（机械制造及其自动化专业论文）分布式控制系统在mtbe生产中的应用研究.pdf

， 毒 ，：， 耐j 麓! r 孳 l 4 “ i v ， 啦 曩，k*h托 ， r ，j 矿一 一 l ； 。 一。 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：日期立oc 年月岁。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：高勘虱 日期：川f 年j 月狮 导师签名。卤耍砺。锣 日期：山，年厂月沙日 1 一 j v 罅 硕士学位论文 i i i , i ii i ：量曼量曼曼曼量曼曼曼曼曼量 目录 目录i 摘要i a b s t r a c t i i 插图索引i i i 附表索引 第1 章绪论1 1 1 课题研究的背景及意义l 1 2 控制系统的发展3 1 3d c s 的发展3 1 3 1 国外d c s 的研究与发展现状4 1 3 2 国内d c s 的研究与发展现状6 1 4 研究内容7 第2 章3 0 0 x 分布式控制系统的结构组成- 9 2 1 概述9 2 2 通信系统整体结构l0 2 2 1 网络组成1 0 2 2 2 系统主要性能指标1 2 2 3 分散过程监控装置控制站13 2 3 i 控制站的硬件1 3 2 3 2 控制站卡件1 4 2 3 3 控制站端子板2 0 2 4 集中操作管理装置工程师站、操作员站2 1 2 5 控制系统软件配置。2 3 2 5 1 系统软件功能特点及性能指标2 3 2 5 2 系统软件构成介绍2 4 2 6 分布式控制系统的优越性2 4 本章小结2 5 r 和 分布式控制系统在m t b e 生产中的应用研究 鼍曼曼曼曼虽曼量曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼量量篡i,w!llllw w i 量舅曼曼曼皇曼 第3 章d c s 在m t b e 生产装置中的应用分析2 6 3 1m t b e 生产概述。2 6 3 2 生产m t b e 的适宜条件2 7 3 3d c s 在m t b e 生产装置中的原控制方案分析2 8 3 3 1 工艺总述及要求。2 8 3 3 2m t b e 控制系统分析2 9 本章小结3 5 第4 章d c s 在m t b e 装置中的优化设计3 6 4 1 、子系统划分3 6 4 2 、原料供给单元的控制系统优化3 7 4 2 1 变频器的基本原理及分类3 9 4 2 2 通用变频器的主要功能_ 4 0 4 2 3 变频器的主电路及控制电路结构4 1 4 2 4 变频调速原理4 2 4 2 5 变频器在m t b e 装置原料供给中的应用4 3 4 2 6 在线近红外光谱分析技术在醇烯比测量中的应用一4 5 4 3 醚化反应单元的工艺改进4 8 4 4s u p c o nj x 3 0 0 x 系统配置4 8 本章小结5 0 第5 章系统组态5 1 5 1 系统总体结构组态5 1 5 2 控制站组态5 3 5 3 操作站的组态i 5 5 本章小结5 8 总结与展望5 9 参考文献6 0 致谢6 4 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录一6 5 i i o 硕士学位论文 摘要 在目前经济高速发展的中国，信息化、自动化正在成为化工企业生产的发展 潮流，各企业不断采用新技术新工艺来提高生产效率，从而在激烈的竞争中保持 良好的行业地位。分布式控制系统( d c s ) 以其良好的稳定性、可靠性得到了大 部分企业的青睐，如何使得分布式控制系统在生产控制中发挥其最优效能，成为 研究人员的主攻方向。本文对分布式控制系统在m t b e ( 甲基叔丁基醚) 生产中 的应用做了研究分析并进行了优化设计： 首先，对分布式控制系统的国内外发展、应用情况、优势、特点作了阐述， t 并结合山东石大胜华化工股份有限公司m t b e 装置的生产实际，对该装置工艺流 程、工艺要求、设备组成以及该装置采用的浙大中控s u p c o nw e b f i e i dj x 3 0 0 x ， d c s 硬件结构组成、各部分性能特点、配置软件的功能等进行了较为详尽的介绍。 其次，通过对m t b e 装置生产工艺过程及控制方案进行分析，结合实际生产 中操作员的反馈信息，论述了生产装置的工艺缺陷及控制方案缺陷，在此基础上， 对该装置进行了工艺改进，并对控制方案进行了优化设计。为提高生产过程的自 动化程度，降低能耗引入了变频调速技术和在线醇烯比测量技术，本文对引入技 术的原理、特点、优越性也作了论述。 