化工廠DCS系統(tǒng)詳解

更新時(shí)間：2020-08-04 15:45:36　點(diǎn)擊數(shù)：7873

由于DCS涉及的知識(shí)面很廣，所以今天只介紹基本結(jié)構(gòu)和原理部分，希望能為工廠中相關(guān)操作人員以及初學(xué)者提供參考。

DCS是Distributed Control System的縮寫(xiě)，直譯為“分布式控制系統(tǒng)”。由于產(chǎn)品生產(chǎn)廠家眾多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不盡相同，功能和特點(diǎn)也各不相同。

國(guó)內(nèi)在翻譯時(shí)，也有不同的稱(chēng)呼：

分散控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)DCS）

集散控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)TDCS或TDC）

分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)DCCS）

三站一線：工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

1、工程師站

對(duì)DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)。

主要功能：提供對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài)，配置工作的工具軟件，并在DCS在線運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過(guò)工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時(shí)處在最佳工作狀態(tài)之下。

2、操作員站

處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面（HIS，Human Interface Station，或OI，Operator Interface，或MMI，Man Machine Interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

主要功能：為系統(tǒng)的運(yùn)行操作人員提供人機(jī)界面，使操作員可以通過(guò)操作員站及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等，并可通過(guò)輸入設(shè)備對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過(guò)程的安全、可靠、高效。

3、場(chǎng)控制站

現(xiàn)場(chǎng)控制站是DCS的核心，是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

系統(tǒng)主要的控制功能由它來(lái)完成，系統(tǒng)的性能、可靠性等重要指標(biāo)也都要依靠現(xiàn)場(chǎng)控制站保證。

其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及安裝都有很高的要求，是分散控制系統(tǒng)中的主要任務(wù)執(zhí)行者。

4、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是連接系統(tǒng)各個(gè)站的橋梁。由于DCS是由各種不同功能的站組成的，這些站之間必須實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能，特別是網(wǎng)絡(luò)的通信規(guī)約，關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信的效率和系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

基本構(gòu)成

基本構(gòu)成由現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、控制級(jí)、監(jiān)控級(jí)、管理層四級(jí)構(gòu)成。

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)主要包括各種過(guò)程通道卡件或模塊；

控制級(jí)包括所有的過(guò)程站；

監(jiān)控級(jí)包括工程師站、操作員站、歷史站和打印機(jī)等附屬設(shè)備；

管理級(jí)包括管理計(jì)算機(jī)；

四層中間相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)由控制網(wǎng)絡(luò)（Cnet）、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（Snet）、管理網(wǎng)絡(luò)（Mnet）三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)

包括傳感器、變送器、執(zhí)行器等

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備一般位于被控生產(chǎn)過(guò)程的附近。典型的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備是各類(lèi)傳感器、變送器和執(zhí)行器，它們將生產(chǎn)過(guò)程中的各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

例如：將4-20mA的電信號(hào)（一般變送器）或符合現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的數(shù)字信號(hào)（現(xiàn)場(chǎng)總線變送器），送往控制站或數(shù)據(jù)采集站進(jìn)行，將控制站輸出的控制量（4-20mA的電信號(hào)或現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)）轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，帶動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。

信號(hào)傳輸方式

目前現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的信息傳遞有三種方式：

一種是傳統(tǒng)的4-20mA（或者其他類(lèi)型的模擬量信號(hào)）模擬量傳輸方式；

一種是現(xiàn)場(chǎng)總線的全數(shù)字量傳輸方式；

一種是在4-20mA模擬量信號(hào)上，疊加上調(diào)制后的數(shù)字量信號(hào)的混合傳輸方式。

現(xiàn)場(chǎng)信息以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的數(shù)字傳輸是今后的發(fā)展方向。

2、控制級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)控制站

控制級(jí)主要由現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)據(jù)采集站構(gòu)成。一般在電廠中，把現(xiàn)場(chǎng)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(shè)備室中。

現(xiàn)場(chǎng)控制站接收由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如傳感器、變送器來(lái)的信號(hào)，按照一定的控制策略計(jì)算出所需的控制量，并送回到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器中。現(xiàn)場(chǎng)控制站可以同時(shí)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。

數(shù)據(jù)采集站

數(shù)據(jù)采集站與現(xiàn)場(chǎng)控制站類(lèi)似，也接收由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備送來(lái)的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)換和處理之后送到分散型控制系統(tǒng)中的其它部分，主要是監(jiān)控級(jí)設(shè)備中去。

數(shù)據(jù)采集站接收大量的過(guò)程信息，并通過(guò)監(jiān)控級(jí)設(shè)備傳遞給運(yùn)行人員。

數(shù)據(jù)采集站不直接完成控制功能，這是它與現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要區(qū)別。

電子間一般不再獨(dú)立設(shè)置，更多為遠(yuǎn)程I/O站。

3、監(jiān)控級(jí)

監(jiān)控級(jí)的主要設(shè)備有操作員站、工程師站、歷史站和計(jì)算站等。

操作員站安裝在中央控制室。

工程師站、歷史站和計(jì)算站一般安裝在電子設(shè)備室。

操作員站

操作員站是運(yùn)行員與分散控制系統(tǒng)相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備。

運(yùn)行人員通過(guò)操作員站來(lái)監(jiān)視和控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。

運(yùn)行人員可以在操作員站上觀察生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行情況，讀出每一個(gè)過(guò)程變量的數(shù)值和狀態(tài)，判斷每個(gè)控制回路是否工作正常，并且可以隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)控制方式的切換，修改給定值，調(diào)整控制量，操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的干預(yù)；

另外操作員站還可以打印各種報(bào)表，拷貝屏幕上的畫(huà)面和曲線等。

為了實(shí)現(xiàn)以上功能，操作員站是由一臺(tái)具有較強(qiáng)圖形處理功能的微型機(jī)，以及相應(yīng)的外部設(shè)備組成，一般配有大屏幕顯示器、大屏幕顯示裝置、打印機(jī)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或球標(biāo)。

工程師站

工程師站是為了控制工程師對(duì)分散控制系統(tǒng)進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作站。

工程師站的另一個(gè)作用是對(duì)各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類(lèi)和管理，形成各種設(shè)計(jì)文件，例如，各種圖紙、表格等。

工程師站一般由PC機(jī)配置一定數(shù)量的外部設(shè)備所組成，例如打印機(jī)、繪圖機(jī)等。

歷史站

歷史站的主要任務(wù)是存儲(chǔ)過(guò)程控制的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)報(bào)警，實(shí)時(shí)趨勢(shì)等與生產(chǎn)密切相關(guān)的數(shù)據(jù)，用來(lái)進(jìn)行事故分析，性能優(yōu)化計(jì)算，故障診斷等；

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