第 8 章集散控制系统

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1、第8章集散控制系统（DCS)8.1概述8.1.1DCS的概念集散控制系统DCS(DistributedComputerSystem）是以应用微处理器为基础，结合计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络和人机接口技术，实现过程控制和工厂管理的控制系统：其实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。这是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式摸拟仪表控制系统（DDZ-11、DDZ-Ⅲ）、直接数字控制系统DDC（DirectDigitalControl）后的新一代控制系统。20世纪50年代以前，由于当时的生产规模较小，检测控制仪表尚处于发展的初级阶段，所

2、采用的仪表仅仅是安装在生产现场、只具备简单测控功能的基地式气动仪表，其信号局限于本仪表内起作用，一般不能传送给别的仪表或系统，即各测控点只能成为封闭状态，无法与外界沟通信息，操作人员只能通过生产现场巡视，才能了解生产过程的状况。随着生产规模的扩大，操作人员需要综合掌握多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息实行操作控制，于是出现了气动、电动系动的单元组合式仪表，出现了集中控制室．生产现场各处的参数通过统一的模拟信号（如0.02-0.1MPa的气压信号，O-10mA、4–20mA的直流电流信号，1-5V的直流电压信号等）引至集中控制室。操作人员可以在控制室全面监视和掌握生产流程

3、的状况，也可以把各单元仪表的信号按需要组合成复杂控制回路。由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，要实现复杂的控制，难度大、费用高且计算速度与精度也不高，加上模拟信号传输的抗干扰能力较弱，人们开始寻求用数字信号替代模拟信号，出现了直接数字控制系统。因当时的数字计算机技术尚不发达，价格昂贵，出现了用一台计算机取代控制室内几乎所有的仪表的直接数字控制系统（DDC）。但由于当时数字计算机的可靠性低，一旦计算机出现故障，就会造成所有控制回路瘫痪、生产装置停运的严重局面，这种系统结构所决定的危险集中性难为生产过程所接受。随着计算机技术的发展，其可靠性的提高和价格的下降，出现了数字调节器、

4、可编程控制器PLC（ProgrammableLogicController）以及由多个计算机递阶构成的集中与分散相结合的集散控制系统（DCS）。DCS系统中，测量变送仪表一般仍为模拟仪表．故它是模拟数字混合系统。这种系统在功能、性能及可靠性方面较以往的模拟仪表、集中式数字控制系统等有了很大的进步，可实现装置级、车间级的优化控制。各阶段测控仪表能力如图8-l所示（能力指数在数值上并不精确，仅作示意）。8.1.2DCS的发展概况自20世纪70年代中期以后，世界各国也相继推出了自己的第一代集散控制系统．与Honeywell川公司的TDC-2000系统一样，这些系统已经包括了DCS的三

5、大组成部分，即分散的过程控制设备、操作管理设备和数据通信系统，也具有了DCS的本质，即集中操作管理、分散控制．当时比较著名的DCS产品有美国霍尼韦尔（Honeywell）公司的TDC-2000、美国泰勒（Taylor）公司的MOD3、美国福克斯波罗（Foxboro）公司的SPEC-TRUM、美国贝利控制（BailyControl）公司的NETWORK-90、英国肯特（Kent）公司的P-4000、德国西门子（Siemens）公司的TELEPERMM、日本东芝（TOSHIBA）公司的TOSDIC、日本横河（YOKOGAWA）公司的CENTUM等。随着半导体技术、显示技术、控制技术

6、、网络技术和软件技术等高新技术的发展，集散控制系统也得到了快速的发展。第二代集散控制系统的主要特点是系统的功能扩大或增强，例如，控制算法的扩充；常规控制与逻辑控制、批量（Batch）控制相结合；过程操作管理范围的延伸及功能增添，显示屏分辨率的提高及色彩的增加；多微处理器的应用等。而其中一个明显的变化是数据通信系统的发展，从主从式的星形网络通信转变为对等式的总线网络通信或环网通信，但通信系统随制造厂的不同而相异，相互通信困难，这个时期，各集散控制系统的产品有了较大的改进，应用也越来越多，也逐步为人们所认识和接受。在第二代集散控制系统中，通信系统已采用局域网，不仅通信范围扩大，而且

7、通信速率也大为提高。比较典型的DCS产品有Honeywell公司的TDC-3000、Taylor公司的MOD300、Baily公司的NETWORK-90等。1987年，美国福克斯波罗（凡Foxboro）公司推出的I/AS系统标志着集散控制系统进人了第三代。I/AS系统的主要改变在局域网上，它采用了10MbPs的宽带网和5Mbps的窄带网，符合国际标准化组织ISO的开放系统互连0S1(OpenSystemInterconnection）参考模型。据此，凡遵从0SI标准的“开放”系统，不同的制造