集散控制系統(tǒng)論文

1、 煙臺南山學(xué)院結(jié)課報告(論文) 第11頁摘 要本文介紹了集散控制系統(tǒng)（DCS）的發(fā)展。并以日本橫河公司的第三代中型集散控制系統(tǒng)為例介紹了集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本文還介紹了當(dāng)前流行的一些集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，組成，特點與應(yīng)用。最后文章還闡述了集散控制系統(tǒng)的發(fā)展前景關(guān)鍵詞：集散控制系統(tǒng)；發(fā)展；應(yīng)用圖1一般測控系統(tǒng)1 緒論集散控制系統(tǒng)（TotalDistributedControlSystem）是以處理器為基礎(chǔ)的集中分散型的控制系統(tǒng)。第一套集散控制系統(tǒng)在70年代中期問世以來，集散控制系統(tǒng)已在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，越來越多的儀表和控制工程師已經(jīng)認(rèn)識到集散控制系統(tǒng)必將成為過程控制的主流，在計

2、算機集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystem）或計算機集成作業(yè)系統(tǒng)(ComputerIntegratedProductionSystem)中，集散控制系統(tǒng)將成為主角，發(fā)揮它們的優(yōu)勢。集散控制系統(tǒng)的主要特性是它的集中管理和分散控制。而且，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)使集散控制系統(tǒng)共不僅主要用于分散控制，而且向著集成管理的方向發(fā)展，系統(tǒng)地開放不僅使不同制造廠商的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以互相連接，而且使得他們可以方便的進行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)地開放也是第三方的軟件可以方便的在現(xiàn)有的集散控制系統(tǒng)上應(yīng)用。因此，集散控制系統(tǒng)早已在原有的概念上有了新的含義。我國已

3、引進的不同型號的集散控制系統(tǒng)的數(shù)量多達幾百套，應(yīng)用的工業(yè)控制領(lǐng)域也已遍及石油化工，冶金，煉油，建材，紡織，制藥等行業(yè)。2 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史初始階段：1975年美國霍尼韋爾公司第1套TDC2000集散控制系統(tǒng)問世不久。世界各國儀表制造商就相繼推出了自己的集散控制系統(tǒng)。即第1代集散控制系統(tǒng)，比較著名的有：霍尼韋爾公司的TDC2000；FOXBORO公司的SPECTRUM；FISHER公司的PROV0X；橫河公司的CENTUM；西門子公司的TELEPERM等。這些產(chǎn)品雖只是集散控制系統(tǒng)的雛形，但已經(jīng)擁有集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)；分散過程控制裝置，操作管理裝置和通訊系統(tǒng)。并已具備了集散控制系統(tǒng)的基

4、本特點；集中管理，分散控制。發(fā)展階段：隨著控制技術(shù)、計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)等的飛速發(fā)展，集散控制系統(tǒng)進人第2代。主要產(chǎn)品有：霍尼韋爾公司的TDC-3000；TAYLOR公司的MOD300；西屋公司的WDPF；橫河公司的CENTUMXL：ABB公司的MASTER等。第2代集散控制系統(tǒng)的主要特點是系統(tǒng)功能的擴大和增強以及通信范圍和數(shù)據(jù)傳送速率的大幅提高。它采用橫塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，數(shù)據(jù)通信向標(biāo)準(zhǔn)化靠攏，控制功能更加完善，具有很強的適應(yīng)性和可擴充性。3 集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點3.1集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)以日本橫河公司的第三代中型集散控制系統(tǒng)uXL為例，說明DCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能。操作

5、站：uXL的人機接口由落地式操作站MOPL、臺式操作站MOPS及其外部設(shè)備構(gòu)成，操作站提供面向操作人員、工程技術(shù)人員的人機接口，實現(xiàn)顯示、報警、監(jiān)控、操作等操作員接口功能；實現(xiàn)組態(tài)設(shè)計、系統(tǒng)維護等工程師接口功能。在操作監(jiān)視站中，有大型的CRT屏幕顯示器和打印機，操作人員可根據(jù)直觀、形象的畫面顯示，改變各控制回路的設(shè)定值、運行工況、整定參數(shù)以及回路結(jié)構(gòu)。uXL操作站的主要機能包括操作機能、通信機能、BASIC機能和工程師技術(shù)機能。操作站將管理、專家系統(tǒng)、生成維護等功能提高升華。圖 2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制級通信網(wǎng)絡(luò)：uXL通信機能的特點是通信結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化、階層化、雙重化及與現(xiàn)場儀表通信的數(shù)字化。RL總線承

