统能够满足污水处理的自动控制要求，并且具有先进、可靠、控制性能好等优点。

关键词 污水处理；现场总线；分布式控制前言

污水处理厂DCS系统是根据进入污水处理厂的水量、水质等变化指标对提升泵房、P－MSBR生化反应池、污泥脱水间、风机房、紫外线消毒池、排水泵房等进行控制，并把现场各子单元的工艺参数、报警参数、历史数据等通过现场总线传输到中控室的PC机上，在中控室显示器中反应出来，并能自动打印。通过工业以太网和厂长办公室以及当地环保部门相连，随时监视厂里的生产情况。综合考虑投资、运行成本、处理效果、污水水质等因素，污水处理工艺可分为物理处理、生物处理和化学处理。典型的工艺流程如图1所示：

图1 典型工艺流程图

污水经过粗格栅清除较大的固体悬浮物后进入曝气沉砂池，在沉砂池侧壁下部鼓人压缩空气，污水中的有机物处于悬浮状态，而吸砂机则将沉砂吸出，送到砂水分离器，污水进人初沉池，至此，完成污水的物理处理工艺阶段。污水进人曝气池，保持好氧条件。对沉淀产生的污泥进行浓缩、消化、脱水等处理。大部分二沉池的污泥回流人曝气池进口。完成生物处理阶段工作后，根据需要选择化学处理方法，最终使污水达到国家排放标准[1]。2 现场总线与分布式控制概述

2.1 现场总线的概念

现场总线是一种在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，可以完成现场自动化设备之间的多点通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换.它是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输[2]。

2.2 现场总线技术的基本特征

开放性、分散化和低成本是现场总线最显著的三大特征，它的出现将使传统的自动控制系统，产生划时代的变革，这场变革的深度和广度将超过历史上任何一次变革，必将开创自动控制的新纪元。

(1)开放性：现场总线是开放互连网络。现场总线标准、协议、规范是公开的，现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层次网络互连，用户可共享网络资源。

(2)分散性：现场总线是结构与功能高度分散的系统。结构上采用了全分布式方案，设备之间可点对点、点对多点或广播多种方式通信。连接到总线上的现场设备是智能化的，且具有按照现场总线协议、规范进行数字通信的能力，并且能够实现分散的功能模块，完成测量、控制、通信的一体化。

(3)低成本：现场总线开放的体系结构省去了中间的控制站，降低开发成本，且彻底分散的分布式结构，将一对一模拟信号传输方式变为一对多的数字信号传输方式，节省了模拟信号传输过程中大量的D/A转换装置、布线安装成本和维护费用。

2.3 Profibus现场总线技术

主流的现场总线技术有以下几种：FF，CAN，Lonworks，DeviceNet，Profibus，Hart，CC-Link，WorldFIP，Interbus。下面主要介绍本文用到的Profibus。

Profibus是过程现场总线的缩写，是20世纪80年代末兴起的一种高可靠性、低成本、组态方便快捷、互换性高、互操作性强、便于运行、系统开放的总线系统，代号DIN19245。Profibus具体规定了串行现场总线的技术和功能特性，它可使分散式数字化控制器从现场底层到车间网络化[3]。

Profibus系统以ISO7498为基础，以开放式系统互联网（OS）I作为参考模型，包括Profibus－DP、Profibus－PA和Profibus－FMS。Profibus－DP是一种高速和便宜的通信连接，它专门为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用设计。其特点是快速、即插即用、效率高、成本低s。Profibus－PA是专门为过程自动化设计的，可用于爆炸危险区域，其特点是面向过程控制，总线供电，本征安全。Profibus－FMS是用来解决车间级通用性通信任务的，可用于大范围和复杂的通信系统。其特点是通用、大范围应用、多主通信。

现场总线控制系统对现场自动化设备的要求较高，而现间段由系列智能节点（控制器、传感器、执行机构等）构成的统一的现场总线系统价格昂贵且难以实现，所以由PLC、PC和现场总线组成与DCS相兼容的系统是比较经济合理的选择。

