分布式控制系統(tǒng)方案

1、分布式控制系統(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il算機系統(tǒng)，綜 合了讓算機，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，英基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、 配置靈活以及組態(tài)方便。在特殊控制領(lǐng)域，如核電站控制系統(tǒng)，DCS的含義被誤叫做數(shù)字化控制系統(tǒng)（Digital control system）,其實質(zhì)仍為分布式操作系統(tǒng)。首先，DCS的計架一系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是DCS的基礎(chǔ)和核心。由于網(wǎng)絡(luò)對于DCS整個系 統(tǒng)的實時性、可靠性和擴充性，起著決肚性的作用，因此各廠家都在這方而進(jìn)行了精心的設(shè) 計。對于DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說，它必須滿足實時性的要求，即在確左的時間限度完成信息 的傳送。這里所

2、說的“確龍的時間限度，是指在無論何種情況下，信息傳送都能在這個時間 限度完成，而這個時間限度則是根拯被控制過程的實時性要求確立的。因此，衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 性能的指標(biāo)并不是網(wǎng)絡(luò)的速率DCS,即通常所說的每秒比特數(shù)（bps）,而是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實時性，即能在多長的時間確保 所需信息的傳輸完成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還必須非?？煽?，無論在任何情況下，網(wǎng)絡(luò)通信都不能中斷, 因此多數(shù)廠家的DCS均采用雙總線、環(huán)形或雙重星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了滿足系統(tǒng)擴充 性的要求，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上可接入的最大衛(wèi)點數(shù)量應(yīng)比實際使用的廿點數(shù)量大若干倍。這樣，一 方面可以隨時增加新的卩點，另一方而也可以使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行于較輕的迪值負(fù)荷狀態(tài)，以確 保系統(tǒng)的

3、實時性和可靠性。在系統(tǒng)實際運行過程中，各個節(jié)點的上網(wǎng)和下網(wǎng)是隨時可能發(fā)生 的，特別是操作員站，這樣，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)會經(jīng)常進(jìn)行，而這種操作絕對不能影響系統(tǒng)的正常運 行，因此，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有很強在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)功能。其次，這是一種完全對現(xiàn)場I/O處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制（ DDC）功能的網(wǎng)絡(luò)巧點。 一般一套DCS中要設(shè)豊現(xiàn)場I/O控制站,用以分擔(dān)整個系統(tǒng)的I/O和控制功能。這樣既可 以避免由于一個站點失效造成整個系統(tǒng)的失效，提高系統(tǒng)可靠性,也可以使各站點分擔(dān)數(shù)據(jù) 采集和控制功能,有利于提高整個系統(tǒng)的性能。DCS的操作員站是處理一切與運行操作有 關(guān)的人機界而（HMI-Human Machine Interfa

4、ce 或 operator interface）功能的網(wǎng)絡(luò) ij點。工程師站是對DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò) 巧點,其主要功能是提供對DCS進(jìn)行組態(tài)，配宜工作的工具軟件（即組態(tài)軟件）,并在 DCS在線運行時實時地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個卩點的運行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程 師站及時調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)宦，使DCS隨時處在最佳的工作狀態(tài)之下。與 集中式控制系統(tǒng)不同，所有的DCS都要求有系統(tǒng)組態(tài)功能，可以說，沒有系統(tǒng)組態(tài)功能的 系統(tǒng)就不能稱其為DCS。DCS自1975年問世以來，已經(jīng)經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展歷程。在這三十多年中，DCS 雖然在系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

5、上沒有發(fā)生重大改變，但是經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善，其功能和性能都 得到了巨大的提高?？偟膩碚f，DCS正在向著更加開放，更加標(biāo)準(zhǔn)化，更加產(chǎn)品化的方向 發(fā)展。作為生產(chǎn)過程自動化領(lǐng)域的計算機控制系統(tǒng),傳統(tǒng)的DCS僅僅是一個狹義的概念。如 果以為DCS只是生產(chǎn)過程的自動化系統(tǒng)，那就會引出錯誤的結(jié)論，因為現(xiàn)在的計算機控制 系統(tǒng)的含義已被大大擴展了,它不僅包括過去DCS中所包含的齊種容，還向下深入到了現(xiàn) 場的每臺測量設(shè)備、執(zhí)行機構(gòu),向上發(fā)展到了生產(chǎn)管理，企業(yè)經(jīng)營的方方而而。傳統(tǒng)意義上 的DCS現(xiàn)在僅僅是指生產(chǎn)過程控制這一部分的自動化,而工業(yè)自動化系統(tǒng)的槪念,則應(yīng)圧 位到企業(yè)全面解決方案，即total solu

