集散控制论文

现场总线及集散控制课程报告集散控制系统的发展与应用

班级：电气1321

学号：1330117102

姓名：陈耀

集散控制系统的发展与应用

【摘要】：本文以日本横河公司的集散控制系统为例介绍了DCS的结构，介绍了集散控制系统的发展。以及当前一些优秀的集散控制系统的结构，组成，特点与应用。最后文章还表达了对集散控制系统的发展趋势的看法。

【关键词】： DCS；分散控制；应用；发展趋势

【正文】

1. 集散控制系统的发展历史

第一阶段：1975~1980年

第一阶段的集散控制系统是美国Honeywell公司的TDC 2000集散控制系统为代表的集散控制系统．比较著名的有：Honeywell公司的TDC 2000； FISHER 公司的PROV0X；FOXBORO公司的SPECTRUM；横河公司的CENTUM；西门子公司的TELEPERM等。这只是DCS地位确立的开始，但它已经拥有集散控制系统最基本的结构：操作管理装置，通讯系统和分散过程控制装置。并已具备了集散控制系统的最显著的特点：集中管理，分散控制。

第二阶段：1980~1985年

集散控制系统进人第二阶段是因为随着产品竞争愈来愈激烈，并且半导体技术、网络技术、控制技术、计算机技术和软件技术等的飞速发展，第一阶段的DCS系统已经不能满足需求。第二阶段主要产品有：Honeywell公司的TDC-3000；西屋公司的WDPF；横河公司的CENTUM XL TAYLOR公司的MOD300；ABB公司的MASTER等。第二阶段集散控制系统的主要特点是通信范围和数据传送速率的大幅提高以及系统功能的扩大和增强。它有很强的可扩充性和适应性，此时的DCS正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。

第三阶段：1985年至今

第三阶段的DCS的主要改变是直接采用了开放系统网络，并且工业控制设备向智能化、网络化发展和仪表技术向数字化、智能化、网络化方向发展。工控软件正向先进控制方向发展广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向。

2. 集散控制系统的结构

现以日本横河公司的第三代中型集散控制系统uXL为例，说明DCS的系统结构及功能。

操作站：uXL的人机接口由落地式操作站MOPL、台式操作站MOPS及其外部设备构成，操作站提供面向操作人员、工程技术人员的人机接口，实现显示、报警、监控、操作等操作员接口功能；实现组态设计、系统维护等工程师接口功能。在操作监视站中，有大型的CRT屏幕显示器和打印机，操作人员可根据直观、形象的画面显示，改变各控制回路的设定值、运行工况、整定参数以及回路结构。uXL操作站的主要机能包括操作机能、通信机能、BASIC机能和工程师技术机能。操作站将管理、专家系统、生成／维护等功能提高升华控制级通信网络：uXL通信机能的特点是通信结构网络化、阶层化、双重化及与现场仪表通信的数字化。RL总线承担系统内的通信，通信总线和通信接口电路均实现了双重化。RL总线最长可达15kin。独立的uXL系统之间可通过ML2总线进行操作站之间的通信。可通过在软件包中追加通信机能的方式，或用Basic 语言编制通信机能程序的方式。与现场仪表的通信网络：在现场控制单元中通过RS2、RS3通信插件可与PLC和现场仪表通信。

3. 集散控制系统的特点

分级递阶控制。集散控制系统是分级递阶控制系统，它的规模越大，系统重直和水平分级的范围也越广。最简单的集散控制系统至少在垂直方向分为操作管理级和过程控制级，水平方向各过程控制级之问相互协调，向垂直方向送数据，接受指令．各水平级问也进行数据交换。

分散控制：分散控制是集散控制系统的一个重要特点。分散的含义不单是分散控制，还包括人员地域的分散、功能分散、设备分散、负荷分散、危险分散。目的是危险分散，提高设备使用率。

易操作性：集散控制系统根据对宜人学的研究．结合系统组态、结构方向的知识．为操作工提供了，一个非常好的操作环境。为操作员提供的数据、状态等信息易于辨认，报警或事件发生的信息能引起操作员的注意，长时间工作不易疲

