1.1

集散控制系統(tǒng)的基本概念1.2集散控制系統(tǒng)的體系結構1.3

集散控制系統(tǒng)的特點1.4

集散控制系統(tǒng)的硬件結構1.5

集散控制系統(tǒng)的軟件體系1.6

集散控制系統(tǒng)的操作方式和顯示1.7

習題第1章集散型控制系統(tǒng)1.1集散控制系統(tǒng)的基本概念

集散型控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)，是計算機技術

(Computer)、通信技術(Communication)、圖形顯示技術

(CRT)、控制技術(Control)(簡稱4C技術)相融合的產物。 它是通過某種通信網(wǎng)絡將現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師 站聯(lián)系起來，共同完成分級控制、集中管理的綜合控制系 統(tǒng)。它的基本設計思想是危險分散、控制功能分散、而操 作和管理集中。美國HoneyWell公司于1975年11月成功推出了第一套DCS——TDC2000型集散控制系統(tǒng)。

1.2集散控制系統(tǒng)的體系結構

1.2.1現(xiàn)場級現(xiàn)場級設備一般位于被控生產過程的附近。典型的現(xiàn)場級設備是各類傳感器、變送器和執(zhí)行器。它們將生產過程中的各種物理量轉換為電信號，例如將4~20mA的電信號(一般變送器)或符合現(xiàn)場總線協(xié)議的數(shù)字信號(現(xiàn)場總線變送器)，送往控制站或數(shù)據(jù)采集站；或者將控制站輸出的控制器信號(4~20mA的電信號或現(xiàn)場總線數(shù)字信號)轉換成機械位移，帶動調節(jié)機構，實現(xiàn)對生產過程的控制。1.2.2控制級控制級主要由過程控制站和數(shù)據(jù)采集站構成。一般在實際應用中，把過程控制站和數(shù)據(jù)采集站集中安裝在位于主控室后的電子設備室中。過程控制站接收由現(xiàn)場設備，如傳感器、變送器來的信號，按照一定的控制策略計算出所需的控制量，并送回到現(xiàn)場的執(zhí)行器中去。過程控制站可以同時完成連續(xù)控制、順序控制或邏輯控制功能，也可能僅完成其中的一種控制功能。

1.2.3

監(jiān)控級監(jiān)控級的主要設備有運行員操作站、工程師工作站和計算站。其中運行員操作站安裝在中央控制室，工程師工作站和計算站一般安裝在電子設備室。1.2.4管理級管理級包含的內容比較廣泛，一般來說，它可能是一個發(fā)電廠的廠級管理計算機，也可能是若干個機組的管理計算機。它所面向的使用者是廠長、經(jīng)理、總工程師、值長等行政管理或運行管理人員。廠級管理系統(tǒng)的主要任務是監(jiān)測企業(yè)各部分的運行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)預測可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進行決策，幫助企業(yè)實現(xiàn)其規(guī)劃目標。1.3集散控制系統(tǒng)的特點

