4C技術(shù)在dcs中的應(yīng)用分析

1、“4C”技術(shù)在DCS中的應(yīng)用分析 摘要：集散型控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng) (Distributed control system簡稱DCS)，是20世紀(jì)70年代隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的。DCS的主要基礎(chǔ)是4C技術(shù)，即計算機(jī)(Computer)、控制(Control)、通信(Communication) 和CRT顯示技術(shù)。隨著4c技術(shù)及軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，DCS已得到全面的發(fā)展。目前，集散控制系統(tǒng)已廣泛使用在電力、石油、化工、制藥、冶金、建筑等眾多行業(yè)中。 關(guān)鍵字：4c技術(shù)；集散控制系統(tǒng)；計算機(jī)技術(shù)一、引言 DCS是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡稱，國

2、內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS是計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個控制器(過程站)對一個生產(chǎn)過程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計算機(jī)操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。因此，DCS的主要特點(diǎn)就是分散控制集中管理。二、正文一、集散控制系統(tǒng)的組成及發(fā)

3、展集散型控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng) (Distributed Control System 簡稱DCS )。集散控制系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的。它的主要基礎(chǔ)是4C技術(shù)，即計算機(jī)(Computer)、控制(Contro1)、通信( Communication) 和CRT顯示技術(shù)。1.1、DCS系統(tǒng)分硬件和軟件兩種組成部分： 1.1.1、硬件部分：主要有集中操作管理裝置、分散過程控制裝置和通信接口設(shè)備等組成。通過通信網(wǎng)絡(luò)將這些硬件設(shè)備連接起來，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分散控制和集中監(jiān)視、操作及管理等功能。 1.1.2、軟件部分：分布式控制系統(tǒng)的軟件可分為系統(tǒng)軟件、組態(tài)軟件、應(yīng)用軟件

4、。其功能如下所述：（1）系統(tǒng)軟件：提供系統(tǒng)運(yùn)行和管理的基本環(huán)境。（2）組態(tài)軟件：對過程管理系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的定義、確定各設(shè)備的工作要求，設(shè)備網(wǎng)地址分配、定義各種控制點(diǎn)、點(diǎn)數(shù)據(jù)在顯示圖上的編排等。（3）應(yīng)用軟件：用于整個生產(chǎn)過程的操作和控制，過程數(shù)據(jù)收集，信息分析、優(yōu)化，監(jiān)控控制，外來設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化及完善。運(yùn)行于系統(tǒng)人機(jī)界面工作站、服務(wù)器等節(jié)點(diǎn)中的軟件，提供數(shù)據(jù)采集和事件分析處理、信息存儲和管理、二次計算、人機(jī)界面監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制操作及其他的應(yīng)用功能。1.2、從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，集散控制系統(tǒng)是由三大基本部分組成，它們是分散過程控制裝置部分、集中操作和管理系統(tǒng)部分以及通信系統(tǒng)部分。（1）、分散過程控

5、制裝置部分：由多回路控制器、單回路控制器、多功能控制器、可編程序邏輯控制器及數(shù)據(jù)采集裝置等組成。它相當(dāng)于現(xiàn)場控制級和過程控制裝置級，實現(xiàn)與過程的連接。（2）、集中操作和管理部分：由操作站、管理機(jī)和外部設(shè)備如打印機(jī)、拷貝機(jī)等組成。相當(dāng)于車間操作管理級和全廠優(yōu)化和調(diào)度管理級，實現(xiàn)人機(jī)接口。（3）、通信系統(tǒng)部分：在每級之間以及每級內(nèi)的計算機(jī)或微處理器則由通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。二、DCS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 2.1、過程控制站計算機(jī)系統(tǒng) DCS的過程控制站是一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)，主要由電源、高性能的中央處理器（CPU）、網(wǎng)絡(luò)接口組成。高性能的中央處理器是現(xiàn)場過程控制的中心，存放并運(yùn)行所有的過程控制程序以