再次，根据优化设计内容对控制系统进行了硬件配置，介绍了s u p c o n w e b f i e l dj x 3 0 0 xd c s 组态软件包a d v a n t r 0 1 p r o 对系统的组态过程，将系统的硬 件参数设置与生产实际良好匹配起来，实现分布式控制系统对于生产控制的良好 实时监控、实时调节、分析、处理功能 在科学技术日新月异的今天，分布式控制系统的研究逐渐成熟起来，其在m t b e 生产控制中的应用体现了独特的优越性，与国际上的控制系统的差距正在缩小， 与国际接轨，提高国际竞争力是目前各企业的迫切需求。因此，研究分布式控制 系统的应用技术具有重要的价值。 关键词：分布式控制系统，m t b e ，变频调速，在线醇烯比测量，优化设计 ， ， 分布式控制系统在m t b e 生产中的应用研究 a b s t r a c t i nc h i n aw h i c hh a sah i g hs p e e di n c r e a s eo fe c o n o m y ，t h ei n f o r m a t i o n b a s e da n d a u t o m a t i o nb e i n gad e v e l o p m e n tt r e n do fc h e m i c a le n g i n e e r i n gb u s i n e s se n t e r p r i s e p r o d u c t i o n e a c hb u s i n e s s e f f i , e n t e r p r i s ec o n t i n u o e p u s l y a d o p t sn e wt e c h n i q u ea n dn e wc rafttoe x a l t a t i o np r o d u c t i o n c i e n c y , s oa st oi c e ag o o dp r o f e s s i o np o s i t i o ni nt h ef i e r c e c o m p e t i t i o n 。刀把d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mw i t hi t sg o o ds t a b i l i t y , c r e d i b i l i t yg e tt h e f a v o ro fm a j o r i t yb u s i n e s se n t e r p r i s e h o wm a k ed i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ( d c s ) i nt h e p r o d u c t i o ne x e r t i v ei tt h es u p e r i o re f f e c tb e c o m er e s e a r c h e r s m a i nr e s e a r c hd i r e c t i o n t l l i st e x td i da na n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o n d e s i g nt ot h ea p p l i c a t i o no fd i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e mi nm e t h y lt e r t i a r yb u t y le t h e r ( m t b e ) p r o d u c t i o n f i r s t i th a dae l a b o r a t i o nt od o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a ld e v e l o p m e n t ，c i r c u m s t a n c eo f a p p l i c a t i o n ，a d v a n t a g e ，c h a r a c t e r i s t i e so fd c s ，c a r r i e do nm o r ed e t a i l e do fi n t r o d u c t i o n f o rt h i se q u i p sc r o f tp r o c e s s ，c r a f tr e q u e s t ，t h ee q u i p m e n t sc o n s t i t u t ea n dh a r d w a r e s t r u c t u r et oc o n s t i t u t e 。