DCS系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展ppt課件

1、DCS系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展,前言 過程控制的發(fā)展概況 過程控制的主要內(nèi)容 DCS系統(tǒng)的發(fā)展歷程 DCS結(jié)構(gòu)與組成 DCS系統(tǒng)的特點(diǎn) DCS系統(tǒng)在中國(guó)的應(yīng)用 DCS系統(tǒng)品牌 DCS VS PLC FCS VS DCS,前言,DCS系統(tǒng)的含義是集散型控制系統(tǒng)，也稱為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(Distributed Control Systems)，它緊密依賴于自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和CRT顯示技術(shù)(4C)。 “分散”指： 1、工藝上各種設(shè)備地理位置的分散。 2、功能分散。 “集”：集中監(jiān)視、集中管理,DCS系統(tǒng)=分散式控制系統(tǒng)=集散控制系統(tǒng)=分布控制系統(tǒng) DCS的基本思想是： 分散控制 集中操

2、作 分級(jí)管理 配置靈活 組態(tài)方便,當(dāng)前DCS結(jié)構(gòu)特點(diǎn),典型的DCS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可分為控制級(jí)、監(jiān)控級(jí)、管理級(jí)三個(gè)分級(jí)。 第一層控制級(jí)，主要以分散處理單元DPU(Distributed Processing Unit)和I/O模塊通過現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的基本控制； 第二層是監(jiān)控級(jí)，即以監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過工控網(wǎng)絡(luò)與DPU或I/O模塊相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)流程設(shè)備的上位機(jī)監(jiān)控； 第三層為管理級(jí)，即以文件服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)及其工業(yè)局域網(wǎng)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連，隨時(shí)讀取現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)現(xiàn)上層的生產(chǎn)管理,過程控制的發(fā)展概況,過程控制系統(tǒng)-指自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位成分、粘度、濕度以及PH值(氫離子濃度)等這樣一些

3、過程變量時(shí)的系統(tǒng)。 20世紀(jì)40年代(手工階段)：手工操作狀態(tài)，只有少量的檢測(cè)儀表用于生產(chǎn)過程，操作人員主要根據(jù)觀測(cè)到的反映生產(chǎn)過程的關(guān)鍵參數(shù)，人工來(lái)改變操作條件，憑經(jīng)驗(yàn)去控制生產(chǎn)過程，勞動(dòng)生產(chǎn)率很低,過程控制的發(fā)展概況,20世紀(jì)40年代末50年代(儀表化與局部自動(dòng)化階段)： 過程控制系統(tǒng)：多為單輸入、單輸出簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 過程檢測(cè)：采用基地式儀表和部分單元組合儀表(多數(shù)是氣動(dòng)儀表) ；部分生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化。 控制理論：以反饋為中心的經(jīng)典控制理論,過程控制的發(fā)展概況,20世紀(jì)60年代(綜合自動(dòng)化階段) ： 過程控制系統(tǒng)：串級(jí)、比值、均勻、前饋和選擇性等多種復(fù)雜控制系統(tǒng)。 過程檢測(cè)

4、：采用單元組合儀表(氣動(dòng)、電動(dòng))和組裝儀表 60年代后期，出現(xiàn)了專門用于過程控制的小型計(jì)算機(jī)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開始應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC)和設(shè)定值控制(SPC)。 控制理論：出現(xiàn)了以狀態(tài)空間方法為基礎(chǔ)，以極小值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)控制理論為基本特征的現(xiàn)代控制理論,傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)發(fā)展到多輸入多輸出系統(tǒng)領(lǐng)域,過程控制的發(fā)展概況,20世紀(jì)7080年代(全盤自動(dòng)化階段) ： 過程控制系統(tǒng)：最優(yōu)控制、非線性分布式參數(shù)控制、解耦控制、模糊控制 過程檢測(cè)：新型儀表、智能化儀表、以微處理器為主要構(gòu)成單元的智能控制裝置。單回路調(diào)節(jié)器KMM。 集散控制系統(tǒng)(DCS

