論壇專區
在線教育
 

DCS的基本結構

放大字體  縮小字體 發布日期:2017-02-10  來源:互聯網  浏覽次數:3117
    dcs為分散控制系統的英文(TOTALDISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM)簡稱。指的是控制危險分散、管理和顯示集中。60年代末有人研制了作邏輯運算的可編程序控制器(ProgrammableLogicController)。簡稱PLC。主要應用于汽車制造業。70年代中期以完成模拟量控制的DCS推向市場,代替以PID運算為主的模拟儀表控制。首先提出DCS這樣一種思想的是原制造儀表的廠商,當時主要應用于化工行業。後又有計算機行業從事DCS的開發。70年代微機技術還不成熟,計算機技術還不夠發達。操作站、控制器、I/O闆和網絡接口闆等都是DCS生産廠家自行開發的,也就是所有部件都是專用的。

    70年代初,有人用如PDP/1124這樣的小型機代替原來的集中安裝的模拟儀表控制。連接到中央控制室的電纜很多。如用小型機既作為控制器、同時把連接小型機的CRT又作為顯示設備(即人機界面)。一台小型機需接收幾千台變送器或别的傳感器來的信号,完成幾百個回路的運算。很顯然其危險有點集中。和模拟儀表連接的電纜一樣多,并且一旦小型機壞了,控制和顯示都沒有了。數字控制沒有達到預期的目的。

    後有人提出把控制和顯示分開。一台計算機完成控制計算任務,另一台計算機完成顯示任務。另外,一個工藝過程作為被控對象可能需要顯示和控制的點很多,其中有一些還需要閉環控制或邏輯運算,工藝過程作為被控對象的各個部分會有相對獨立性,可以分成若幹個獨立的工序,再把在計算機控制系統中獨立的工序上需要顯示和控制的輸入、輸出的點分配到數台計算機中去,把原來由一台小型機完成的運算任務由幾台或幾十台計算機(控制器)去完成。其中一台機器壞了不影響全局。所謂“狼群代替老虎”的戰術,這就是危險分散的意思。把顯示、操作、打印等管理功能集中在一起,用網絡把上述完成控制和顯示的兩部分連成一個系統。當時有人把這種系統稱為集散系統。

    危險究竟要分散到多少算合适呢?這與當時的計算機技術的發展水平有關。70年代中期,徹底分散就是一個控制器完成一個回路的運算。當時由于人們對數字技術不太熟息,習慣于模拟儀表,70年代末、80年代曾經風行回路控制器,把數字控制器做成和原來模拟儀表在外觀上幾乎完全一樣,不改變操作習慣,内部把PID運算數字化。一塊儀表(一台計算機)完成一個回路的控制任務。其價格較為昂貴,但危險是分散了。然後用通訊網絡把各個控制器和以CRT為基礎的人機界面連成一個系統。這時網絡結構通常都是星形結構。回路的控制器的制作成本太高,價格/性能比不好。後來為了減低成本,就有兩回路的、四回路的控制器,它的價格/性能比稍好一些。對于一個大中型系統來說,DCS的價格/性能比比回路控制器組成的系統要好。有些特殊地方還是要用到一些回路控制器。

    如果所要完成的回路太多,如一個控制器采集幾千點、完成幾百個回路的運算,危險又太集中。在這種情況下,危險必需分散。随着計算機技術的發展,計算機的運算能力、存儲容量和可靠性不斷提高,一台計算機所完成的任務也可以增加。完成的任務也可集中一點。另外,控制器、網絡等冗餘技術也得到了發展,控制運算也可集中一些。

    從目前的DCS來看,一個控制器完成幾十個回路的運算和幾百點的采集、再加适量的邏輯運算,經現場使用,效果是比較好的。這就産生控制器升級的問題了。有時控制器和檢測元件的距離還是比較遠,這就促進現場總線的發展。如CAN、LOONWORKS、FF等現場總線,以及HART協議接收闆等都用到DCS系統中。

    DCS分為三大部分,帶I/O闆的控制器、通訊網絡和人機界面(hmi)。由I/O闆通過端子闆直接與生産過程相連,讀取傳感器來的信号。I/O闆有幾種不同的類型,每一種I/O闆都有相應的端子闆。

    模拟量輸入,4-20毫安的标準信号闆和用以讀取熱電偶的毫伏信号闆;4-16個通道不等;

    模拟量輸出,通常都是4-20毫安的标準信号,一般它的通道比較少,4-8個個通道;

    開關量輸入;16-32個通道:

    開關量輸出,開關量輸入和輸出還分不同電壓等級的闆,如直流24伏、125伏;交流220伏或115伏等;8-16個通道不等;

    脈沖量輸入,用于采集速率的信号;4-8通道不等;

    快速中斷輸入;

    HART協議輸入闆;

    現場總線I/O闆;

    每一塊I/O闆都接在I/O總線上。為了信号的安全和完整,信号在進入I/O闆以前信号要進行整修,如上下限的檢查、溫度補償、濾波,這些工作可以在端子闆完成,也可以分開完成,完成信号整修的闆現在有人稱它們為信号調理闆。