e a c hp a r t so ff u n c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，f u n c t i o no fa l l o c m i o n s o f t w a r ee t c o ft h es u p c o nw r e b f i e l dj ) ( - 3 0 0 xd c so fz h e d az h o n g k o n gc o m p a n y w h i c ht h i se q u i pa d o p t e dc o m b i n em t b ea c t u a lp r o d u c t i o no fs h a n d o n gs h i d a s h e n g h u a l n c o r p o r a t e dc o m p a n y s e c o n d ，t h i st e x td i s c u s s e dt h ec r a f tb l e m i s ha n dc o n t r o lp r o j e c tb l e m i s ht op r o d u c e e q u i pt h r o u g ht h ea n a l y s i so fp r o d u c ec r a f tp r o c e s sa n dc o n t r o lp r o j e c tt ot h em t b e e q u i pc o m b i n ew i t ht h ef e e d b a c ki n f o r m a t i o no fo p e r a t o ri na c t u a lp r o d u c t i o n b a s eo n t h a t t h i st e x td i dac r a f ti m p r o v e m e n tt ot h ee q u i pa n do p t i m i z a t i o nd e s i g nt ot h ec o n t r o l p r o j e c t i n o r d e rt o i m p r o v e a u t o m a t i o n d e g r e e ，a n d l o w e r e n e r g y e x h a u s t v a r i a b l e 丘e q u e n c ev o l t a g et e c h n i q u ea n dm e t h a n o l i s o b u t e n er a t i o s o nl i n e m e a s u r e m e n tw e r ea d o p t e d 1 1 l i st e x ta l s od i s c u s st h ep r i n c i p l e ，c h a r a c t e r i s t i c s 。 s u p e r i o r i t yw h i c hl c a di n t ot h et e c h n i q u e t 1 1 i r d ，t h i st e x tc a r r i e do nh a r d w a r ea l l o c a t i o nt ot h ec o n t r o ls y s t e ma c c o r d i n gt ot h e c o n t e n t so fo p t i m i z a t i o nd e s i g n ，a n di n t r o d u c e dc o n f i g u r a t ep r o c e s st oc o n t r o ls y s t e m ( s u p c o nw r e b f i e l dj ) ( - 3 0 0 x d c s ) t h r o u g hu s i n gc o n f i g u r a t i o ns o i b n a r e a d v a n l r 0 1 p r o i tm a d et h eh a r d w a r ep a r a m e t e ro ft h es y s t e mc o n s t i t u t i o na n da c t u a l p r o d u c t i o ng o o d m a t c h a n d g o o d f u n c t i o no