DCS控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)

 概    述

DCS是分散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。

特    點(diǎn)

高可靠性

由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。

開放性

DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作。

靈活性

通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號(hào)及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報(bào)警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。

易于維護(hù)

功能單一的小型或微型專用計(jì)算機(jī)，具有維護(hù)簡單、方便的特點(diǎn)，當(dāng)某一局部或某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以在不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下在線更換，迅速排除故障。

協(xié)調(diào)性

各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。

控制功能齊全

控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進(jìn)控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。處于底層的過程控制級(jí)一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)對(duì)來自過程控制級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障診斷、顯示報(bào)警等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計(jì)算機(jī)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的集中管理功能，如計(jì)劃調(diào)度、倉儲(chǔ)管理、能源管理等。

結(jié)    構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)。過程級(jí)主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。操作級(jí)包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級(jí)主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。

DCS的控制程序：DCS的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。

過程控制站的組成：

DCS的過程控制站是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要由電源、CPU（中央處理器）、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成。I/O：控制系統(tǒng)需要建立信號(hào)的輸入和輸出通道，這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的，一個(gè)I/O模塊上有一個(gè)或多個(gè)I/O通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）。I/O單元：通常，一個(gè)過程控制站是有幾個(gè)機(jī)架組成，每個(gè)機(jī)架可以擺放一定數(shù)量的模塊。CPU所在的機(jī)架被稱為CPU單元，同一個(gè)過程站中只能有一個(gè)CPU單元，其他只用來擺放I/O模塊的機(jī)架就是I/O單元。

日  常  維  護(hù)

1、 過程通道故障：過程通道故障出現(xiàn)最多的是I/O卡故障。I/O卡故障一般的判斷與處理：通過系統(tǒng)診斷，更換通道或通過更換備用件處理，至于其內(nèi)部元件老化或是其他原因造成的損壞，一般控制人員不好判斷。I/O卡的檢修一般是由廠家處理，目前的熱控檢修人員的手段還不能達(dá)到像檢修常規(guī)儀表那樣檢修。而且生產(chǎn)廠家的I/O卡件已制造成一體化的趨勢，這樣只能購買備件。好在這類故障只是在調(diào)試階段出現(xiàn)較多，正常運(yùn)行中出現(xiàn)幾率很低。一次元件或控制設(shè)備出現(xiàn)故障有時(shí)不能直接被操作員發(fā)現(xiàn)，只有異?；驁?bào)警后才通知熱控人員處理。這樣對(duì)檢修人員和運(yùn)行人員的素質(zhì)要求就要提高，運(yùn)行人員要詳細(xì)介紹故障前后的狀態(tài)便于熱控檢修人員能夠快速、準(zhǔn)確地處理缺陷，減少故障的擴(kuò)大化，另外許多DCS廠家在產(chǎn)品宣傳上都支持卡件熱撥，做為控制人員，在運(yùn)行中更換卡件時(shí)一定要做好安全防護(hù)措施否則會(huì)引起系統(tǒng)變化或負(fù)荷變化，尤其數(shù)字量卡件。

2 、對(duì)于操作員站死機(jī)無論國產(chǎn)與進(jìn)口設(shè)備都有相關(guān)的報(bào)道，那么究其原因比較多，硬盤或卡件故障，冷卻風(fēng)扇負(fù)荷過重等等，有時(shí)會(huì)發(fā)生人為操作現(xiàn)象，一般在修改控制邏輯下裝軟件重啟設(shè)備或強(qiáng)制設(shè)備保護(hù)信號(hào)時(shí)，最易發(fā)生操作事件，輕則設(shè)備異常，重則易造成設(shè)備停運(yùn)后果非常嚴(yán)重；對(duì)死機(jī)后重啟，不同廠家的啟動(dòng)時(shí)間不同，少則幾十秒，多則幾分鐘，人為該操作發(fā)生的故障在熱工專業(yè)中的不安全事件中占有很大比例，在操作中尤為引起高度重視，減少人為故障。