6、及現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。DCS的控制決策都是由它來執(zhí)行的。過程控制站的網(wǎng)絡(luò)接口是同上一級的操作員站和工程師站的連接通道。操作員的操作控制信息和工程師站的組態(tài)程序都是通過這一通道發(fā)送到過程控制站，過程控制站收集整理的現(xiàn)場數(shù)據(jù)也是通過這一通道傳遞到操作員站上。過程控制站同I/O模塊之間通過現(xiàn)場總線連接。一臺用于操作、監(jiān)視、報警、趨勢顯示、記錄和打印報表的PC機(jī)。操作員站通常裝有操作軟件以完成上述功能，并且是通過以太網(wǎng)同過程控制站相連。一臺用于組態(tài)過程控制軟件，診斷、監(jiān)視過程控制站運(yùn)行情況，供DCS工程師開發(fā)、測試、維護(hù)DCS系統(tǒng)使用的計算機(jī)。 DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產(chǎn)過程中

7、的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。生產(chǎn)控制操作采用計算機(jī)操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。 2.2、DCS的通訊網(wǎng)絡(luò) （1）、發(fā)展歷程 隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，DCS自20世紀(jì)70年代問世以來，先后經(jīng)歷了四個發(fā)展時期，具體劃分為：（1）19751980 初創(chuàng)期。此時的DCS通訊系統(tǒng)只是一種初級局部網(wǎng)絡(luò)，全系統(tǒng)由一個通訊指揮器指揮，對各單元的訪問是輪流詢問方式。如TDC-2000、MOD-3等。（2）19801985 成熟期。采用局域網(wǎng)絡(luò)，由主從式星型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成對等式的總線網(wǎng)絡(luò)通信或環(huán)網(wǎng)通信，擴(kuò)大了通信范圍，提高了傳輸速率

8、。如TDC-3000、MOD-300等。（3）19851990 擴(kuò)展期。在局域網(wǎng)絡(luò)方面采用國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)的參考模型，使符合開放系統(tǒng)的各制造廠的產(chǎn)品可以互連，互通信以及進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，第三方軟件以可以應(yīng)用。改變了過去DCS各廠自成系統(tǒng)的封閉結(jié)構(gòu)，DCS由原來的僅能應(yīng)用發(fā)展到不僅能應(yīng)用而且能開發(fā)。TDC-3000（帶UCN網(wǎng)）Centum XL等。（4）90年代以后，網(wǎng)絡(luò)開放期。采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和規(guī)程，即IEE802（以太網(wǎng)）、IEE802.4（令牌總線）、EEFDDI（光纖分布數(shù)據(jù)界面）、TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)協(xié)議）或MAP（制造自動化協(xié)議）等，使不同廠

9、家型號、不同操作系統(tǒng)的計算機(jī)可共存一個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到產(chǎn)品互換、資源共享的目的。 （2）、通訊網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 通訊網(wǎng)絡(luò)是DCS的重要支柱，執(zhí)行分散控制的各單元以及各級人機(jī)接口要靠通訊系統(tǒng)連成一體，這種在局部區(qū)域內(nèi)使用各種數(shù)據(jù)通訊的設(shè)備互連的通訊網(wǎng)絡(luò)稱為局域網(wǎng)（LAN）。它是一個高通訊速率，低誤碼率，快速響應(yīng)的局部網(wǎng)絡(luò)，具有組織靈活，易于擴(kuò)展，資源共享的特點(diǎn)，然而DCS完成的是工業(yè)控制，因此它與一般的辦公室用局部網(wǎng)絡(luò)有所不同，具有如下的特點(diǎn)： (1) 具有快速的實時響應(yīng)能力，一般辦公室自動化計算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間為2-6s，而它要求0.01-0.5s。 (2) 具有極高的可靠性，必須連續(xù)、準(zhǔn)確運(yùn)行，數(shù)