6、tion的層次。只有從這個角度上提岀問題并解決問題， 才能使計算機自動化真正起到其應(yīng)有的作用。EPKS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工廠|工廠飲箝比 舎時用*尖V取 農(nóng)日訪月用護(hù) .nPHD辻程2示W(wǎng)9C黴驅(qū)匪I eS(v9rcrKce .(1日H&PM8niegmorH廠便戸宦直溟花五柞Asset .Mmagar &penm SiaronProfii仗字稅如儉Digra* vwk Marker工廠如i/nJSvn集戰(zhàn)鋰別ACEcon SenesSener兀金金忌芟語滋及歷史18西刮毘與曲J CQCSJJSTWob的人Quduy ConwJ Syacwn EXjceoon Srauop Erpeoon Server

7、 4SM Qpffror srrecu切ess 一I 單睡*護(hù)亠-血w丄嚴(yán)心甲訓(xùn)“3白琢尬和心盹iKzeiaTrK PKSr1-B I sarec) *zaragerTPS/TDC300扛走決尹 Erpaoon m LCNDCSDCS具有以下特點：1. 高可靠性。由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用睿 錯設(shè)汁,因此某一臺il算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)英他功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各 臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特立結(jié)構(gòu)和軟件的型a 計算機,從而使系統(tǒng)中每臺計算機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)

8、計，系統(tǒng)中各臺計算機采 用局域網(wǎng)方式通信,實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增汁算機方便地 連入系統(tǒng)通值網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)貝他計算機的工作。形態(tài)組成DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫(Distributed Control System),在國自控行業(yè)又 稱之為集散控制系統(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)為紐帶的多級訃算機系統(tǒng),綜 合了 訃算機(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。)發(fā)展歷史第一階段1975-198

9、0年，在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點表現(xiàn)為:DCS1) 采用微處理器為基礎(chǔ)的控制單元,實現(xiàn)分散控制，有各種各樣的算法，通過組態(tài)獨 立完成回路控制，具有自診斷功能2) 采用帶CRT顯示器的操作站與過程單元分離,實現(xiàn)集中監(jiān)視，集中操作3) 采用較先進(jìn)的冗余通信系統(tǒng)第二階段1980-1985.,在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點表現(xiàn)為：1) 微處理器的位數(shù)提高,CRT顯示器的分辨率提高2) 強化的模塊化系統(tǒng)3) 強化了系統(tǒng)信息管理，加強通信功能第三階段1985年以后，集散系統(tǒng)進(jìn)入第三代,英技術(shù)特點表現(xiàn)為：1) 采用開放系統(tǒng)管理2) 操作站采用32位微處理器3) 采用實時多用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)進(jìn)入九十

10、年代以后，計算機技術(shù)突飛猛進(jìn)，更多新的技術(shù)被應(yīng)用到了 DCS之中。PLC 是一種針對順序邏借控制發(fā)展起來的電子設(shè)備，它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏 借?，F(xiàn)場總線技術(shù)在進(jìn)入九十年代中期以后發(fā)展十分迅猛,以至于有些人已做岀預(yù)測：基于 現(xiàn)場總線的FCS將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角。特點介紹DCS是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡稱，國一般習(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系統(tǒng),綜 合了 訃算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等 4C

11、 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特點如下。高可靠性由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某 一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)苴它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺il算機所承擔(dān) 的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用訃算機，從而使 系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提髙。開放性DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式 通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)迪值 網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下,幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。靈活性