3、球標(biāo)操作不正常，一般是由于機(jī)械裝置長期工作、老化、污染、點(diǎn)通斷不可靠、電纜插件不牢等這樣的就需要換檢查即可。

4、控制操作失靈：是由于球標(biāo)的操作信號(hào)沒有正常改變過程通道的狀態(tài)，造成操作失效，這是2個(gè)方面造成的，一個(gè)方面是軟件缺陷，另一方面是硬件本身故障的狀態(tài)針對(duì)這樣的缺陷通常做法檢查過程通道功能正常后，再檢查操作遠(yuǎn)必要時(shí)進(jìn)行重起初始操作。

5、對(duì)于薄膜鍵盤主要是鍵盤接觸不良信號(hào)電纜松動(dòng)或主機(jī)誤動(dòng)鍵盤或啟動(dòng)不完整都可以導(dǎo)致其功能不正常應(yīng)用針對(duì)不同情況處理。

6、打印機(jī)不工作一般是由于配置的原因，這樣的故障應(yīng)檢查打印機(jī)的設(shè)置及其硬件是否正常進(jìn)行處理。報(bào)表軟件功能不強(qiáng)主要表現(xiàn)在由于打印機(jī)打印報(bào)表和SOE等造成死機(jī)，或者打印機(jī)的SOE記錄時(shí)問與實(shí)際情況不符；SOE打印瀏覽后不能返回歷史曲線；SOE時(shí)間順序不一致有時(shí)偏差很大，這會(huì)延誤事故分析的進(jìn)展時(shí)，有時(shí)還會(huì)誤導(dǎo)分析方向，SOE問題既與系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，SOE點(diǎn)沒完全集中在一個(gè)DPU上的有關(guān)，也與系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)考慮不周有關(guān)。這種故障的出現(xiàn)，通過分析認(rèn)為這主要是對(duì)電廠的總體方面考慮的不太完美，在小的方面還不夠仔細(xì)會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的故障，針對(duì)這種情況要認(rèn)真對(duì)待，不放過蛛絲馬跡，與廠家認(rèn)真研究提出問題進(jìn)一步完善，讓該系統(tǒng)更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

7、 電源故障：電源故障問題較多，保險(xiǎn)配置不合理，備用電源不能自投，電源波動(dòng)引起保護(hù)誤動(dòng)及接插頭接觸不良易造成無電源。針對(duì)電源故障處理相對(duì)比較容易。首先，認(rèn)真核對(duì)保險(xiǎn)的配置及容量，真正起到保險(xiǎn)的作用；其次，UPS的配備很重要，它可以在電源波動(dòng)時(shí)也能保證系統(tǒng)正常供電，而且要考慮冗余和備用問題。

8、 干擾造成的故障：對(duì)于干擾主要是接地問題，備用電源的切換和大功率的無線通信設(shè)備如手機(jī)、對(duì)講機(jī)等。另外還有DCS系統(tǒng)的干擾信號(hào)可能由本身造成的。那么對(duì)于DCS系統(tǒng)的接地問題越來越引起人們的重視，尤其在電力行業(yè)，大功率電器設(shè)備的啟動(dòng)和停止都會(huì)干擾DCS的控制信號(hào)，造成不必要的故障。為了防止干擾信號(hào)串入系統(tǒng)，嚴(yán)格執(zhí)行屏蔽和接地要求和方式，信號(hào)線遠(yuǎn)離干擾源，同時(shí)采取防電源波動(dòng)措施。主/從過程處理機(jī)之間在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，除非萬不得以，盡量不要人為切換，已防產(chǎn)生干擾，如必須切換，應(yīng)采取措施，先將控制切手動(dòng)，以免對(duì)機(jī)組運(yùn)行工況產(chǎn)生影響。對(duì)電子設(shè)備問、工程師站等重點(diǎn)部位，應(yīng)絕對(duì)禁止使用大功率無線電通信設(shè)備。

和sis及mis的區(qū)別

1.DCS

集散控制系統(tǒng) (Distributed  Control  system)  是以微處理器為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)。自70年代中期第一套集散控制系統(tǒng)問世以來，集散控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。集散控制系統(tǒng)的主要特性是通過實(shí)時(shí)監(jiān)控達(dá)到集中管理和分散控制。

