DS课程设计摘要

1、摘要：集散控制系统在近几年得到了广泛的运用，其在各行各业的使用中都取得了良好的效果,本文主要介绍了DCS控制系统，首先分析了集散控制系统的组成，集散控制系统的特点，DCS系统的硬件结构、控制算法,然后对其在电力应用中遇到的问题进行了阐述，最后针对其在火电厂中的应用进行了说明。关键词：DCS控制系统 硬件结构 控制算法 应用 一、DCS控制系统介绍集散控制系统（Distributed control system）主要指的是在生产过程中进行集中管理与分散控制的一种计算机系统，简称DCS系统。该系统将若干台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

2、承了常规仪表分散控制和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，既实现了在管理、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.集散控制系统的组成：1）现场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。 这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。比如阀门

3、、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。 2)过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。 上面说到现场控制级，那么给它发号施令的就是过程控制级了。它接受现场控制级传来的信号，按照工艺要求进行控制规

4、律运算，然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。所以，过程控制级要具备聪明的大脑，能将“士兵”反馈的军情进行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打赢“战争”。 这个级别不是最高的，相当于军队里的“中尉”。它也一样必须将现场的情况反馈给更高级别的“上校”也就是下面讲的过程管理级。 3)过程管理级DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况， 这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了

5、解每个过程变量的数字跟状态。这一级别在军队中算是很高的“上校”了。它所掌握的“大权”可以根据需要随时进行手动自动切换、修改设定值，调整控制信号、操纵现场设备，以实现对生产过程的控制。 4)经营管理级又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。 这是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。相当于军队中的“元帅”，他们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。它的权限很大，可以监视各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行

6、决策，帮助企业实现其计划目标。2.集散控制系统的特点DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点。 1、系统构成灵活。从总体上看，DCS就是由各个工作站通过网络通信系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工作站。系统组态很灵活。 2、操作管理便捷。DCS的人机反馈都是通过CRT跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样，你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。 3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器来实现。难道还有什么算法CPU实现不了的吗？！ 4、信息资源共享。你可以把工作站想象成

7、因特网上的各个网站，只要你在DCS系统中，并且限够大，你就能了解到你要的任何参数。 5、安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头发丝的电线。DCS系统算是很方便了。 3.DCS系统的硬件结构DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。 现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求，

8、选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站；也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站；还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。 现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等，与一般的计算机系统有所不同。二、集散控制系统的控制算法1）比例控制器（P调节）控制器的输出信号u与偏差e成正比：U=KPe KP称为比例增益。从减少偏差的角度，应该增加KP，但是KP还影响系统的稳定性，

9、过大的KP往往会使得系统产生激烈的振荡和不稳定。因此在设计中应该合理优化KP，在满足精度要求下，选取合适的KP值。2）积分控制器（I调节）在积分控制器中，调节规律是偏差e经过积分控制器的积分作用得到控制器的输出信号u： 传递函数为： 积分控制器的显著特点是误差调节，就是说当系统达到平衡后，阶跃信号稳态设定值和被调量无差，偏差e=0.即：积分的作用实际上是将偏差e累计起来得到u，如果偏差e不为0，积分作用将使积分控制器的输出u不断增加或减小，系统将无法平衡，故而只有e为0，积分控制器的输出r才不发生变化。3）微分控制器（D调节）在微分控制器中，调节规律是偏差e经过微分控制器的积分作用得到控制器的

10、输出信号u： 传递函数为：积分控制器的显著特点是当出现了偏差才进行调节，而微分控制器则针对被调量的变化率来进行调节，而不需要等到被调量已经出现较大的偏差后才开始动作，即微分调节器可以对被调量的变化趋势进行调节，即使避免出现大的偏差。一般情况，实现微分作用不是直接对检测信号进行微分操作，这样会如很大的冲击，造成元器件的不正常，对于噪声干扰信号，由于其突变性， 直接微分将引起很大的输出，从而忽略实际信号的变化趋势，故而对于性能要求较高的系统，往往使用检测信号的速率传感器来避免对信号的直接微分。4）比例-积分-微分控制器（PID调节）比例、积分、微分控制器各有优缺点，对于性能要求高的系统，单独使用其

11、中一种控制器有时候不能达到预想的效果，就可对其进行组合。PID调节器的方程如下：传递函数为：取其中的3个K值不同值，可以构成不同的组合。三、电厂中DCS的应用分析 就目前来看，DCS以其优越性在火电厂中得到了不断发展和完善，某些厂家通过自身不断创新与研发，已经研究出了专用于小型机组的DCS。具体而言，火电厂中对于DCS的使用主要包括以下几个方面： 3.1数据的采集、模拟量的控制和顺序控制 在火电厂中，数据的采集与模拟量的控制都需要DCS来实现，而辅机与电动阀门往往只需要常规的控制就能实现。对于DCS控制而言，我们需要设置后备仪表盘与后备操作台，然后采用带附接操纵台式或操作台式的方式进行指示灯、

12、后备仪表及操作开关等的布置。此外，虽然辅机与电动阀门控制及一些简单的联锁都与DCS有着一定的关联，但是这些联锁依然需要常规的控制或者说是需要顺序控制来加以实现。 3.2全厂自动化的集中控制 在火电厂中，对于全厂的自动化实现而言，需要对机、炉、电三者进行集中控制才能得到很好的实现。在这种方式下，DCS主要用于电气与仪表的控制，因此具有高度自动化，机、炉、电三者之间能做到最好的密切配合，相互间协调操作，从而对于机组的经济与安全运行提供了保障，同时也为运行管理与统一指挥提供了方便。 3.3 特殊热电机组 对于火电厂而言，其中一些较为基本的热电机组，往往由DCS辅助系统来完成，主要有两种：炉膛安全监控系统（FSSS）和汽轮机数字电液调节系统（DEH）；而对于一些较为特殊或者自动化程度要求较高的机组而言，则需要高级的DCS系统，其中还包含了电气监控系统（ECS）。在火电厂的实际工作中，有了这些