5、)、可編程邏輯控制器(PLC)、工業(yè)PC機(jī)、和數(shù)字控制器等，已成為控制裝置的主流，實(shí)現(xiàn)了控制分散、危險(xiǎn)分散，操作監(jiān)測(cè)和管理集中。 控制理論：形成了大系統(tǒng)理論和智能控制理論。模糊控制、專家系統(tǒng)控制、模式識(shí)別技術(shù),過程控制的發(fā)展概況,20世紀(jì)90年代至今：信息技術(shù)飛速發(fā)展 過程控制系統(tǒng)：管控一體化現(xiàn)場(chǎng)，綜合自動(dòng)化是當(dāng)今生產(chǎn)過程控制的發(fā)展方向。 自動(dòng)化儀表：總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起過程控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)上的重大變革。現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)字化和智能化，形成了真正意義上的全數(shù)字過程控制系統(tǒng)。各種智能儀表、變送器、無(wú)紙紀(jì)錄儀 人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,過程控制的主要內(nèi)容,1.自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)利用各種檢測(cè)儀表對(duì)工

6、藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄，如：加熱爐溫度、壓力檢測(cè) 2.自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 自動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)：當(dāng)工藝參數(shù)超出要求范圍，自動(dòng)發(fā)出聲光信號(hào) 聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)：達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)，打開安全閥或切斷某些通路，必要時(shí)緊急停車 如：反應(yīng)器溫度、壓力進(jìn)入危險(xiǎn)限時(shí)，加大冷卻劑量或關(guān)閉進(jìn)料閥,過程控制的主要內(nèi)容,3.自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng) 自動(dòng)操縱系統(tǒng)：根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作 如：合成氨造氣車間煤氣發(fā)生爐，按吹風(fēng)、上吹、下吹、吹凈等，步驟周期性地接通空氣和水蒸汽 自動(dòng)開停車系統(tǒng)：按預(yù)先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過程自動(dòng)的投入運(yùn)行或自動(dòng)停車,DCS系統(tǒng)的出現(xiàn)背景,儀表控制的缺點(diǎn) 監(jiān)控和操作的要求越

7、來(lái)越高 功耗高、體積大、故障率高 難實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化 儀表控制的優(yōu)點(diǎn) 局部故障不影響全局,DCS系統(tǒng)的出現(xiàn)背景,70年代初，有人用如DEC公司的PDP11/24這樣的小型機(jī)代替原來(lái)的集中安裝的模擬儀表控制。安裝在中央控制室的PDP11/24，用電纜把現(xiàn)場(chǎng)儀表的信號(hào)傳到中央控制室。小型機(jī)既作為控制器、同時(shí)把連接小型機(jī)的CRT又作為顯示設(shè)備（即人機(jī)界面）。一臺(tái)小型機(jī)需接收幾上千臺(tái)變送器或別的傳感器來(lái)的信號(hào)，完成幾百個(gè)回路的運(yùn)算。很顯然其危險(xiǎn)有點(diǎn)集中。一旦小型機(jī)壞了，控制和顯示都沒有了。當(dāng)時(shí)數(shù)字控制沒有達(dá)到預(yù)期的目的。當(dāng)時(shí)有一個(gè)比喻，稱為把所有的雞蛋放在一個(gè)籃子內(nèi)?；@子壞了，所有雞蛋也

8、都?jí)牧?DCS系統(tǒng)的發(fā)展歷程,從1975年第一套DCS誕生到現(xiàn)在，DCS經(jīng)歷了3個(gè)大的發(fā)展階段，或者說經(jīng)歷了三代產(chǎn)品。 1. 第一代DCS (初創(chuàng)期) 第一代DCS是指從其誕生的19751980年間所出現(xiàn)的第一批系統(tǒng)，控制界稱這個(gè)時(shí)期為初創(chuàng)期或開創(chuàng)期。這個(gè)時(shí)期的代表是率先推出DCS的Honeywell公司的TDC2000系統(tǒng)，同期的還有Yokogawa(即橫河)公司的Yawpark系統(tǒng)、Foxboro公司的Spectrum系統(tǒng)、Bailey公司的Network 90系統(tǒng)、Kent公司的P4000系統(tǒng)、Siemens公司的Teleperm M系統(tǒng)及東芝公司的TOSDIC系統(tǒng)等。注重功能的實(shí)現(xiàn)；使

