分散控制系统是以微处理器为基础,采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。集散控制系统简称DCS,也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。

1.集散控制系统的组成

1、现场控制站

又称基本控制器或分站。用于控制现场设备,采用DDC。DDC本身具有较强的运算能力和较复杂的控制功能,可以独立进行就地控制。

数据采集由微型计算机、输入通道和输出设备组成;主要作用是采集非控制变量,进行数据处理。所采集的过程数据仅用于显示、记录、分析处理和打印制表。

2、操作员站

面向运行操作人员,由工业微型计算机、大屏幕显示器、操作控制台等组成。主要功能是为运行操作人员提供人机界面,使操作员及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值是否有异常情况发生等,并可通过输出设备(工业键盘或鼠标器)对工艺过程进行控制和调节,例如需要对控制回路进行在线调整,启动或终止某个控制回路时,可通过CRT的模拟图形及调节按键来实现。该站的另一功能是对历史数据进行处理,调用历史数据库完成运行报表,历史趋势曲线等。用于完成上述功能的软件,包括图形显示、动态实时、数据刷新、报警显示、趋势显示、历史数据库存储、报表打印处理、事件记录打印和报警处理(含发出报警音响、弹出报警窗口、将报警信息记入文件、接受操作员的报警确定等)。

3、工程师站

面向监督管理人员,可以采用通用微型计算机工作站,由于需要长期连续在线运行,可靠性要求较高。主要功能是对集散控制系统进行离线配置和组态。所谓“组态”,即组织、构成的意思。系统组态包括硬件组态和软件组态:硬件组态是指设计、选择和组成硬件系统的过程;软件组态是指为实现某种控制任务,以某种代码的形式选择程序模块,并加以连接,然后赋予各程序模块以必要的参数,组成具体控制系统也就是编制应用程序的过程。

可见,在配置和组态之前的集散控制系统,只是一堆硬件、软件的集合体,对实际应用来说毫无意义。只有在经过对应用过程进行了详细透彻的分析、设计并按设计要求正确地完成了组态工作之后,集散控制系统才真正成为一个适于某个生产过程使用的应用控制系统。完成组态任务的工具软件称为组态软件,它为控制工程师提供了丰富的运算和控制模块,以及使用这些模块的简便方法,即人机对话的填表方式。一般采用窗口式菜单,首先将所需的模块调到显示器屏幕上,然后再按规定填写,即可生成期望的功能模块。当用户需要变更控制方案时,不必改变接线,只要重新组态即可。

4、监控计算机

用来完成高级控制策略。综合现场控制器的数据,运用现代控制理论,通过最佳算法实现最优化控制或自适应控制,作出控制决策,指挥、协调各现场控制器,并将有关信息整理后向上级管理计算机汇报。

5、管理计算机

可根据情况采用中型机或大型机,主要任务是收集各部门信息,进行综合分析,完成管理、调度并作出决策,实现管理、控制一体化。

6、数据通信网络

集散控制系统的组成

2.集散控制系统的特点

1、系统具有极高的可靠性。由于系统的功能分散,一旦某个部分出现故障时,系统仍能维持正常的工作。

2、系统功能多效率高。该系统除了实现单回路PID控制外,还可以实现复杂的规律控制如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等功能,也可实现顺序控制如工厂的自动启动和停车,微型计算机能够预见处理要求记录的数据,减少了信息传输的总数;计算机的存储器能够作为缓冲器,缓和数据传输的紧张情况。

3、集散型控制系统操作使用简单,维护方便。系统易开发,便于扩展。操作者也不需要编制计算机软件,可集中精力考虑利用已有的功能模块,组建出希望的控制方案。

4、系统的软件和硬件采用模块化积木式结构。实施系统方便,可根据说明组建集散型控制系统。使用中无需编制软件,减少了软件的成本。

5、采用CRT操作站有良好的人-机界面,数据的高速传输。监督计算机通过高速数据通道和基本调节器等连接,完成计划、管理、控制、决策的最优化,从而实现对过程最优化的控制和管理。

集散控制系统的特点

3.集散控制系统组态

1、控制回路的组态

控制回路的组态在本质上就是利用系统提供的各种基本的功能模块,来构成各种各样的实际控制系统。目前各种不同的DCS提供的组态方法各不相同,归纳起来有指定运算模块连接方式、判定表方式、步骤记录方式等等。
指定运算模块连接方式是通过调用各种独立的标准运算模块,用线条连接成多种多样的控制回路,最终自动生成控制软件,这是一种信息流和控制功能都很直观的组态方法。判定表方式是一种纯粹的填表形式,只要按照组态表格的要求,逐项填入内容或回答问题即可,这种方式很利于用户的组态操作。步骤记入方式是一种基于语言指令的编写方式,编程自由度大,各种复杂功能都可通过一些技巧实现,但组态效率较低。另外,由于这种组态方法不够直观,往往对组态工程师在技术水平和组态经验有较高的要求。

2、实时数据库生成

实时数据库是DCS最基本的信息资源,这些实时数据由实时数据库存储和管理。在DCS中,建立和修改实时数据库记录的方法有多种,常用的方法是用通用数据库工具软件生成数据库文件,系统直接利用这种数据格式进行管理或采用某种方法将生成的数据文件转换为DCS所要求的格式。

3、工业流程画面的生成

DCS是一种综合控制系统,它必须具有丰富的控制系统和检测系统画面显示功能。显然,不同的控制系统,需要显示的画面是不一样的。总的来说,结合总貌、分组、控制回路、流程图、报警等画面,以字符、棒图、曲线等适当的形式表示出各种测控参数、系统状态,是DCS组态的一项基本要求。此外,根据需要还可显示各类变量目录画面、操作指导画面、故障诊断画面、工程师维护画面和系统组态画面。

4、历史数据库的生成

所有DCS都支持历史数据存储和趋势显示功能,历史数据库通常由用户在不需要编程的条件下,通过屏幕编辑编译技术生成一个数据文件,该文件定义了各历史数据记录的结构和范围。历史数据库中数据一般按组划分,每组内数据类型、采样时间一样。在生成时对各数据点的有关信息进行定义。

5、报表生成

DCS的操作员站的报表打印功能也是通过组态软件中的报表生成部分进行组态,不同的DCS在报表打印功能方面存在较大的差异。一般来说,DCS支持如下两类报表打印功能:一是周期性报表打印,二是触发性报表打印,用户根据需要和喜好生成不同的报表形式。

集散控制系统组态

4.集散控制系统应用

随着企业提出的高柔性、高效益的要求,以经典控制理论为基础的控制方案已经不能适应,以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后,先进过程控制受到了过程工业界的普遍关注。需要强调的是,广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向。

集散控制系统应用