2.4 分布式控制

分布式控制系统(Distributed Control System)现已成为工业生产过程控制的重要手段，目前已广泛应用到电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业。传统的工业自动化系统中的现场层设备与控制器之间的连接, 是采用一个I/O 点对设备的一个测控点的连接方式,每一个数据至少需要一对双绞线, 一般每个设备只能提供单一的过程信号，大量的相关数据很难得到。传统的DCS 系统结构分为3层, 图2为一个典型的传统DCS 结构图。

图2 传统DCS结构 图 3引入现场总线后的DCS体系结构

虽然在FCS 系统中, 一对双绞线或一条电缆上可以挂接多个设备, 使得硬件数量与投资大为降低。而且通信总线直接延伸到现场传感器、变送器、控制器和伺服机构, 使操作人员在控制室就能实现主控系统对现场设备的在线监视、诊断、校验和参数整定,从而提高了系统的精度、可监视性和抗干扰能力。但是在一些大型的控制系统中存在着许多比较复杂的闭环控制, 系统运行的模式变化也较多, 必须由运算能力强大的DCS 控制器来完成控制作用。所以, 即使出现FCS, 传统的DCS 结构依旧具有其存在的必要。引入现场总线后的DCS 体系结构如图3所示。

系统构成 3.1 DCS系统层次

根据本污水处理厂工艺特点和技术要求，整个污水处理厂的DCS系统分三个层次：现场控制层、车间监控层、厂级监控层。

车间监控层包括：1＃PLC站（预处理系统）主要包括粗格栅、提升泵、细格栅、沉砂池设备等，主要检测参数有水位、流量、液位差等；主要监控设备有粗格栅、提升泵等。2＃PLC站（生化处理系统）主要包括P－MSBR生化反应池、风机房等，主要检测参数有溶解氧、液位、电流、电压、功率等，主要监控设备有鼓风机、泵类等。3＃PLC站（泥处理系统）主要包括污泥浓缩池、污泥脱水机房、紫外线消毒系统出水等，主要检测参数有液位、水量水质等，主要监控设备有泥处理设备、消毒设备[4]。

现场控制层包括各子站、各分站及现场设备。厂级监控层包括中控室及厂长办公室。

PLC是整个DCS控制系统的核心，负责现场控制信号的处理、执行机构的控制。在处理的关键环节设置现场控制站，本系统中的预处理系统、生化处理系统、泥处理系统分别用一个PLC控制系统，根据实际处理情况和要求，控制泵站系统、曝气设备和排泥设备的启停和工况，以达到设备的最优运行状态，保证污水处理效果。本污水处理厂40kW以上电机全部采用软启动，避免了电机突然启停对电网和设备造成冲击。下位机采用西门子公司的S7－300系列产品，它通过接口模板IM153－3及Profibus－DP网和上一级的PLC站相连进行数据交换和命令传输[5]。系统网络结构如图4所示。

图4 系统网络结构图 3.2 监控软件

上位机采用西门子公司的WINCC监控组态软件，实现对整个工艺流程的设备运行状况的实时监控，将工艺流程以直观的画面显示出来，记录在线检测的参数、设备运行状态和过程，分析参数的变化趋势，及时发布和预告情况，实时诊断和报警[6]。中央控制室设置两台互备的上位机（IPC）冗余相联，有两个完全独立的中央处理站（双电源、双CPU）用以对系统进行开发编程、在线调试和数据修改、存放各种历史数据。值班员通过显示器上显示的各种曲线、报表、画面和声音，可以全面监控工厂工艺参数变化情况、设备运行情况、故障发生情况，通过键盘和鼠标对各站进行远程操作，通过设置的打印机打印所需要的各种资料，控制车间各站的工作状况，根据要求对车间各站发布命令，并能将污水处理厂的各种信号经网络管理层的服务器传输。

厂级监控层作为系统的人机接口单元，可实现对污水处理厂的整个产生过程进行监控，同时又可将污水处理厂的各种现场信号经以太网向上一级的管理服务器传输并执行管理层下达的命令。本系统采用Windows NT4.0操作系统、西门子公司的控制系统组态软件WINCC4.2。该软件是工控界流行的Windows界面软件，它支持TCP/IP协议，因而方便管理。利用它很容易开发各种监控界面，显示现场各种工艺参数、状态、历史曲线、故障发生情况等。并利用键盘操作来进行参数的设置及对现场设备的控制。

