分散控制系统

在现场控制站的存储器中固化有一个控制和运算功能的程序库，可进行PID运算，高低限幅及各种数字运算。使用者可根据需要建立自己的控制系统。例如，用户可选用一块具有CPU的多功能控制器主模件，一块存储器板（EEPROM、RAM），一定数量的模拟量、数字量输入/模出模件，一块环路接口模件，一块总线接口模件，即可构成一定规模的现场控制站（PCU）。由许许多多现场控制站来实现对生产过程的分散控制。
在分散控制系统中，数据通信系统是把过程控制级和控制管理级连接在一起的桥梁，同时也是分散控制系统的中枢神经。数据通信的传输介质是一条同轴电缆或双绞线构成的高速通信线路，称数据高速公路（DHW）。所有通信网络上的节点，如现场控制单元PCU、操作接口单元控制台OIU或管理命令系统MCS，以及计算机接口单元CIU等都通过接口电路挂接到数据高速公路上。而通信系统有着不同的网络结构型式，必须选用适合网络结构的信息送取技术即介质访问技术。
计算机分散控制系统的特点有:
(1)通用性很强,系统组态灵活。由于分散系统的硬件采用了积木式结构，软件实现了模块化，所以整个系统的配置具有很大的灵活性。选用各种功能的软件模块，根据需要进行组态，既可构成各种控制功能的系统。
(2)由于采用了数字化通信技术，数据处理迅速，显示操作集中，人机联系方便。
(3)控制系统分散化，提高了运行的安全可靠性。由于各控制回路是由各自的功能组件组成控制系统的，“危险分散”了，同时也避免了中央计算机系统软件的复杂性。
过程控制级各单元的作用是：对现场送来的生产过程信号进行数据采集、转换、校正、补偿和运算，从而对生产过程提供闭环控制、顺序控制等调节控制功能。
在不同的分散控制系统中，过程控制单元的名称各异，如基本控制器、多功能控制器等。过程控制单元所采用的结构型式大致相同，都是将一些标准模件集中安装在控制机柜内。可以根据生产过程监视和控制的需要，将高度模块化的结构灵活地组成几十个或几百个过程控制单元。因此，一般的过程控制级就是指现场控制站和有关通信接口部分。
一般性分散控制系统的基本构成如图1所示。按各部分功能的不同，系统可分为过程控制级、控制管理级和数据通信系统。
操作员站工程师站管理计算机
通信接口通信接口通信接口
通信总线
通信接口 通信接口 通信接口……通信接口
现场控制站 现场控制站数据采集站…外部系统
生产过程现场
图 1 分散控制系统的基本构成
(一)过程控制级
时间分槽式是把规定的时间间隔分成若干时间槽，在时间槽开始时该节点发送信息，允许的时间一结束，就轮到下一个节点发送信息。西屋公司的WDPF分散控制系统就采用这种通信方式。
3)存储转发式 存储转发式是一种允许网上所有站都能同时发送和接收信息的方式。适用于环形网络结构。每个节点可以随时间向自己相信相邻的下一节点发出信息，包括原站、目的站地址在内。相邻的节点接收这些信息并存储起来，待自己的信息发送完毕，再对接到的信息进行识别。如果本站不是目的站，则对信息进行放大，继续发送到相邻的下一个节点，直至该信息到达目的站，目的站就在该信息段上加确认信息。如果检查信息出错，则加否认信息，继续向下一节点发送，直至回到原节点。若原节点收到的是确认信息，则表明传输成功，去掉该信息段，可再发送下一信息。如果收到的是否认信息，则需要重新发送。由此可见，在任一时刻，网络中各站传输的信息是不同的，每个站都起到中继站的作用。
分散控制系统(DOS)又名集散型控制系统,分布式控制系统.它是利用计算机技术对生产过程进行集中监视操作,管理和分散控制的一种新型控制技术,是计算机技术,信息处理技术,测量控制技术,通信网络技术和人机接口技术相互渗透发展而产生的一种新型先进事控制系统.分散控制系统由集中管理部分,分散控制监测部分和通信部分组成.集中管理部分又可分为操作员工工作站,工程师工作站和管理计算机.操作员工作站的任务是对生产过程进行监视和操作;工程师工作站的任务是组态(根据对象特性,生产过程的需要组成不同的控制状态和方式)和维护;管理计算机用于全系统的信息处理和优化控制.分散控制监测部分按功能可分为控制站,监测站;通信部分则完成数据,指令及各种信息的传递。
报表和报警信息等的打印。
工程师站可进行数据库的生成、生产流程画面的产生，连续控制回路的组态和顺序控制的组态等。
（三）数据通信系统
在过程控制系统中，几乎无处不含信息的传输和处理。所谓通信，就是指用特定的方法，通过某种介质或传输线将信息从一处传送到另一处的过程。按照这一定义，在常规控制系统中也存在许多通信过程，如变送器通过信号电缆把反映过程变量的信息传输到调节器，调节器输出的控制信号通过控制电缆传输到执行机构，这些过程都包含信息的传输。在分散控制系统中，各个系统部件之间也必须传输大量的信息，这些信息的传输是通过数据通信系统完成的。