12、通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進(jìn)行軟硬件組態(tài),即確怎測量與控制信號及相 互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各 種監(jiān)控和報警畫而，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。易于維護(hù)功能單一的小型或微型&用汁算機,具有維護(hù)簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個 計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。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?？刂乒δ荦R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,可實現(xiàn)串級、前饋、解 耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進(jìn)控制，并可方

13、便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構(gòu)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(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù) 采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。處于底層的過 程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)拯迪 信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理, 如各種優(yōu)化il算、統(tǒng)訃報表、故障診斷、顯示報警等。隨著訃算機技術(shù)的發(fā)展,DCS可以 按照需要與更高性能的訃算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、 倉儲管理、能源管理等。結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操

14、作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O 單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括:操作員站和工程師站， 完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)）,作為DCS更高 層次的應(yīng)用，目前國紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。DCS的控制程序：DCS的控制決策是由過程揑制塹完成的，所以控制程序是由過程揑 制站執(zhí)行的。過程控制站的組成：DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng),主要由電源、CPU （中央處理器）、網(wǎng) 絡(luò)接口和I/O組成I/O：控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道，這就是I/O。DCS中的I/O般是模 塊化的，一個I/O模塊上有一個或多個I/O通

15、道,用來連接傳感器和執(zhí)行器（調(diào)肖閥）。I/O單元：通常，一個過程控制站是有幾個機架組成,每個機架可以擺放一立數(shù)量的模 塊。CPU所在的機架被稱為CPU單元，同一個過程站中只能有一個CPU單元，其他只用 來擺放I/O模塊的機架就是I/O單元。國外應(yīng)用分散控制系統(tǒng)1975年美國最大的儀表控制公司Honeywell首次向世界推出了它的綜合分散控制系 統(tǒng)TDC2000 （Toal Distributed Control-2000）,這一系統(tǒng)的發(fā)表，立即引起美國工業(yè)控制界 髙度評價，稱之為最鼓舞人心的事件”。世界各國的各大公司也紛紛仿效，推出了一個又一 個集散系統(tǒng)，從此過程控制進(jìn)入了集散系統(tǒng)的新時期。在

16、此期間有日本鏗公司推出的CEN TUM,美國泰勒儀表公司的MO SË,費雪爾 公司的DCÉ 400,貝利公司的N 90,?？怂共_公司的Cpect rum和徳國西門子 公詞的 Telepermmo隨著計算機特別是微型訃算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,加上各制造商的激烈競爭，使 DCS很快從70年代的第一代發(fā)展到90年代初的第三代DCS0盡管在這之前的集散系統(tǒng) 的技術(shù)水平已經(jīng)很高，但其中存在著一個最主要的弊病是：務(wù)大公司推出的幾十種型號的 系統(tǒng)，幾乎都是該公司的專利產(chǎn)品，每個公司為了保護(hù)自身的利益，采用的都是專利網(wǎng)絡(luò), 這就為全廠、全企業(yè)的管理帶來問題。隨著計算機的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)開

17、發(fā)使各控制廠商更多地采用商業(yè)訃算機的技術(shù)，80年代末 許多公司推岀新一代的集散系統(tǒng)，荘主要特征是新系統(tǒng)的局部網(wǎng)絡(luò)采用MAP協(xié)議：引用 智能變送器與現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu);在控制軟件上引入PLC的順序控制與批量控制，使DCS也 具有PLC的功能。至90年代初各國知名的DCS有：3000,Bailey的IN F I90,Ro semoun t的 RS3,W est Hoo se 的 WDPF,L eeds &Non th rup 的 MAX1000,Foxbo ro 的 löA S,日本橫河的CEN TUM.這里所提到的均為大型的DCS,為了適應(yīng)市場的需要各廠商也開 發(fā)了不少中小型的DCS系統(tǒng)如S

