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计算机控制技术 秦川 第九章集散控制系统 DCS 9 1集散控制系统 一 发展概况 DCS诞生于1975年 主要有美国Honeywell TDC 2000 TDC 3000化工工业日本横河电机 CENTUM化工工业美国Foxboro spectrum化工 冶金工业德国Simens Telepermm电厂共同特点都遵循两字 集 散 集 信息管理集中散 控制功能分散 以达到危险性分散 提高可靠性 9 1集散控制系统 二 结构与形式 1 系统结构 9 1集散控制系统 2 控制形式分层控制 把控制任务分解成不同层次 各层由控制器分别完成 下层目标函数由上层决策控制分级控制 按对象的结构进行分解分段控制 按控制过程的时间顺序进行分解实际上一个DCS系统可能是这三种控制形式的组合 9 1集散控制系统 三 DCS的特点1 常规仪表控制系统 1 实现单参数PID调节及简单串级 2 人 机联系需上表盘操作 3 结构松弛 空间占有大 扩展难 4 易于维护2 计算机集中控制系统 1 除实现各种PID算法外 还可以进行复杂控制 2 人 机联系方便屏幕 键盘操作 3 控制集中 使得危险性集中 可靠性下降 4 维护性不如常规仪表 9 1集散控制系统 3 集散控制系统兼有仪表控制系统中分散控制的优点及计算机集中控制系统中的信息集中管理的优点 易维护 易扩展 四 DCS系统的组成及体系结构1 DCS的通信网络结构1 网络结构a 星型网络b 树型网络c 支型网络d 环形网络e 分散型网络 9 1集散控制系统 2 通信方式a 链路协议 异步方式 同步方式b 物理层 RS 232 RS485 20mA电流环 modem 光纤c 报文格式 指令 状态 数据d 信息传输错误校验 奇偶校验 循环冗余校验CRC等2 现场I O控制站 现场数字控制器3 操作站 人机界面4 工程师站 对DCS进行离线配置 在线的系统监督 控制 维护 9 1集散控制系统 五 高可靠性设计1 设计思路1 使系统不易发生故障的设计元器件评价和选择降低额定值充分考虑到参量的变化安装设计及热设计低功耗设计耐环境设计耐噪声设计 9 1集散控制系统 2 发生故障后系统运行不受影响 容错功能 或影响最小设计故障局部化和实时检测各种保护回路CPU发生故障时的输出保持备用手动备用自动备用冗余性系统各级均采用双重化 电源 通信总线 I 0插件 9 1集散控制系统 3 在不停止系统运行的情况下进行维护 在线维护 自动诊断自动恢复维护性信息输出运行状态显示画面仪表的在线维护预防性维护信息2 可靠性评价指标1 平均无故障工作时间 平均无故障间隔时间 MTBF2 平均修复时间MTTR 可修复系统或元器件等由发生故障到修复所需时间平均值 3 失效前平均工作时间M
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