fd c ss u c ha sr e a lt i m e m o n i t o r i n g ，o p e r a t i n g ，r e a l - t i m ec o n d i t i o n i n g ，a n a l y s i s ，p r o c e s s i n gf u n c t i o na c h i e v e d c u r r e n t l y , s c i e n c ea n dt e c h n i q u ec h a n g ew i t he a c hp a s s i n gd a y , r e s e a r c ho fd c s g r a d u a l l ym a t u r e a p p l i c a t i o n o fd c si nm t b ep r o d u c t i o nd i s p l a y e d s p e c i a l s u p e r i o r i t y , t h eg a pr e d u c e dc o m p a r e dw i t hi n t e r n a t i o n a lc o n t r o ls y s t e m b ei nl i n e 丽m n a t i o n sa n de x a l t a t i o nt h ei n t e r n a t i o n a lc o m p e t i t i o na b i l i t yc u r r e n t l ya r eu r g e n tn e e do f e a c hb u s i n e s se n t e r p r i s e t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho fd c sa p p l i c a t i o nt e c h n i q u eh a s i m p o r t a n tv a l u e k e y w o r d s ：d i s t r i b u t e d c o n t r o l s y s t e m ；m t b e ；v a r i a b l e f r e q u e n c ev o l t a g et e c h n i q u e ； m e t h a n o l i s o b u t e n er a t i o so nl i n em e a s u r e m e n t ；o p t i m i z a t i o nd e s i g n n ， 硕士学位论文 ! i i i ! , i i o = , = i i i 曼鼍皇曼皇皇置曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼鼍鼍 插图索引 图2 1 分布式控制系统结构组成9 图2 2 3 0 0 xd c s 通讯系统整体结构1 l 图2 3 操作员键盘2 2 图3 1m t b e 生产装置工艺流程图2 6 图3 2m t b e 生产装置原控制系统方案图3 0 图3 3m t b e 装置控制原理框图3 1 图3 4 原料供给闭环控制方案图3 2 图3 5 原料供给双闭环比值控制框图3 3 图3 6 碳四原料供给串级控制框图3 4 图4 1 子系统的划分一3 6 图4 2 泵出口阀门控制流量j 3 7 图4 3 泵转速控制流量3 7 图4 4 变频器主电路示意图4 l 图4 5 变频器控制电路图4 2 图4 6 变频调速系统的构成。4 3 图4 7 应用变频调速技术控制物料的供给4 4 图4 8 双闭环比值控制方案系统控制图4 4 图4 9 原料供给单元控制系统方案4 6 图4 1 0 原料供给单元控制系统优化设计后方块图4 7 图4 1 1 醚化反应单元的工艺改进4 8 图5 1 系统组态界面5 2 图5 2 系统总体操作站组态结果5 2 图5 3 系统总体控制站组态结果5 3 图5 4 数据转发卡组态5 3 图5 5 朐卡件组态。5 4 图5 6 自定义变量组态5 4 图5 7 常规控制回路组态5 5 图5 8m t b e 装置流程图组态一5 7 i i i 分布式控制系统在m t b e 生产中的应用研究 附表索引 表2 1 控制站卡件一览表1 4 表3 1m t b e 生产的设计工艺参数2 9 表4 1 应用变频调速器后机泵的测试结果4 5 表4 2 变频调速节能测试4 5 表4 3 醇烯比近红外光谱测定结果与真值之间的对比一4 6 表4 4 系统的i o 测点清单4 9 表5 1 组态内容51 i v 硕士学位论文 毫皇曼曼曼曼皇皇曼皇曼量曼曼皇罡皇曼曼曼曼曼量量曼, , | i ii l l 曼曼鼍曼曼皇曼皇曼皇曼皇曼曼曼璺舅曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼量曼鼍曼曼曼曼皇曼鼍曼曼曼曼曼曼 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 现代化的生产工艺系统日趋大型化、复杂化、连续化、集成化、自动化，需 要检测和控制的参数大量增加，使得传统的仪表控制系统显得难以胜任，势必得 另辟蹊径。