DCS集散控制系统了解

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1、DCS集散控制系统介绍DCS的定义DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System),在国内自 控行业又称之为集散控制系统。DCS，即所谓的分布式控制系统，或在有些资 料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系 统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS 和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算 机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制 (Contro 1)

2、等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、 组态方便。)它的发展大体分为三个阶段:第一阶段：1975-1980年，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1) 采用微处理器为基础的控制单元，实现分散控制，有各种各样的算法， 通过组态独立完成回路控制，具有自诊断功能2) 采用带CRT显示器的操作站与过程单元分离，实现集中监视，集中操3) 采用较先进的冗余通信系统第二阶段：19801985.，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1) 微处理器的位数提高，CRT显示器的分辨率提高2) 强化的模块化系统3) 强化了系统信息管理，加强通信功能第三阶段，1885年以后，集散系统进

3、入第三代，其技术特点表现为：1) 采用开放系统管理2) 操作站采用32位微处理器3) 采用实时多用户多任务的操作系统进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了 DCS 之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵 活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅 猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统 的主角。DCS在国内外的发展与应用状态1975年美国最大的仪表控制公司Honeyw ell首次向世界推出了它的综合 分散控制系统 TDC2000 ( Toal Distributed Contro

4、l -2000),这一系统的发表，立 即引起美国工业控制界高度评价，称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大 公司也纷纷仿效，推出了一个又一个集散系统，从此过程控制进入了集散系统的 新时期。在此期间有日本横河公司推出的CENTUM ,美国泰勒仪表公司的MOSE , 费雪尔公司的DCE 400,贝利公司的N 90,福克斯波罗公司的Cpectrum和 德国西门子公司的Telepermm。随着计算机特别是微型计算机与网络技术的飞速发展,加上各制造商的激 烈竞争，使DCS很快从70年代的第一代发展到90年代初的第三代DCS。尽 管在这之前的集散系统的技术水平已经很高，但其中存在着一个最主要的弊病 是

5、：各大公司推出的几十种型号的系统，几乎都是本公司的专利产品，每个公司 为了保护自身的利益，采用的都是专利网络，这就为全厂、全企业的管理带来问 题。随着计算机的发展与网络开发使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术, 80年代末许多公司推出新一代的集散系统，其主要特征是新系统的局部网络采 用MA P协议；引用智能变送器与现场总线结构；在控制软件上引入PLC的顺 序控制与批量控制，使DCS也具有PLC的功能。至90年代初各国知名的DCS有:3000, Bailey的IN F I90,Ro semoun t的 RS一3, W est Hoo se 的 WDPF, L eeds &Non th rup

6、的 MAX1000,Foxbo ro 的 IoA S,日本横河的CEN TUM。这里所提到的均为大型的DCS,为了适应市场的 需要各厂商也开发了不少中小型的DCS系统如S9000,MAX2, LXL ,A 2 PACS等等。目前国内DCS主要有：新华XDPS,鲁能的LN2000,国电智深DCS,中控 DCS,和利时DCS,浙江中自等。国外的有 西屋(艾默生)ovation、FOXBORO、 ABB、西门子PCS7、霍尼韦尔、横河DCS等。DCS具有以下特点：(1) 高可靠性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结 构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧

7、失。 此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能 采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得 至U提咼。(2) 开放性DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计 算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将 新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算 机的工作。(3) 灵活性 通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定 测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图 形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的

8、控制 系统。(4) 易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特 点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下 在线更换，迅速排除故障。(5) 协调性各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享， 协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。(6) 控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一 体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入 所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、 操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的 服务器、工业控

9、制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由 分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网 络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作 管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的 发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级 的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。DCS简单知识问答1、什么是DCS?DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自 控行业又称之为集散控制系统。2、DCS有什么特点？DCS是计算机技术、

10、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个 控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网 络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收 集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控 制集中管理。3、DCS的结构是怎样的？从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、 I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作 员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系

11、统 较少。4、DCS的控制程序是由谁执行的？DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。5、过程控制站的组成如何？DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU （中央处理器）、 网络接口和I/O组成6、I/O是什么？控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O 般是模 块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调 节阀）。7、什么是I/O单元？通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。 CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只 用来摆

12、放I/O模块的机架就是I/O单元。8、I/O单元和CPU单元是如何连接的？I/O单元与CPU是通过现场总线连接的。9、什么是现场总线？现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络，它不仅包含有过程控制信息交 换，而且还包含设备管理信息的交流。通过现场总线，各种智能设备（智能变送 器、调节法、分析仪和分布式I/O单元）可以方便地进行数据交换，过程控制 策略可以完全在现场设备层次上实现。目前，使用较多的现场总线主要是 FUNDATION fieldbus基金会现场总线（FF总线）和PROFIBUS现场总线。应用现 场总线技术可以将各种分布在控制现场的相关智能设备和I/O单兀方便的连接 在一起，构成控

13、制系统，这种结构已经成为DCS发展的趋势。10、我公司应用的系统中采用什么现场总线？我公司目前应用的系统主要是SIEMENS的S7和ABB的Freelance2000，其中使 用的现场总线是PROFIBUS。11、表述网络传输速度的单位是什么？表述网络传输速度一般以波特率（Bps ）为单位，其含义是每秒钟传输的二进制 数的位数。不同的网络一般波特率不同，相同的网络采用不同的网络电缆也可以 达 到不同的特率。例如：PROFIBUS现场总线在以双绞线作为网络电缆时通讯速 度为1.5KBps，采用光缆时可以12MBps。采用普通双绞线的以太网传输速度为 10MBps，采用光缆时可以达到100MBps

14、。另外，传输距离的长短会影响传输速度, 一般来说，距离越长，速度越慢。12、什么是组态？通过专用的软件定义系统的过程就是组态（configuration）。定义过程站各模 块的排列位置和类型的过程叫过程站硬件组态；定义过程站控制策略和控制程序 的过程叫控制策略组态；定义操作员站监控程序的过程叫操作员站组态；定义系 统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。13、我公司的操作员站和工程师站采用什么操作系统？目前，我公司操作员站和工程师站采用的操作系统是中文Windows NT。14、什么是PLC?PLC就是可编程逻辑控制器。15、PLC能用于过程控制吗？早期的PLC只是用来完成一些电气逻辑控制和

15、开关量，现在的PLC在性能上，特 别是对模拟信号的处理能力上已经大大提高，因此现在PLC是可以用于过程控制 的。16、什么是模拟量和数字量？模拟量是指连续变化的信号（如420mA,05v）；数字量是只有开关状态的信号。17、I/O信号是如何分类的？常用的I/O信号一般分为：Al、AO、DI和DO。AI模拟量输入信号AO模拟量输出信号DI-数字量输入信号DO-数字量输出信号18、什么是DCS的开放性？DCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接，并获 取其信息的性能。这种连接主要是通过网络实现的，采用通用的、开放的网络协 议和标准的软件接口是DCS开放性的保障。我公司目前

16、采用的DCS系统有很好的 开放性。19、什么是系统冗余？在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统 冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工 作 的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从 而保证了系统不间断工作。通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电 源冗 余。在极端情况下，一些系统会考虑全系统冗余，即还包括I/O冗余。20、什么是I/O余量？与冗余不同，I/O余量只是系统中I/O数量大于应用的要求，这种余量只是数量 上的，主要目的是使系统今后有继续加入控制信号的可能。首先，DCS和PLC之间有什么不同？1、从发展