DCS控制系統(tǒng)

DCS控制系統(tǒng)

可靠性是DCS發(fā)展的生命，要保證DCS的高可靠性主要有三種措施：一是廣泛應(yīng)用高可靠性的硬件設(shè)備和生產(chǎn)工藝；二是廣泛采用冗余技術(shù)；三是在軟件設(shè)計(jì)上廣泛實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)、故障自診斷和自動(dòng)處理技術(shù)等。當(dāng)今大多數(shù)集散控制系統(tǒng)的MTBF可達(dá)幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)小時(shí)。

考察DCS的層次結(jié)構(gòu)，DCS級(jí)和控制管理級(jí)是組成DCS的兩個(gè)最基本的環(huán)節(jié)。過(guò)程控制級(jí)具體實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的輸入、變換、運(yùn)算和輸出等分散控制功能。在不同的DCS中，過(guò)程控制級(jí)的控制裝置各不相同，如過(guò)程控制單元、現(xiàn)場(chǎng)控制站、過(guò)程接口單元等等，但它們的結(jié)構(gòu)形式大致相同，可以統(tǒng)稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)控制單元FCU。過(guò)程管理級(jí)由工程師站、操作員站、管理計(jì)算機(jī)等組成，完成對(duì)過(guò)程控制級(jí)的集中監(jiān)視和管理，通常稱(chēng)為操作站。DCS的硬件和軟件，都是按模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，所以DCS的開(kāi)發(fā)實(shí)際上就是將系統(tǒng)提供的各種基本模塊按實(shí)際的需要組合成為一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為系統(tǒng)的組態(tài)。

DCS在控制上的特點(diǎn)是依靠各種控制、運(yùn)算模塊的靈活組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)多樣化的控制策略以滿(mǎn)足不同情況下的需要，使得在單元組合儀表實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)繁瑣與復(fù)雜的命題變得簡(jiǎn)單。隨著企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求，以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制方案已經(jīng)不能適應(yīng)，以多變量預(yù)測(cè)控制為代表的控制策略的提出和成功應(yīng)用之后，過(guò)程控制受到了過(guò)程工業(yè)界的普遍關(guān)注。需要強(qiáng)調(diào)的是，廣泛應(yīng)用各種控制與優(yōu)化技術(shù)是挖掘并提升DCS綜合性能、最直接、也是價(jià)值的發(fā)展方向。DCS在控制上的特點(diǎn)是依靠各種控制、運(yùn)算模塊的靈活組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)多樣化的控制策略以滿(mǎn)足不同情況下的需要，使得在單元組合儀表實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)繁瑣與復(fù)雜的命題變得簡(jiǎn)單。隨著企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求，以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制方案已經(jīng)不能適應(yīng)，以多變量預(yù)測(cè)控制為代表的控制策略的提出和成功應(yīng)用之后，過(guò)程控制受到了過(guò)程工業(yè)界的普遍關(guān)注。需要強(qiáng)調(diào)的是，廣泛應(yīng)用各種控制與優(yōu)化技術(shù)是挖掘并提升DCS綜合性能、最直接、也是價(jià)值的發(fā)展方向。

集散控制系統(tǒng)（Distributed?control?system）是以微處理器為基礎(chǔ)的對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺(tái)微機(jī)分散應(yīng)用于過(guò)程控制，全部信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)化控制，整個(gè)裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機(jī)聯(lián)系差以及單臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實(shí)現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)性三方面的分散。DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程控制中起著重要的作用。

現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)：又稱(chēng)數(shù)據(jù)采集裝置，主要是將過(guò)程非控變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，而且對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工處理，供CRT操作站顯示和打印，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)監(jiān)視，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計(jì)算機(jī)。輸出裝置在有上位機(jī)的情況下，能以開(kāi)關(guān)量或者模擬量信號(hào)的方式，向終端元件輸出計(jì)算機(jī)控制命令。這一個(gè)級(jí)別直接面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)，跟現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程相連。比如閥門(mén)、電機(jī)、各類(lèi)傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等。它們都是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)備、同樣也是DCS的基礎(chǔ)。在DCS系統(tǒng)中，這一級(jí)別的功能就是服從上位機(jī)發(fā)來(lái)的命令，同時(shí)向上位機(jī)反饋執(zhí)行的情況。拿來(lái)舉例的話，可以形容為層的士兵。它們只要能準(zhǔn)確地服從命令，并且準(zhǔn)確地向上級(jí)匯報(bào)情況即完成使命。至于它與上位機(jī)交流，就是通過(guò)模擬信號(hào)或者現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)字信號(hào)。由于模擬信號(hào)在傳遞的過(guò)程或多或少存在一些失真或者受到干擾，所以目前流行的是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)進(jìn)行DCS信號(hào)的傳遞。

