4C技术在dcs中的应用分析

“4C”技术在DCS中的应用分析摘要：集散型控制系统又称分布式控制系统(Distributedcontrolsystem简称DCS)，是20世纪70年代随着计算机技术发展而出现的。DCS的主要基础是4C技术，即计算机(Computer)、控制(Control)、通信(Communication)和CRT显示技术。随着4c技术及软件技术的迅猛发展，DCS已得到全面的发展。目前，集散控制系统已广泛使用在电力、石油、化工、制药、冶金、建筑等众多行业中。关键字：4c技术；集散控制系统；计算机技术一、引言DCS是分散控制系统(DistributedControlSystem)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器(过程站)对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点就是分散控制集中管理。二、正文一、集散控制系统的组成及发展集散型控制系统又称分布式控制系统(DistributedControlSystem简称DCS)。集散控制系统是20世纪70年代随着计算机技术发展而出现的。它的主要基础是4C技术，即计算机(Computer)、控制(Contro1)、通信(Communication)和CRT显示技术。1.1、DCS系统分硬件和软件两种组成部分：1.1.1、硬件部分：主要有集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。1.1.2、软件部分：分布式控制系统的软件可分为系统软件、组态软件、应用软件。其功能如下所述：（1）系统软件：提供系统运行和管理的基本环境。（2）组态软件：对过程管理系统组态、系统内各设备的定义、确定各设备的工作要求，设备网地址分配、定义各种控制点、点数据在显示图上的编排等。（3）应用软件：用于整个生产过程的操作和控制，过程数据收集，信息分析、优化，监控控制，外来设备的网络化及完善。运行于系统人机界面工作站、服务器等节点中的软件，提供数据采集和事件分析处理、信息存储和管理、二次计算、人机界面监视、远程控制操作及其他的应用功能。1.2、从系统结构分析，集散控制系统是由三大基本部分组成，它们是分散过程控制装置部分、集中操作和管理系统部分以及通信系统部分。（1）、分散过程控制装置部分：由多回路控制器、单回路控制器、多功能控制器、可编程序逻辑控制器及数据采集装置等组成。它相当于现场控制级和过程控制装置级，实现与过程的连接。（2）、集中操作和管理部分：由操作站、管理机和外部设备如打印机、拷贝机等组成。相当于车间操作管理级和全厂优化和调度管理级，实现人机接口。（3）、通信系统部分：在每级之间以及每级内的计算机或微处理器则由通信系统进行数据通信。二、DCS控制系统的结构组成2.1、过程控制站——计算机系统DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、高性能的中央处理器（CPU）、网络接口组成。高性能的中央处理器是现场过程控制的中心，存放并运行所有的过程控制程序以及现场仪表数据和控制数据。DCS的控制决策都是由它来执行的。过程控制站的网络接口是同上一级的操作员站和工程师站的连接通道。操作员的操作控制信息和工程师站的组态程序都是通过这一通道发送到过程控制站，过程控制站收集整理的现场数据也是通过这一通道传递到操作员站上。过程控制站同I/O模块之间通过现场总线连接。一台用于操作、监视、报警、趋势显示、记录和打印报表的PC机。操作员站通常装有操作软件以完成上述功能，并且是通过以太网同过程控制站相连。一台用于组态过程控制软件，诊断、监视过程控制站运行情况，供DCS工程师开发、测试、维护DCS系统使用的计算机。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。生产控制操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。2.2、DCS的通讯网络（1）、发展历程随着计算机技术、网络技术和控制技术的不断发展，DCS自20世纪70年代问世以来，先后经历了四个发展时期，具体划分为：（1）1975—1980初创期。此时的DCS通讯系统只是一种初级局部网络，全系统由一个通讯指挥器指挥，对各单元的访问是轮流询问方式。如TDC-2000、MOD-3等。（2）1980—1985成熟期。采用局域网络，由主从式星型网络转变成对等式的总线网络通信或环网通信，扩大了通信范围，提高了传输速率。如TDC-3000、MOD-300等。（3）1985—1990扩展期。在局域网络方面采用国际标准组织ISO的OSI开放系统互联的参考模型，使符合开放系统的各制造厂的产品可以互连，互通信以及进行数据交换，第三方软件以可以应用。改变了过去DCS各厂自成系统的封闭结构，DCS由原来的仅能应用发展到不仅能应用而且能开发。TDC-3000（带UCN网）CentumXL等。（4）90年代以后，网络开放期。