18、9000,MAX2丄XL,A 2 PACS等等。流程工業(yè)CIMS流程工業(yè)CIMS是一個復(fù)雜的綜合自動化系統(tǒng)，處理的對象是整個企業(yè)的全部生產(chǎn)活 動，DCS作為一種有效的工具和實現(xiàn)手段，在流程工業(yè)CIMS中完成重要的基礎(chǔ)控制和實 時生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、動態(tài)監(jiān)控等功能。與管理類計算機相比，DCS能夠提供更加可靠的生產(chǎn) 過程數(shù)據(jù)，使CIMS系統(tǒng)所作岀的優(yōu)化決策也更加可靠。從功能上看，流程工業(yè)CIMS中的生產(chǎn)自動化系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和在線質(zhì)呈控制都 可以由DCS實現(xiàn)。從流程工業(yè)CIMS的層次結(jié)構(gòu)看，DCS主要擔(dān)負(fù)過程控制和過程優(yōu)化任 務(wù)，有些生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)管理工作也可在DCS上完成。主要廠家國DCS主要廠家有

19、：新華，科遠(yuǎn)自動化集團(tuán)股份，優(yōu)穩(wěn),中控，和利時，轆，自儀 股份、魯能控制，國電智深，華文，樂華，正泰中自等。國外的有：西屋公司、艾默生、FOXBORO. ABB、西門子、霍尼韋爾、橫河、羅克 韋爾、山武一霍尼韋爾公司、FISHER-ROSEMOUNT公司等。相關(guān)問答1. 什么是DCS?DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System）,在國自控行業(yè)又 稱之為集散控制系統(tǒng)。2. DCS有什么特點？DCS是計算機技術(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)

20、據(jù)交換。操作采用計算機操作站，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的主要特點歸結(jié)為一句話就是：分散控制集中管理。3. DCS的結(jié)構(gòu)是怎樣的？從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O 單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括:操作員站和工程師站， 完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更髙 層次的應(yīng)用，目前國紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。4. DCS的控制程序是由誰執(zhí)行的？DCS的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。5. 過程控制站的組成如何?

21、DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng)，主要由電源、CPU （中央處理器）、網(wǎng) 絡(luò)接口和I/O組成。日常維護(hù)1過程通道故障：過程通逍故障出現(xiàn)最多的是I/O卡故障。I/O卡故障一般的判斷與處 理：通過系統(tǒng)診斷，更換通道或通過更換備用件處理，至于其部元件老化或是其他原因造成 的損壞，一般控制人員不好判斷。I/O卡的檢修一般是由廠家處理，目前的熱控檢修人員的 手段還不能達(dá)到像檢修常規(guī)儀表那樣檢修。而且生產(chǎn)廠家的I/O卡件已制造成一體化的趨勢, 這樣只能購買備件。好在這類鯉只是在調(diào)試階段岀現(xiàn)較多，正常運行中岀現(xiàn)幾率很低。一 次元件或控制設(shè)備出現(xiàn)故障有時不能直接被操作員發(fā)現(xiàn)，只有異?；驁缶蟛磐ㄖ獰峥?/p>

22、人員 處理。這樣對檢修人員和運行人員的素質(zhì)要求就要提髙，運行人員要詳細(xì)介紹鮑前后的狀 態(tài)便于熱控檢修人員能夠快速、準(zhǔn)確地處理缺陷，減少故障的擴大化，另外許多DCS廠家 在產(chǎn)品宣傳上都支持卡件熱撥，做為控制人員，在運行中更換卡件時一左要做好安全防護(hù)措 施否則會引起系統(tǒng)變化或負(fù)荷變化，尤其數(shù)字雖卡件。2對于操作員站勉無論國產(chǎn)與進(jìn)口設(shè)備都有相關(guān)的報道，那么究其原因比較多，硬 盤或卡件故障,冷卻風(fēng)扇負(fù)荷過重等等，有時會發(fā)生人為操作現(xiàn)象，一般在修改控制邏輯下 裝軟件重啟設(shè)備或強制設(shè)備保護(hù)信號時，最易發(fā)生操作事件，輕則設(shè)備異常，重則易造成設(shè) 備停運后果非常嚴(yán)重：對死機后重啟，不同廠家的啟動時間不同，少則幾

