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DCS技术在电动机控制中的应用

刘正阳

中广核工程有限公司

摘要：社会经济快速发展推动了工业领域的快速进步，促使工业生产朝着智能化、自动化方向发展，尤其是DCS技术在电动机控制中的应用，更是极大地提高了电动机控制效能，为整体的工业生产效益提升提供了基础支持。为了更好地加强电动机控制，进一步改善电动机运行性能，必须要对DCS技术进行深入分析，将其与电动机运行过程紧密结合，以确保摒弃传统的机械控制方式，保障电动机控制水平提升，为工业生产奠定坚实基础。

关键词：电动机；DCS技术；控制应用

在当今的工业自动化领域，电动机扮演着核心角色，其性能及可靠性直接影响到整个生产流程的效率。随着技术进步，DCS已成为控制和监测电动机运行的重要技术，通过提供精确控制和实时监测，使得电动机运行变得更加高效安全。尤其是在电动机故障诊断和预防性维护方面，DCS技术也展现出了显著优势，帮助企业减少停机时间，延长设备使用寿命，从而提高整体的生产效率。

一、DCS技术分析

DCS技术也就是分布式控制系统，主要是由过程控制级、过程监控级所构成的多级计算机系统，该项技术是以通信网络作为纽带，综合了各种先进控制技术，具有分散控制、集中操作、灵活配置等多种优势[1]。其主要的两种控制技术如下：

1、工业自动化控制技术

在工业自动化控制技术中，通过应用先进的组态软件，能够对生产过程的输入/输出（I/O）回路进行高效设置，确保现场仪器与系统无缝连接。通过电缆连接，现场的传感器与执行器可以直接与DCS系统交互，从而实现数据即时采集和处理。该技术能够实现所有监测数据在模拟的图形界面上显示，使得操作人员能够直观地监控和分析生产状态[2]。此外，操作员可以通过操作站发出命令，精确控制现场的执行设备，达到精细控制生产过程的目标。DCS系统在处理连续的模拟信号时，采用基于PID（比例-积分-微分）的控制策略，此种方法依靠对系统的实时反馈，对生产过程中的偏差进行精确计算和调整，从而确保生产过程的稳定性。此外，DCS系统通过组态软件的灵活性，支持建立更为复杂的控制回路，如串级控制、比例控制及前馈控制等，提供广泛的应用场景和调节策略，从而增强生产过程的灵活性，并提高整体自动化水平。DCS技术在逻辑和顺序控制方面也展现出了强大功能，根据特定的工艺要求，通过编写高效的逻辑和顺序控制程序，实现复杂的工艺联锁和设备顺序控制，能够保障生产过程的安全可靠。

2、分散型集中控制技术

分散型集中控制技术主要采取分层策略，以确保生产过程的自动化。在该控制体系中，第一层级着重于直接过程控制，即直接响应上级的指令来管理生产流程，以确保生产活动能够根据预设计划和目标快速有效地进行。第二层级专注于优化控制，系统利用预设的目标函数和约束，结合从实际生产中获取的数据，通过辨识出的数学模型来形成优化控制策略，设定合理的控制点来调整过程控制参数，从而提高生产效率和质量。第三层级为自适应控制，通过分析历史运行数据和当前操作经验，调整控制策略来补偿生产条件变化，以确保生产系统即使在不断变化的环境中也能保持在最佳运行状态[3]。最高层级为第四层级，着重对整个工厂进行管理，包括决策制定、生产计划、日常管理和资源调度等，能够确保所有层级的活动都能协调一致，按照总体目标有效进行。在硬件方面，分散型集中控制技术采用层级化结构，使得系统能够根据具体的生产需求灵活配置。而系统可以分为多个控制单元，每个单元负责特定区域的过程控制，单元又可以根据需要进一步分解为各种功能模块和电路单元，从而确保控制活动的有效性。

