集散控制系统原理及应用

集散控制系统

摘要：集散控制系统（DCS）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统。本文阐述了DCS系统的产生背景、基本组成、技术特点及发展现状与展望。列举了DCS系统在工业生产中的部分应用。

关键词：集散控制系统，发展，特点，应用

1.引言：

集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制盒计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，即实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用[1]。

2. 集散控制系统的产生背景

最初的工业过程控制是通过单元组合仪表采用原始分散控制,各控制回路相互独立,其优点是某一控制回路出现故障时,不影响其它回路的正常工作,缺点是硬件过多,自动化程度不高,难以实现整个系统的最优控制。随后出现集中控制,它是通过计算机将控制回路的运算、控制及显示等功能集于一身,其优点是硬件成本较低,便于信息的采集和分析,易实现系统的最优控制,缺点是危险集中,局部出现故障会影响整体。鉴于以上原因,人们开始研究集中分散控制,随着控制技术、计算机技术、通信技术、图像显示技术的发展，70年代中期吸收原始分散控制和集中控制两者优点,克服其缺点的集中分散控制系统诞生了[2.3]。进入90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。

火电厂集散控制系统的应用

火电厂生产工艺比较复杂，且各子项系统存在密切联系，如果其中任何一个环节出现问题，均会对整个生产效果产生影响。为提高生产工艺运行稳定性，面对设备仪器的快速更新，可以应用新型技术，建立完善控制系统，消除常规人工模式中存在的缺陷，提高电力调度管理的高效性。集散控制系统在火电厂中的应用，需要结合生产特征，确定技术研究要点，做好每个细节控制，从根本上来提高系统控制效果。本文对集散控制系统在火电厂中的应用进行了简要分析。

标签：火电厂；集散控制在系统；自动化

集散控制系统在火电厂中应用技术已经相对成熟，主要是通过计算机来实现对整个生产工艺流程的控制，减少运行故障的发生。整个控制系统将计算机局域网作为基础，具有高可靠性网络型控制系统，实现锅炉、汽机等热力设备的控制管理、数据采集以及安全监控。通过集散控制系统可以随时掌握各子系统运行状态，及时确定可能会出现的故障，并采取措施进行优化，提高生产过程的可靠性与安全性。

1 集散控制系统分析

集散控制系统主要包括现场级、控制级、监控级与管理级四部分组成，各部分所负责内容不同，相互之间共同作用来完成对过程现场的控制任务，然后根据控制对象特性以及实际情况，确定顺序控制、程序控制以及模拟量控制等。其中，数据采集需要由专门的仪器来完成，包括现场控制信息以及被控过程信息。控制器和数据采集器通过对信号预处理后，由数据通道传输给上级计算机和CRT操作站，然后监控级与各控制器进行协调作业，实现控制过程动态的最优化[1]。而管理级具有管理与监控功能，可以实现对被控对象的监控，并根据管理需求编制成本计划，实现设备与人员的共同管理。且可以对被控对象进行静态最优化和综合自动化管理，为一种分级递阶结构，采取分层次控制管理的方式，来达到既定的管理效果。

2 集散控制系统在火电厂中应用特点

2.1 控制能力

应用集散控制系统对火电厂生产工艺流程进行管理，所有控制功能均由计算机软件来完成，这样不仅可以完成常规控制系统功能，还可以完成各种复杂优化控制算法、逻辑推理以及逻辑判断要求，进而能够更好的提高生产系统的可靠性。

- 1 - 集散控制系统的发展及应用现状

The Development and Application Status of Distributed Control System

摘要：本文介绍了集散控制系统（DCS）的发展，分析了DCS在我国的应用现状。结合DCS的技术特点和新技术的发展，指出新一代DCS是集过程控制、信息管理、开放式网络交互等于一身的自动化信息平台。

关键词：计算机控制；集散控制系统；现场总线；网络通信

Abstract ：The article introduces the development of DCS(distributed control system) , and analyzes its

application status in China．Combining the technical character of DCS and the development of new technology,

the article indicates the new DCS is an automation and information united platform with process control、information management、open network communication．

Key words：Computer control；Distributed control system；Fieldbus；Network communication

引言

上世纪70年代工业的发展使生产过程日益复杂，规模更加扩大，在生产中采用传统的计算机集中控制系统，计算机一旦出现故障，就会使整个系统瘫痪、生产停产的严重事故,其可靠性、稳定性较差，为提高系统的可靠性和稳定性，满足生产过程控制中分散风险的要求，美国、日本及欧洲等国开始研制集散型控制系统(DCS)。DCS自1975年问世以来，受到微电子技术的飞速发展以及生产过程管理控制的双重作用下，虽然系统的体系结构没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。DCS综合了计算机技术、通信技术和过程控制技术，在当今现代化生产过程控制中起着重要的作用。

填空1.1975年，世界上第一套集散控制系统由Honeywell公司首先向市场推出，其型号是TDC2000。2. 操作站的基本功能包括显示、操作、报警、系统组态、系统维护和报告生成。3. OSI参考模型的七层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。4.TDC3000系统中，一条LCN网最多可连40个模块，通过扩大器可连645个模块。5. CS3000系统主要由操作站、现场控制站、工程师站、通信总线和通信网关等部分组成。6 .MACS现场控制站由控制机笼、主控制器、电源模块、智能I/O模块、端子模块、通信网络、控制机柜等部分组成。7. 现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构和计算机局部网络的底层控制网络。8. 典型的现场总线有Profibus、CAN、FF等。9.

现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器和现场总线-电流变换器等。10.

PROFIBUS现场总线的组态软件是STEP711。11. 计算机控制系统由工业控制机和

生成过程两大部分组成。12. 计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为工业控制机控制系统、PLC控制和单片机控制。13. 集散控制系统是计算机技术、控制技术、显示技术和通信技术相结合的产物。14. 计算机网络的拓扑结构主要有总线型、星型、环型、 树型和网状型。15. JX-300X集散控制系统控制站卡件有主控制卡、数据转发卡和I/O卡。16. JX-300X DCS的基本组态软件是sckey，实时监控软件是Advantrol/Advantrol-Pro17. 现场控制站的基本功能包括反馈控制、逻辑控制、 顺序控制、批量控制、数据采集与处理和数据通信。18.

TPS集散控制系统的网络类型主要有工厂信息网路PIN、TPS过程控制网络TPN和万能控制网络UCN。19. TDC3000集散控制系统的万能控制网UCN上挂接着过程管理站PM、先进过程管理站APM、万能控制网络UCN等。20. CS3000集散控制系统的FCS有标准型、扩展型和紧凑型三种。21. MACS通信网络主要分系统网络SNET、监控网络MNET和企业管理网ENET层次。22. 计算机控制系统按其结构不同可分为集中结构和 分散结构两大类。23. 集散控制系统由工业控制机、通信网络和现场检测控制设备三大部分组成。24. 常用的通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。25. 集散控制系统又称为分散控制系统英文简称DCS，现场总线控制系统简称为FCS。26. 集散控制系统的设计思想为集中管理、分散控制。27. JX-300X