集散控制系统论文

1、 烟台南山学院结课报告(论文) 第11页摘 要本文介绍了集散控制系统（DCS）的发展。并以日本横河公司的第三代中型集散控制系统为例介绍了集散控制系统的结构。本文还介绍了当前流行的一些集散控制系统的结构，组成，特点与应用。最后文章还阐述了集散控制系统的发展前景关键词：集散控制系统；发展；应用图1一般测控系统1 绪论集散控制系统（TotalDistributedControlSystem）是以处理器为基础的集中分散型的控制系统。第一套集散控制系统在70年代中期问世以来，集散控制系统已在工业控制领域中得到了广泛的应用与发展，越来越多的仪表和控制工程师已经认识到集散控制系统必将成为过程控制的主流，在计

2、算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem）或计算机集成作业系统(ComputerIntegratedProductionSystem)中，集散控制系统将成为主角，发挥它们的优势。集散控制系统的主要特性是它的集中管理和分散控制。而且，随着计算机技术的发展，网络技术已经使集散控制系统共不仅主要用于分散控制，而且向着集成管理的方向发展，系统地开放不仅使不同制造厂商的集散控制系统产品可以互相连接，而且使得他们可以方便的进行数据交换，系统地开放也是第三方的软件可以方便的在现有的集散控制系统上应用。因此，集散控制系统早已在原有的概念上有了新的含义。我国已

3、引进的不同型号的集散控制系统的数量多达几百套，应用的工业控制领域也已遍及石油化工，冶金，炼油，建材，纺织，制药等行业。2 集散控制系统的发展历史初始阶段：1975年美国霍尼韦尔公司第1套TDC2000集散控制系统问世不久。世界各国仪表制造商就相继推出了自己的集散控制系统。即第1代集散控制系统，比较著名的有：霍尼韦尔公司的TDC2000；FOXBORO公司的SPECTRUM；FISHER公司的PROV0X；横河公司的CENTUM；西门子公司的TELEPERM等。这些产品虽只是集散控制系统的雏形，但已经拥有集散控制系统的基本结构；分散过程控制装置，操作管理装置和通讯系统。并已具备了集散控制系统的基

4、本特点；集中管理，分散控制。发展阶段：随着控制技术、计算机技术、半导体技术、网络技术和软件技术等的飞速发展，集散控制系统进人第2代。主要产品有：霍尼韦尔公司的TDC-3000；TAYLOR公司的MOD300；西屋公司的WDPF；横河公司的CENTUMXL：ABB公司的MASTER等。第2代集散控制系统的主要特点是系统功能的扩大和增强以及通信范围和数据传送速率的大幅提高。它采用横块化、标准化设计，数据通信向标准化靠拢，控制功能更加完善，具有很强的适应性和可扩充性。3 集散控制系统的结构特点3.1集散控制系统的结构现以日本横河公司的第三代中型集散控制系统uXL为例，说明DCS的系统结构及功能。操作

5、站：uXL的人机接口由落地式操作站MOPL、台式操作站MOPS及其外部设备构成，操作站提供面向操作人员、工程技术人员的人机接口，实现显示、报警、监控、操作等操作员接口功能；实现组态设计、系统维护等工程师接口功能。在操作监视站中，有大型的CRT屏幕显示器和打印机，操作人员可根据直观、形象的画面显示，改变各控制回路的设定值、运行工况、整定参数以及回路结构。uXL操作站的主要机能包括操作机能、通信机能、BASIC机能和工程师技术机能。操作站将管理、专家系统、生成维护等功能提高升华。图 2系统结构图控制级通信网络：uXL通信机能的特点是通信结构网络化、阶层化、双重化及与现场仪表通信的数字化。RL总线承

6、担系统内的通信，通信总线和通信接口电路均实现了双重化。RL总线最长可达15kin。独立的uXL系统之间可通过ML2总线进行操作站之间的通信。可通过在软件包中追加通信机能的方式，或用Basic语言编制通信机能程序的方式。与现场仪表的通信网络：在现场控制单元中通过RS2、RS3通信插件可与PLC和现场仪表通信。3.2.集散控制系统的特点分级递阶控制。集散控制系统是分级递阶控制系统，它的规模越大，系统重直和水平分级的范围也越广。最简单的集散控制系统至少在垂直方向分为操作管理级和过程控制级，水平方向各过程控制级之问相互协调，向垂直方向送数据，接受指令。各水平级问也进行数据交换。分散控制：分散控制是集散

7、控制系统的一个重要特点。分散的含义不单是分散控制，还包括人员地域的分散、功能分散、设备分散、负荷分散、危险分散。目的是危险分散，提高设备使用率。易操作性：集散控制系统根据对宜与人学的研究。结合系统组态、结构方向的知识。为操作员提供了，一个非常好的操作环境。为操作员提供的数据、状态等信息易于辨认，报警或事件发生的信息能引起操作员的注意，长时间工作不易疲劳，操作方便、快捷、安全、可靠性高。为了提高系统的可靠性，确保生产持续运行，集散控制系统在重要设备和对全系统有影响的公共设备上采用了后备冗余装置，并引入容错技术。硬件上包括操作站、控制站、通讯线路等都采用双重化配置，使得在某一个单元发生故障的情况下

