第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)過程控制單元

集散控制系統(tǒng)以下圖以一個(gè)水位信號調(diào)節(jié)的例子簡單地說明DCS的應(yīng)用過程：DCS的概念我們可以把上述過程引申如下：DCS的概念第1章分散控制系統(tǒng)概論1.1分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生1.2分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.3分散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.4分散控制系統(tǒng)的分散方式1.5分散控制系統(tǒng)的開展1.1分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生背景：分散型控制(Distributed

Control

System，簡稱Dcs)，正是在這種背景下產(chǎn)生的，它是繼直接作用式氣動儀表、氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表和組件組裝式儀表之后的新一代控制系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛速開展，工業(yè)生產(chǎn)過程的控制規(guī)模不斷擴(kuò)大，對過程控制和生產(chǎn)管理系統(tǒng)提出了越來越高的要求。面臨著日趨劇烈的市場競爭，我們的工業(yè)生產(chǎn)過程正處于一個(gè)由勞動力密集型、設(shè)備密集型、信息密集型到知識密集型的轉(zhuǎn)變過程。在這一過程中，以計(jì)算機(jī)為根底而構(gòu)成的控制、管理、決策系統(tǒng)無疑起著非常重要的作用。工業(yè)控制開展歷程1、機(jī)械式儀表也叫“直接作用式氣動控制器〞“基地式調(diào)節(jié)器〞。主要包括：變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥等部件，這是最初的單元控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)閥手動執(zhí)行，管理人員巡回檢查奔波于現(xiàn)場，完成單回路控制，按地理位置分散于現(xiàn)場，構(gòu)成體系。適用于：生產(chǎn)規(guī)模不大，工藝不太復(fù)雜的生產(chǎn)過程。2、大型氣動儀表變送器和執(zhí)行器安裝在現(xiàn)場，控制器安裝在中央控制室。這種集中控制方式的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行人員在中央控制室獲得整個(gè)生產(chǎn)過程的有關(guān)信息，能夠及時(shí)有效進(jìn)行各局部之間的協(xié)調(diào)控制。注：此種集中只是控制儀表、運(yùn)行人員在地理位置上的集中，控制任務(wù)仍由許多控制器分別完成的。3、氣動單元組合儀表：50年代計(jì)算機(jī)開始進(jìn)取過程控制領(lǐng)域，最初用于生產(chǎn)過程的平安監(jiān)視和操作指導(dǎo)，后來用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)督控制。沒有用于直接控制生產(chǎn)過程4、電動單元組合儀表：60年代計(jì)算機(jī)開始用于生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制一臺計(jì)算機(jī)控制全廠的生產(chǎn)過程，造成整個(gè)系統(tǒng)控制任務(wù)的集中。缺點(diǎn)：計(jì)算機(jī)可靠性低、機(jī)器故障、整個(gè)工廠生產(chǎn)癱瘓5、分散控制系統(tǒng)：70年代定義：以多臺微處理器為核心，采用控制功能分散、顯示操作集中，兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)原那么設(shè)計(jì)的新一代儀表控制系統(tǒng)——即：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)；分散型綜合控制系統(tǒng)；集散型控制系統(tǒng)或集散系統(tǒng)。DistributedControlSystem，簡稱DCS控制儀表的分類：1、按能源類型：氣動——60年代前的主要種類，簡單、穩(wěn)定、防爆，目前仍有應(yīng)用。液動——如汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡單、平穩(wěn)、功率大，慢。電動——50年代后開展〔DDZ〕，快速，遠(yuǎn)傳、功能強(qiáng)，應(yīng)用廣。2、按信號類型：模擬儀表——模擬電路為根底，模擬信號運(yùn)算，它確定受控對象參數(shù)的模擬形式測量值與給定值的偏差，并根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生模擬輸出信號推動執(zhí)行器消除偏差，使受控參數(shù)保持在給定值附近或按預(yù)定規(guī)律變化。所調(diào)節(jié)的參數(shù)包括溫度、壓力、流量、液位、成分等。數(shù)字儀表——數(shù)字電路為根底，數(shù)字信號運(yùn)算。智能儀表——數(shù)字電路為根底，微處理機(jī)為核心，儀表功能=硬件+軟件?？刂苾x表的分類：由于生產(chǎn)過程向大型化、復(fù)雜化開展，模擬儀表控制系統(tǒng)遇到了難題：模擬儀表的局限性生產(chǎn)規(guī)模大型化，中控室表盤愈來愈長，難于實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和操作。例如300MW機(jī)組，控410—450點(diǎn)，測1000點(diǎn)以上,盤長10米，存在事故隱患。各控制系統(tǒng)的通信聯(lián)系困難。