劳，操作方便、快捷、安全可靠性高。为了提高系统的可靠性，确保生产持续运行，集散控制系统在重要设备和对全系统有影响的公共设备上采用了后备冗余装置，并引入容错技术。硬件上包括操作站、控制站、通讯线路等都采用双重化配置，使得在某一个单元发生故障的情况下，仍然保持系统的完整性，即使全局性通信或管理失效，局部站仍能维持工作。从软件上采用分段与模块化设计，积木式结构，采用程序卷回或指令复执的容错设计，使系统安全稳定。

信息存储容量大，显示信息量大，有极强的管理能力，可实现生产过程自动化，工厂自动化、实验室自动化、办公室自动化等目标适用于化工生产控制，有良好的性能价格比，不但其硬件适应化工控制．而且软件的适应性也稳定．随着系统开放第三方的应用软件也可方便应用。

4. 几种比较流行的DCS介绍

4.1 Honeywell公司的TDC3000

系统结构：TDC3000主干网络称为局部控制网络LCN（Local Control Network）在LCN上可以挂接通用操作站，历史模件，应用模件，存档模件，各种过程管理站及各种网关接口。TDC3000的下层网称为通用控制网络

UCN(Universal Control Network),在UCN上连接有各种I/O与控制管理站。为了Honeywell公司老的产品Data Hi-way相兼容没，在LCN上设有专门的接口模块，而在Data Hi-way上可以接有操作员站，现场I/O及控制站等。

4.2 Bailey的INFI-90

系统结构：INFI-90是N-90分散控制系统的基础上推出的新一代分散控制系统，该公司称之为决策过程管理系统（Strategic Process Management System）。

4.3 Foxboro的I/AS

系统结构：I/AS系统的主干是采用OSI通信规程，通过宽带接口可与64条载波带LAN相连。载波带LAN也与MAP兼容，每条长2km，可挂100个节点。节点是系统的结构单元。它由各类处理机，LAN接口及网间连接器等站构成，可独立执行各种自动化功能。由节点内的控制处理器，应用处理器，操作站处理机和通信处理机分别执行控制，管理，操作和通信的功能，控制处理机通过现场总线与现场的智能变送器和执行器相连。

【结论】

自第一阶段以来集散控制系统的重点就一直在于控制，它的关键字是“分散”。随着时代的发展，重点倾向于全系统信息综合管理，相信往后发展“综合”又将成为其关键字又将成为“综合”，向实现计划体系、管理体系、控制体系、运行体系的方向发展，变成综合自动化的体系。目前DCS已经相当成熟和实用，集散控制系统仍是当前工业自动化系统应用及选型的主流。面对挑战，我相信DCS将会沿着以下几点趋势继续向前发展：

1) DCS向综合方向发展：由于标淮数据通信链路和网络的发展，将多种单(多)回路调节器、PLC、工业PC、NC等工控设备构成大系统，并与现场总线相融合，适应开放化的大趋势。

2) DCS向智能化方向发展：由于数据库系统、推理机能的发展，专家系统(ES)、知识库系统(KBS)的应用，如自学习控制、自适应控制、远距离诊断等，人工智能可在DCS各级实现。与FF现场总线类似，以微处理机为基础的智能设备，如智能I／O、智能PID控制、变送器和执行器等，智能人机接口、可编程调节器也会相继出现。

3) DCS向专业化方向发展：使用和领域相应的行业DCS如电站DCS、水泥DCS、玻璃DCS等。

4) DCS向工业PC化方向发展：由IPC组成DCS成为一大趋势．PC-PLC、PC-STD、PC-NC等就是PC-DCS的先驱，IPC成为DCS的硬件平台。

参考文献

[1] 刘国海，梅从立．集散控制与现场总线[M]．机械工业出版社

[2] 俞金寿，何衍庆，等．集散控制系统的原理及应用[M] ．北京：化学工业出

版社，1994：5~20

[3] 宋威，周伟工业控制计算机2004年17卷第11期