结论

将基于Profibus的分散控制集中管理的DCS系统成功地运用于污水处理厂，实现了全厂生产过程的自动化，达到了节能降耗、保护设备的目的，减轻了工人的劳动强度，提升了管理水平，提高了工作效率和处理效果，创造了良好的社会效益，改善了周边环境，减轻了对下游水源的污染[8]。参考文献

[1]刘均.基于PROFIBUS的污水处理自动控制系统[J].机电设备,2008(5).[2]刘爱英.浅议DCS与FCS控制系统[J].工程技术，2010(17).[3]张光杰.Profibus现场总线的结构及应用[J].宁夏机械，2009(2).[4]王小澄.集散控制系统在一级污水处理厂中的应用[J].计算机工程，2007（2）.[5]SIEMENS.SIMATIC S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation Mannual，2008 [6]张航.基于现场总线的集散控制系统在水厂自动化中的应用[J].电工技术，2009（9）.[7]王小澄.集散控制系统在一级污水处理厂中的应用[J].计算机工程，2007（2）.[8]唐维，刘树森.现代污水厂PROFIBUS总线的应用[J].科技探讨，2010(6).

第三篇：华电章丘火力发电厂有限公司化学水网DCS系统优化

章丘公司化学水网系统优化方案

一、前言

章丘公司现装机容量890MW，分两期建设完成。一期2×145MW机组与2002年12月投产，二期2×300MW机组与2006年12月投产。一期化学水网只包括化学水处理系统，不能满足二期扩建需要，为此在二期扩建的同时，建设二期化学水网系统。二期水网包括化学水处理系统、工业废水处理系统、生活水处理系统、工业水系统、循环水加药系统、净水系统、雨水系统、凝结水精处理系统，水汽系统。制氢站属化学专业负责，后来增加的中水系统全部划入化学水网系统。二期水网建成后，一期水网处于长期备用状态。

二、现状

1、设备配置情况：二期化学水网系统的控制部分采用AB PLC程控控制，但分为几部分：化学水处理单独PLC控制，工业废水和生活废水单独PLC控制，雨水、净水、循环水加药、工业水通过远程PLC独立控制，凝结水精处理与水汽单独PLC控制，制氢站独立控制，中水独立控制。由于设计原因，几部分未全部链接，而以化学水处理程控为主，将雨水、净水、工业水通过远程PLC和工业废水与生活废水PLC控制链接到化学水处理程控中，其他部分各自分散，并要安排专人进行监控。

2、人员配置情况：化学水处理监控每值两名工作人员外加一名合同工，负责化学水处理、工业废水和生活废水、雨水、净水、循环水加药、工业水，由于区域大人员少出现问题无法头尾相顾；凝结水精处理与水汽每值一名工作人员；制氢站共三名工作人员轮流值班，因 人员少每天的大夜无人值班，由化水值班人员代为管理；中水系统每值一名工作人员。所有值班人员岗位平等，没有差别，全部属于化学班，设有正副班长三人，正副班长只上白班，夜间无负责人。

三、问题的提出

1、化学水网控制部分由于设计原因，虽然采用了相同的控制设备，但未实现互联，造成监控各自分散，不便于值班人员集中监控。

2、化学水处理值班人员负责区域大，但人员相对较少，并且值班人员还要负责机组循环水的水质化验及加药、化学酸碱的接卸等工作，导致其工作强度很大。时常出现监控室内无人监控的情况发生。

3、在工作过程中由于值班人员的岗位相同，出现问题无法有效指挥、处理，无法形成一级对一级负责的管理效应。

4、制氢站、中水、凝结水精处理与水汽每值各有一名值班员，由于工作量较少造成人力资源的空闲，使其他值班人员思想不稳定，同等岗位有人忙有人闲，体现不出多劳多得的分配体制。

四、采取对策

通过调查研究：在少量增加设备投入的基础上，将整个水网的控制系统进行互联，在化学水处理监控室统一监控，将制氢站、中水、凝结水的值班人员撤销；在现有的巡检基础上，增加巡检次数和质量；打破化学班的人员配置，将化学化验分离出去，成立化验班，化学运行人员按照集控、灰水、燃料运行方式的人员配置，每值设立主值、副值、巡检等岗位，统一服从值长调度。