難于實(shí)現(xiàn)分級控制，難于實(shí)現(xiàn)全廠的綜合管理。難于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜規(guī)律的控制。預(yù)估、自適應(yīng)、模糊、最優(yōu)…系統(tǒng)變更困難。分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生集中型計(jì)算機(jī)控制階段；計(jì)算機(jī)與模擬儀表混合式分散控制階段；第一代集散系統(tǒng)；第二代集散系統(tǒng)；第三代集散系統(tǒng)。集中型計(jì)算機(jī)控制階段計(jì)算機(jī)與模擬儀表混合式分散控制階段集中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)暴露了集中控制的重大缺餡，促使控制系統(tǒng)向分散型轉(zhuǎn)變。美國的Bailey公司率先發(fā)表了Baileytronic2系列儀表控制系統(tǒng)。它采用了分層分叉結(jié)構(gòu)

在Baileytronic2中，現(xiàn)場的控制功能是由傳統(tǒng)的模擬儀表(單回路調(diào)節(jié)儀表)實(shí)現(xiàn)的。但模擬顯示器與操作器卻是另一個(gè)別離的單元，通過多芯電纜與調(diào)節(jié)儀相連。突破：這是在過程控制中第一次實(shí)現(xiàn)了輸入／輸出、控制功能與操作顯示功能的別離，實(shí)現(xiàn)了控制器向現(xiàn)場的分散。系統(tǒng)中調(diào)節(jié)儀的信號也送入主計(jì)算機(jī)，主計(jì)算機(jī)可顯示過程參數(shù)，并附帶文檔存儲和管理的裝置。Baileytronic2主要用于電站控制中，雖然它還屬牙SCC范疇。但畢竟實(shí)現(xiàn)了控制器與顯示操作的別離。第一代集散系統(tǒng)第一代集散系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)過程控制單元〔PCU〕：亦稱現(xiàn)場控制單元FCU〔FieldControlUnit〕或根本控制器BC(BasicController)。一般它是由微處理器(CPU)、存貯器(ROM、RAM)、多路轉(zhuǎn)換器、I／O輸入輸出板、A／D、D／A轉(zhuǎn)換、內(nèi)總線、電源、通信接口等組成。它可以控制一個(gè)和多個(gè)回路，具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力和較復(fù)雜的控制功能。數(shù)據(jù)采集裝置(DAU：DataAcquisitionUnit)：亦稱過程接口單元(PIU：ProcessInterfaceUnit)。它也是以微處理器為根底的結(jié)構(gòu)。主要作用是采集非控制變量，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將所采集的過程信息經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸通道(通信系統(tǒng))送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。它使集散系統(tǒng)獲得了分散數(shù)據(jù)采集的能力(DistributedDAS)。CRT操作站：是集散系統(tǒng)的人—機(jī)接口，是系統(tǒng)與外界聯(lián)系的單一窗口。CRT操作站由CRT、微型計(jì)算機(jī)、鍵盤、外存裝置、磁盤驅(qū)動器、打印機(jī)等組成。它可以以高分辨率彩色畫面顯示過程的各類信息，并對PCU進(jìn)行組態(tài)和操作，對全系統(tǒng)進(jìn)行管理。監(jiān)控計(jì)算機(jī)：是集散系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣上稱它為上位機(jī)。多采用小型計(jì)算機(jī)。它綜合監(jiān)視全系統(tǒng)的各工作站〔PCU，DAU，CRT〕，管理全系統(tǒng)的所有信息。一般都具有進(jìn)行大型且復(fù)雜運(yùn)算能力，通過它可以實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制和全工廠的優(yōu)化管理。數(shù)據(jù)傳輸通道：亦稱數(shù)據(jù)高速公路(Highway)。它是第一代集散系統(tǒng)關(guān)鍵的一局部。它一般由通信電纜和數(shù)據(jù)傳輸管理指揮裝置組成。經(jīng)由它，PCU、DAU的現(xiàn)場信息送至CRT操作站和監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中處理。經(jīng)由它，監(jiān)控機(jī)和CRT操作站的管理信息、操作信息送至PCU和DAU。第二代集散系統(tǒng)一、背景及產(chǎn)品：世界市場需求變化的三個(gè)方面：第一，70年代末，世界市場上暢銷產(chǎn)品的變換周期變短，從而促使PCU開展為多功能PCU，或者在原系統(tǒng)中增加新的現(xiàn)場批量控制單元(FBCU)。第二，世界市場上，產(chǎn)品競爭愈來愈劇烈，迫使生產(chǎn)廠家必須提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。由此提出了全系統(tǒng)的優(yōu)化管理、全系統(tǒng)信息綜合管理的管理要求。第三，70年代末，80年代初，市場對過程控制系統(tǒng)的規(guī)模要求多樣化。系統(tǒng)的擴(kuò)展要求愈來愈多，從而刺激了軟件開展。第二代集散系統(tǒng)是以局部網(wǎng)絡(luò)為主干，統(tǒng)領(lǐng)了全系統(tǒng)。系統(tǒng)中各單元都看作網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作站。局部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)又可掛接橋和網(wǎng)間連接器與同網(wǎng)絡(luò)和異型網(wǎng)絡(luò)相連。第一代系統(tǒng)僅僅通過橋或網(wǎng)間連接器掛接于系統(tǒng)局部網(wǎng)絡(luò)上的子系統(tǒng)。