8、，仍然保持系统的完整性，即使全局性通信或管理失效，局部站仍能维持工作。从软件上采用分段与模块化设计，积木式结构，采用程序卷回或指令复执的容错设计，使系统安全稳定。信息存储容量大，显示信息量大，有极强的管理能力，可实现生产过程自动化，工厂自动化、实验室自动化、办公室自动化等目标适用于化工生产控制，有良好的性能价格比，不但其硬件适应化工控制。而且软件的适应性也稳定。随着系统开放第三方的应用软件也可方便应用。3.3集散控制系统的优势集散控制系统的工程师站和操作员站使用一般的PC机也是用来完成系统设计和生成、操作和监视、数据处理、系统诊断等功能。DCS的实践证明,用PC机做工程师站和操作员站不仅增强了

9、系统的性能,而且减少了系统的成本,同时,由于PC机类似于“标准件”,因此,也便于维修和维护。4 几种比较流行的DCS介绍。4.1Honeywell公司的TDC3000系统结构：TDC3000主干网络称为局部控制网络LCN（LocalControlNetwork）在LCN上可以挂接通用操作站，历史模件，应用模件，存档模件，各种过程管理站及各种网关接口。TDC3000的下层网称为通用控制网络UCN(UniversalControlNetwork),在UCN上连接有各种I/O与控制管理站。为了Honeywell公司老的产品DataHi-way相兼容没，在LCN上设有专门的接口模块，而在DataHi-

10、way上可以接有操作员站，现场I/O及控制站等。TD3000的功能与特点：TD3000任何新的功能都是在原有的系统基础上开发出来的。系统中设有分布式模块共享的全局数据库，并为非Honeywell产品提供数据提取途径。TD3000系统综合了数据采集常规过程控制，先进过程控制，过程和商业信息一体化各个层次的技术，为企业提供经营，管理和决策所必需的数据。系统提供与DECnet-VAX的接口与通用微机的接口，PLC接口及Honeywell前一代产品的接口，并允许将多个TD3000系统通过网络连接到一起，应用领域包括造纸，石化，发电。4.2Bailey的INFI-90系统结构：INFI-90是N-90分

11、散控制系统的基础上推出的新一代分散控制系统，该公司称之为决策过程管理系统（StrategicProcessManagementSystem）。INFI-90采用10MHz的环形网作为网络系统，成为INFI-Net，通信方式采用“存储转发”的环状通信方式。每个环可以挂接250个节点，而每个节点处可以是以各子环网，这样，整个系统共的理论最大容量为250*250=62500个节点。在INFI-Net的下层是总线行的Control-way网络，该网络具有1MHz的速率，可挂接32个设备即INFI-90的控制模件MF。MF中具有子总线laveBus控制器。INFI-90的主要组成部分：操作员接口站，工程

12、师工作站，多功能处理器，模拟量输入自模件FBS，控制I/O模件CIS，模拟量输出自模件ASO，数字输入自模件DSI,DSM，数字输出自模件DSO,频率技术妻子模件FCS，液压伺服子模件HSS，模拟住模件AMM.4.3Foxboro的I/AS系统结构：I/AS系统的主干是采用OSI通信规程，通过宽带接口可与64条载波带LAN相连。载波带LAN也与MAP兼容，每条长2km，可挂100个节点。节点是系统的结构单元。它由各类处理机，LAN接口及网间连接器等站构成，可独立执行各种自动化功能。由节点内的控制处理器，应用处理器，操作站处理机和通信处理机分别执行控制，管理，操作和通信的功能，控制处理机通过现场

13、总线与现场的智能变送器和执行器相连。I/AS的主要组成部分：处理机组件是I/AS节点的重要组成部分；现场总线组件直接与现场传感器，执行器相连；借口组件主要分为两种：载波带LAN接口组件和信息网络接口组件；网间连接器用来实现非I/A系统与I/A节点的互连；节点总线与每个站中的节点总线接口电路一起工作，提供各站间数据传输和总线存取。5 集散控制系统的展望就目前来说，DCS已发展得相对成熟和实用，毫无疑问，DCS仍是当前工业自动化系统应用及选型的主流。它并不会随着现场总线技术的出现和发展而马上退出现场过程控制的舞台。面对挑战，DCS将会沿着以下几点趋势继续向前发展：1)DCS向综合方向发展：由于标淮

14、数据通信链路和网络的发展，将多种单(多)回路调节器、PLC、工业PC、NC等工控设备构成大系统，并与现场总线相融合，适应开放化的大趋势。2)DCS向智能化方向发展：由于数据库系统、推理机能的发展，专家系统(ES)、知识库系统(KBS)的应用，如自学习控制、自适应控制、远距离诊断等，人工智能可在DCS各级实现。与FF现场总线类似，以微处理机为基础的智能设备，如智能IO、智能PID控制、变送器和执行器等，智能人机接口、可编程调节器也会相继出现。3)DCS向专业化方向发展：使用和领域相应的行业DCS如电站DCS、水泥DCS、玻璃DCS等。4)DCS向工业PC化方向发展：由IPC组成DCS成为一大趋势。PC-PLC、PC-STD、PC-NC等就是PC-DCS的先驱，IPC成为DCS的硬件平台。 结论综上所述，DCS系统解决了现代化大生产过程中传统的控制仪表难以胜任的问题，而相对计算机集中控制来说故障还是分散的，在许多方面有其独特的优点，是传统的仪表控制系统和计算机集中控制系统无法比拟的但是现阶段的DCS系统在应用中仍然有一些重要的问题需要解决。随着网络技术的不断发展和网络可靠性的不断提高，电气设备在不断的完善，电气监控管