23、十秒，多則幾分鐘， 人為該操作發(fā)生的故障在熱工專業(yè)中的不安全事件中占有很大比例，在操作中尤為引起高度 重視，減少人為故障。3球標(biāo)操作不正常，一般是由于機械裝垃長期工作、老化、污染、點通斷不可靠、電 纜插件不牢等這樣的就需要換檢査即可。4控制操作失靈：是由于球標(biāo)的操作信號沒有正常改變過程通道的狀態(tài)，造成操作失 效，這是2個方而造成的，一個方而是軟件缺陷,另一方面是硬件本身鯉的狀態(tài)針對這 樣的缺陷通常做法檢査過程通道功能正常后，再檢查操作遠(yuǎn)必要時進(jìn)行重起初始操作。5對于薄膜鍵盤主要是鍵盤接觸不良信號電纜松動或主機誤動鍵盤或啟動不完整都可 以導(dǎo)致其功能不正常應(yīng)用針對不同情況處理。6打印機不工作一般是

24、由于配置的原因，這樣的纏應(yīng)檢査打印機的設(shè)巻及其硬件是 否正常進(jìn)行處理。報表軟件功能不強主要表現(xiàn)在由于打印機打印報表和SOE等造成死機， 或者打印機的SOE記錄時問與實際情況不符；SOE打印瀏覽后不能返回歷史曲線：SOE 時間順序不一致有時偏差很大，這會延誤事故分析的進(jìn)展時，有時還會誤導(dǎo)分析方向，SOE 問題既與系統(tǒng)設(shè)計不合理,SOE點沒完全集中在一個DPU上的有關(guān)，也與系統(tǒng)硬件及軟件 設(shè)計考慮不周有關(guān)。這種故障的出現(xiàn),通過分析認(rèn)為這主要是對電廠的總體方面考慮的不太 完美，在小的方而還不夠仔細(xì)會出現(xiàn)這樣那樣的故障，針對這種情況要認(rèn)真對待，不放過蛛 絲馬跡，與廠家認(rèn)真研究提岀問題進(jìn)一步完善，讓該系

25、統(tǒng)更好地為生產(chǎn)服務(wù)。7電源故障：電源故障問題較多，保險配置不合理，備用電源不能自投，電源波動引 起保護(hù)誤動及接插頭接觸不良易造成無電源。針對電源故障處理相對比較容易。首先，認(rèn)真 核對保險的配宜及容量，真正起到保險的作用；其次，UPS的配備很重要，它可以在電源 波動時也能保證系統(tǒng)正常供電，而且要考慮冗余和備用問題。8干擾造成的故障：對于干擾主要是接地問題，備用電源的切換和大功率的無線離 設(shè)備如手機、對講機等。另外還有DCS系統(tǒng)的干擾信號可能由本身造成的。那么對于DCS 系統(tǒng)的接地問題越來越引起人們的重視，尤其在電力行業(yè)，大功率電器設(shè)備的啟動和停止都 會干擾DCS的控制信號,適成不必要的故障。為了

26、防止干擾信號串入系統(tǒng)，嚴(yán)格執(zhí)行屏蔽 和接地要求和方式，信號線遠(yuǎn)離干擾源，同時采取防電源波動措施。主/從過程處理機之間 在機組運行時，除非萬不得以，盡量不要人為切換，已防產(chǎn)生干擾，如必須切換，應(yīng)采取措 施，先將控制切手動，以免對機組運行工況產(chǎn)生影響。對里理釜問、工程師站等重點部位， 應(yīng)絕對禁止使用大功率無線電離設(shè)備。相關(guān)控制系統(tǒng)總述計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革,一種世界上最新 型的控制系統(tǒng)即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System, FCS)在上世紀(jì)九十年代泄 向?qū)嵱没?并正以迅猛的勢頭快速發(fā)展?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是目前自動化技術(shù)中的一個熱點,

27、 正越來越受到國外自動化設(shè)備制造商與用戶的關(guān)注?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn),將給自動化 領(lǐng)域在過程控制系統(tǒng)上帶來又一次革命,其深度和廣度將超過歷史的任何一次，從而開創(chuàng)自 動化的新紀(jì)元。FCS可以說是第五代過程控制系統(tǒng)，是由PLC (Programmable Controller)或DCS (Distributed Control System)發(fā)展而來的。FCS與PLC及DCS之間有千絲萬縷的聯(lián)系, 又存在著本質(zhì)的差異。本文針對PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點、性能和差異作一 分析。1 PLC、FCS三大控制系統(tǒng)的基本特點目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)工業(yè)過程控制中，有三大控制系統(tǒng)，即PLC、DC