中央操作站是掛接在LAN上的節(jié)點(diǎn)工作站。它的主要作用是對全系統(tǒng)的信息進(jìn)行綜合、管理(主要通過畫面功能和鍵盤功能進(jìn)行)。它是全系統(tǒng)主操作站。主計(jì)算機(jī)

主計(jì)算機(jī)亦稱管理計(jì)算機(jī)或上位計(jì)算機(jī)。一般為小型計(jì)算機(jī)，帶海量存貯器等外部設(shè)備，具有復(fù)雜運(yùn)算能力和較強(qiáng)管理能力。GW可由將第二代子系統(tǒng)連入局部網(wǎng)絡(luò)，這一子系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)形式上與第一代集散系統(tǒng)相似，但各單元功能都大大加強(qiáng)，它們?nèi)杂筛咚俟?、過程控制單元；本地操作站、上位機(jī)構(gòu)成，但第二代的上述單元是功能增強(qiáng)型的。此外，第一代DCS也可以作為子系統(tǒng)與LAN相連。有些性能優(yōu)良的集散系統(tǒng)并不專帶主計(jì)算機(jī)，可以是無主機(jī)系統(tǒng)，這時(shí)它的中央操作站具有更強(qiáng)功能，而且各節(jié)點(diǎn)、工作站得到了加強(qiáng)。第三代集散系統(tǒng)1.2分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能層次結(jié)構(gòu)1、管理級經(jīng)營管理級：市場和用戶分析，訂貨銷售統(tǒng)計(jì)、制造協(xié)調(diào)、合同人、財(cái)、檔案。生產(chǎn)管理級：生產(chǎn)監(jiān)視、報(bào)告，規(guī)劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模。〔上位機(jī)，協(xié)調(diào)各單元之間的參數(shù)設(shè)定。值長、分場級〕過程管理級：過程操作，裝之間協(xié)調(diào)，優(yōu)化過程控制，錯誤檢測、數(shù)據(jù)存檔等。內(nèi)容：發(fā)電廠的廠級管理計(jì)算機(jī)或假設(shè)干個(gè)機(jī)組的管理計(jì)算機(jī)。使用者：廠長，經(jīng)理，總工程師，值長任務(wù)：監(jiān)測企業(yè)各局部的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況，從全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)。要求：能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反響的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；大量數(shù)據(jù)的高速處理與存儲；能夠連續(xù)運(yùn)行，高可靠性系統(tǒng)；能長期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)；并且具有優(yōu)良的、高性能的、方便的人機(jī)接口；豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件，過程數(shù)據(jù)收集軟件，人機(jī)接口軟件，以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成的工具軟件。實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集成化。2、監(jiān)控級：內(nèi)容：運(yùn)行員操作站，工程師工作站，計(jì)算站安裝在中央控制室電子設(shè)備室工程師站：為了控制工程師對DCS進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作站，并對各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè)計(jì)文件，例如各種圖紙，表格。要求：一般由PC機(jī)配置一定數(shù)量的外部設(shè)備所組成，例如打印機(jī)，繪圖機(jī)等。運(yùn)行員操作站：運(yùn)行員與DCS相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備，據(jù)此來監(jiān)視和控制整個(gè)生產(chǎn)過程。通過觀察生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，讀出每一個(gè)過程變量的數(shù)值和狀態(tài)，判斷每個(gè)回路是否正常工作。并且可以隨時(shí)進(jìn)行手動/自動方式的切換，修改給定值，調(diào)整控制量，操作現(xiàn)場設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的干預(yù)。另外還可以打印各種報(bào)表，拷貝屏幕畫面和曲線等。要求：一臺具有較強(qiáng)功能的微型機(jī)，CRT顯示器，大屏幕顯示裝置〔選件〕，打印機(jī)，拷貝機(jī)，鍵盤，鼠標(biāo)。計(jì)算站：實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制，例如機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和性能運(yùn)算，先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)等。主要完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算功能，要求具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力和速度，一般用超級微型機(jī)或小型機(jī)構(gòu)成。