分佈式控制系統

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分佈式控制系統

由多台計算機分別控制生產過程中多個控制迴路，同時又可集中獲取數據、集中管理和集中控制的自動控制系統。分佈式控制系統採用微處理機分別控制各個迴路，而用中小型工業控制計算機或高性能的微處理機實施上一級的控制。各迴路之間和上下級之間通過高速數據通道交換信息。分佈式控制系統具有數據獲取、直接數字控制、人機交互以及監控和管理等功能。分佈式控制系統是在計算機監督控制系統、直接數字控制系統和計算機多級控制系統的基礎上發展起來的，是生產過程的一種比較完善的控制與管理系統。在分佈式控制系統中，按地區把微處理機安裝在測量裝置與控制執行機構附近，將控制功能盡可能分散，管理功能相對集中。這種分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不會由於計算機的故障而使整個系統失去控制。當管理級發生故障時，過程控制級(控制迴路)仍具有獨立控制能力，個別控制迴路發生故障時也不致影響全局。與計算機多級控制系統相比，分佈式控制系統在結構上更加靈活、佈局更為合理和成本更低。

分散型控制系統(DCS)是以微處理機為基礎，以危險分散控制，操作和管理集中為特性，集先進的計算機技術、通訊技術、CRT技術和控制技術即4C技術於一體的新型控制系統。隨著現代計算機和通訊網絡技術的高速發展，DCS正向著多元化、網絡化、開放化、集成管理方向發展，使得不同型號的DCS可以互連，進行數據交換，並可通過以太網將DCS系統和工廠管理網相連，實現實時數據上網，成為過程工業自動控制的主流。

近幾年來，生產行業進一步提高了工廠綜合自動化水平，注重信息化的建設，特別是各地的火電廠紛紛提出適合自己工廠的廠級監控信息系統(SIS)以提高生產效率，實現工廠管理信息系統與各種分散控制系統之間的數據交換。廠級實時監控信息系統以分散控制系統為基礎，以經濟運行和提高發電企業整體效益為目的，採用先進、適用、有效的專業計算方法，實現整個電廠範圍內信息共享，廠級生產過程的實時信息監控和調度，同時又提高了機組運行的可靠性。它為電廠管理層的決策提供真實、可靠的實時運行數據，為市場運作下的企業提供科學、準確的經濟性指標。

DCS是分散控制系統(Distributed Control System)的簡稱，國內一般習慣稱為集散控制系統。它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。

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DCS具有以下特點：

(1)高可靠性

由於DCS將系統控制功能分散在各台計算機上實現，系統結構採用容錯設計，因此某一台計算機出現的故障不會導致系統其它功能的喪失。此外，由於系統中各台計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現的功能採用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統中每台計算機的可靠性也得到提高。

(2)開放性

DCS採用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統中各台計算機採用局域網方式通信，實現信息傳輸，當需要改變或擴充系統功能時，可將新增計算機方便地連入系統通信網絡或從網絡中卸下，幾乎不影響系統其他計算機的工作。

(3)靈活性

通過組態軟件根據不同的流程應用對象進行軟硬件組態，即確定測量與控制信號及相互間連接關係、從控制算法庫選擇適用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監控和報警畫面，從而方便地構成所需的控制系統。

(4)易於維護

功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現故障時，可以在不影響整個系統運行的情況下在線更換，迅速排除故障。

(5)協調性

各工作站之間通過通信網絡傳送各種數據，整個系統信息共享，協調工作，以完成控制系統的總體功能和優化處理。

(6)控制功能齊全

控制算法豐富，集連續控制、順序控制和批處理控制於一體，可實現串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，並可方便地加入所需的特殊控制算法。

DCS的構成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現場控制站和數據採集站等組成，也可由通用的服務器、工業控制計算機和可編程控制器構成。 處於底層的過程控制級一般由分散的現場控制站、數據採集站等就地實現數據採集和控制，並通過數據通信網絡傳送到生產監控級計算機。生產監控級對來自過程控制級的數據進行集中操作管理，如各種優化計算、統計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術的發展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設備通過網絡連接來實現更高級的集中管理功能，如計劃調度、倉儲管理、能源管理等。

1975年美國霍尼韋爾(Honey Well)第一套分佈式控制系統TDCS-2000問世以來，分佈式控制系統已經在工業控制的各個領域得到了廣泛的應用，以其高度的可靠性、方便的組態軟件、豐富的控制算法、開放的聯網能力，逐漸成為過程工業自動控制的主流系統。 迄今，全世界數百家廠商已經開發了各種類型的分佈式控制系統1500餘種，DCS 以其先進、可靠、靈活和操控簡便以及合理的價格而得到廣大工業用戶的青睞，廣泛應用於冶金、電力、化工、石油和造紙等工業領域。

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分佈式系統的硬件：

現場控制站主要由機箱(櫃)、電源、PC總線工業控制機、通信控制單元、手動、自動顯示操作單元等構成。其功能主要有6種，即數據採集功能、DDC控制功能、順序控制功能、信號報警功能、打印報表功能、數據通信功能。 智能調節器是一種數字化的過程控制儀表，其外表類似於一般的盤裝儀表。

智能調節器不僅可接受4～20mA，DC電流信號輸入的設定值，還具有異步通信接口RS-422/485、RS-232等，可與上位機連成主從式通信網絡，接受上位機下傳的控制參數，並上報各種過程參數。

集中操作監控級(面向操作員和系統工程師)功能主要是以操作監視為主要任務，兼有部分管理功能。配備計算機及外設，以及相應軟件，對生產過程實行高級控制策略、故障診斷、質量評估。 其組成如下：

監控計算機

工程師顯示操作站

操作員顯示操作站

顯示工作站主要由鍵盤、CRT顯示器和打印機構成，是實現和操作員以及工程師有關的系統的功能：操作員在運轉整個系統時必要的操作功能，工程師為了進行系統的生成和維護時必要的工程師功能。 綜合信息管理級的功能是實現整個企業的綜合信息管理(主要包括生產管理和經營管理)，主要由管理計算機、辦公自動化系統、工廠自動化服務系統組成，應用了MIS系統。

分佈式控制系統的軟件

分佈式控制系統的軟件可分為系統軟件、組態軟件、應用軟件。其功能如下所述：

系統軟件：提供系統運行和管理的基本環境。

組態軟件：對過程管理系統組態、系統內各設備的定義、確定各設備的工作要求，設備網地址分配、定義各種控制點、點數據在顯示圖上的編排等。

應用軟件：用於整個生產過程的操作和控制，過程數據收集，信息分析、優化，監控控制，外來設備的網絡化及完善。運行於系統人機界面工作站、服務器等節點中的軟件，提供數據採集和事件分析處理、信息存儲和管理、二次計算、人機界面監視、遠程控制操作及其他的應用功能。