28、S和FCS。 它們各自的基本特點如下：PLC1. 從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運算處理，是從下往上的。2. 邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、步進(jìn)(順序)控制、連續(xù)PID控制、數(shù)據(jù)控 制一一PLC具有數(shù)據(jù)處理能力、通信和聯(lián)網(wǎng)等多功能。3. 可用一臺PC機為主站，多臺同型PLC為從站。4. 也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機作 主站方便之處是：有用戶編程時,不必知道通信協(xié)議,只要按說明書格式寫就行。5. PLC網(wǎng)絡(luò)既可作為獨立DCS/TDCS,也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng)。6. 主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。FCS1. FCS是

29、第五代過程控制系統(tǒng)，它是21世紀(jì)自動化控制系統(tǒng)的方向。是3C技術(shù) (Communication, Computer, Control)的融合。基本任務(wù)是：本質(zhì)(本征)安全、危 險區(qū)域、易變過程、難于對付的非常環(huán)境。(2) 全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝豊。3. 用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置，取代每臺儀表的兩根線?！艾F(xiàn)場控制”取 代分散控制”；數(shù)據(jù)的傳輸采用總線”方式。4. 從控制室到現(xiàn)場設(shè)備的雙向數(shù)字迪值總線，是互聯(lián)的、雙向的、串行多盯點、開放 的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點、并行、封閉的模擬系統(tǒng)。5. 用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。6. 把微機處理器轉(zhuǎn)

30、入現(xiàn)場自控設(shè)備，使設(shè)備具有數(shù)字計算和數(shù)字遜能力，信號傳輸 精度高，遠(yuǎn)程傳輸。實現(xiàn)信號傳輸全數(shù)字化、控制功能分散、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一全開放。7. 可上局域網(wǎng)，再可與iMemet相通。既是通信網(wǎng)絡(luò),又是控制網(wǎng)絡(luò)。8. 3類FCS的典型應(yīng)用：1）連續(xù)的工藝過程自動控制如石油化工，其中“本安防爆 技術(shù)是絕對重要的；2）分立的工藝動作自動控制如空制造機器人、汽車；3）多點控制 如樓宇自動化。這三大控制系統(tǒng)，尤其是DCS、PLC,都在電站得到了廣泛應(yīng)用，而且效果也非常好。系統(tǒng)差異差異2.1.1 DCS 或 PLCPLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差異不大,只是在功能的著重點上的不同，DCS著重于 閉環(huán)控制及數(shù)據(jù)處理。PL

31、C著重于邏輯控制及開關(guān)量的控制，也可實現(xiàn)模擬量控制。DCS或PLC系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS及PLC的 脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò),因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計就決 泄了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是：一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。DCS的特點是：（1）控制功能強?？蓪崿F(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，如串級、前饋、解耦、 自適應(yīng)、最優(yōu)和非線性控制等。也可實現(xiàn)順序控制。（2）系統(tǒng)可靠性髙。（3）采用CRT 操作站有良好的人機界而。（4）軟硬件采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)。（5）系統(tǒng)容易開發(fā)。（6） 用組態(tài)軟件,編程簡單，操作方便。（7）有良好的性價比。通過數(shù)

32、據(jù)公路的設(shè)計參數(shù)，基本上可以了解一個特定DCS或PLC系統(tǒng)的相對優(yōu)點與 弱點。1. 系統(tǒng)能處理多少I/O信息。2. 系統(tǒng)能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。3. 能適應(yīng)多少用戶和裝置（CRT、控制站等）。4. 傳輸數(shù)據(jù)的完整性是怎樣徹底檢査的。5. 數(shù)據(jù)公趾的最大允許長度是多少。6. 數(shù)據(jù)公路能支持多少支路。7. 數(shù)據(jù)公路是否能支持由其它制造廠生產(chǎn)的硬件（可編程序控制器、計算機、數(shù)據(jù)記 錄裝宜等）。為保證通信的完整,大部分DCS或PLC廠家都能提供證數(shù)據(jù)公路。為了保證系統(tǒng)的安全性，使用了復(fù)雜的邂規(guī)約和檢錯技術(shù)。所謂通信規(guī)約就是一組 規(guī)則，用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)接收與發(fā)送。目前在DCS和PLC系