3、控制級設(shè)備：過程控制站，數(shù)據(jù)采集站安裝在主控室后的電子設(shè)備室中過程控制站：接收由現(xiàn)場設(shè)備，如傳感器，變送器來的信號，按照一定的控制策略計(jì)算出所需的控制量，并送回現(xiàn)場的執(zhí)行器中去?？梢酝瑫r(shí)完成連續(xù)控制順序控制或邏輯控制，也可能僅完成其中的一種。數(shù)據(jù)采集站：接收有現(xiàn)場設(shè)備送來的信號，并對其進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)換和處理之后送到DCS的其它局部去。主要是監(jiān)控級設(shè)備，它接收大量的過程信息，并通過監(jiān)控級設(shè)備傳遞給運(yùn)行人員。數(shù)據(jù)采集站并不直接完成控制功能現(xiàn)場級：一般位于被控生產(chǎn)過程附近，典型設(shè)備為各類傳感器，變送器，執(zhí)行器。它們將生產(chǎn)過程中各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號，送往控制站或者數(shù)據(jù)采集站，或者將控制站輸出的控制量轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，帶動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制?，F(xiàn)場級信息的傳遞方式：1、傳統(tǒng)的4~20毫安模擬量信號傳輸方式2、現(xiàn)場總線的全數(shù)字量傳輸方式3、4~20毫安模擬量信號根底上，疊加調(diào)制后的數(shù)字量信號的混合傳輸方式。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)通常由過程控制單元、過程接口單元、CRT顯示操作站、管理計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等五個(gè)主要局部組成其根本結(jié)構(gòu)。過程控制單元：亦稱現(xiàn)場控制單元或根本控制器，可以控制一個(gè)或多個(gè)回路。過程接口單元：亦稱數(shù)據(jù)采集裝置，是采集非控制變量，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。CRT操作站：是集散系統(tǒng)的人—機(jī)接口裝置。一般配有高分辨力大屏幕的彩色CRT、操作者鍵盤、工程師鍵盤、打印機(jī)、硬拷貝機(jī)和大容量存貯器。操作站除了執(zhí)行對過程的監(jiān)控操作外，系統(tǒng)的組態(tài)、編程工作也在操作站上進(jìn)行。為了使操作直觀方便，一般都有動態(tài)流程圖顯示功能，操作站還可完成局部的生產(chǎn)管理工作，如打印班/日報(bào)表和用戶自己設(shè)計(jì)的工藝報(bào)表等。管理計(jì)算機(jī)：習(xí)慣上稱為上位機(jī)。它綜合監(jiān)控全系統(tǒng)的各單元，管理全系統(tǒng)的所有信息，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制和全廠的優(yōu)化管理。1.3分散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3.1適應(yīng)性和擴(kuò)展性DCS在結(jié)構(gòu)上采用了常規(guī)擴(kuò)展系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)方法，無論硬件還是軟件都可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要去靈活的組合。小規(guī)模生產(chǎn)：1~2個(gè)過程控制站和數(shù)據(jù)采集站，簡單的人機(jī)接口設(shè)備。大規(guī)模生產(chǎn)：幾十個(gè)或上百個(gè)過程控制站和數(shù)據(jù)采集站，外加高層計(jì)算站，運(yùn)行員操作站，工程師站等人機(jī)接口設(shè)備。模塊化設(shè)計(jì)決定了它的易擴(kuò)展性，可以根據(jù)生產(chǎn)過程的開展，逐漸擴(kuò)充系統(tǒng)的硬件和軟件。1.3.2控制功能完善常規(guī)控制系統(tǒng)功能硬件實(shí)現(xiàn)改變或升級功能即改變硬件配置DCS軟件實(shí)現(xiàn)具有高度靈活性和完善的控制能力改變或升級功能只需改變軟件設(shè)計(jì)現(xiàn)代DCS控制單元具有連續(xù)、離散、批量控制功能，實(shí)現(xiàn)高級控制。高級控制串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)自適應(yīng)控制系統(tǒng)前饋-反響復(fù)合調(diào)節(jié)器多變量解耦系統(tǒng)SMITH預(yù)估器1.3.3人機(jī)聯(lián)系手段—窗口功能豐富DCS人機(jī)聯(lián)系手段：采用了CRT圖形顯示和鍵盤操作。常規(guī)控制系統(tǒng)：人過程：運(yùn)行員通過各種操作器、定值器、開關(guān)、按鈕等實(shí)現(xiàn)。過程人：各種顯示儀表，記錄儀表，報(bào)警信號燈，通過它們了解生產(chǎn)過程運(yùn)行情況。DCS：人過程：鍵盤過程人：信息直接顯示在CRT屏幕上。1.3.6安裝費(fèi)用安裝費(fèi)用包括：電纜、導(dǎo)線的安裝敷設(shè)費(fèi)用，控制室電子室的建筑費(fèi)用。DCS過程控制站可以采用地理分散的方式安裝在被控過程附近，這樣就減少了變送器、傳感器、執(zhí)行器與控制系統(tǒng)之間的連接電纜，節(jié)省了導(dǎo)線電纜的安裝費(fèi)用，減少了控制系統(tǒng)在中央控制室所占用的空間。DCS安裝工作量僅為常規(guī)控制系統(tǒng)的30%~50%。