過(guò)程控制級(jí)：又稱(chēng)現(xiàn)場(chǎng)控制單元或基本控制器，是DCS系統(tǒng)中的核心部分。生產(chǎn)工藝的調(diào)節(jié)都是靠它來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如閥門(mén)的開(kāi)閉調(diào)節(jié)、順序控制、連續(xù)控制等等。上面說(shuō)到現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)是“士兵”，那么給它發(fā)號(hào)施令的就是過(guò)程控制級(jí)了。它接受現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)傳來(lái)的信號(hào)，按照工藝要求進(jìn)行控制規(guī)律運(yùn)算，然后將結(jié)果作為控制信號(hào)發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的設(shè)備。所以，過(guò)程控制級(jí)要具備聰明的大腦，能將“士兵”反饋的軍情進(jìn)行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打贏“戰(zhàn)爭(zhēng)”。這個(gè)級(jí)別不是的，相當(dāng)于里的“中尉”。它也一樣必須將現(xiàn)場(chǎng)的情況反饋給更高級(jí)別的“上校”也就是下面講的過(guò)程管理級(jí)。

過(guò)程管理級(jí)：DCS的人機(jī)接口裝置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者鍵盤(pán)、打印機(jī)、大容量存儲(chǔ)器等。操作員通過(guò)操作站選擇各種操作和監(jiān)視生產(chǎn)情況、這個(gè)級(jí)別是操作人員跟DCS交換信息的平臺(tái)。是DCS的核心顯示、操作跟管理裝置。操作人員通過(guò)操作站來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程，可以通過(guò)屏幕了解到生產(chǎn)運(yùn)行情況，了解每個(gè)過(guò)程變量的數(shù)字跟狀態(tài)。這一級(jí)別在中算是很高的“上?！绷?。它所掌握的“大權(quán)”可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)自動(dòng)切換、修改設(shè)定值，調(diào)整控制信號(hào)、操縱現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。

經(jīng)營(yíng)管理級(jí)：又稱(chēng)上位機(jī)，功能強(qiáng)、速度快、容量大。通過(guò)專(zhuān)門(mén)的通信接口與高速數(shù)據(jù)通路相連，綜合監(jiān)視系統(tǒng)各單元，管理全系統(tǒng)的所有信息。??這是全廠自動(dòng)化系統(tǒng)的一層。只有大規(guī)模的集散控制系統(tǒng)才具備這一級(jí)。相當(dāng)于中的“元帥”，他們所面向的使用者是廠長(zhǎng)、經(jīng)理、總工程師等行政管理或運(yùn)行管理人員。它的權(quán)限很大，可以監(jiān)視各部門(mén)的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)，幫助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其計(jì)劃目標(biāo)。

系統(tǒng)構(gòu)成靈活。從總體上看，DCS就是由各個(gè)工作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組網(wǎng)而成的。你可以把他現(xiàn)象成“因特網(wǎng)”。根據(jù)生產(chǎn)需求，你可以隨時(shí)加入或者撤去工作站。系統(tǒng)組態(tài)很靈活操作管理便捷。DCS的人機(jī)反饋都是通過(guò)CRT跟鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等實(shí)現(xiàn)的。你可以想象成在因特網(wǎng)沖浪一樣，你可以監(jiān)視生產(chǎn)裝置乃至整個(gè)工廠的運(yùn)行情況。信息資源共享。你可以把工作站想象成因特網(wǎng)上的各個(gè)網(wǎng)站，只要你在DCS系統(tǒng)中，并且權(quán)限夠大，你就能了解到你要的任何參數(shù)。安裝、調(diào)試方便。相比原先的模擬控制系統(tǒng)，那么多的飛線頭，一大堆類(lèi)似頭發(fā)絲的電線。DCS系統(tǒng)算是很方便了。安全可靠性高。難道現(xiàn)在還有什么東西的可靠性比電腦更高嗎！

現(xiàn)場(chǎng)控制站中的主要設(shè)備是現(xiàn)場(chǎng)控制單元?，F(xiàn)場(chǎng)控制單元式DCS直接與生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行信息交互的IO處理系統(tǒng)，它的主要任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，對(duì)被控對(duì)象實(shí)施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。用戶(hù)可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場(chǎng)控制單元構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制站。它可以是以面向連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程控制為主，輔以順序邏輯控制，構(gòu)成的一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜控制方案的現(xiàn)場(chǎng)控制站；也可以是以順序控制、連鎖控制功能為主的現(xiàn)場(chǎng)控制站；還可以是一個(gè)對(duì)大批量過(guò)程信號(hào)進(jìn)行總體信息采集的現(xiàn)場(chǎng)控制站。

現(xiàn)場(chǎng)控制站是一個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行的計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)。由于它是專(zhuān)為過(guò)程檢測(cè)、控制而設(shè)計(jì)的通用型設(shè)備，所以其機(jī)柜、電源、輸入輸出通道和控制計(jì)算機(jī)等，與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有所不同。運(yùn)行在PC硬件平臺(tái)、NT操作系統(tǒng)下的通用操作站的出現(xiàn)，給DCS用戶(hù)帶來(lái)了許多方便。由于通用操作站的適用面廣，相對(duì)生產(chǎn)量大，成本下降，因而可以節(jié)省用戶(hù)的經(jīng)費(fèi)，維護(hù)費(fèi)用也比較少。

為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和管理等功能，操作站必須配置以下設(shè)備：

1、操作臺(tái)，也就是高檔電腦桌；
2、微處理機(jī)系統(tǒng)，就是高檔電腦；
3、外部存儲(chǔ)設(shè)備，簡(jiǎn)單說(shuō)就是大容量硬盤(pán)；
4、圖形顯示設(shè)備，就是電腦顯示器；
5、操作鍵盤(pán)跟鼠標(biāo)；
6、打印輸出設(shè)備。