33、統(tǒng)中一般使用兩類迪值手段，即同步的和異步的，同步通信依 靠一個業(yè)信號來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡(luò)采用沒有時鐘的報告系統(tǒng)。2.1.2 FCSFCS具有（1）很好的開放性、互操作性和互換性。（2）全數(shù)字通信。（3）智能化與功能自治性。（4）高度分散性。（5）很強的適用性。FCS的關(guān)鍵要點有三點：1. FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議,即總線標(biāo)準(zhǔn)。采用雙絞線、變或無線電方式傳輸數(shù)字信號，減少大疑導(dǎo)線，提高了可靠性和抗干 擾能力。FCS從傳感器、變送器到調(diào)肖器一直是數(shù)字信號,這就使我們很容易地處理更復(fù) 雜、更精確的信號，同時數(shù)字通值的差錯功能可檢出傳輸中的誤碼。FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場設(shè)備（

34、Field Device）中?；诂F(xiàn)場總線的FCS 又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng),它將取代現(xiàn)場一 對一的420mA模擬信號線,給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化。根據(jù)IEC61158的左義，現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室的自 動控制裝宜之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線使測控設(shè)備具備了 數(shù)字計算和數(shù)字迪值能力，提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提髙了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、 性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推岀世界上單一的現(xiàn)場總線 標(biāo)準(zhǔn)工作，走過了 16年的艱難歷程，于19

35、93年推岀了 IEC61158-2,之后的標(biāo)準(zhǔn)制泄就陷 于混亂。2000年初公布的IEC61158現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)子集有八種，分別為：類型1 IEC技術(shù)報告（FFH1）：類型2 Control-NET（美國Rockwell公司支持）； 類型3 Profibus （徳國Siemens公司支持）；類型4 P-NET （丹麥Process Data公司 支持）；類型5 FFHSE （原FFH2）髙速以太網(wǎng)（美國Fisher Rosemount公司支持）； 類型6 Swift-Net （美國波音公司支持）：類型7 WorldFIP （法國Alsto公司支持）； 類型8 Interbus （美國Phoe

36、nix Contact公司支持）。除了 IEC61158的8種現(xiàn)場總線外,IEC TC17B通過了三種總線標(biāo)準(zhǔn):SDS （Smart Distributed System） : AS I（ Actuator Sensor Interface） : Device NET.另外，ISO 公布 T ISO 11898 CAN標(biāo)準(zhǔn)。英中Device NET于2002年10月8日被中國批準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn), 并于2003年4月1日開始實施。所以，要實現(xiàn)這些總線類型的相互兼容和互操作，就目前狀態(tài)而言，幾乎是不可能的。 開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的互操作性,就一個特左類型的現(xiàn)場總線而言，只要遵循同一類型 現(xiàn)場總線的總

37、線協(xié)議，對英產(chǎn)品是開放的，并具有互操作性。換句話說，不論什么廠家的產(chǎn) 品，只要遵循同一類型總線的總線協(xié)議，產(chǎn)品之間是開放的，并具有互操作性,就可以組成 總線網(wǎng)絡(luò)。另外,FCS還可以通過網(wǎng)關(guān)和企業(yè)的上級管理網(wǎng)絡(luò)相連，以便管理者掌握第一手資料， 為決策提供依據(jù)。所以現(xiàn)場總線具有開放性、直操作性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的髙度分散性、靈活的翌 絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、現(xiàn)場設(shè)備的高度智能化、對環(huán)境的高度適應(yīng)性等諸多突岀特點。2. FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置控制功能下放到現(xiàn)場儀表中，控制室儀表裝宜主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督控制、優(yōu)化控 制、協(xié)調(diào)控制和管理自動化等功能。數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐，是基礎(chǔ)；道理很簡單，