DCS所需控制室的面積僅為常規(guī)控制系統(tǒng)的60%。1.3.8管理功能強(qiáng)實(shí)現(xiàn)所謂“4A〞目標(biāo)：生產(chǎn)過程自動化(PA：ProductionAutomation)；過程監(jiān)督、節(jié)能控制、平安監(jiān)督、環(huán)境監(jiān)視及生產(chǎn)方案管理等等工廠自動化(FA：FactoryAutomation)；實(shí)現(xiàn)加工、裝配、檢查、挑選、倉庫搬運(yùn)控制，設(shè)備診斷，工程過程和產(chǎn)品質(zhì)量管理實(shí)驗(yàn)室自動化(LA：LaboratoryAutomation)；辦公室業(yè)務(wù)自動化(OA:OfficeAutomation)。1.4分散控制系統(tǒng)的分散方式系統(tǒng)的分散包含了三層意思：功能分散：將一個(gè)主系統(tǒng)的控制功能分解成假設(shè)干子系統(tǒng)控制功能來完成。物理分散：整個(gè)系統(tǒng)控制功能由許多不同的物理實(shí)體〔硬件〕分散實(shí)現(xiàn)。地理分散：根本控制單元安放在就地。集散系統(tǒng)的開展目標(biāo)：應(yīng)是過程控制單元按地理位置分散于現(xiàn)場，控制一個(gè)或數(shù)個(gè)回路，即：將中央控制室中的控制功能移植到傳感器和執(zhí)行器附近的現(xiàn)場去。各控制單元的信息通過通信系統(tǒng)集中到中央操作站，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的綜合管理。分散控制的內(nèi)涵包括：分散智能〔DI:DistributedIntelligence〕過程單元本身都可以與簡單的本地顯示裝置〔或數(shù)據(jù)顯示裝置〕接口，中央操作站可以顯示全系統(tǒng)任何一個(gè)分散過程點(diǎn)全部信息。分散顯示〔DD:DistributedDisplay〕各個(gè)本地顯示操作站既可以調(diào)用其它各地顯示操作站的信息，又可以調(diào)用中央操作站的信息。?分散數(shù)據(jù)庫〔DDB:DistributedDataBase〕?分散通信功能〔DC:DistributedCommunication〕?分散供電〔DP:DistributedPower〕?分散負(fù)荷功能分散：功能分散1、單元機(jī)組級：主要實(shí)現(xiàn)與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)高層控制任務(wù)有關(guān)的控制功能，例如：單元機(jī)組主控指令的形成，單元機(jī)組負(fù)荷給定值的形成和控制，單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制；單元機(jī)組的負(fù)荷能力計(jì)算，機(jī)組自啟停的順序控制。功能分散2、功能組級：主要實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)中較高層次的順序控制和連續(xù)控制。對應(yīng)某些子系統(tǒng)：燃燒系統(tǒng)，風(fēng)煙系統(tǒng)，給水系統(tǒng)，過熱蒸汽系統(tǒng)，再熱蒸汽系統(tǒng)，上下壓旁路系統(tǒng)，凝結(jié)水系統(tǒng)。順序控制：在功能組級形成控制子功能組的啟動或停止命令。連續(xù)控制：功能組級完成某些控制回路的主控任務(wù)，向下一級控制器發(fā)出主控信號。功能分散3、子功能組級主要實(shí)現(xiàn)每個(gè)被控對象的順序控制與連續(xù)控制，許多根本的控制作用均在這一級實(shí)現(xiàn)。4、過程I/O級是分散控制系統(tǒng)與被控生產(chǎn)過程之間的橋梁，是每一個(gè)模擬量或開關(guān)量的出入口，它們直接與現(xiàn)場的變送器、執(zhí)行器、繼電器、電動裝置等現(xiàn)場設(shè)備相連。物理分散物理分散=控制分散在系統(tǒng)硬件上的反映。整個(gè)系統(tǒng)所要完成的控制任務(wù)是由許多不同的物理實(shí)體分散的實(shí)現(xiàn)的。1、層次分散型：分為2層或多層，上層控制器用以實(shí)現(xiàn)高級控制功能，下層實(shí)現(xiàn)一些根本功能。水平分散型：各個(gè)控制器在硬件結(jié)構(gòu)上處于平等地位。特點(diǎn)：硬件結(jié)構(gòu)清晰，控制器形式統(tǒng)一，便于維護(hù)和備份。由于沒有多層次的通信系統(tǒng)，所以盡管對通信系統(tǒng)的速度和容量要求較高，但是結(jié)構(gòu)比層次分散型更簡單。地理分散功能分散是由被控生產(chǎn)過程的特點(diǎn)所決定的，物理分散是由控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)所決定的。DCS的安裝布置方式有兩種：地理集中式：把所有的根本控制單元集中安裝在中央控制室或附近的電子設(shè)備室內(nèi)；地理分散式：就是把根本控制單元安裝在被控生產(chǎn)過程附近，在整個(gè)廠房內(nèi)分散布置。目前大多采用的是地理集中的分布方式。將根本控制單元分別布置在鍋爐房和汽機(jī)房的按機(jī)柜地理分散方式也逐漸推廣應(yīng)用。DDZ-I、II、III型：功能分散+物理分散+地理集中；組件組裝式：功能分散+物理分散+地理集中；計(jì)算機(jī)集中控制式：功能集中+物理集中+地理集中；計(jì)算機(jī)與模擬儀表混合：功能分散、物理分散、地理集中型。第一、二代DCS：功能分散+物理分散+地理集中；第三代DCS：功能分散+物理分散+地理適度分散或徹底分散國內(nèi)電廠DCS的應(yīng)用情況DCS自1975年出現(xiàn)，已經(jīng)歷3代的更新，幾乎每個(gè)興旺國家都有自己的產(chǎn)品。且2-3年更新一次。型號、種類難以統(tǒng)計(jì)。