10、據(jù)傳送誤碼率低于10-810-11，系統(tǒng)利用率在99.999%以上。 (3) 適合于在惡劣環(huán)境下工作，能抗電源干擾、雷擊干擾、電磁干擾和低電位差干擾。 (4) 分層結(jié)構(gòu)，為適應(yīng)DCS的分層結(jié)構(gòu)，其通訊網(wǎng)絡(luò)也必須具有分層結(jié)構(gòu)，如分為現(xiàn)場總線，車間級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，工廠級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等不同層次。 （3）、通訊網(wǎng)絡(luò)的分級體系 早期的DCS系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)都是專用的，DCS有幾級網(wǎng)絡(luò)，完成不同模件之間的通訊。從目前的情況來看，DCS的最多網(wǎng)絡(luò)級有四級，它們分別是I/O總線、現(xiàn)場總線、控制總線和DCS網(wǎng)絡(luò)。 (1) I/O總線 它把多種I/O信號送到控制器，由控制器讀取I/O信號，I/O模件之間并不交換數(shù)據(jù)。 (2

11、) 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線是90年代初發(fā)展起來的，遠(yuǎn)程I/O應(yīng)該采用現(xiàn)場總線，如CAN、LONWORKS、HART總線等。 (3) 控制總線 把完成不同任務(wù)的三種控制器連在一條總線上，實現(xiàn)控制器之間的通訊，稱為控制總線。在控制總線上的不同控制器的數(shù)量不受限制，在這一條總線上除三種不同的控制器模件以外，還有DCS網(wǎng)絡(luò)的接口模件。在控制總線上，控制器之間可以調(diào)用數(shù)據(jù)，使得模擬量和開關(guān)量之間的結(jié)合很好。 (4) DCS網(wǎng)絡(luò) DCS網(wǎng)絡(luò)把現(xiàn)場控制器和人機(jī)界面連成一個系統(tǒng)。為了確保通訊可靠，DCS生產(chǎn)廠家無論是電纜，還是通訊接口，都作成冗余的，一條網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，另一條備用網(wǎng)絡(luò)立即投入運(yùn)行。 2.3、CRT顯

12、示技術(shù) 顯示技術(shù)是利用電子技術(shù)提供變換靈活的視覺信息的技術(shù)。按照不同的應(yīng)用，由一種或多種、一臺或多臺顯示設(shè)備組成的提供視覺信息的電子系統(tǒng)。它接受來自不同電子設(shè)備或系統(tǒng)的信號。顯示系統(tǒng)一般需要配備適當(dāng)?shù)妮斎胙b置和必要的記錄設(shè)備，以便實現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系和供事后查用。 顯示軟件在智能化顯示設(shè)備中十分重要。圖形語言的標(biāo)準(zhǔn)化，對計算機(jī)顯示的廣泛應(yīng)用有巨大影響。 CRT根據(jù)調(diào)控方式不同可分為：模擬調(diào)節(jié)、數(shù)字調(diào)節(jié)和OSD調(diào)節(jié)。 模擬調(diào)節(jié)是在顯示器外部設(shè)置一排調(diào)節(jié)按鈕，手動調(diào)節(jié)亮度、對比度等一些技術(shù)參數(shù)。由于模擬器件較多，故障的幾率較大，而且可調(diào)節(jié)的內(nèi)容極少，所以已銷聲匿跡。 數(shù)字調(diào)節(jié)是在顯示器內(nèi)部加入專用微處理器

13、，操作更精確，能夠記憶顯示模式，而且其使用的多是微觸式按鈕，壽命長，故障率低。OSD調(diào)節(jié)嚴(yán)格說算是數(shù)控方式的一種，能以量化的方式將調(diào)節(jié)直觀地反映到屏幕上。3、 總結(jié)本文為綜述性論文，著重分析了分布式控制系統(tǒng)（簡稱DCS）的組成部分及各自控制部分和發(fā)揮的功能。DCS的主要基礎(chǔ)4C技術(shù)，DCS是計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物，是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，以微機(jī)分散控制，操作和管理集中為特性，集先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT技術(shù)和控制技術(shù)即4C技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS通常采用若干個控制器(過程站)對一個生產(chǎn)過程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計算機(jī)操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。隨著現(xiàn)代計算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，DCS正向著多元化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化、集成管理方向發(fā)展，使得不同型號的DCS可以互連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并可通過以太網(wǎng)將DCS系統(tǒng)和工廠管理網(wǎng)相連，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)上網(wǎng)，成為過程工業(yè)自動控制的主流。近幾年來，生產(chǎn)行業(yè)進(jìn)一步提高了工廠綜合自動化水平，注重信息化的建設(shè)，