集散控制系統(tǒng)概述

集散控制系統(tǒng)（Distributated Control System，DCS)是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)、將分散型控制裝置、通信系統(tǒng)、集中操作與信息管理系統(tǒng)綜合在一起的新型過程控制系統(tǒng)。1975年*套集散控制系統(tǒng)的問世，標(biāo)志著過程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)劃時(shí)代的進(jìn)步。目前，集散控制技術(shù)已發(fā)展成為過程計(jì)算機(jī)控制的主流技術(shù)之一。因此，學(xué)習(xí)、研究與應(yīng)用集散控制技術(shù)，是過程控制工程技術(shù)人員面臨的重要任務(wù)之一。

集散控制系統(tǒng)的主干與核心是基于計(jì)算機(jī)的控制裝置和通信網(wǎng)絡(luò)。本節(jié)將介紹集散控制系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)與基本構(gòu)成、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)類型以及集散控制系統(tǒng)在過程控制中的應(yīng)用等。

1.集散控制系統(tǒng)的基本概念

基于工業(yè)過程計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)按總體結(jié)構(gòu)可分為集中型控制、分散型控制和集散型控制三大類。

(1)集中型過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)大型生產(chǎn)裝置或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和管理，計(jì)算機(jī)、指示器、記錄儀等安裝在中央控制室中，現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器等通過電纜或雙絞線與之相連，計(jì)算機(jī)采集過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算并發(fā)出控制信號(hào)，以這種方式構(gòu)成的過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)稱為集中型過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

集中型過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)與維護(hù)，但存在如下嚴(yán)重缺點(diǎn)：

1) 系統(tǒng)主機(jī)過于龐大，一旦出現(xiàn)故障，影響全局，可靠性差。

2) 用一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成多種不同的任務(wù)，實(shí)時(shí)性差，效率低。

3) 信息源（檢測(cè)點(diǎn)）和執(zhí)行器距離主機(jī)遠(yuǎn)，傳輸信息的線路費(fèi)用高。

4) 缺乏靈活性與可擴(kuò)展性。

(2) 分散型過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分散型過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)安裝在現(xiàn)場(chǎng)附近，就地實(shí)現(xiàn)各回路的控制與管理，在布局上形成一種按地理位置分散的控制結(jié)構(gòu)。而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理與操作，則需要技術(shù)人員巡回進(jìn)行。

(3) 集散型過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集散型過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)吸取了 “集中型”與 “分散型”的優(yōu)點(diǎn)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作和管理，而將控制功能分散到現(xiàn)場(chǎng)的一種過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。圖9-1示出了它的組成結(jié)構(gòu)框 圖。

如圖9-1所示，集散型控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可以由分散控制裝置、集中操作與管理系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三部分組成。

1) 分散控制裝置是基于微處理器的過程控制單元（process control unit，PCU),亦稱現(xiàn)場(chǎng)控制單元（field control unit, FCU)。它由各類多回路控制器、批量控制器以及數(shù)據(jù)采集裝置等組成，是DCS與生產(chǎn)過程的接口部分。分散控制裝置按地理位置分散于工廠的各個(gè)控制現(xiàn)場(chǎng)，分別獨(dú)立地控制一個(gè)或多個(gè)回路。每個(gè)控制單元具有幾十種甚至上百種運(yùn)算功能，可獨(dú)立地對(duì)各個(gè)回路進(jìn)行簡(jiǎn)單或復(fù)雜的控制。據(jù)此，一個(gè)由成百上千個(gè)回路組成的、全場(chǎng)范圍的復(fù)雜大型過程控制系統(tǒng)就被分散到許多現(xiàn)場(chǎng)控制單元或單元控制室。在單元控制室中設(shè)有本地操作站。

2) 集中操作和管理系統(tǒng)主要由系統(tǒng)操作站、各種管理單元和管理計(jì)算機(jī)組成。系統(tǒng)操作站是系統(tǒng)的人/機(jī)接口，習(xí)慣上也稱為系統(tǒng)與操作管理人員的界面。

3) 通信系統(tǒng)是DCS各單元（亦稱工作站）的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。全廠范圍的中央控制室可通過通信系統(tǒng)匯集分散在各過程控制單元或單元控制室的信息，從而實(shí)現(xiàn)信息綜合與集中管理。圖9-2說明 了以上三部分的關(guān)系。

從技術(shù)的角度，集散控制系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和過程控制技術(shù)，采用了多級(jí)分層的結(jié)構(gòu)形式。它不但繼承和發(fā)展了常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，而且還彌補(bǔ)了它們各自的不足。它以嶄新的結(jié)構(gòu)體系、*技術(shù)面貌、復(fù)雜的信息處理能力和*風(fēng)格的控制方式應(yīng)用于過程控制的各個(gè)領(lǐng)域，已成為當(dāng)前乃至今后一段時(shí)間內(nèi)過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的主流之一。

2.集散控制系統(tǒng)的功能

(1) 數(shù)據(jù)采集功能該功能可將生產(chǎn)過程中的大量過程參數(shù)，以數(shù)字信號(hào)的形式定時(shí)采集到計(jì)算機(jī)中，并將有用信號(hào)通過通信網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)發(fā)送，由各操作站的計(jì)算機(jī)按預(yù)定要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算和處理，并進(jìn)行CRT顯示、報(bào)警、存儲(chǔ)或打印等。

(2) 監(jiān)視操作功能該功能可將生產(chǎn)過程的各種數(shù)據(jù)及變化趨勢(shì)以各種不同的圖形 (如模擬圖、棒形圖、曲線圖、相關(guān)圖等）進(jìn)行畫面顯示，還可進(jìn)行制表打印（如定時(shí)制表 打印、隨機(jī)打印）等。

(3) 過程控制功能DCS的過程控制功能分為開環(huán)和閉環(huán)兩大類。被控過程的輸入、 輸出信息可以是連續(xù)的，也可以是離散的，但其控制方式則為直接數(shù)字控制（direct digital control，DDC) 。