五、具体实施方案

1、在现有的网络基础上，增加网络应用设备，敷设制氢站、中水、2 凝水光缆，使用光纤接口在硬件上实现各控制器互联。在此需要购买Hirschmann网络接口MM2-4TX1一只，光纤网络转换器3对，光缆接口1对；其他附件可随时购买。

2、硬件架设完毕后，在化水程控的监控画面上相应增加中水、制氢站、凝结水精处理等监控画面，此部分是关键，制作不好将影响整个方案的最终结果。全面做画面组态，改造时间长可能影响设备运行；也可增加两台操作站分别用于制氢站和中水，这样不影响运行设备，把握大、优化过程较快。

3、检修人员经过几年的程控维护，能进行运行中出现的问题的修改组态和画面，有一定的基础，只是在细节上可能不懂或不会。因此实施工作主要由检修人员进行实施，部分工作外委进行，比如光纤接头的熔合；在实施过程中监控画面的组态由检修人员完成，在实施过程中如有问题随时请教有关厂家，这样可磨练检修人员的控制系统集成水平，提高相应程控设备的维护技能。由于工作量大需要专人进行组态和调试。

4、实施完成后进行验收，达到完全监控功能后，根据人员和工作量进行相应人员调整配置。

5、为配合方案的实施，择机对电气、热控专业维护人员和其他人员进行相应PLC的理论、实际操作的培训讲座。

由于本人水平有限，方案中可能有考虑不全的方面，是否可行，还请领导批评指正。附网络图、增加设备清册和具体改造步骤。

检修分场 粥葫 2010.2.9 3

第四篇：DCS系统与PLC系统优缺点分析报告

DCS系统与PLC系统优缺点分析报告

工业界对于分布式控制系统(DCS)与可编程逻辑控制器(PLC)两者孰优孰劣的争论已经持续了至少40年。然而，随着技术的发展，争论并未停止。由于两者功能特性越来越接近，价格差异也在缩小，曾经一度很清晰的选择，现在似乎变得越来越模糊。要想理解这两者之间的争论，就一定要明确这两种平台之间的根本性差异。

要想理解这两者之间的争论，就一定要明确这两种平台之间的根本性差异。例如，DCS体系结构源自一种完整的系统方法，其焦点在于基于网络实现分布式控制，协助作业人员监视并操控工厂中的任何一个区域。通过高性能的确定性网络实现一致、同步并且完整的过程数据正是DCS体系结构的核心。

另一方面，PLC体系结构聚焦于灵活快速的本地控制，PLC技术最近的发展为其增加了过程控制能力。当PLC和HMI软件集成在一起时，其最终形态看起来与DCS十分类似，但是这仍旧是一种自建(DIY)的实现方法，意味着工程师必须亲力亲为实现系统的每一个环节。对于控制来说这种方法更加灵活，但是DIY通常意味着在组网和性能上更大的技术风险，其导致的成本增加会在后期慢慢体现。

以前，相对于PLC系统来说，DCS通常更加昂贵，而且与今天面临的状况不同，当年很多工厂对生产速度、产量、废物排放、安全性和遵循法规上的需求并不高。正是因为这样，基于PLC的系统才获得了发展，因为它们能够提供更低的固定资产投资，同时提供的功能也足够用。但是随着时代的变迁，在全球市场范围DCS系统的价格不断降低，制造企业对其需求也随之上升。因此，在投建新自动化项目时，很多控制系统工程师、维护经理和工厂经理开始重新审视DCS和PLC控制系统两者的优劣。