传统的仪表控制系统通常使用多个生产厂家提供的产品，使得工艺 生产所需的备件品种繁多、数量较大，为此而花费大量人力物力，并且工艺生产 在相当程度上依赖这些仪表生产厂商，这一情况也希望有所改变。 数字电路技术的迅猛发展，尤其是大规模集成电路技术的应用，集成度以及 成品率大幅度提高，使得在过程控制中大量使用微处理器在成本上成为可能。自 动化控制理论的发展，特别是连续系统离散化理论，采样理论，这些理论大大地 推进了过程控制从传统的仪表控制系统向分布式控制系统变革的进程。分布式控 制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) ，也称集散控制系统，简称d c s ，是继基地式 调节器( 变送、指示、调节一体化的仪表) 、气动、电动单元组合仪表、直接数字 控制d d c ( d i r e c td i g i t a lc o n t r 0 1 ) 及监督计算机控制s c c ( s u p e r v i s o r yc o m p u t e r ，c o n t r 0 1 ) 后又一新兴的自动化控制系统。在对局域网( l a n ) 的大量研究过程中， 通讯理论和技术得到了极大的发展和完善，这方面对d c s 发展的影响是举足轻重 的。计算机应用技术的发展，尤其是w i n d o w s 操作系统的推出，为计算机在过程 控制中的应用奠定了基础，计算机和操作人员之间有了良好的界面。d c s 作为生 产过程的自动控制提供了强有力的控制手段，它采用微型计算机智能技术，不仅 具有记忆、数据运算、逻辑判断功能，还可以实现自适应、自诊断、自检测。采 用分级递阶结构，使系统的功能分散、风险分散，提高了系统的可靠性，使系统 更为灵活。目前被广泛应用于石油、化工、发电、冶金、轻工、制药和建材等工 业的自动化【l j 。 7 0 年代，炼油和石油化工这些以石油原油和天燃气为原料的流程工业发展非 常迅猛，我国那个时期就引进了多套年产3 0 万吨乙烯为首的整套装置，其它还有 大型化肥、化纤、塑料合成橡胶等装置，所以根据市场需要，d c s 在市场细分中 以满足石油化工等流程工业为主。在这些行业( 比如m t b e 生产) 中，温度、压 力、流量、液位的检测和控制占了绝大部分，所以这些模拟量的数据采集和控制 成为d c s 的首先应满足的功能，而d c s 的前身( 集中计算机控制系统) ，已有了成 熟的d d c ( 直接数字控制) 技术；此外石化工业中，在塔、釜、罐等大型工艺设备 运转中，少不了各种机电设备如风机、泵类及各种阀门的开关量的检测和控制， 分布式控制系统在m t b e 生产中的应用研究 所以开关量的顺序控制也是很重要的，这是d c s 应满足的第二个功能；在石化工 业中，反应罐等设备是间歇式工作的，即一批原料投入，经过反应，形成产品， 产出后，经过间歇，再投第二批原料，这种批量控制是石化行业中不少产品的生 产装置的控制形式，这要求开关量、模拟量结合进行控制，现在也有称它为混合 控制系统( h y b r i dc o n t r o ls y s t e m ) 。当然，除此三项控制功能外，还有人机界面友 好、安全可靠、易于安装、容易使用、便于维护、便于扩展和升级换代等要求。 另外在石油化工大型装置和中、小型装置要求对应d c s 产品又有所细分，所以产 生了大型d c s 和中小型d c s 产品，而且各d c s 厂家在应用实绩方面也产生了细 分市场，如有些厂家的d c s 产品用于锅炉控制能力更强，有些厂家的d c s 用于海 上采油平台业绩更多等等【2 】。 山东石大胜华化工股份有限公司m t b e 生产装置的控制系统采用的是浙大中 控s u p c o nj x 3 0 0 xd c s ，从m t b e ( 甲基叔丁基醚) 装置的设备组成、工艺特点、 原料及产品的性能可知，在装置的许多部位和工艺操作点都存在易燃易爆的气体 或液体，同时由于设备或高温、或低温、或现场有有害气体，现场巡检难度大、 工作量大。