9、用專用軟、硬件，價(jià)格昂貴；沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，開放性差,2. 第二代DCS(成熟期) 第二代DCS是在19801985年推出的各種系統(tǒng)，其中包括Honeywell公司的TDGC-3000、Fisher公司的PROVOX、Taylor公司的MOD300及Westinghouse公司的WDPF等系統(tǒng)。 引入局域網(wǎng)作為系統(tǒng)骨干 擺脫儀表，靠近計(jì)算機(jī) 增加順序控制、邏輯控制 可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和管理功能 顯示技術(shù)得到提高，出現(xiàn)光標(biāo)操作,3. 第三代DCS(擴(kuò)展期) 第三代DCS以1987年Foxboro公司推出的I/A Series為代表，該系統(tǒng)采用了ISO標(biāo)準(zhǔn)MAP(制造自動(dòng)化規(guī)約)網(wǎng)絡(luò)。這一時(shí)期的系統(tǒng)除I

10、/A Series外，還有Honeywell公司的TDC-3000/UCN、Yokogawa公司的Centum-XL和/1XL、Bailey公司的INFI-90、Westinghouse公司的WDPF、LeedsNorthrup公司的MAXl000及日立公司的HIACS系列等。 增加上層網(wǎng)絡(luò)，納入生產(chǎn)管理 開始采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)：開放 組態(tài)開始標(biāo)準(zhǔn)化 應(yīng)用更加廣泛，成為大眾產(chǎn)品 開始引入現(xiàn)場(chǎng)總線,DCS結(jié)構(gòu)與組成,DCS控制站,1DCS控制站 DCS系統(tǒng)中，控制站繼承了DDC技術(shù)，它是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)，實(shí)際運(yùn)行中可以在不與操作站及網(wǎng)絡(luò)相連的情況下，完成過程控制策略，保證生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行。 控制站作為

11、一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)，它的主要I/O設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)的輸入、輸出處理設(shè)備，以及過程輸入/輸出（P I/O）量，包括信號(hào)變換與信號(hào)調(diào)理，A/D、D/A轉(zhuǎn)換等。它在第二代和第三代產(chǎn)品中已陸續(xù)采用了嵌入式技術(shù)，并采用單片機(jī)等完成量程調(diào)整、遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)傳輸、小型化及減少P I/O卡硬件規(guī)格等功能，直至連接智能化的現(xiàn)場(chǎng)變送器或接受采用現(xiàn)場(chǎng)總線提供的數(shù)字信號(hào),控制站是整個(gè)DCS的基礎(chǔ),控制站是整個(gè)DCS的基礎(chǔ)，它的可靠性和安全性最為重要，死機(jī)和控制失靈的現(xiàn)象是絕對(duì)不允許的，而且冗余、掉電保護(hù)、抗干擾、防爆系統(tǒng)構(gòu)成等方面都應(yīng)有很高的可靠性，才能滿足用戶要求。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，絕大多數(shù)廠家的DCS控制站都能夠勝任用

12、戶要求,分散處理單元(DPU,分散處理單元(DPU)是一種集智能化、高可靠、低功耗以及硬件軟件易升級(jí)等眾多先進(jìn)技術(shù)于一體的高性能控制單元，是過程控制系統(tǒng)的核心?？偩€CPU通過SBUS總線完成IO信息和狀態(tài)信息的交換，運(yùn)算CPU完成相應(yīng)的控制運(yùn)算以及通過以太網(wǎng)與工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換。雙CPU協(xié)調(diào)工作，確保DPU可靠高效的工作,I/O設(shè)備（模塊,I/O設(shè)備提供數(shù)字量I/O，模擬量I/O和智能變送器信號(hào)的轉(zhuǎn)換。允許相應(yīng)的信號(hào)與分散處理單元DPU通訊。寬量程的I/O轉(zhuǎn)換模件可以執(zhí)行各種類型的信號(hào)轉(zhuǎn)換使分散處理單元與現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口,DCS控制站的系統(tǒng)軟件,關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件，原則上也