1985年電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院批準(zhǔn)，在望亭電廠300MW機(jī)組，選用美國西屋WDPF進(jìn)行DCS應(yīng)用試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)DAS和MCS〔模擬量控制〕功能。同期，華能國際電力開發(fā)公司在300MW機(jī)組進(jìn)口成套發(fā)電設(shè)備的時(shí)候，也隨主機(jī)進(jìn)口了以DCS為根底的控制系統(tǒng)。幾年的安裝調(diào)試，這些電廠的DCS均隨機(jī)組同時(shí)投運(yùn)。結(jié)果：能滿足大機(jī)組運(yùn)行要求，解決了用戶所擔(dān)憂的可靠性問題，開始推廣，但功能還只限于DAS，MCS，SCS〔順控系統(tǒng)〕。同時(shí)還保存了較多的模擬儀表和硬手操設(shè)備。1992年～1994年，原能源部、電力部熱工自動化領(lǐng)導(dǎo)小組〔后為國家電力公司熱工自動化領(lǐng)導(dǎo)小組〕推薦了8種先進(jìn)的DCS品種：INFI-90〔N-90〕美Bailey，北京自動化研究所合資，1989年引進(jìn)WDPF美WestingHouse,上海自動化儀表公司合資，94HIACS-3000日本日立公司，北京電子部6所合資，86MAX-1000美L&N〔利之腦〕，上海自動化儀表公司DCS分公司1991TELEPERM-ME德SIMENS,南京電力自動化設(shè)備總廠，1993I/ASERIES美FOXBORO上海儀表公司1982PROCONTROL-P瑞士ABB公司，電力部中能電力科技開發(fā)公司CONTRONIC-E德H&B〔哈特曼布朗〕四川儀表總廠1994年，國家電力部組織專家，由“中國電機(jī)工程學(xué)會，過程自動化交流中心〞牽頭，對16家電廠的5種DCS進(jìn)行了使用情況調(diào)查。1995年底專家組提出調(diào)查報(bào)告。例：損壞情況〔16個(gè)電廠17套DCS，按年平均損壞率計(jì)算〕INFI-905個(gè)廠模件1.74%外設(shè)2.8%WDPF5個(gè)廠模件5.86%外設(shè)3.08%H-30003個(gè)廠模件0.5%外設(shè)0%T-ME2個(gè)廠模件8.2%外設(shè)2.35%MAX-10002個(gè)廠模件2.8%外設(shè)11.85%95年后，一些大型DCS生產(chǎn)廠家〔特別是8種以外〕加緊了對我國的市場拓展，紛紛在價(jià)格、性能等方面進(jìn)行調(diào)整，其中包括HoneyWell.97.8.24電力部熱工自動化領(lǐng)導(dǎo)小組召開了第6次會議：總結(jié)DCS試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)抓好擴(kuò)大試點(diǎn)。在單機(jī)600MW和“按新廠新模式管理〞的單機(jī)300MW機(jī)組上采用DCS堅(jiān)持DEH與FSSS宜獨(dú)立配置，可用DCS實(shí)現(xiàn)，也可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。不強(qiáng)調(diào)三者的一致性。更不強(qiáng)求沒有DEH和FSSS業(yè)績的DCS供給商在提供DCS的同時(shí)提供這兩套系統(tǒng)。推薦使用國產(chǎn)化DEH和FSSS加快電氣納入DCS的工程試點(diǎn)對推薦的8套DCS實(shí)行動態(tài)管理DCS的典型例如網(wǎng)絡(luò)體系HS2000系統(tǒng)是一個(gè)三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，三層網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)系統(tǒng)分為管理級、操作級及現(xiàn)場級，根據(jù)不同的系統(tǒng)規(guī)?？蛇M(jìn)行靈活配置。(1)管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)MNET管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)是HS2000系統(tǒng)的最高一級網(wǎng)絡(luò)，其功能為完成不同裝置之間的協(xié)調(diào)控制、數(shù)據(jù)通信；企業(yè)內(nèi)多組裝置的管理數(shù)據(jù)通信；大型工業(yè)過程不同局部間的協(xié)調(diào)控制。通信介質(zhì)采用光纖或同軸電纜。(2)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNETSNET是系統(tǒng)連接工程師站、操作員站和現(xiàn)場控制站等節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)。其冗余結(jié)構(gòu)、熱備份工作，保證在任何一網(wǎng)絡(luò)失效的情況下不影響系統(tǒng)通信。功能為完成現(xiàn)場控制站向操作員站傳輸數(shù)據(jù)；各現(xiàn)場控制站間的數(shù)據(jù)傳遞，以滿足大范圍協(xié)調(diào)控制的需要；操作員站和工程師站向現(xiàn)場控制站傳遞組態(tài)數(shù)據(jù)或控制指令；保持各操作員站之間數(shù)據(jù)的一致性。(3)控制網(wǎng)絡(luò)CNET現(xiàn)場控制站內(nèi)各個(gè)I/O組件之間及各組件內(nèi)部的各模板之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系采用了網(wǎng)絡(luò)通信，而不是傳統(tǒng)的并行總線。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是各I/O模板之間相對獨(dú)立，其中的某塊模板出現(xiàn)故障只影響本板而不會影響其它模板。