集散型控制系統(tǒng)

集散型控制系統(tǒng)(TotalDistributedControlSystems以下稱作DCS)也稱為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DistributedComputerControlSystems),它是以微處理機(jī)為核心，采用數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和圖形顯示技術(shù)的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完成直接數(shù)字控制、順序控制、批量控制、數(shù)據(jù)采集與處理、多變量解耦控制以及最優(yōu)控制等功能，在先進(jìn)的集散型控制系統(tǒng)中，還包含有生產(chǎn)的指揮、調(diào)度和管理功能。1集散型控制系統(tǒng)的產(chǎn)生由常規(guī)的模擬式調(diào)節(jié)儀表構(gòu)成的過程控制系統(tǒng)，成本低、可靠性高，容易維護(hù)和操作。但是隨著生產(chǎn)的發(fā)展，模擬式儀表的局限性越來越明顯，如模擬儀表難于實(shí)現(xiàn)多變量解耦控制以及其它復(fù)雜的控制規(guī)律；控制精度不高；生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和工藝的日益復(fù)雜，儀表控制系統(tǒng)越來越多，控制室的儀表屏越來越大，難于實(shí)現(xiàn)集中的操作和顯示；各個(gè)系統(tǒng)之間難于實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)系；當(dāng)生產(chǎn)工藝要求變更時(shí)，往往需要變更調(diào)節(jié)儀表。而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就可以克服模擬調(diào)節(jié)儀表的上述缺陷，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律；各分系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)通信，能集中操作和顯示，控制精度比較高。在計(jì)算機(jī)集中控制中，一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制幾十個(gè)乃至幾百個(gè)回路，一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，將會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)的可靠性比較低。當(dāng)然，為了提高系統(tǒng)的可靠性，可采用雙機(jī)運(yùn)行方式，但是成本就會(huì)提高。70年代工業(yè)的發(fā)展使生產(chǎn)過程更加復(fù)雜，規(guī)模更加擴(kuò)大，其中石油化學(xué)工業(yè)尤為突出。生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜，使事故不斷出現(xiàn)，而集中控制，出現(xiàn)事故時(shí)會(huì)中斷生產(chǎn)，因此生產(chǎn)的發(fā)展迫切要求高可靠性的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在總結(jié)模擬調(diào)節(jié)儀表和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展、形成了集散型控制系統(tǒng)。集散型控制系統(tǒng)以多臺(tái)微機(jī)處理機(jī)分散在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行過程的測(cè)量和控制，實(shí)現(xiàn)了功能和地理上的分散，避免了測(cè)量、控制高度集中帶來的危險(xiǎn)性和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性；數(shù)據(jù)通信技術(shù)和CRT顯示技術(shù)以及其他外部設(shè)備的應(yīng)用，能夠方便的集中操作、顯示和報(bào)警，克服了常規(guī)儀表控制過于分散和人-機(jī)聯(lián)系困難的特點(diǎn)。70年代微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的重大突破，為集散控制系統(tǒng)提供了體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、價(jià)格低廉的微處理機(jī)和各類半導(dǎo)體芯片，為發(fā)展集散型控制系統(tǒng)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。集散型控制系統(tǒng)可以看作是計(jì)算機(jī)(Computer)技術(shù)、通信(Communication)技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和控制(Control)技術(shù)的結(jié)合。2國(guó)外集散型控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r70年代初，美國(guó)、日本和歐洲等各國(guó)開始研制集散型控制系統(tǒng)。1975年美國(guó)、日本先后研制成TDC—2000、TOSDIC、CENTUM、UNITROLS、MICREX等系統(tǒng)。