13、有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等，只是完善程度不同而己。 第一代DCS控制站的功能更近似于多回路調(diào)節(jié)器，而且每個(gè)控制站都可以配置人機(jī)界面和備用操作器； 第二代DCS控制站的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及程序編譯系統(tǒng)比較完整，編程語(yǔ)言有面向過程語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言，控制策略的組態(tài)由操作站或工作站在與控制站聯(lián)機(jī)的情況下，完成編譯和下載； 第三代DCS控制站的系統(tǒng)軟件齊全，操作站或工程師站可以完成離線組態(tài)及在線修改控制策略,DCS操作站,實(shí)際的DCS操作站是典型的計(jì)算機(jī)，它與控制站不同，有著豐富的外圍設(shè)備和人機(jī)界面。70年代中期，CRT顯示器技術(shù)已成熟，以外部存儲(chǔ)器為特征，第二代DCS操作站還

14、具有如下特點(diǎn)：操作站和工程師站（或稱工作站）分開，也有公司將操作站的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用硬盤（歷史模件）和高級(jí)語(yǔ)言應(yīng)用站（應(yīng)用模件）分別獨(dú)立掛在通信網(wǎng)絡(luò)上；操作系統(tǒng)除采用DOS系統(tǒng)以外，有的產(chǎn)品采用Unix等操作系統(tǒng)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存性能逐漸完善；在人機(jī)界面方面，逐漸過渡為以GUI圖形用戶界面為平臺(tái)并采用鼠標(biāo)、組態(tài)時(shí)制作流程圖和控制回路圖等方法，采用菜單、窗口、CAD等技術(shù)，使人機(jī)界面友好,DCS操作站,DCS操作站具有操作員功能、工程師功能、通信功能和高級(jí)語(yǔ)言功能等，其中工程師功能中包括系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)通用（Utility）功能。主要的類型有工程師站、操作員站、歷史站、數(shù)據(jù)接口站等,數(shù)據(jù)通信

15、及網(wǎng)絡(luò),在DCS系統(tǒng)誕生時(shí)，主要解決一個(gè)生產(chǎn)裝置中幾個(gè)控制站和一個(gè)或幾個(gè)操作站之間的數(shù)據(jù)通信問題；第二代DCS則解決多個(gè)裝置的DCS互聯(lián)問題；第三代DCS則解決一個(gè)工廠的多個(gè)車間互聯(lián)及與全廠計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的問題，這是總的設(shè)計(jì)思想。 在DCS中采用數(shù)字通信技術(shù)，還有在控制站內(nèi)采用站內(nèi)通信總線及遠(yuǎn)程I/O總線，以及在第三代DCS的控制站內(nèi)增加了連接PLC、分析儀和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的接口卡，使DCS與現(xiàn)場(chǎng)儀表之間的接線減少，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行設(shè)備管理，這為DCS向下兼容并與現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)融合打下基礎(chǔ),電源系統(tǒng),電源系統(tǒng)為DCS系統(tǒng)提供冗余的直流電源，電源可以分為兩種： 系統(tǒng)電源為系統(tǒng)卡件提供工作電源

16、，系統(tǒng)電源一般為24VDC； 訪問電源為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)回路供電，變送器回路為24VDC，開關(guān)量回路電壓等級(jí)較多，一般使用24VDC、48VDC較多 為保證DCS系統(tǒng)的高可靠性和高可用性，電源系統(tǒng)都為冗余配置： 1+1冗余：使用兩個(gè)開關(guān)電源，加一個(gè)兩極管模塊并聯(lián)； N+1冗余：使用多個(gè)開關(guān)電源并聯(lián),接地系統(tǒng),接地系統(tǒng)是DCS的一個(gè)重要組成部分，接地系統(tǒng)的不完善將直接導(dǎo)致DCS系統(tǒng)不能正常、穩(wěn)定工作，甚至導(dǎo)致安全事故。 DCS系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)一般分為三個(gè)地： 系統(tǒng)地直流電源接地，為系統(tǒng)提供等電位 安全地機(jī)柜、機(jī)箱接地，提供安全泄放回路 屏蔽地現(xiàn)場(chǎng)電纜屏蔽層接地，提供干擾泄放回路,DCS系統(tǒng)的特點(diǎn),1)高可靠性