为了减少现场调节的盲目性，危险性，保证生产的安全运行，必须建 立远程控制系统，对有关部位实施全程监控，以防患于未然，对有些工艺环节， 也需要通过监控来判定工艺状态，而后通过手动或自动调节来实现工艺过程的连 续高效运行。 运用d c s 对m t b e 生产装置进行生产过程的控制的必要性可以从以下几点说 明：( 1 ) 利用d c s ，实现全部或部分现场生产参数和设备状态的巡检，并实施远 程调节，减少了工作量。 ( 2 ) 跟踪监控易燃易爆物的泄漏状态，以及时排除故障隐患。 ( 3 ) 综合分析工艺过程，监控工艺状态，判断工艺的稳定性，并尽早予以调 控。 ( 4 ) 监控记录事故过程，以正确判断事故的发生和发展特点，以便正确分析、 处理事故并采取合理的防范措施。 ( 5 ) 通过对生产过程控制的实践积累，反复调整控制策略，调节控制参数， 达到控制效果的最优化。 由以上几点可以看出，d c s 对于生产过程的控制起了关键性的作用，如何使得所 要求的产品精度高，抽检合格率始终保持1 0 0 ，生产效率高等是企业所追求的目 标，无疑，做好d c s 在m t b e 生产中的控制研究就可以使问题解决。 2 ；_ 硕士学位论文 曼量鼍, i i i 曼曼皇量皇曼曼曼曼皇量量曼蔓量皇曼皇曼曼曼皇曼皇曼曼曼皇曼曼曼曼量量曼曼曼曼曼曼量曼笪曼皇曼曼量皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼笪曼皇曼皇笪 1 2 控制系统的发展 控制系统的发展历史可以说是沿着三条主线展开的： 第一条主线是对离散系统的控制，即逻辑控制或程序控制，其早期的控制系 统由机械电磁原理的继电器组成；后发展为电子控制器，主要是用电子逻辑电路 ( 开关电路) 取代体积庞大、笨重且能量消耗大的继电器逻辑电路；到现代，则 广泛采用了以数字技术和微处理器芯片为核心的p l c ，构成了功能强大、配置灵 活，能够根据应用需求进行逻辑编程的新一代控制系统。 第二条主线是s c a d a ( 计算机数据采集和监督控制系统) 系统，其早期是遥 测遥控系统。这类系统的主要目标是对地域分散的目标进行监视和远程控制，如 供电供水及供热等网络系统的监视和调度，采油井场的监视和控制，长途输油输 气管线的监视控制等。这类系统有两个主要特点，一是地域宽阔，系统中的测控 点往往分布在几十千米甚至几千千米的范围，对这类系统控制的关键是数据集中， 将大量分散的数据集中到中央调度室，由调度人员根据全面的情况进行分析和判 断，以采取相应的调度和控制；二是系统所有功能的实现均依赖远程通信，系统 对被控对象实施控制的时间及时性受到了远程通信的限制。 第三条主线是连续过程的控制系统，对于连续过程的控制所使用的产品种类 最多，所采用的技术变化最大，这主要是由于连续过程的种类繁多、技术复杂， 对这类过程的控制有相当大的难度。针对连续过程的控制经历了机械控制器、基 地式仪表、气动单元组合仪表、电动单元组合仪表，一直到分布式控制系统d c s 这样一个发展历程【3 卅。 1 3d c s 的发展 、 d c s 自1 9 7 5 年诞生至今经历了三代，目前的第四代系统正逐渐的成熟起来， 从总的趋势看，d c s 的发展体现在以下几个方面： ( 1 ) 系统的功能从低层( 现场控制层) 逐步向高层( 监督控制、生产调度管 理) 扩展： ( 2 ) 系统的控制功能由单一的回路控制逐步发展到综合了逻辑控制、顺序控 制、程序控制、批量控制及配方控制等混合控制功能； ( 3 ) 构成系统的各个部分由d c s 厂家专有的产品逐步改变为开放的市场采购 的产品； ( 4 ) 开放的趋势使得d c s 厂家越来越重视采用公开标准，这使得第三方产品 更加容易集中到系统中来。 3 分布式控制系统在m t b e 生产中的应用研究 ( 5 ) 开放性带来的系统趋同化迫使d c s 厂家向高层的、与生产工艺结合紧密 的高级控制功能发展，以求得与其他同类厂家的差异化； ( 6 ) 数字化的发展越来越向现场延伸，这使得现场控制功能和系统体系结构 发生了重大变化，将发展成为更加智能化、更加分散化的新一代控制系统【5 卅。 1 3 1 国外d c s 的研究与发展现状 第一代d c s 是1 9 7 5 1 9 8 0 年间所出现的第一批系统。有h o n e y w e l l 公司的 t d c 2 0 0 0 系统，y o k o g a w a ( 良p 横河) 公司的y w p a r k 系统、f o x b o r o 公司的s p e c t r u m 系统、b a i l e y 公司的n e t w o r k 9 0 系统、k e n t g o n g 公司的p 4 0 0 0 系统、s i e m e n s 公司 的t e l e p e r mm 系统及东芝公司的t o s d i c 系统。