在评价DCS和基于PLC架构的自建分布式控制系统时，有几个要点需要注意。

网络性能

优良的网络性能始于合理的网络设计，而合理的网络设计依赖于对每一个网络节点的通讯行为和用来承载网络信息的协议的详尽了解。主要的过程自动化供应商已经注意到这种需求，他们提供最优的方案，使用户可以为控制系统选择最优的网络设计。而DIY方案的应用工程师可能需要首先完成特定网络拓扑结构的搭建。网络设计和安装完成之后，下一步就是测试网络性能到底如何。对于不同的数据采集量、警报、历史信息、对等网络信息和随时可能发生的备份作业，同样的网络拓扑结构的性能可能具有很大的差异，这需要依靠全面的最优拓扑结构测试才能够得出结论。假设用户已经完成了网络的设计和安装，工厂达到了最大生产能力，一切都按照预期运行，那么此时需要面临的挑战就是如何维持这种平稳的网络作业状态。一种解决方案是在项目之初就安装容错以太网(FTE)，这是一种使用并不昂贵的成品组件实现冗余工业以太网的组网技术，这种技术能够提供高可用性。FTE还能够提供足够的网络诊断，实现对过程控制网络的持续关注，可以作为DCS的一部分。而且，工厂必须在补丁和更新被载入生产系统之前对其进行功能和性能的测评。有经验的网络工程师深知网络上的每一台设备都必须正常工作，才能构成一个健康的网络整体，正所谓一条臭鱼腥了一锅汤。

控制性能

良好的过程控制是建立在可靠和可重复的控制策略上的。过程控制器作为经典DCS体系结构的一部分，在作业方法上比PLC具有更多选择。PLC的运行速度相对来说更快，而过程控制器的强项在于可重复性，这意味着控制策略的运行周期是固定的运行的过快或者过慢都是不能接受的。在每一个运转周期内实现可重复的控制，有助于工厂实现可重复的质量、生产率和作业结果。运行周期并非唯一差别，其他系统服务也将优先解决控制器的配置，例如，如果控制器产生的报警会对控制任务产生影响，那么这些报警就会被屏蔽，当过程扰动渐趋平稳时，再恢复这些警报。为了有效实现这种警报管理机制，必须能够与控制产生警报的时间紧密配合，那些用来收集、存储和报告这些警报的报警子系统和事件子系统也是如此。老话重提，系统的作业方法是DCS的核心。

HMI图形

HMI软件包供应商通常都会吹嘘操作员设计图形界面是如何的容易。但是不管图形界面设计的多么令人印象深刻，它都不能为工厂带来直接的经济效益。设想一下过程控制环境无需建立图形界面，因为它们已经内置了图形界面，这是多么惬意的一件事。但是随着时代的变迁，在全球市场范围内DCS系统的价格不断降低，制造企业对其需求也随之上升。如果系统控制功能和作业环境整合在一起，那么支撑过程工厂运转的90%的功能都可以标准化。一些DCS平台能够提供上百种标准面板、分组显示和状态显示，这不仅对于安全有效的工厂作业非常重要，关键这些功能是现成的。

控制算法

面向对象的功能模块主要用于指定用户功能的属性。通过创建具有完整参数功能的功能模块，用户可以开发并对控制策略实现精准调整，无需重新设计控制功能，所有必需的功能都经过备案可选。应用工程师仅需将模块集成到所需的控制配置中即可，十分容易。无需编程的自动备案控制器配置使DCS体系结构对于工程师的使用和故障排查来说十分高效。让我们以一个常用的过程控制功能PID模块为例。使用DCS全球数据模型，可以通过配置界面获得PID功能模块的全部信息，此界面的各种算法已经通过验证，可以按需选择。HMI中的报警、趋势分析和历史数据功能所需的参数可以在一个站点轻松完成获取和配置，无需再对HMI配置进行更改。

应用软件

在一套自动化系统20~30年的服役期内，考虑用户需要对系统进行扩展、更改或者为系统增加新技术的频次是很重要的。“如果系统控制功能和作业环境整合在一起，那么支撑过程工厂运转的90%的功能都可以标准化。”对于DIY系统来说，要想找到工厂运行所需的所有应用程序，只需要翻翻PLC和HMI供应商的选型手册然后下订单即可，随后就可以获得授权、DVD安装盘、下载内容和其他一系列有用的资料。但是，如果只需要选择一种型号代码就可以立即收到所需的整套系统岂不是更加便利么？一个授权文件可以用于所有支撑过程工厂运行的控件、数据备份、趋势分析对象、业务集成软件和工厂运行中所需要的图形。DCS体系结构能够确保所有的控制应用程序都被正确加载，版本正确且经过兼容性测试。