2.SIS

廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng) ( Supervisory  Informntion  System )是集過程實(shí)時(shí)監(jiān)測、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過程管理為一體的廠級(jí)自動(dòng)化信息系統(tǒng)。SIS的目標(biāo)是通過大規(guī)模的數(shù)據(jù)搜集處理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息與管理信息的共享，在此基礎(chǔ)上，通過計(jì)算、分析、統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化、數(shù)據(jù)挖掘手段，實(shí)現(xiàn)化工廠生產(chǎn)過程監(jiān)視、工藝設(shè)備性能及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析和運(yùn)行指導(dǎo)。主要特性體現(xiàn)再系統(tǒng)決策支持上。

3. MIS

管理信息系統(tǒng) ( Management  Information  System) ，是一個(gè)由人、計(jì)算機(jī)等組成的能進(jìn)行信息的收集、傳送、儲(chǔ)存、維護(hù)和使用的系統(tǒng)，能夠?qū)崪y企業(yè)的各種運(yùn)行情況，并利用過去的歷史數(shù)據(jù)預(yù)測未來，從企業(yè)全局的角度出發(fā)輔助企業(yè)進(jìn)行決策，利用信息控制企業(yè)的行為，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo)。這里給出的定義強(qiáng)調(diào)了管理信息系統(tǒng)的功能和性質(zhì)，也強(qiáng)調(diào)了管理信息系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)對(duì)企業(yè)管理而言只是一種工具。

和PLC區(qū)別

DCS：分散控制系統(tǒng)（distributedcontrol systems）。

PLC：可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）。

DCS更側(cè)重于過程控制領(lǐng)域（如化工、冶煉、制藥等）主要是一些現(xiàn)場參數(shù)的監(jiān)視和調(diào)節(jié)控制，而PLC則側(cè)重于邏輯控制（機(jī)械加工類）。當(dāng)然現(xiàn)在的PLC也能很好的處理過程控制問題，但是沒有DCS專業(yè)。

模擬量大于100個(gè)點(diǎn)以上的，一般采用DCS；模擬量在100個(gè)點(diǎn)以內(nèi)的，一般采用PLC。

DCS是一種“分散式控制系統(tǒng)”，而 PLC只是一種控制“裝置”，兩者是“系統(tǒng)”與“裝置”的區(qū)別。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調(diào)，PLC裝置只實(shí)現(xiàn)本單元所具備的功能。

DCS網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，DCS系統(tǒng)通常采用的國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好。而 PLC因?yàn)榛旧隙紴閱蝹€(gè)小系統(tǒng)工作，在與別的PLC或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也經(jīng)常與國際標(biāo)準(zhǔn)不符。

DCS系統(tǒng)所有 I/O模塊都帶有 CPU，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集及輸出信號(hào)品質(zhì)判斷與標(biāo)量變換，故障帶電拔，隨機(jī)更換。而PLC模塊只是簡單電氣轉(zhuǎn)換元，沒有智能芯片，故障后相應(yīng)單元全部癱瘓。

優(yōu)  缺  點(diǎn)

DCS的優(yōu)點(diǎn)：DCS靈活性強(qiáng)，支持帶電熱拔插，支持在線下載新增加的控制邏輯程序，支持在線添加IO模板。DCS通過局域星型環(huán)網(wǎng)可以現(xiàn)實(shí)多個(gè)控制站共享數(shù)據(jù)。DCS擴(kuò)展工程相對(duì)方便點(diǎn)。
現(xiàn)在工業(yè)控制主流還是DCS。

DCS的缺點(diǎn)相對(duì)少點(diǎn)，無非就是小系統(tǒng)時(shí)成本較高，對(duì)數(shù)字量控制和時(shí)序控制一塊不是很強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)不了或者是編程太過于復(fù)雜，一般的工程師還無法完成。 DCS開放性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，或者是說需要第三方儀表或控制系統(tǒng)與DCS通訊，采用RS485或網(wǎng)關(guān)來轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)通訊的硬件成本很高。
其實(shí)DCS內(nèi)部核心就是32位ARM微處理器。