4.3.2 集散控制系统(Distributed Control System,DCS)
1.DCS概况
DCS亦称分散控制系统,前者更符合其本质含义及体系结构。这是因为其本质是采用分散控制和集中管理的设计思想、分而自治和综合协调的设计原则,并采用层次化的体系结构。其基本构成是直接控制层和操作监控层,另外可以拓展生产管理层和决策管理层。DCS是以DDC系统为基础,集成了多台操作、监控和管理计算机,形成了层次化的体系结构,构成了集中分散型综合控制系统。
2.DCS主要组成
随着DCS的发展,工业上的应用越来越广泛。应用领域不同,其结构、内容及特点也有区别,但主体结构大体相同,主要由人机接口、现场控制站、通用计算机接口、上位机、通信网络五大部分构成。
(1)人机接口 它主要包括操作员接口和工程师接口。利用操作员接口可实现对工艺过程运行的监视和操作,其通过通信网络与现场控制站连接;利用工程师接口可实现对控制功能的组态,其直接与现场控制站连接。
(2)现场控制站 它是DSC的核心部分,DCS依靠它实现对现场过程信号进行输入、输出、数据采集、反馈控制和顺序控制等。
(3)通用计算机接口 它主要用于DCS与通用计算机连接通信,从而完成更高层次的控制和管理。
(4)上位机 它主要是实现高层次的优化管理,在优化控制、成本管理与控制等单元中使用。
(5)通信网络 它主要用于连接各个站点,以便进行相互通信、交换数据。(https://www.daowen.com)
3.DCS特点及优点
DCS问世以来,其随着计算机、控制、通信和屏幕显示技术的发展而发展,并一直处于上升发展状态,广泛地应用于工业控制的各个领域。究其原因是DCS有一系列特点和优点,主要体现在以下六个方面:分散性和集中性,自治性和协调性,灵活性和扩展性,先进性和继承性,可靠性和适应性,友好性和新颖性。
(1)分散性和集中性 DCS分散性的含义是广义的,不单是控制分散,还包括地域分散、设备分散、功能分散和危险分散。分散的目的是使危险分散,进而提高系统的可靠性和安全性。DCS的集中性是指集中监视、集中操作和集中管理。分布式DCS是集中性的具体体现,利用通信网络把物理分散的设备组成统一的整体,利用分布式数据库实现全系统的信息集成,进而达到信息共享的目的。因此,它可以同时在多台操作员站上实现集中监视、集中操作和集中管理。当然,操作员站的地理位置不必强求集中。
(2)自治性和协调性 DCS的自治性是指系统中的各台计算机均可独立工作,例如,控制站能自主地进行信号输入和输出、运算和控制;操作员站能自主地实现监视、操作和管理;工程师站的组态功能更为独立,既可在线组态,也可离线组态,甚至可以在与组态软件兼容的其他计算机上组态,形成组态文件后再装入DCS运行。DCS的协调性是指系统中的各台计算机通过通信网络互联在一起,相互传送信息,相互协调工作,以实现系统的总体功能。DCS的分散性和集中性、自治性和协调性不是互相对立的,而是互相补充的。DCS中的分散是相互协调的分散,各台分散的自主设备是在统一集中管理和协调下各自分散独立工作,构成了统一的有机整体。正因为有了这种分散和集中的设计思想、自治和协调的设计原则,DCS才获得进一步发展,并得到广泛的应用。
(3)灵活性和扩展性 DCS软件采用模块式结构,其提供输入、输出和运算功能块,可灵活地组态构成简单、复杂的各类控制系统。另外,还可以根据生产工艺和流程的改变,随时修改控制方案,在系统容量允许的范围内,只需要通过组态就可以构成新的控制方案,而不需要改变硬件配置。
(4)先进性和继承性 DCS综合了“4C”(计算机、控制、通信和图形显示)技术,并随着“4C”技术的发展而发展。也就是说,DCS的硬件采用先进的计算机技术、通信技术和图形显示技术;软件采用先进的操作系统、数据库网络管理和算法语言;算法采用自适应、预测、推理、优化等先进的控制算法,建立生产过程数学模型和专家系统。DCS问世以来,其更新换代比较快,几乎一年一更新。当出现新型DCS时,老式DCS作为新型DCS的一个子系统继续工作,新、老DCS之间还可以相互传递信息。这种DCS的继承性为用户消除了后顾之忧——因为新、老DCS之间的不兼容给用户带来经济上的损失。
(5)可靠性和适应性 DCS的分散性导致系统的危险分散,因而提高了系统的可靠性。DCS采用了一系列容错与冗余技术,如控制站主机、I/O板、通信网络和电源灯均可双重化,并采用热备份工作模式自动检查故障,一旦出现故障立即自动切换。DCS安装了一系列故障诊断与维护软件,实时检查系统和软件故障,并采用工作屏蔽技术使工作影响尽可能小。DCS采用高性能的电子器件、先进的生产工艺和各项干扰技术,可使DCS能够适应恶劣的工作环境。DCS设备的安装位置可适应生产装置的地理位置,尽可能满足生产的需要。DCS的各项功能可适应现代化大生产的控制和管理要求。
(6)友好性和新颖性 DCS为操作人员提供了友好的人机界面。操作员站采用色彩阴极射线管(Cathode Ray Tube,CRT)显示器或液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)和交互式图形画面,常用的画面有总貌、组、点、趋势、报警、操作指导和流程图画面等。采用图形窗口、专用键盘、鼠标器或球标器等,操作简便。DCS的新颖性主要表现在人机界面,采用动态画面、工业电视、合成语音等多媒体技术,图文并茂,形象直观,使操作人员有身临其境之感。