控制系统发展综述

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1、控制系统发展综述1 引言   控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等，本文将简要介绍各种常见的控制系统，并分析控制系统的演进过程和发展方向。2 集散控制系统DCS2.1DCS的发展历程

2、   70年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。   1975年前后，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC)的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统(D

3、CS)。由于当时计算机并不普及，所以开发DCS应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS;同时，开发DCS还应强调向用户提供整个系统。此外，开发的DCS应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件，以保证可靠性、安全性。   在以后的近30年间，DCS先与成套设备配套，而后逐步扩大到工艺装置改造上，与此同时，也分成大型DCS和中小型DCS两类产品，使其性能价格比更具有竞争力。DCS产品虽然在原理上并没有多少突破，但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变，共出现了三代DCS产品。1975年至80年代前期为第一代产品，80年代

4、中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21世纪初为第三代产品。2.2DCS控制站   DCS系统中，控制站作为一个完整的计算机，它的主要I/O设备为现场的输入、输出处理设备，以及过程输入/输出(PI/O)，包括信号变换与信号调理，A/D、D/A转换。控制站是整个DCS的基础，它的可靠性和安全性最为重要，死机和控制失灵的现象是绝对不允许的，而且冗余、掉电保护、抗干扰、构成防爆系统等方面都应很有效而可靠，才能满足用户要求。   关于DCS控制站的系统软件，包括实时操作系统、编程语言及编译系统、数据库系统、自诊断系统

5、等，只是完善程度不同而已。第二代DCS控制站开始有面向过程语言和高级语言；第三代DCS控制站的系统软件可以完成离线组态及在线修改控制策略。为了完成控制策略，目前典型的DCS具有各种功能模块，这是DCS厂家的专有技术。对于顺序控制和批量控制组态编程，各种DCS控制站采用不同的方法，直到近年来才向IEC61131-3编程语言标准靠拢。2.3DCS操作站   DCS操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等，其中工程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用(Utility)功能，还有系统配置、操作标记、趋势记

6、录、历史数据管理、总貌画面组态、控制站组态、工艺单元或区域组态等。   实际的DCS操作站是典型的计算机，它与控制站不同，有着丰富的外围设备和人机界面。在人机界面方面，逐渐过渡为以GUI图形用户界面为平台并采用鼠标，组态时制作流程图和控制回路图等采用菜单、窗口等，使人机界面友好。第三代DCS操作站是在个人计算机(PC)及Windows操作系统普及和通用监控图形软件已商品化的基础上诞生的。目前大多数DCS操作站已采用高档PC机或工控机，WindowsNT(或Windows98)操作系统，客户机/服务器(C/S)结构，DD

7、E或OPC接口技术，以太网接口与管理网络相连。DCS系统组态、操作站组态、控制站组态均有相应软件，为DCS用户的工程设计人员提供人机界面。有的DCS的采用通用监控图形软件，或以此类软件为核心，进行二次开发。2.4数据通信及网络   因为数据通信标准牵涉到网络结构、通信介质(信道)、通信协议、不同用户行业的行规等方面，所以直至目前也没有工业(或过程工业)网络的完整的统一标准。到目前为止，IEEE802.4令牌总线传输方式和IEEE802.5令牌环网传输方式的通信协议在DCS系统中应用最广;现在第三代DCS通信均有向以太网

8、开放的趋势，工业以太网的标准也在制订之中，是否能够成为今后DCS的通讯标准，还有待观察。2.5DCS今后发展的几个问题到目前为止，DCS所存在的问题，主要集中在3个方面：即系统开放性问题;与现场传感器、变送器、执行器的接线问题；价格较贵问题[1]。这些问题在第三代DCS中已开始得到解决。在21世纪，新一代的DCS应满足用户这方面的