而在過去的并行總線結(jié)構(gòu)中，如果某塊模板出現(xiàn)故障，特別是總線接口局部出現(xiàn)故障，那么故障很難隔離，經(jīng)常導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。操作站體系〔1〕工程師站HS2000系統(tǒng)的工程師站用于對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行功能組態(tài)，組態(tài)數(shù)據(jù)下裝，亦可兼作操作員站。工程師站上運(yùn)行一套在MS-Windows圖形界面下的全方位的漢化組態(tài)軟件,為用戶提供一個(gè)靈活、方便、全面的工程平臺,以實(shí)現(xiàn)用戶的各種控制策略。工程師站硬件也可不單獨(dú)配置，而由系統(tǒng)中的任何一臺操作員站代替?！?〕操作員站HS2000系統(tǒng)的操作員站使操作人員能通過專用薄膜鍵盤或軌跡球靈活、方便、準(zhǔn)確地監(jiān)視過程量，以及根據(jù)流程變化調(diào)整過程參數(shù)等。操作員站采用開放結(jié)構(gòu)，選用高可靠工業(yè)控制機(jī)，配以其它設(shè)備，組成一個(gè)完整的操作員站系統(tǒng)?！?〕歷史站在歷史站上運(yùn)行著HS2000-Plus系統(tǒng)的歷史效勞器軟件。歷史站上保存了整個(gè)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，可完成對歷史數(shù)據(jù)的收集、存儲和發(fā)送。當(dāng)操作員站通過歷史網(wǎng)絡(luò)向歷史站發(fā)出歷史數(shù)據(jù)申請時(shí)，歷史站將歷史數(shù)據(jù)發(fā)送給操作員站?！?〕現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站是HS2000系統(tǒng)直接與現(xiàn)場打交道的、大規(guī)模的I/O處理系統(tǒng),是一個(gè)具有信號采集、回路調(diào)節(jié)、邏輯聯(lián)鎖、順序控制及本地操作功能的現(xiàn)場控制設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場的不同需求，用戶可對現(xiàn)場控制站進(jìn)行靈活配置，以實(shí)現(xiàn)下述功能：?以過程控制為主,輔以順序邏輯控制；?以順控邏輯、連鎖控制功能為主體的現(xiàn)場控制裝置；?構(gòu)成一個(gè)對大批過程信號進(jìn)行總體信號采集的現(xiàn)場采集站；?現(xiàn)場控制站上可配置本地操作員操作接口，實(shí)現(xiàn)本地操作；?提供了與其它現(xiàn)場智能設(shè)備如PLC、智能儀表、智能調(diào)節(jié)儀表等的接口?？删S護(hù)體系現(xiàn)場控制站的所有模板上均帶有CPU，每板均周期性地進(jìn)行自診斷；診斷包括CPU、內(nèi)存等自檢；開關(guān)量輸出、回讀比較自檢；模入通道采用雙通道輸入，將結(jié)果進(jìn)行比較，判斷模入通道的正確性；系統(tǒng)具有熱偶信號的斷偶檢查功能；模出通道采用雙通道輸出，硬件自動比較輸出結(jié)果一致性，進(jìn)行自檢。電流輸出通道具有自動斷線自檢功能。系統(tǒng)的網(wǎng)上每秒進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)檢測。在故障指示齊全，所有模板上均有多個(gè)指示燈，包括運(yùn)行燈、故障燈、網(wǎng)絡(luò)通信燈等。翻開機(jī)柜，各板運(yùn)行狀態(tài)一目了然。在操作員站上，可隨時(shí)調(diào)出系統(tǒng)狀態(tài)圖，從中可看各站、板的運(yùn)行狀態(tài)；所有模板(主控制器、AI、AO、DI、DO等)均可帶電拔插；I/O信號與I/O接口板是通過總線底板連接的，換板時(shí)不涉及接線的變動。軟件體系分為工程師站組態(tài)軟件、操作員站實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件及現(xiàn)場控制站實(shí)時(shí)控制軟件三大局部。三局部軟件分別運(yùn)行于系統(tǒng)不同層次的硬件平臺上,并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)通迅軟件,彼此互為配合、互為協(xié)調(diào),交換各種數(shù)據(jù)及管理、控制信息,完成整個(gè)集散系統(tǒng)的各種功能。1.5分散控制系統(tǒng)的開展1、DCS的體系結(jié)構(gòu)自律：自律可控性：指任何一個(gè)子系統(tǒng)故障時(shí)，其余子系統(tǒng)的控制器可隨意控制系統(tǒng)的各個(gè)狀態(tài)變量。自律可協(xié)調(diào)性：指任何一個(gè)子系統(tǒng)故障時(shí)，其余子系統(tǒng)的控制器可協(xié)調(diào)各控制器彼此不同的控制目標(biāo)。滿足以上兩點(diǎn)的系統(tǒng)稱為“自律分散系統(tǒng)〞。比較：1、傳統(tǒng)層次分散系統(tǒng)上位子系統(tǒng)故障時(shí)，下位子系統(tǒng)之間不能協(xié)調(diào)，但是下位子系統(tǒng)仍舊保存局部信息，可進(jìn)行局部控制。具備自律可控性，不具備自律可協(xié)調(diào)性。2、傳統(tǒng)水平分散系統(tǒng)局部系統(tǒng)不工作時(shí)，剩余的子系統(tǒng)間可進(jìn)行協(xié)調(diào)。但因不工作的子系統(tǒng)喪失功能，不能與其他子系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，其余子系統(tǒng)也不能對其進(jìn)行控制。具備自律可協(xié)調(diào)性，不具備自律可控性。3、集中式系統(tǒng)只有一個(gè)控制器，無自律可協(xié)調(diào)性和自律可控性。自律分散系統(tǒng)的關(guān)鍵在于提高子系統(tǒng)本身的自律性。