38、FCS系統(tǒng)執(zhí)行的是 自動控制裝置與現(xiàn)場裝巻之間的雙向數(shù)字迪魁場總線信號制?，F(xiàn)場裝苣必須遵循統(tǒng)一的總 線協(xié)議，即相關(guān)的通訊規(guī)約，具備數(shù)字通信功能,能實現(xiàn)雙向數(shù)字通。再一點，現(xiàn)場總線的 一大特點就是要增加現(xiàn)場一級控制功能。3. FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化對于一個控制系統(tǒng)，無論是采用DCS還是采用現(xiàn)場總線,系統(tǒng)需要處理的信息量至少 是一樣多的。實際上，采用現(xiàn)場總線后,可以從現(xiàn)場得到更多的信息?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息 量沒有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線纜卻大大減少了。這就要求一方而要大大提高線 纜傳輸信息的能力，另一方面要讓大量信息在現(xiàn)場就地完成處理，減少現(xiàn)場與控制機房之間 的信息往返?？梢哉f現(xiàn)

39、場總線的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場化。由現(xiàn)場智能儀表完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運算和數(shù)據(jù)輸出等功能?，F(xiàn)場儀表的 數(shù)據(jù)（包括采集的數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)）通過現(xiàn)場總線傳送到控制室的控制設(shè)備上,控制室的控 制設(shè)備用來監(jiān)視各個現(xiàn)場儀表的運行狀態(tài)，保存智能儀表上傳的數(shù)據(jù)，同時完成少量現(xiàn)場儀 表無法完成的高級控制功能。2.2典型系統(tǒng)比較通過使用現(xiàn)場總線,用戶可以大量減少現(xiàn)場接線，用單個現(xiàn)場儀表可實現(xiàn)多變雖:通信, 不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作，增加現(xiàn)場一級的控制功能，系統(tǒng)集成大大簡化, 并且維護(hù)十分簡便。傳統(tǒng)的過程控制儀表系統(tǒng)每個現(xiàn)場裝置到控制室都需使用一對專用的電纜或雙絞線， 以傳送4mA20mA信號。

40、現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，每個現(xiàn)場裝置到鑿逾的雙絞線仍然可以使用， 但是從現(xiàn)場接線盒到中央控制室僅用一根雙絞線完成數(shù)字通值。通過采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),到底能肖省多少電纜，編者就不作詳細(xì)的計算。應(yīng)用差異上述的比較是偏重于純技術(shù)性的比較，下而就DCS與FCS系統(tǒng)在具體應(yīng)用方而進(jìn)行 比較。前題是DCS系統(tǒng)與典型的、理想的FCS系統(tǒng)進(jìn)行比較。具體比較：1. DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器的功能強而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公 路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴容難度較大。而FCS功能下 放較徹底，信息處理現(xiàn)場化，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對 減弱。因此，F(xiàn)CS系

41、統(tǒng)投資起點低，可以邊用、邊擴、邊投運。2. DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng),不 同廠商、不同品牌的各種產(chǎn)品基本能同時連入同一現(xiàn)場總線,達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。3. DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號形成的，必須通過D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而 FCS系統(tǒng)將D/A與A/D轉(zhuǎn)換在現(xiàn)場一次表完成，實現(xiàn)全數(shù)字化遜，使精度得到大的提髙， 可提高到0.1%.并且FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入現(xiàn)場設(shè)備中，縮短了控制周 期，提高運算速度，從而改善調(diào)節(jié)性能。4. DCS它可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于 自身的致命弱點，其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號,因此，它無法在DCS工程師站上對 現(xiàn)場儀表(含變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS采用全數(shù)字化技術(shù), 數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功 能。FCS采用的是雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此，它可以對現(xiàn)場裝置(含變送器、 執(zhí)行機構(gòu)等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。5. FCS由于信息處理現(xiàn)場化，與DCS相比可以省去相當(dāng)數(shù)疑的隔離器、端子柜、I/O 終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時也石省了 I/O裝置及裝置室的空間與占地而積。同 時，F(xiàn)CS可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，同時也肖省了設(shè)計、安裝和維護(hù)費用