第一代d c s 是由过程控制单元、 数据采集单元、c r t 操作站、上位管理计算机及连接各个单元和计算机的高速数 据通道这五个部分组成，这也奠定了d c s 的基础体系结构。在功能上更接近仪表 控制系统，比较注重控制功能的实现，系统设计的重点是现场控制站，特点是分散 控制，集中监视，比仪表控制系统进了一大步，由于采用了数字控制技术，许多 仪表控制系统所无法解决的复杂控制、多参数大滞后、整体协调优化等控制问题 得到了实现，使得其直接控制功能比较可靠，但系统的人机界面功能相对较弱， 在实际运行中，只用c r t 操作站进行现场工况的监视，而且提供的信息也有一定 的局限【7 1 。 第二代d c s 是1 9 8 0 1 9 8 5 年间推出的各种系统，其中包括h o n e y w e l l 公司的 t d c 3 0 0 0 、f i s h e r 公司的p r o v o x 、t a y l o r 公司的m o d 3 0 0 及w e s t i n g h o u s e 公司 的w d p f 等系统，第二代系统的特点是引入了局域网作为系统的骨干，按照网络 节点的概念组织过程控制站、中央操作站、系统管理站及网关，这使得系统的规 模、容量进一步增加，系统的扩充有更大的余地，也更加方便。这个时期的系统 开始摆脱仪表控制系统的影响，而逐步靠近计算机系统。 在功能上，这个时期的d c s 逐步走向完善，除回路控制外，还增加了顺序控 制、逻辑控制等功能，加强了系统管理站的功能，可实现一些优化控制和生产管 理功能。在人机界面方面，随着c r t 显示技术的发展，图形用户界面逐步丰富， 显示密度大大提高，使操作人员可以通过c r t 的显示得到更多的生产现场信息和 系统控制信息。在操作方面，从过去单纯的键盘操作( 命令操作界面) 发展到基 于屏幕显示的光标操作( 图形操作界面) ，轨迹球、光笔等光控制设备在系统中得 到了越来越多的应用【8 1 。 第三代d c s 是以1 9 8 7 年f o x b o r o 公司推出的i as e r i e s 为代表，该系统采用 了i s o 标准m a p ( 制造自动化规约) 网络。这一时期的系统除i as e r i e s 外，还 4 硕七学位论文 有h o n e y w e l l 公司的t d c 3 0 0 0 u c n 、y o k o g a w a 公司的c e n t u m x l 和p x l 、b a i l e y 公司的i n f i 9 0 、w e s t i n g h o u s e 公司的w d p fi i 、l e e d s & n o r t h r u p 公司的m a x l 0 0 0 及日立公司的h i a c s 系列等。这个时期的d c s 在功能上实现了进一步扩展，增 加了上层网络，将生产的管理功能纳入到系统中。就形成了直接控制、监督控制 和协调优化、上层管理三层功能结构，这实际上就是现代d c s 的标准体系结构。 这样的体系结构已经使d c s 成为一个典型的计算机网络系统，而实施直接控制功 能的现场控制站，在其功能逐步成熟并标准化后，成为整个计算机网络系统中的 一类功能节点。在构成系统的产品方面，除现场控制站基本上还是各个d c s 生产 厂家的专有产品外，人机界面工作站、服务器和各种功能站的硬件和基础软件等 全部采用了市场采购的产品，这给系统的维护带来了极大的方便，也使系统的成 本大大降低；在网络方面，各厂家已经普遍采用了标准的网络产品，如各种实时 网络和以太网等；在组态方面也实现了标准化，由i e c 6 1 1 3 1 3 所定义的五种组态 语言为大多数d c s 厂家所采纳，在这方面为用户提供了极大的便利【9 】。 2 0 世纪9 0 年代末，特别是进入2 l 世纪以来，几个代表性的d c s 公司纷纷推 出他们成熟的新一代系统第四代d c s ，如h o n e y w e l l 公司最新推出的e x p e r s i o n p k s ( 过程知识系统) ；e m e r s o n 公司的p l a n t w e b ( e m e r s o np r o c e s sm a n a g e m e n t ) ； f o x b o r o 公司的a 2 ；横河公司的c s 3 0 0 0 一r 3 ( p i 蝴工厂资源管理系统) ；a b b 公 司的i n d u s t r i a l 系统等。第四代d c s 的主要特征：信息化与集成化；混合控制系统； 包容f c s ( 现场总线控制系统) 进一步分散化；i o 处理单元小型化、智能化、低 成本；平台的开放型与应用的专业化。