数据管理

当DIY的DCS系统被拼凑起来后，各种不同的数据模型将会产生多种代表同样信息的数据。当这些个体被组装成一个系统之后，这些不同种类的数据模型必须同步并且受到维护，对于应用工程师和系统管理员来说，完成这项工作是一个不小的负担。而对于DCS体系结构来说，通用的数据模型能覆盖整套系统。因此，一个数据源可以为系统任何位置的任何一个应用程序或者服务提供数据。这个问题的关键并不在于数据库的数量，而在于单一的数据模型，不管数据组件在何处，它都可以被体系下的任何一个组件所使用，而且数据组件无需复制。综合的数据模型并不一定意味着仅使用一个数据库，但是它肯定意味着对于任何数据组件来说都具有同一个去处。

批量自动化

DCS体系结构的综合特性长久以来一直是批量自动化工程的上佳之选。相比于其他类型的自动化，批量要求在相位、单位、配方、公式和其他要素上做到精细的配合。即使经典DCS体系结构在提供完整的解决方案时也面临着不小挑战，因为批量环境中的组件实在过于多样化。正是基于此种原因，很多批量自动化工程都选择将多种解决方案混合成一种解决方案。不管怎样，批量数据模型已经不像从前那样令人心生畏惧了，批量自动化解决方案的各种不同的信息现在使用单一的DCS数据模型就可以采集完成。例如，批量管理和执行所需的所有组件都运行于过程控制器上，或者在要求耐用性的场合这些组件都运行于冗余控制器上。这意味着没必要非得使用一台PC作为批量服务器。因为所有的批量组件都运行于控制器上，批量执行更加快速，循环时间得以缩短，产量提升。而且，对于各种报警、安保和显示功能，操作人员只需要学习一种作业环境即可，误操作的可能性也更低。从工程和维护的观点来看，这种方法的优势在于仅需学习并支持一种工具即可控制工程网版权所有，事半功倍。

开放式连通性

今天的过程工厂很少选择单一品牌的控制器。这就是为什么经典DCS体系结构也能够将第三方设备以同样的数据模型引入的原因。这意味着操作人员能够以一种统一的风格浏览来自于不同厂家的控制器的信息。控制解决方案是否能够将企业解决方案无缝融入控制层也是一个重要的考虑方面。因为信息富集型应用通常都是如需则急需，所以对制造执行系统(MES)、资产管理系统、报表软件、统计过程控制(SPC)、停机跟踪或者其他企业层解决方案进行提前考虑是很重要的。

仿真技术

控制策略在应用到实际的过程之前必须经过彻底的“排查”。由于过程控制关注可重复性，所以能够将控制策略直接运行于仿真环境而无需更改，这一点是十分必要的。过程控制中的计时是很必要的，仿真器必须能够可靠地重现过程执行的计时。“由于过程控制关注可重复性，所以能够将控制策略直接运行于仿真环境而无需更改，这一点是十分必要的。”

基于此种原因，DCS供应商都提供先进的仿真器技术，在工厂整个生命周期内帮助改善性能。有多种仿真选择，从离线的稳态设计仿真、控制核查和操作员培训到在线控制和优化、性能监控和作业计划仿真。

过程历史数据

彻底的过程改进依赖于优良的过程数据，这意味着历史数据的收集必须与工厂自动化系统的功能协调一致，不会妨碍更加紧急的控制要求。但是，如果出于某种原因必须中断历史数据收集，那么之后必须能够恢复历史数据，因为不完整的历史数据是不能接受的。工厂需要一种可靠的解决方案以获取历史数据，并将这些数据用于趋势和质量分析。基于此种目的，大多数现有的DCS平台现在都具有耐用的内置过程历史数据功能，工程师和工厂管理人员可以藉此在单一站点完成对整体作业性能的分析。冗余数据收集机制还能保证在主历史数据收集器失效时迅速切换至辅助历史数据收集器。做出决定。

当然，每一家工厂对自动化和控制都有其独一无二的要求，实际上不管是DCS还是PLC都能满足每一家工厂的需求，落实到具体的应用和作业需求时，必须仔细考虑，然后再决定哪一种技术更适合自己的过程控制。当前对于DCS的需求正在上升，即使对于规模较小的应用也是如此。对上文讨论的内容略加思索，操作人员和工程师就能对DCS和PLC的能力有一个初步的认识，并在两者之间做选择的时候能够更加深入地考量。