按技術(shù)特征其發(fā)展可劃分為三個(gè)階段：70年代末期-初創(chuàng)期比較著名的有美國(guó)Honeywell公司的TDC—2000；Foxboro公司的Spectrum、Bailey公司的NetWork-90；日本YOKOGAWA公司的Centum；TOSHIBA公司的TOSDIC；德國(guó)Siemens公司的TelepermM；Hartman&Braum公司的CONTRONICP等。這一時(shí)期的產(chǎn)品，在技術(shù)上有明顯的局限性，微處理器多采用8位CPU。80年代初中期-發(fā)展期80年代隨著微處理器運(yùn)算能力的增強(qiáng)，超大規(guī)模集成電路集成度的提高和成本的不斷下降，過程控制的發(fā)展出現(xiàn)新的面貌，使過去難以想象的功能付諸實(shí)現(xiàn)。集散控制系統(tǒng)的第二代產(chǎn)品在原來的基礎(chǔ)上，可靠性進(jìn)一步提高，功能進(jìn)一步擴(kuò)展，出現(xiàn)了多功能過程控制站、增強(qiáng)型操作站、增加了光纖通訊技術(shù)。代表產(chǎn)品有美國(guó)Honeywell公司的TDC-3000；Leads&Northrup公司的MAX-1；TAYLOR公司的MOD300；WestingHouse公司的WDPF；日本YOKOGAWA公司的CentumA、B、C等。這一代產(chǎn)品的特點(diǎn)是采用16位CPU,標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)充靈活，功能完善，用戶界面友好。2集散控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用c.80年代末期一成熟期集散控制系統(tǒng)第三代產(chǎn)品，把過程控制、監(jiān)督控制、管理調(diào)度有機(jī)地結(jié)合起來，加強(qiáng)了斷續(xù)控制功能，采用專家系統(tǒng)、MAP通信標(biāo)準(zhǔn)。其代表產(chǎn)品有美國(guó)Honeywell公司的TDC-3000/LCN；Foxboro公司的I/ASeries；Bailey公司的INFI-90；WestingHouse公司的WDPF—II\m；日本YOKOGAWA公司的Centum-XL等。這一代產(chǎn)品的特點(diǎn)是采用32位CPU和專用集成電路，使控制功能更強(qiáng)、體積更小、可靠性更高，通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了開放式通信。3集散型控制系統(tǒng)在中國(guó)的應(yīng)用集散型控制系統(tǒng)（DCS）作為新一代的工業(yè)自動(dòng)化過程控制和管理設(shè)備，至今雖然只有二十多年的歷史，但已在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(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。石油化工行業(yè)新建的大中型石化設(shè)備均采用集散控制系統(tǒng)（DCS），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。在冶金行業(yè)，集散控制系統(tǒng)（DCS）的應(yīng)用集中在寶鋼這樣的新建企業(yè)和首鋼、鞍鋼、武鋼、重鋼、馬鋼等擴(kuò)建的分廠。冶金系統(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Procontrol-P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)。目前集散系統(tǒng)（DCS）在火電廠的應(yīng)用泛圍主要包括：模擬量控制、數(shù)據(jù)采集和處理、鍋爐爐膛安全監(jiān)控、順序控制、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制等五方面。與此同時(shí)，在八十年代末期至九十年代初期，國(guó)家組織了精悍的科研力量聯(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DJK-7500（重慶自動(dòng)化所），HS-DCS-1000（電子部六所）、STAR-2000（阿繼電器股份有限公司）、DCS-100（清華大學(xué)自動(dòng)化系）、DJK-2000（上海自動(dòng)化所）、友力一2000（石化總公司、航天部二院）等。阿繼電器股份有限公司研制的STAR-2000集散控制系統(tǒng)，1989年自第一套應(yīng)用系統(tǒng)（電站鍋爐滅火保護(hù)MHB-m/B）在河南新鄉(xiāng)電廠投運(yùn)以來，相繼在哈爾濱第三發(fā)電廠200MW機(jī)組的模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)、石家莊陽(yáng)邏300MW機(jī)組的滅火保護(hù)系統(tǒng)等數(shù)十個(gè)電廠的生產(chǎn)過程控制中得到應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，其第二代產(chǎn)品Star-3000近年來在工業(yè)領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用，在技術(shù)上更是得到了長(zhǎng)足發(fā)展。4集散型控制系統(tǒng)今后的發(fā)展方向集散型控制系統(tǒng)的發(fā)展方向是基本調(diào)節(jié)器向少回路或單回路方向發(fā)展;基本調(diào)節(jié)器除了PID和其他算法外，還將逐步采用更為有效的新的算法，使之具有新的功能（如增益且適應(yīng)功能）；采用光導(dǎo)纖維代替高諫數(shù)據(jù)通道，并統(tǒng)一通訊規(guī)程；力求靈活地運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，以更為通用的控制算法。5結(jié)語(yǔ)集散型控制系統(tǒng)(DCS