17、：由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。 (2)開放性：DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作,DCS系統(tǒng)的特點(diǎn),3)靈活性：通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測(cè)量與控制信號(hào)及

18、相互間連接關(guān)系、從控制算法庫(kù)選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫(kù)調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報(bào)警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。 (4)易于維護(hù)：功能單一的小型或微型專用計(jì)算機(jī)，具有維護(hù)簡(jiǎn)單、方便的特點(diǎn)，當(dāng)某一局部或某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以在不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下在線更換，迅速排除故障,DCS系統(tǒng)的特點(diǎn),5)協(xié)調(diào)性：各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。 (6)控制功能齊全：控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法,當(dāng)前DCS

19、存在的缺點(diǎn),系統(tǒng)接線工作特別繁重，因?yàn)槊總€(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都需要用線纜連至控制室，因而為以后的查線、維護(hù)帶來(lái)許多不便； 由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)模擬420mA信號(hào)，不是數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此在信號(hào)可靠性、抗干擾等方面值得懷疑； 各種不同的DCS在互連時(shí)存在問題，也就是說我們?cè)谕还こ讨羞x用不同DCS聯(lián)接時(shí)，在互相通訊上往往有一些麻煩，這就給系統(tǒng)集成帶來(lái)困難,DCS系統(tǒng)在中國(guó)的應(yīng)用,我國(guó)在八十年代初期開始引進(jìn)集散控制設(shè)備，從此開始了集散型控制系統(tǒng)在我國(guó)工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用。 石化企業(yè)的第一套DCS是1982年上海高橋石化公司煉油廠引進(jìn)的美國(guó)Foxboro公司的Spectrum系統(tǒng)，用于常減壓裝置生產(chǎn)控制。 冶

20、金系統(tǒng)的第一套集散控制系統(tǒng)是首鋼公司購(gòu)進(jìn)的美國(guó)Bailey公司的Network-90系統(tǒng)，用于其燒結(jié)廠自動(dòng)控制系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)的第一套集散控制系統(tǒng)（DCS）是1985年遼寧朝陽(yáng)電廠采用的瑞士BBC公司的ProcontrolP系統(tǒng)，用于改造200MW機(jī)組的順序控制系統(tǒng)和燃燒器管理系統(tǒng),DCS系統(tǒng)在中國(guó)的應(yīng)用,1979年，天津市工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所開始研制國(guó)產(chǎn)DCS 系統(tǒng)，1983年，第一套國(guó)產(chǎn)小規(guī)模 DCS 系統(tǒng)誕生。與此同時(shí)，西安儀表廠引進(jìn)日本橫河公司YEWPACK MARK DCS 系統(tǒng)，川儀總廠引進(jìn)美國(guó)Honeywell TDC-3000BASIC DCS系統(tǒng)，上海?？怂共_公司在中國(guó)銷售

21、 SPECTRUM DCS系統(tǒng)。 八十年代末期至九十年代初期，國(guó)家組織了精干的科研力量聯(lián)合攻關(guān)，相繼研制出我國(guó)自己的集散型控制系統(tǒng)。這一時(shí)期涌現(xiàn)出的代表產(chǎn)品有DJK7500（重慶自動(dòng)化所），HS-DCS-1000（電子部六所）、STAR2000（阿繼電器股份有限公司）、DCS-100（清華大學(xué)自動(dòng)化系）、DJK2000（上海自動(dòng)化所）、友力2000（石化總公司、航天部二院）等,DCS系統(tǒng)品牌,全球知名的DCS及過程控制系統(tǒng)的廠商有：Honeywell(TDC-3000)、ABB(AC800，Symphony)、Emerson(DeltaV)、Foxboro(I/ASeries)、Yokogaw