2)广播式 广播式信息传输是无主从控制的通信协议方式。每个站往外发送信息要占用传输线路，如果在同一时刻有多个站往外发送信息，就会发生抢占传输线路的冲突，所以要有一定的协议方式来协调这种冲突，使得在一个时间内只有一个站处于发送信息的状态，其他站均处于接收状态广播式信息传输可分为自由竞争式、通行标记式（令牌传送式）和时间分槽式等。
自从1975年世界上第一套集散控制系统诞生之后，工业控制自动化进入了一个崭新的时期。经过20多年的发展，其体系结构不断更新，功能日益完善，已经朝着计算机集成综合制造方向发展。总的来说，计算机过程控制系统的体系，结构的发展，经历了直接数字控制系统，集中型计算机控制系统，分层计算机控制系统和目前广泛采用的分散控制系统等几个阶段。
自由竞争式为防止发生冲突，造成报文作废，发送站在报文前需要“监听”总线是否空闲。如果空闲，则发报文到总线上，称为“先听后发”。为避免冲突，还需要在发送报文开始的一段时间内继续“监听”总线，把接收到的信息与自己发出的信息进行比较。若是相同的，则继续发送，称之为“边听边发”。若不相同，则停止发送，称为“冲突后退”，并发出一个冲突标志，等待随机时间后，再重新发送，称为“再试重发”。自由竞争式一般适用于总线形网络和环形网络。
通过标记式,即令牌传送式,适用于环形结构.这种通信方式有一个被称之“令牌”的信息段绕环形网络各节点依次传送。令牌有“空”、“忙”两种状态。某站接到令牌后，如果为“空”，则首先将令牌置为“忙”，并置入所要发送的信息、原节点名、目的节点等信息量段，然后将其送上环形网络。令牌沿环形网络绕行一周再回到原节点时，所传信息已被目的节点站取走，再把令牌置“空”，并送上环形网络继续传送，以便其他节点使用。
上。网络易于扩展，不致相互影响。这种网络结
构易于实现通信线路冗余，以提高安全性，安装
费用较低，所以总线形网络结构应用广泛。 通信总线
3）环形网络结构 环形网络结构如图6。
各站通过接口挂接到首尾相连的环形总路线上，
网上各站平等行使通信控制权，信息在网上的
传递总是从始发站出发，经各站后直接回到始发
站。网上各个站都要承担信息和接收、放大、再
引言：分散控制系统由多个(对)以微处理器为核心的过程控制采集站，分别分散地对各部分工艺流程进行数据采集和控制，并通过数据通信系统与中央控制室各监控操作站联网，对生产过程进行集中监视和操作的控制系统。
正文：
一分散控制系统的发展与构成
在生产控制领域，常规模拟仪表控制系统经历了基地式，单元组合式，组件组装式等几个发展阶段段。应当说仪表控制系统不同阶段的发展，一方面整个科学技术发展水平密切相关，比如采用电子管，晶体管，小规模集成电路，大规模集成电路，都局限于一定时期电子技术的发展水平；另一方面，生产过程的规模对控制水平的要求也处于不断和发展进步中。直至今天，也并不是任何一个简单的生产过程都需要采用分散控制系统，然而，以现代化大型发电机组为例，设备与生产过程十分复杂，需要采用复杂控制方案，常规模拟仪表由于受其功能的限制，就难以满足要求。一台300MW机组需要操作控制的项目达410-450点，需要监视的测点在1000点以上，如果采用常规模拟仪表，中央控制室表盘仪表多达数百台件，控制台长达十几米，操作和监视相当困难，稍有不慎就可能造成重大事故，因此，十分有必要采用新型的仪表控制系统。
分散控制系统概述
摘要：分散控制系统的发展,基本结构,特点;分散控制系统的过程控制站功能,硬件组成及各部分的作用;运行操作站的功能,硬件组成及各部分的作用;工程师站的功能及设备组成;数据通信网络的组成,工作原理,在分散控制系统中的作用。
关键词：分散控制系统、构成原理、过程控制站、运行操作员、和工程师站
生
产
过
程
通信
网络
内部总线
图 2 现场控制站基本结构
（二）控制管理级
过程控制级实现的是分散控制，控制管理级则是以实现集中显示、操作与管理的。所以，分散控制系统又曾名为集散型控制系统。控制管理级包括操作控制站、工程师站和通信设备。有些系统还设置了用于系统管理和计算的管理计算机，一般称上位机，与此相对应的过程控制级中使用的微处理机称为下位机。由通信网络把分散在现场的许多现场控制站、数据采集站与操作控制站、工程师站连接起来，对过程控制级的设备进行控制管理。
现场控制站（简称PCU）是计算机分散控制系统的基础和重要组成部分，它是一个可独立运行的计算机监视控制系统。现场控制站的控制模件、组态模件、输入/输出模件、电源模件等均装在一个机柜内。现场控制站至少要有一个以CPU为核心的控制器模件,通过内部总线与其他过程接口模件、通信接口模件构成一个整体，其基本结构如图2所示。
量大，数据处理与存储量要求也大，一
般都由功能较强的硬、软件设备组成。
各从站只需具备简单的点对点间的通信 图4 星形网络结构
功能。
星形网络的传输效率较高，但由于主站一旦出现问题，将会影响整个网络的通信，所以可靠性低，应用不广泛。
2）总线形网络结构 总线形网络结构如图5所示。它用一条开环的通信电缆作为数据高速公路，各节点通过接口挂到总线
鉴于分散控制系统有以上这些特点,目前该系统在各国及至我国大型火力发电厂组上均被广泛采用,并已取得显著的经济效益.