自律性的實(shí)現(xiàn)：依賴于各子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)場DF〔datafield〕掌握整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)，并依系統(tǒng)總體狀態(tài)進(jìn)行和自組織。強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)的均質(zhì)性、局域性、自含性。均質(zhì)性：每個(gè)子系統(tǒng)都具有相同的成分，子系統(tǒng)之間可相互替換，且不存在任何主從關(guān)系。局域性：每個(gè)子系統(tǒng)只依靠當(dāng)?shù)匦畔⒕涂晒芾碜陨?，并與其他子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)。自含性：每個(gè)子系統(tǒng)本身都含有管理自身和其他子系統(tǒng)協(xié)調(diào)的功能。自律分散系統(tǒng)特點(diǎn)：沒有中央操作系統(tǒng)和中央?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)。自律控制器ACP〔AutonomousControlProcessor〕負(fù)責(zé)管理與協(xié)調(diào)功能2、分散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能傳統(tǒng)的DCS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍上至廠級管理信息系統(tǒng)，下至過程控制站的I/O子系統(tǒng)。最終實(shí)現(xiàn)以現(xiàn)場總線為根底的底層網(wǎng)Infranet以局域網(wǎng)為根底的企業(yè)網(wǎng)Intranet以廣域網(wǎng)為根底的互聯(lián)網(wǎng)InternetHS2000系列DCSHS2000系統(tǒng)是—套分層分布式的綜合控制系統(tǒng)，它通過多層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將各種不同的設(shè)備掛接在—起，實(shí)現(xiàn)各局部信息共享和協(xié)調(diào)工作，從而完成綜合控制與管理功能。系統(tǒng)適用于生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)裝置或生產(chǎn)過程以及工廠、企業(yè)的綜合生產(chǎn)過程管理和控制。

HS2000系統(tǒng)為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)不同層次和規(guī)模的控制和管理任務(wù)，這種分層結(jié)構(gòu)大大提高了系統(tǒng)的整體可靠性和效率，也使得系統(tǒng)的配置更為靈活，適用于各種規(guī)模的控制和管理場合。HS2000系統(tǒng)根本構(gòu)成單元(1)現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站主要由主控組件和輔助組件構(gòu)成。主控組件包括主控模板、I/O模板、系統(tǒng)電源模板、總線底板和插件箱。輔助組件除不包括主控模板外，其余局部和主控組件一樣。現(xiàn)場控制站主要完成現(xiàn)場信號的輸入輸出及問路的控制。一個(gè)現(xiàn)場按制站由一個(gè)主控組件及0—3個(gè)輔助組件構(gòu)成。(2)操作員站操作員站由工控機(jī)(IPC)及操作員站軟件構(gòu)成，它主要完成系統(tǒng)與操作員之間的人機(jī)界面功能，包括現(xiàn)場狀態(tài)的顯示、報(bào)警、報(bào)表及操作命令的執(zhí)行等功能。(3)工程師站工程師站由IBMPC兼容微機(jī)及工程師組態(tài)軟件構(gòu)成，它主要完成HS2000系統(tǒng)的配置、控制回路組態(tài)及下裝目標(biāo)運(yùn)行系統(tǒng)到操作員站和現(xiàn)場控制站的功能。工程師站中裝載了操作員站軟件后也可以作為操作員站使用。HS2000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(1)管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)MNETMNET為HS2000系統(tǒng)的最高一級網(wǎng)絡(luò)，配置在HS2000L大型系統(tǒng)中功能如下：?完成不同裝置之間的協(xié)調(diào)控制、數(shù)據(jù)通信；?企業(yè)內(nèi)多組裝置的管理數(shù)據(jù)通信；?大型工業(yè)過程不同局部間的協(xié)調(diào)控制；?MNET為開放式標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)絡(luò)，采用諸如TCP／IP、Ethemet等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及Novell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；?通信介質(zhì)采用光纖或同軸電纜；?通信速率不低于10Mbps；?通信距離數(shù)公里--20公里。(2)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNETSNET是連接HS2000系統(tǒng)中操作員站、I／O站和工程師站的干網(wǎng)，配置在HS2000M中型系統(tǒng)中，應(yīng)用于中等規(guī)模裝置的控制系統(tǒng)，功能如下：?由I／O現(xiàn)場控制站向操作員站的數(shù)據(jù)傳輸；?各I／O現(xiàn)場控制站間的數(shù)據(jù)傳遞，以滿足大范圍協(xié)調(diào)控制的需要；?操作員站和工程師站向現(xiàn)場I／O控制