22、a(CentumXL)、Siemens(PCS7)、Westinghouse(WDPF)、美國(guó)Metso Automation(美卓)公司(MAXDNA)等等。 國(guó)內(nèi)知名的DCS廠家有：北京和利時(shí)(MACS)、浙大中控(JX-300)、國(guó)電智深（EDPF)、上海新華(XDPS)、南京科遠(yuǎn)(NT6000)、自儀股份(SupMax)等。 自1975年Honeywell公司開發(fā)出第一套DCS（TDC2000）以來(lái)，全球有60多家廠商生產(chǎn)了超過1500種不同性能的DCS產(chǎn)品，目前在各類流程工業(yè)裝置上有超過100000套DCS系統(tǒng)在運(yùn)行,DCS vs PLC,PLC也就是Programmable log

23、ic Controller，直譯可編程邏輯控制器。 DCS從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。因此，DCS從先天性來(lái)說較為側(cè)重儀表的控制，PLC從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來(lái)，最初的PLC甚至沒有模擬量的處理能力，因此，PLC從開始就強(qiáng)調(diào)的是邏輯運(yùn)算能力。 對(duì)于PLC系統(tǒng)來(lái)說，一般沒有或很少有擴(kuò)展的需求，因?yàn)镻LC系統(tǒng)一般針對(duì)于設(shè)備來(lái)使用。一般來(lái)講，PLC也很少有兼容性的要求，比如兩個(gè)或以上的系統(tǒng)要求資源共享，對(duì)PLC來(lái)講也是很困難的事,DCS vs PLC,DCS在發(fā)展的過程中也是各廠家自成體系，但大部分的DCS系統(tǒng)，比如橫河YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等，雖說系統(tǒng)內(nèi)部（過程級(jí)）的通訊協(xié)議不

24、盡相同，但操作級(jí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡(luò)，采用標(biāo)準(zhǔn)或變形的TCP/IP協(xié)議。這樣就提供了很方便的可擴(kuò)展能力。在這種網(wǎng)絡(luò)中，控制器、計(jì)算機(jī)均作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在，只要網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的地方，就可以隨意增減節(jié)點(diǎn)數(shù)量和布置節(jié)點(diǎn)位置。另外，基于windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開放協(xié)議，各系統(tǒng)也可很方便的通訊，以實(shí)現(xiàn)資源共享,DCS vs PLC,PLC的程序一般不能按事先設(shè)定的循環(huán)周期運(yùn)行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開始執(zhí)行。（現(xiàn)在一些新型PLC有所改進(jìn)，不過對(duì)任務(wù)周期的數(shù)量還是有限制）而DCS可以設(shè)定任務(wù)周期。比如，快速任務(wù)、普通任務(wù)等。同樣是傳感器的采樣，壓力傳感器的變化時(shí)間很短，DC

25、S可以用200ms的任務(wù)周期采樣，而溫度傳感器的滯后時(shí)間很大，DCS可以用500ms的任務(wù)周期采樣；對(duì)于設(shè)備控制，DEH系統(tǒng)控制周期要求在50ms以內(nèi)，DCS可以采用10ms的控制周期，而普通DO控制，控制要求在秒級(jí)，DCS可以采用500ms的控制周期。這樣，DCS可以合理的調(diào)度控制器的資源,DCS vs PLC,DCS整體考慮方案，操作員站都具備工程師站功能，站與站之間在運(yùn)行方案程序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關(guān)系，任何站、任何功能、任何被控裝置間都是相互連鎖控制，協(xié)調(diào)控制；而單用PLC互相連接構(gòu)成的系統(tǒng)，其站與站(PLC與PLC)之間的聯(lián)系則是一種松散連接方式，做不出協(xié)調(diào)控制的功能。 DCS在整

26、個(gè)設(shè)計(jì)上就留有大量的可擴(kuò)展性接口，外接系統(tǒng)或擴(kuò)展系統(tǒng)都十分方便，PLC所搭接的整個(gè)系統(tǒng)完成后，想隨意的增加或減少操作員站都是很難實(shí)現(xiàn)的,DCS vs PLC,DCS網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，通常采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好；而PLC因?yàn)榛旧隙紴閱蝹€(gè)小系統(tǒng)工作，在與別的PLC或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也經(jīng)常與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不符。 為保證DCS控制的設(shè)備的安全可靠，DCS采用了雙冗余的控制單元，當(dāng)重要控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)有相關(guān)的冗余單元實(shí)時(shí)無(wú)擾的切換為工作單元，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠。PLC所搭接的系統(tǒng)