    I/O總線和控制器相連。80年代的DCS由于控制器的運算能力不強,為了增加I/O點數,把控制器的任務分開,實際上是有三種類型的控制器。即:完成閉環運算的控制器、模拟量數據采集器和邏輯運算器。它們分别有自己的I/O總線,各種DCS的I/O總線各不相同。如果要求快速,最好采用并行總線。一般采用串行總線比較多。尤其是RS485總線較多,模拟量數據采集器和邏輯運算器的I/O點數可以多一些。

    閉環控制器、模拟量數據采集器和邏輯運算器可以和人機界面直接連在通訊網絡上,在網絡上的每一個不同的控制器作為網絡上的一個獨立結點。每一個結點完成不同的功能。它們都應有網絡接口。有的DCS為了節省網絡接口,把所有的過程控制用的設備即閉環控制器、模拟量數據采集器和邏輯運算器預先連在控制總線上,稱為過程控制站。這可以增加過程控制站能接收的I/O點數,又能節省接口。然後再通過接口連到網絡上,與人機界面相連。随着計算機計術的發展,控制器的運算能力不斷增強,如PC機做的一個控制器能力很強,既可接收模拟量運算,也接收開關量邏輯運算。一個控制器成為網絡上的一個結點。通過網絡與人機界面相連。

    控制器是DCS的核心部件,它相當于一台PC機。有的DCS的控制器本身就是PC機。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片,還有兩個接口,一個向下接收I/O總線來的信号,另一個接口是向上把信号送到網絡上與人機界面相連。ROM用來存貯完成各種運算功能的控制算法(有的DCS稱為功能塊庫)。在庫中存功能塊,如控制算法PID、帶死區PID,積分分離PID,算術運算加、減、乘、除、平方、開方、函數運算一次濾波、正弦、餘弦、X-Y函數發生器、超前-滞後;比較先進的算法有史密斯預估,C語言接口、矩陣加、矩陣乘;邏輯運算有邏輯與、邏輯或、邏輯非、邏輯與非等。通常用站功能塊不僅把模拟量和開關量結合起來,還與人連系起來。功能塊越多,用戶編寫應用程序(即組态)越方便。組态按照工藝要求,把功能塊連接起來形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因為E2PROM可以擦寫,組态要随工藝改變而改變,所以把組态存在E2PROM中。不同用戶有不同組态。組态時,用戶從功能塊庫中選擇要的功能塊,填上參數,把功能塊連接起來。形成控制方案存到E2PROM中。這時控制器在組态方式,投入運行後就成為運行方式。

    控制器中安裝有操作系統,功能塊組态軟件和通訊軟件。

    為了系統安全運行,閉環控制器一定是冗餘運行的,一用一備,并且是熱備。為了使冗餘成功,應注意以下幾點:兩個控制器的硬件、軟件版本必需一緻;檢查發送-接收的芯片是否完好;冗餘的芯片是否完好。兩個模件的設定是否一樣、還要檢查有沒有帶手操站等。

    通訊網絡把過程站和人機界面連成一個系統。通訊網絡有幾種不同的結構行式。如總線式、環形和星形。總線形在邏輯上也是環形的。星形的隻适用于小系統。不論是環形還是總線形,一般都采用廣播式。其它一些協議方式已用的較少。通訊網絡的速率在10M和100M左右。

    人機界面有4種不同形式的結點,它們是操作站、工程師工作站、曆史趨勢站和動态數據服務器。

    操作站安裝有操作系統、監控軟件和控制器的驅動軟件。顯示系統的标簽、動态流程圖和報警信息。

    工程師工作站給控制器組态(CAD),也可以給操作站組态(作動态流程圖)。如果監控軟件作圖能力很強,作圖工作可以由監控軟件獨立完成。工程師站的另外一個功能是讀控制器的組态,用于控制器升級,查找故障。我們稱之為逆向工程師站。

    曆史趨勢站用于存儲曆史數據,一般用磁盤陣列(稱為RAID技術)。

    動态數據服務器是DCS和MIS系統的接口,也是DCS和Web的隔離設備。
 
關鍵詞: DCS 構成
 
 
[ 大學堂搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告訴好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 關閉窗口 ]

0條 [查看全部]  相關評論

 
點擊排行
 
展會
微信公衆号
qq群
 
工控網 | 工控文庫 | 工控視頻 | 工控軟件 | 在線教育 | 用戶使用指南 | 關于我們 | 聯系方式 | 使用協議 | 版權隐私 | 網站地圖 |手機版 | 廣告服務

本網站所有文檔及文件資料,除特别标明本站原創外,均來自互聯網及網友上傳,如有涉及版權問題,請聯系我們,我們将第一時間處理。
我們保留版權,任何涉嫌侵犯本站版權的行為,本站保留追究其法律責任的權利。

Copyright © 2018-2020 caifu24238.cn  濱州新大新機電科技有限公司 版權所有 魯ICP備11011731号-4