采用符合国际标准的通信协议和规程，即IEE802（以太网）、IEE802.4（令牌总线）、EEFDDI（光纤分布数据界面）、TCP/IP（传输控制协议/互联协议）或MAP（制造自动化协议）等，使不同厂家型号、不同操作系统的计算机可共存一个网络标准，达到产品互换、资源共享的目的。（2）、通讯网络的特点通讯网络是DCS的重要支柱，执行分散控制的各单元以及各级人机接口要靠通讯系统连成一体，这种在局部区域内使用各种数据通讯的设备互连的通讯网络称为局域网（LAN）。它是一个高通讯速率，低误码率，快速响应的局部网络，具有组织灵活，易于扩展，资源共享的特点，然而DCS完成的是工业控制，因此它与一般的办公室用局部网络有所不同，具有如下的特点：(1)具有快速的实时响应能力，一般办公室自动化计算机局部网络响应时间为2-6s，而它要求0.01-0.5s。(2)具有极高的可靠性，必须连续、准确运行，数据传送误码率低于10-8—10-11，系统利用率在99.999%以上。(3)适合于在恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、电磁干扰和低电位差干扰。(4)分层结构，为适应DCS的分层结构，其通讯网络也必须具有分层结构，如分为现场总线，车间级网络系统，工厂级网络系统等不同层次。（3）、通讯网络的分级体系早期的DCS系统的通讯网络都是专用的，DCS有几级网络，完成不同模件之间的通讯。从目前的情况来看，DCS的最多网络级有四级，它们分别是I/O总线、现场总线、控制总线和DCS网络。(1)I/O总线它把多种I/O信号送到控制器，由控制器读取I/O信号，I/O模件之间并不交换数据。(2)现场总线现场总线是90年代初发展起来的，远程I/O应该采用现场总线，如CAN、LONWORKS、HART总线等。(3)控制总线把完成不同任务的三种控制器连在一条总线上，实现控制器之间的通讯，称为控制总线。在控制总线上的不同控制器的数量不受限制，在这一条总线上除三种不同的控制器模件以外，还有DCS网络的接口模件。在控制总线上，控制器之间可以调用数据，使得模拟量和开关量之间的结合很好。(4)DCS网络DCS网络把现场控制器和人机界面连成一个系统。为了确保通讯可靠，DCS生产厂家无论是电缆，还是通讯接口，都作成冗余的，一条网络发生故障，另一条备用网络立即投入运行。2.3、CRT显示技术显示技术是利用电子技术提供变换灵活的视觉信息的技术。按照不同的应用，由一种或多种、一台或多台显示设备组成的提供视觉信息的电子系统。它接受来自不同电子设备或系统的信号。显示系统一般需要配备适当的输入装置和必要的记录设备，以便实现人－机联系和供事后查用。显示软件在智能化显示设备中十分重要。图形语言的标准化，对计算机显示的广泛应用有巨大影响。CRT根据调控方式不同可分为：模拟调节、数字调节和OSD调节。模拟调节是在显示器外部设置一排调节按钮，手动调节亮度、对比度等一些技术参数。由于模拟器件较多，故障的几率较大，而且可调节的内容极少，所以已销声匿迹。数字调节是在显示器内部加入专用微处理器，操作更精确，能够记忆显示模式，而且其使用的多是微触式按钮，寿命长，故障率低。OSD调节严格说算是数控方式的一种，能以量化的方式将调节直观地反映到屏幕上。三、总结本文为综述性论文，着重分析了分布式控制系统（简称DCS）的组成部分及各自控制部分和发挥的功能。DCS的主要基础——4C技术，DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物，是以微处理机为基础，以微机分散控制，操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C技术于一体的新型控制系统。其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS通常采用若干个控制器(过程站)对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。随着现代计算机和通讯网络技术的高速发展，DCS正向着多元化、网络化、开放化、集成管理方向发展，使得不同型号的DCS可以互连，进行数据交换，并可通过以太网将DCS系统和工厂管理网相连，实现实时数据上网，成为过程工业自动控制的主流。近几年来，生产行业进一步提高了工厂综合自动化水平，注重信息化的建设，特别是各地的火电厂纷纷提出适合自己工厂的厂级监控信息系统以提高生产效率，实现工厂管理信息系统与各种分散控制系统之间的数据交换。厂级实时监控信息系统以分散控制系统为基础，以经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用先进、适用、有效的专业计算方法，实现整个电厂范围内信息共享，厂级生产过程的实时信息监控和调度，同时又提高了机组运行的可靠性。它为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据，为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。