6、擔(dān)系統(tǒng)內(nèi)的通信，通信總線和通信接口電路均實現(xiàn)了雙重化。RL總線最長可達15kin。獨立的uXL系統(tǒng)之間可通過ML2總線進行操作站之間的通信?？赏ㄟ^在軟件包中追加通信機能的方式，或用Basic語言編制通信機能程序的方式。與現(xiàn)場儀表的通信網(wǎng)絡(luò)：在現(xiàn)場控制單元中通過RS2、RS3通信插件可與PLC和現(xiàn)場儀表通信。3.2.集散控制系統(tǒng)的特點分級遞階控制。集散控制系統(tǒng)是分級遞階控制系統(tǒng)，它的規(guī)模越大，系統(tǒng)重直和水平分級的范圍也越廣。最簡單的集散控制系統(tǒng)至少在垂直方向分為操作管理級和過程控制級，水平方向各過程控制級之問相互協(xié)調(diào)，向垂直方向送數(shù)據(jù)，接受指令。各水平級問也進行數(shù)據(jù)交換。分散控制：分散控制是集散

7、控制系統(tǒng)的一個重要特點。分散的含義不單是分散控制，還包括人員地域的分散、功能分散、設(shè)備分散、負(fù)荷分散、危險分散。目的是危險分散，提高設(shè)備使用率。易操作性：集散控制系統(tǒng)根據(jù)對宜與人學(xué)的研究。結(jié)合系統(tǒng)組態(tài)、結(jié)構(gòu)方向的知識。為操作員提供了，一個非常好的操作環(huán)境。為操作員提供的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等信息易于辨認(rèn)，報警或事件發(fā)生的信息能引起操作員的注意，長時間工作不易疲勞，操作方便、快捷、安全、可靠性高。為了提高系統(tǒng)的可靠性，確保生產(chǎn)持續(xù)運行，集散控制系統(tǒng)在重要設(shè)備和對全系統(tǒng)有影響的公共設(shè)備上采用了后備冗余裝置，并引入容錯技術(shù)。硬件上包括操作站、控制站、通訊線路等都采用雙重化配置，使得在某一個單元發(fā)生故障的情況下

8、，仍然保持系統(tǒng)的完整性，即使全局性通信或管理失效，局部站仍能維持工作。從軟件上采用分段與模塊化設(shè)計，積木式結(jié)構(gòu)，采用程序卷回或指令復(fù)執(zhí)的容錯設(shè)計，使系統(tǒng)安全穩(wěn)定。信息存儲容量大，顯示信息量大，有極強的管理能力，可實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，工廠自動化、實驗室自動化、辦公室自動化等目標(biāo)適用于化工生產(chǎn)控制，有良好的性能價格比，不但其硬件適應(yīng)化工控制。而且軟件的適應(yīng)性也穩(wěn)定。隨著系統(tǒng)開放第三方的應(yīng)用軟件也可方便應(yīng)用。3.3集散控制系統(tǒng)的優(yōu)勢集散控制系統(tǒng)的工程師站和操作員站使用一般的PC機也是用來完成系統(tǒng)設(shè)計和生成、操作和監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)診斷等功能。DCS的實踐證明,用PC機做工程師站和操作員站不僅增強了

9、系統(tǒng)的性能,而且減少了系統(tǒng)的成本,同時,由于PC機類似于“標(biāo)準(zhǔn)件”,因此,也便于維修和維護。4 幾種比較流行的DCS介紹。4.1Honeywell公司的TDC3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：TDC3000主干網(wǎng)絡(luò)稱為局部控制網(wǎng)絡(luò)LCN（LocalControlNetwork）在LCN上可以掛接通用操作站，歷史模件，應(yīng)用模件，存檔模件，各種過程管理站及各種網(wǎng)關(guān)接口。TDC3000的下層網(wǎng)稱為通用控制網(wǎng)絡(luò)UCN(UniversalControlNetwork),在UCN上連接有各種I/O與控制管理站。為了Honeywell公司老的產(chǎn)品DataHi-way相兼容沒，在LCN上設(shè)有專門的接口模塊，而在DataHi-

10、way上可以接有操作員站，現(xiàn)場I/O及控制站等。TD3000的功能與特點：TD3000任何新的功能都是在原有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。系統(tǒng)中設(shè)有分布式模塊共享的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，并為非Honeywell產(chǎn)品提供數(shù)據(jù)提取途徑。TD3000系統(tǒng)綜合了數(shù)據(jù)采集常規(guī)過程控制，先進過程控制，過程和商業(yè)信息一體化各個層次的技術(shù)，為企業(yè)提供經(jīng)營，管理和決策所必需的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)提供與DECnet-VAX的接口與通用微機的接口，PLC接口及Honeywell前一代產(chǎn)品的接口，并允許將多個TD3000系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接到一起，應(yīng)用領(lǐng)域包括造紙，石化，發(fā)電。4.2Bailey的INFI-90系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：INFI-90是N-90分