二、DCS技术在电动机控制中的具体应用

1、电机计算机控制

在电动机运行过程中，基于DCS技术进行计算机控制，能够充分考虑到按键式触点系统的作用，尤其是在热继电器触发或压力降低等异常情况下时，系统应能自动重置以保护电机和相关设备。在标准的电机控制系统中，通常采用1DO（单一数字输出）系统，该系统的特点是简洁高效，因为其主要依靠单一的输出信号控制电机的启动与停止。在此系统中，DCS对电机的主接触器（即控制电机启动和停止的主开关）发出恒定信号，从而大大降低系统的复杂性和故障率。在特定情况下，需要2DO（双重数字输出）系统，其中包括脉冲状态信号，用于处理更复杂或特殊的控制要求[4]。例如，当需要对电机进行短暂启动或调制控制时，就需要此类系统执行此项命令。在DCS应用中，标准的输入（DI）用于接收来自电机控制中心（MCC）的反馈信号，这种反馈机制能够让控制系统了解到电机的实际工作状态。例如，如果检测到电机过热或压力不足，系统可以立即将MCC输出至电机的主接触信号置零，以此来停止电机，防止损坏。而且主触点的状态信号也应被发送回DCS，以便于系统显示、记录并进行必要的联锁控制，确保电机控制系统的安全性和可靠性，同时也方便操作人员加强监控。在基于DCS技术设计电机控制系统时，还应考虑到系统的可维护性和操作人员的便捷性，系统设计应简洁直观，以便于快速诊断和解决问题，同时保证操作人员能够轻松操作，提高系统应用效率。

2、故障诊断与预防性维护

DCS系统通过集成高级传感器和监测技术，可以实时收集电动机的运行数据，如电流、电压、温度、振动等指标，然后将数据实时传输至控制中心，供专业分析软件进行深入分析。通过对运行数据持续监测分析，DCS能够识别出电动机运行中的潜在问题和异常状态。故障诊断功能使DCS能够通过比较实时数据与历史运行模式，识别出偏离正常范围的行为模式。而且诊断不仅基于单一指标，而是综合多个参数，通过复杂的算法和模式识别技术，提高故障检测准确性。一旦系统检测到异常情况，会立即向操作人员发出警报，指示存在的问题和解决方案，以防止故障发生[5]。DCS的预防性维护功能可以基于设备实际使用情况和性能数据来预测故障发生的可能性。通过准确预测，维护工作可以在非生产时间或在故障成为严重问题之前进行，从而最大限度地减少对生产过程的影响。预防性维护还包括对关键组件的寿命进行评估，确保在性能下降之前进行更换或修理，以减少意外停机风险，并优化备件库存，降低维护成本。

3、持续改进DCS技术应用测试过程

在电动机控制中，对DCS技术的应用测试过程应持续改进。首先要制定详细的评估计划，涵盖作业指导书、项目测试计划及测试说明书等。在初步分析基础上进行实际测试流程的审查，对已经执行的测试活动进行调查，并通过与测试团队成员的访谈，捕捉测试过程中的实际情况和遇到的问题，以便识别流程中的缺陷与不足。通过收集分析这些信息，总结出现有测试流程中需要改进的地方，优化异常管理流程，以确保在测试过程中有效识别和处理异常情况。此外，还要改进测试用例模板，提高测试覆盖率，确保所有关键功能和场景都能充分测试，同时充分应用自动化框架，以减少人为错误，以在更短的时间内执行更多的测试场景，从而提高DCS系统的可靠性。

结语

    DCS技术的应用能够实现对电动机控制系统的分布式控制，进而充分发挥其技术优势，提高电动机控制效能，保障整体的工业生产效益提升。因此，在未来的发展过程中，相关企业应当加强对DCS技术的应用分析，充分发挥其应用特点，将其与电动机运行过程密切结合，进而实现电动机运行控制水平持续提升，为工业生产自动化发展提供更多助力支持。

参考文献

[1]隋永芳, 袁汉福. 机泵电动机就地/远程切换开关状态信号的应用方法[J]. 流程工业, 2023, (11): 38-40.

[2]冯伟. DCS技术在电动机控制中的应用[J]. 集成电路应用, 2023, 40 (07): 92-93.

[3]杨乾熙. 故障诊断技术在电动机维修管理上的应用[J]. 南方农机, 2019, 50 (13): 229+231.

[4]魏培超, 张俊河. 电气特征分析技术在电动机故障诊断中的应用[J]. 冶金设备, 2017, (S2): 223-227+240.

[5]刘辉, 林明玉. DCS系统中的节能控制器设计与实现[J]. 世界有色金属, 2017, (03): 43-44.