27、則需要配置雙PLC實(shí)現(xiàn)冗余,DCS vs PLC,DCS系統(tǒng)所有I/O模塊都帶有CPU，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集及輸出信號(hào)品質(zhì)判斷與標(biāo)量變換，故障帶電插拔，隨機(jī)更換。而PLC模塊只是簡(jiǎn)單電氣轉(zhuǎn)換單元，沒有智能芯片，故障后相應(yīng)單元全部癱瘓。 DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，換句話說，在DCS系統(tǒng)中一旦一個(gè)數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中，就可在任何情況下引用，比如在組態(tài)軟件中，在監(jiān)控軟件中，在趨勢(shì)圖中，在報(bào)表中而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)通常都不是統(tǒng)一的，組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數(shù)據(jù)庫(kù)。為什么常說西門子的S7 400要到了414以上才稱為DCS？因?yàn)槲鏖T子的PCS7系統(tǒng)才使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，而PCS7要求控制器起碼

28、到S7 414-3以上的型號(hào),DCS vs PLC,PLC的程序一般不能按事先設(shè)定的循環(huán)周期運(yùn)行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開始執(zhí)行。（現(xiàn)在一些新型PLC有所改進(jìn)，不過對(duì)任務(wù)周期的數(shù)量還是有限制）而DCS可以設(shè)定不同長(zhǎng)度的任務(wù)周期。 DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一層為過程級(jí)網(wǎng)絡(luò)，大部分DCS使用自己的總線協(xié)議，這些協(xié)議均建立在標(biāo)準(zhǔn)串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎(chǔ)上。在操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)（第二層網(wǎng)絡(luò)）上一般采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議。常見的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。過程級(jí)網(wǎng)絡(luò)和操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)要么合并在一起，要不過程級(jí)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成模件之間的內(nèi)部連接。PLC不會(huì)或很少使用以太網(wǎng),DCS vs PL

29、C,但是，PLC與DCS發(fā)展到今天，事實(shí)上都在向彼此靠攏，嚴(yán)格的說，現(xiàn)在的PLC與DCS已經(jīng)不能一刀切開，很多時(shí)候兩者之間的概念已經(jīng)模糊了。PLC已經(jīng)具備了模擬量的控制功能，而DCS也具備相當(dāng)強(qiáng)勁的邏輯處理能力。 小型化的PLC將向更專業(yè)化的使用角度發(fā)展，比如功能更加有針對(duì)性、對(duì)應(yīng)用的環(huán)境更有針對(duì)性等等。大型的PLC與DCS的界線逐步淡化，直至完全融和。 DCS將向FCS的方向繼續(xù)發(fā)展。FCS的核心除了控制系統(tǒng)更加分散化以外，特別重要的是儀表。FCS在國(guó)外的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到儀表級(jí)?？刂葡到y(tǒng)需要處理的只是信號(hào)采集和提供人機(jī)界面以及邏輯控制，整個(gè)模擬量的控制分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表，儀表與控制系統(tǒng)之間無(wú)需傳統(tǒng)

30、電纜連接，使用現(xiàn)場(chǎng)總線連接整個(gè)儀表系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)FCS,現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是指一種新的控制系統(tǒng)，它是在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)之下形成的新型網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，目前，國(guó)際上已知的現(xiàn)場(chǎng)總線類型有四十余種，比較典型的現(xiàn)場(chǎng)總線有：FF，Profibus，LON works，CAN，HART，CC-LINK等。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其開放性，允許并鼓勵(lì)不同廠家按照現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自主開發(fā)具有特點(diǎn)及專有技術(shù)的產(chǎn)品。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)引入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，促使傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化，逐步形成基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)FCS,FCS vs DCS,在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，控制器（或稱DPU、或處理器）與I/O