第五篇：计算机信息管理系统在企业中的应用分析

计算机信息管理系统在企业中的应用分析

摘要：企业的计算权脑息管理系统建设应矫拄企业的特点。找准切入点。重．点介绍了企业ERP模型及数据结构模型。

关键词：计算机信息管理系统；企业；应用；

随着信息技术的飞速发展，企业信息化建设在理论和实践七也发生了深刻的变化。从MRP．MRPII、CIMS、ERP、scM到C腿理论和概念的提出，我们深刻的感受到企业信息系统在理沦上已经走出了传统软件工程的框架。而是从管理的内涵和企业资源变化规律^手，去寻找信息系统建设的老如时醣黼，建立起—瞅的符合计算机特点的管理醭式。从而陡刽E信息化建话瑗}企业管理带来本质性地变化。

I企业管理对象分析企业资源我们可以看成ERP系统管理的对象或企业管理对象。以往企业信息系统建设需求分析都是从业务流程开始的，对企业管理对象没有—个全面认识，很容易走匕MIS建设的老路。因此需求分析首先应了解和分析企业管理的对象。

从企业信息系统的角度和企业的主要任务来看，企业的管理对象可分为两大类：—类是流动的管理对象，—类是静态的管理对象。流动的管理对象，主要有三种：它们是物流、资金流和信息流；静态管理对象则较多。但主要有固定资产、员工、档案等内容。这两大类管理对象各有其自身的特点。

2企业ERP模型企业信息系统可分为三个层次来考虑。

第—个层面是数据的采集层面，它的主要任务是完整、准确和及时地反映管理对象的变化和运动，无论业务流程是如何实现的，只要管理对象状态变化得以确认，则变化信息应及时的在信息系统反映出来。因此，我们在敝系统分析时，第一步要傲的工作是系统地描述管理对象状态变化和运动的流程。以此来确定企业信息系统的数据采集点，从而进一步的确认采集的内容和颍度，确定历史数据的储存和利用方法。

第-'／k层面是对企业各个管理业务，管理流程和控制方式的设计，这是企业信息系统设计的难点，管理对象的变化应该是按照企业的需要和计划来进行的，也就是说是完全受控的，而管理业务流程则又是多变和复杂的，它不仅和管理对象有关，而且和人、管理方法、市场、社会环境有关。

第三个层厩是计划管理。找出每—个环节变化的规律和条件，这是制定i-I-翅J，进行管理和控制的依据，物流则是ERP BOM为主线(流程性企业则是以装置单耗指标，配方等，确定BOM)。

3数据结构模型在事务处理层上，其完成的主要任务是结合具体事务处理流程对原始数据的进行采集。根据数据组织的需要，这些数据可分为静态数据和动态数据两大类。静态数据反映企业资源的基本属性。动态数据反映企业资源变化和运动过程。只要认真分析，并尽可能理出与管理有关的全部属性。

就可以保证在数据库i殳计时，数据结构的稳定性。

要做到这一点，并没有太大的难度。数据结构的稳定，是ERP系统建设的—个重要前提。

第二个层次是管理和决策层，这个层次管理业务是在数据采集的完整性基础进行的，它要求存f麟的可变性。因此，对数据采集完整性要求是不变的，而列数据的私J用则是可以变化的。目前各种新技术已经给我们提供了有利条件和基础。

作为个人使用的软件工具，主要有微软的0FFICE，在软件结构上出现了C／S，B／S以及相关的接口技术。如ODBC，ASP，xML等。管理人员可以方便地通过这些技术实现的软件从数据库中获取他们所需要的数据，再通过自己熟悉的钦件工具进行加工、整理和利

用。在这种情况下，计算机技术人员在进行 ERP系统的设计时，其重点仍应该放在数据结构的分析设计匕。管理层和决策层对数据的要求是我们系统分析和设计的第二个重点。而在这个层次E，主要是对统计数据和计划数据的需求。统计数据是对现实情况的真实反映，计划数据反映了企业对各项任务的安排和要求，在此基础E进行数据加工、分析和比较，形成各种报表。它们也是企业绩效考核系统(KPI)的基础数据。因此，建立·个完整的指标体系来规范和定义计划统计数l屠是非傅乳必要的。对于这个指标体系的具体建议如下：