第四代d c s 的体系结构主要分为四层结构： 现场仪表层、控制装置单元层、工厂( 车间) 层和企业管理层。一般d c s 厂商主 要提供下面的三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口连接第三方 的管理软件平台( e i 心、c r m 、s c m 等) 。所以说当今d c s 主要提供工厂( 车间) 级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。信息和集成( i n f o r m a t i o n a n di n t e g r a t i o n ) 这两个“i ”开头的单词基本描述了当今d c s 系统正在发生的变化。 我们已经可以采集整个工厂车间和过程的信息数据，但是用户希望这些大量的数 据能够以合适的方式体现，并帮助决策过程，让用户以他明白的方式，在他方便 的地方得到他真正需要的数据。信息化体现在各d c s 系统已经不是一个以控制功 能为主的控制系统，而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统。d c s 提供 了从现场到设备，从设备到车间，从车间到工厂，从工厂到企业集团整个信息通 道。这些信息充分体现了全面性、准确性、实时性和系统性。基本上大部分d c s 提供了过去常规d c s 功能、s c a d a 功能以及m e s ( 制造执行系统) 的大部分功 能。几乎所有的第四代d c s 都包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现了 分布式控制系统在m t b e 生产中的应用研究 混合控制。这也是为了适应用户的真正控制需求。因为，多数的工业企业绝不能 简单地划分为单一的过程控制和逻辑控制需求，而是由过程控制为主或逻辑控制 为主的分过程组成的。我们要实现整个生产过程的优化，提高整个工厂的效率， 就必须把整个生产过程纳入统一的分布式集成信息系统。例如，典型的冶金系统、 造纸过程、水泥生产过程、制药生产过程和食品加工过程、发电过程，大部分的 化工生产过程都是由部分的连续调节控制和部分的逻辑联锁控制构成。第四代的 各d c s 系统几乎全部采用i e c 6 11 3 1 3 标准进行组态软件设计。而该标准原为p l c 语言设计提供的标准。同时一些d c s ( 如h o n e y w e l l 公司的p k s ) 还直接采用成 熟的p l c 作为控制站。多数的第四代d c s 都可以集成中小型p l c 作为底层控制 单元。今天的小型和微型p l c 不仅具备了过去大型p l c 的所有基本逻辑运算功能， 而且高级运算、通信以及运动控制也能实现【l o j 。 1 3 2 国内d c s 的研究与发展现状 国外的d c s 一问世，很快就被引入了中国。同时国内很多仁人志士都希望有 一天能够研制出自己的d c s 。可喜的是2 0 世纪9 0 年代国内产生了一些d c s 厂商， 经过十几年的洗礼，有几家不仅幸存下来而且还得到了快速发展。目前国内比较 有代表性的d c s 厂家主要有浙大中控、上海新华和北京和利时公司。1 9 9 3 年，浙 大中控成功研制开发出了国内第一套具有1 ：1 热冗余技术的s u p c o nj x 一1 0 0 d c s ，填补了国内空白。随后，s u p c o nj x 2 0 0 、s u p c o nj x 3 0 0 、s u p c o n w e b f i e l dj x 3 0 0 xd c s 相继问世。2 0 0 0 年，又全新推出了基于网络技术的控制系 统s u p c o nw e b f i e l de c s 1 0 0 。进入2 l 世纪，浙大中控的控制系统产品更是新品 叠出，屡受好评。2 0 0 1 年，成功推出开放式控制系统s u p c o nw e b f i e l dg c s 1 。 其后不久，架构在1 0 0 m 以太网基础上的超大规模d c s 系统s u p c o nw e b f i e l d g c s 2 0 0 也正式投放市场。上海新华推出了基于网络的智能工业信息化系统 t i s n e t - p 6 0 0 、t i s n e t - x d c 8 0 0 。t i s n e t 系列智能过程控制系统以3 2 位c p u 组 成的新华控制器x c u 为核心，采用新华集团公司开发的操作和监控的人机界面软 件，灵活配置输入输出i o 模块、人机接口h m i ，利用工业以太网实现现场信息 采集和系统通讯，以灵活多样的分布式i o 接收现场传感检测信号。北京和