31、模塊及其它功能模塊、機(jī)架為同一系列產(chǎn)品，有一致的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)中，控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（I/O模塊、功能模塊及傳感器、變送器、驅(qū)動(dòng)器等）連接是通過標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，因此沒有必要使用與控制器捆綁的I/O模塊產(chǎn)品（這與插在PLC機(jī)架上的I/O模塊的配置方法不同），可使用任何一家的具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制器集成,FCS vs DCS,DCS通常是一對(duì)一單獨(dú)傳送信號(hào)，其所采用的模擬信號(hào)精度低，易受干擾，位于操作室的操作員對(duì)模擬儀表往往難以調(diào)整參數(shù)和預(yù)測(cè)故障，處于“失控”狀態(tài)，幾乎所有的控制功能都位于控制站中。 FCS則采取一對(duì)多雙向傳輸信號(hào)，采用的數(shù)字信號(hào)精度高、可靠性強(qiáng)，設(shè)

32、備也始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)控和可控狀態(tài)，用戶可以自由按需選擇不同品牌種類的設(shè)備互聯(lián)，智能儀表具有通信、控制和運(yùn)算等豐富的功能，而且控制功能分散到各個(gè)智能儀表中去,FCS vs DCS,在FCS系統(tǒng)中，插在控制器機(jī)架上的I/O模塊將被連接到現(xiàn)場(chǎng)總線上的分散式I/O模塊所取代。分散式I/O不再是控制器廠家的捆綁產(chǎn)品，而是第3方廠家的產(chǎn)品；廉價(jià)的、專用的、具有特殊品質(zhì)的I/O模塊（如高防護(hù)等級(jí)、本征安全、可接受高壓或大電流信號(hào)等）將具有廣闊市場(chǎng)。 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如傳感器、變送器、開關(guān)設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；傳統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備與DCS I/O模塊連接，DCS通過模擬量(4-20mA)或開關(guān)量（

33、如24VDC）控制監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在FCS系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，控制器通過標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接,FCS vs DCS,在傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件（包括DCS系統(tǒng)軟件和編程軟件）與DCS硬件聯(lián)系緊密，技術(shù)上對(duì)外是封閉的。在FCS系統(tǒng)中，控制器采用通用工業(yè)PC平臺(tái)，系統(tǒng)軟件不再與控制器、I/O、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等硬件捆綁，可運(yùn)行在通用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC+WINDOWS/NT平臺(tái)上,減少連線和安裝,傳統(tǒng)的 4-20 mA 連線 每臺(tái)設(shè)備需要一個(gè)安全柵 和一對(duì)連線,現(xiàn)場(chǎng)總線連線 多臺(tái)設(shè)備共用一個(gè)安全柵 和一根總線,控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場(chǎng)總線,4-20 mA,輸入/輸出 子系統(tǒng),I.S,I.

34、S,I.S,I.S,控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場(chǎng)總線帶來(lái)的好處,可靠性、易維護(hù),FCS采用總線連接方式替代傳統(tǒng)的DCS一對(duì)一的I/O連線，對(duì)于大規(guī)模的I/O系統(tǒng)來(lái)說，減少了DCS由接線點(diǎn)造成的不可靠因素。同時(shí)，數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備替代模擬儀表，F(xiàn)CS具有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能，可完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、參數(shù)修改等工作，因而增強(qiáng)系統(tǒng)的可維護(hù)性,提高控制功能的分散性,傳統(tǒng)型,現(xiàn)場(chǎng)總線型 有些控制和 I/O 功能可以轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)儀表,控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場(chǎng)總線,4-20 mA,輸入/輸出,子系統(tǒng),控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場(chǎng)總線帶來(lái)的好處,分散控制,在DCS中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的多臺(tái)模擬儀表集中接于輸入輸出單元，而與控制有關(guān)的輸入、輸出、控制、運(yùn)算等功能塊都集中于DCS的控制站內(nèi)。DCS只是一個(gè)“半分散”系統(tǒng)。 FCS廢棄了DCS的輸入輸出單元，由現(xiàn)場(chǎng)儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，功能塊分散地分配給現(xiàn)場(chǎng)總線上的數(shù)字儀表，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制,增加信息的交互量,傳統(tǒng) 4-20 mA 單變量 單向,現(xiàn)場(chǎng)總線 多變量 雙向,控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場(chǎng)