(1)于{辆秭漾的定义。指标体系通过编码进行规范，基本属性如下：

指标码、指标名称、计量单位、时间范围、存储过程名、激括条件等。

单位编码：是指标量反应的单位；指标码：产能指标、经济指标、财务指标、产量指标、质量指标、消耗指标、劳资指标、每—个管理部门和管理业务可以提出自己的管理指标；指标名称：指标的中文名称；计量单位：指标的计量单位(如：米、吨、升、元、％等等)；每—个指标必须有自己的计量单位；时间范围：是指指标值代表的时间长度(如：

小时、班、天、周、月、年等等)；存储过程名：是指对指标值进行计算的数据库存黻程的路径和名称；激活条件：是指启动存储过程计算指标值的条件(如：某项工作完成后自动启动、某个时刻自动启动、人工启动等等)。

在大型数据库系统中都提供了存储过程技术，把指标量的计算过程放到存储过程中，利用存储过程好处在于：有灵活的激活方式，它可以手动激活和条件激活，系统激活存储过程自动计算统计指标量放人数据库关系表中。计算过程完全在后台进行，与使用者无关。指标数据计算出来后，管理^、员在使用指标数据时，大大提高了速度，更不需要进行重复计算。对指标数据的利用也变得非常灵活、方便了。

指标体系的建立把大量复杂和费时的计算工作推到了后台，并利用了计算机的空闲时间。

根据ERP的思想计划来源是用户的需求，在对企业的生产能力、财务状况、效益目标权衡的基础上明确主产品的生产。计划的基础上，推出企业内部每—他产环节和供应：环节的生产供应计划。其依据是每—"栉的供需平衡关系。

通过这样—个过程，计划系统可以分解到生产的每—个环节和每—个时间段。因此，这两个指标体系是计划系统的基础。而它们又来源于统计指标体系。再加价格成本因素就可以算出整开的较为完整的统科。

通过以匕分析，我们可以得出以下的结论：

第一，我们管理对象以及他们的运动和变化规律有了—个基本的认识，对企业信息系识统，建信设息对系应统的建三翻个撇应和用瞄层氧次也也就有容了易一明个确基，本企认业管理对象以及他们的运动和变化规律是EIW系统的基本依据。第二，ERP系统必须树立以数据为中心的指导思想，在保遥毁据结构的稳定、保证原始数据的正确和保证数据系统安全的前提下，尽可能把软件应用的灵活性交给用户。使用户可以根据自己的需要来获取数据、重新组织数据和分析数据。第三，数据结构的合理性是开放的前提，我们通过对企业资源原完整和实时地采集，以此为基础建立指标体系。这就把ERP的核心思想数据结构中，保证系统主要业务流程的正确性和可变性，使应用系统内部机制的高效、灵活。第四，开放的有限性：对原始数据的采集、加工、整理，必须按照软件的要求来进行。

而对数据的利用是完全开放的，这就保证了基础数据的完整性、正确性和—致性。保证了指标体系的含义是唯—确定的。同敝官旨满足各种应用的要求。第五，通过开放的方式达到动态管理的目的。这是我们开放式ERP系统的建设的主要目标。

总之企业信息系统建设是没有一个通用的软件可以包洽百病，企业信息系统建设者必须要抓住企业的特点，找准切人点才能做好我们的工作。

根据ERP的思想计划来源是用户的需求，在对企业的生产能力、财务状况蛐目标权衡的基础上睨确主产品的生产计。在此计的基础上，推出企业内部每—个生产环节和供应环节的生产供应计划。其依据是每—个嘲．节的供需平衡关系。

通过这样—个过程，计划系统可以分解到生产的每—个环节和每—个时间段。列信息系统而言，计划的主要依据是产能指标和平衡关系所对应的消耗指标(制造企业中的BOM)。这两个指标对于企业而言都是相对稳定的。因此，这两个指标体系是计划系统的基础。而它们又来源于统计指枥钵系，再加上价格成本因素就可以算出整个企业的较为完整的计划和统计指标体系。