1.3.1適應性和擴展性集散控制系統(tǒng)在結構上采用了常規(guī)控制系統(tǒng)的模塊化設計方法，無論是硬件還是軟件都可以根據(jù)實際應用的需要去靈活地加以組合。對于小規(guī)模的生產過程，可以只用一、兩個過程控制站或數(shù)據(jù)采集站，配以簡單的人機接口裝置，即可以實現(xiàn)生產過程的直接數(shù)字控制。模塊化設計方法帶來的另一個優(yōu)點是系統(tǒng)的擴展性。集散控制系統(tǒng)可以隨著生產過程的不斷發(fā)展，逐漸擴充系統(tǒng)的硬件和軟件，以期達到更大的控制范圍和更高的控制水平。1.3.2控制能力常規(guī)控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件實現(xiàn)的，因而要改變系統(tǒng)的控制功能，就要改變硬件本身，或者改變硬件之間的連接關系。在集散控制系統(tǒng)中，控制功能主要是由軟件實現(xiàn)的，因此它具有高度的靈活性和完善的控制能力。1.3.3人機聯(lián)系手段集散控制系統(tǒng)具有比常規(guī)控制系統(tǒng)更先進的人機聯(lián)系手段，其中最重要的一點，就是采用了CRT圖形顯示和鍵盤操作。人機聯(lián)系按照信息的流向分為“人→過程”聯(lián)系和“過程→人”聯(lián)系。在常規(guī)控制系統(tǒng)中，“人→過程”聯(lián)系是通過各種操作器、定值器、開關和按鈕等設備實現(xiàn)的，運行人員通過這些設備調整和控制生產過程；“過程→人”聯(lián)系是通過各種顯示儀表、記錄儀表、報警裝置、信號燈等設備實現(xiàn)的，運行人員通過它們了解生產過程的運行情況。1.3.4可靠性集散控制系統(tǒng)的可靠性比以往任何一種控制系統(tǒng)的可靠性都要高，這主要反映在以下幾方面：由于系統(tǒng)采用模塊化結構，每個過程控制站僅控制少數(shù)幾個控制回路，個別回路或單元的故障不會影響全局，而且元器件的高度集成化和嚴格的篩選有效地保證了控制系統(tǒng)的可靠性。集散控制系統(tǒng)廣泛地采用了各種冗余技術，例如，對電源、通信系統(tǒng)、過程控制站等都采用了冗余技術。1.4集散控制系統(tǒng)的硬件結構集散控制系統(tǒng)的硬件結構也是采用模塊化的結構。因為硬件模塊的選擇與系統(tǒng)的價格較為密切（特別是對國內用戶），加上硬件的配置與現(xiàn)場的要求聯(lián)系較緊，因此硬件的基本配置在合同談判階段就已確定。常見的硬件配置包括下列幾個方面的內容：工程師站的選擇（包括機型、CRT尺寸、內存、硬盤、打印機等）；操作員站的選擇（包括操作員站的個數(shù)和操作員站的配置，如CRT尺寸及是否雙屏、主機型號、內存配置、磁盤容量的配置、打印機的臺數(shù)和型號等）；現(xiàn)場控制站的配置，包括現(xiàn)場控制站的個數(shù)、地域分布，每個現(xiàn)場控制站中所配置的各種模板的種類及塊數(shù)，電源的選擇等。1.4.1集散控制系統(tǒng)的過程控制級分散過程控制裝置是集散控制系統(tǒng)與工業(yè)生產過程之間的接口，它是集散控制系統(tǒng)的核心。分析集散過程控制裝置的構成，有助于理解集散控制系統(tǒng)的特性。分離式分散過程控制裝置也采用CRT手動備用的冗余結構。當控制器故障時，集散控制系統(tǒng)直接從CRT發(fā)出手動操作指令，經(jīng)手動/自動開關的手動通路送達過程執(zhí)行機構。在控制器正常運行時，控制器輸出經(jīng)手動/自動開關的自動通路送達過程執(zhí)行機構。1.4.2集散控制系統(tǒng)的操作員和工程師站操作員操作站是運行員對過程與系統(tǒng)的接口，常被稱為人機接口ManMachineInterface(MMI)，或稱為工程師站。在采用集散控制系統(tǒng)以前的單元控制室里，過程信號是直接通過硬接線從現(xiàn)場變送器連接到單元控制室的，如下圖所示：1.5集散控制系統(tǒng)的軟件體系一個基本的過程控制計算機系統(tǒng)的軟件可以分成兩個部分：系統(tǒng)軟件（又稱計算機系統(tǒng)軟件）和應用軟件（又稱過程控制軟件）。集散控制系統(tǒng)的軟件體系中包括了上述兩種軟件，但由于其分布式結構，又增加了諸如通訊管理軟件、組態(tài)生成軟件及診斷軟件等。1.5.1集散控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件一般指通用的、面向計算機的軟件。系統(tǒng)軟件是一組支持開發(fā)、生成、測試、運行和維護程序的工具軟件，它與一般應用對象無關。集散控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件一般由以下幾個主要部分組成：實時多任務操作系統(tǒng)，面向過程的編程語言，工具軟件。1.5.2集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件軟件組態(tài)的內容比硬件配置還豐富，它一般包括基本配置組態(tài)和應用軟件的組態(tài)?；九渲玫慕M態(tài)是給系統(tǒng)一個配置信息，如系統(tǒng)的各種站的個數(shù)，它們的索引標志，每個現(xiàn)場控制站的最大點數(shù)，最短執(zhí)行周期，最大內存配置，每個操作員站的內存配置信息，磁盤容量信息等。而應用軟件的組態(tài)則具有更豐富的內容，如數(shù)據(jù)庫的生成、歷史庫（包括趨勢圖）的生成、圖形生成、控制組態(tài)等。1.6集散控制系統(tǒng)的操作方式和顯示無論何種生產過程，操作人員的參與與介入都是通過對生產過程數(shù)據(jù)信息的觀察、監(jiān)視和操縱來實現(xiàn)的。在集散控制系統(tǒng)中，這種參與通過兩種途徑進行：一種是常規(guī)的儀表盤操作方式，主要用于采用單回路控制器、可編程邏輯控制器等模擬儀表盤的場合；另一種是CRT操作方式，它通過生產過程的集中監(jiān)視和操作實現(xiàn)對生產過程的介入。與儀表控制操作方式不同的是集散控制系統(tǒng)通過人機操作界面不僅可以實現(xiàn)一般的操作功能，而且還增加了其他功能，例如控制組態(tài)、畫面組態(tài)等工程實現(xiàn)的功能和自診斷、報警等維護修理等功能。此外，畫面方便的切換、參數(shù)改變的簡單等性能，也使集散控制系統(tǒng)的操作得到改善。1.6.1集散控制系統(tǒng)的操作儀表盤操作方式CRT操作方式1.6.2集散控制系統(tǒng)的顯示畫面顯示畫面的分層結構概貌顯示畫面過程顯示畫面儀表面板顯示畫面趨勢顯示畫面報警顯示畫面系統(tǒng)顯示畫面顯示畫面的