11、散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上推出的新一代分散控制系統(tǒng)，該公司稱之為決策過程管理系統(tǒng)（StrategicProcessManagementSystem）。INFI-90采用10MHz的環(huán)形網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，成為INFI-Net，通信方式采用“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”的環(huán)狀通信方式。每個環(huán)可以掛接250個節(jié)點，而每個節(jié)點處可以是以各子環(huán)網(wǎng)，這樣，整個系統(tǒng)共的理論最大容量為250*250=62500個節(jié)點。在INFI-Net的下層是總線行的Control-way網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)具有1MHz的速率，可掛接32個設(shè)備即INFI-90的控制模件MF。MF中具有子總線laveBus控制器。INFI-90的主要組成部分：操作員接口站，工程

12、師工作站，多功能處理器，模擬量輸入自模件FBS，控制I/O模件CIS，模擬量輸出自模件ASO，數(shù)字輸入自模件DSI,DSM，數(shù)字輸出自模件DSO,頻率技術(shù)妻子模件FCS，液壓伺服子模件HSS，模擬住模件AMM.4.3Foxboro的I/AS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：I/AS系統(tǒng)的主干是采用OSI通信規(guī)程，通過寬帶接口可與64條載波帶LAN相連。載波帶LAN也與MAP兼容，每條長2km，可掛100個節(jié)點。節(jié)點是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單元。它由各類處理機，LAN接口及網(wǎng)間連接器等站構(gòu)成，可獨立執(zhí)行各種自動化功能。由節(jié)點內(nèi)的控制處理器，應(yīng)用處理器，操作站處理機和通信處理機分別執(zhí)行控制，管理，操作和通信的功能，控制處理機通過現(xiàn)場

13、總線與現(xiàn)場的智能變送器和執(zhí)行器相連。I/AS的主要組成部分：處理機組件是I/AS節(jié)點的重要組成部分；現(xiàn)場總線組件直接與現(xiàn)場傳感器，執(zhí)行器相連；借口組件主要分為兩種：載波帶LAN接口組件和信息網(wǎng)絡(luò)接口組件；網(wǎng)間連接器用來實現(xiàn)非I/A系統(tǒng)與I/A節(jié)點的互連；節(jié)點總線與每個站中的節(jié)點總線接口電路一起工作，提供各站間數(shù)據(jù)傳輸和總線存取。5 集散控制系統(tǒng)的展望就目前來說，DCS已發(fā)展得相對成熟和實用，毫無疑問，DCS仍是當(dāng)前工業(yè)自動化系統(tǒng)應(yīng)用及選型的主流。它并不會隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展而馬上退出現(xiàn)場過程控制的舞臺。面對挑戰(zhàn)，DCS將會沿著以下幾點趨勢繼續(xù)向前發(fā)展：1)DCS向綜合方向發(fā)展：由于標(biāo)淮

14、數(shù)據(jù)通信鏈路和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將多種單(多)回路調(diào)節(jié)器、PLC、工業(yè)PC、NC等工控設(shè)備構(gòu)成大系統(tǒng)，并與現(xiàn)場總線相融合，適應(yīng)開放化的大趨勢。2)DCS向智能化方向發(fā)展：由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、推理機能的發(fā)展，專家系統(tǒng)(ES)、知識庫系統(tǒng)(KBS)的應(yīng)用，如自學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、遠距離診斷等，人工智能可在DCS各級實現(xiàn)。與FF現(xiàn)場總線類似，以微處理機為基礎(chǔ)的智能設(shè)備，如智能IO、智能PID控制、變送器和執(zhí)行器等，智能人機接口、可編程調(diào)節(jié)器也會相繼出現(xiàn)。3)DCS向?qū)I(yè)化方向發(fā)展：使用和領(lǐng)域相應(yīng)的行業(yè)DCS如電站DCS、水泥DCS、玻璃DCS等。4)DCS向工業(yè)PC化方向發(fā)展：由IPC組成DCS成為一大趨勢。PC-PLC、PC-STD、PC-NC等就是PC-DCS的先驅(qū)，IPC成為DCS的硬件平臺。 結(jié)論綜上所述，DCS系統(tǒng)解決了現(xiàn)代化大生產(chǎn)過程中傳統(tǒng)的控制儀表難以勝任的問題，而相對計算機集中控制來說故障還是分散的，在許多方面有其獨特的優(yōu)點，是傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)和計算機集中控制系統(tǒng)無法比擬的但是現(xiàn)階段的DCS系統(tǒng)在應(yīng)用中仍然有一些重要的問題需要解決。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)可靠性的不斷提高，電氣設(shè)備在不斷的完善，電氣監(jiān)控管