集散控制系统

9.4.4集散控制系统集散控制系统的定义根据工业生产过程需要，1975年诞生了世界上第一套集散控制系统，到目前，集散控制系统已在世界范围内的过程控制领域得到了广泛的应用，它是工业自动化代表领域的一个重大变革，是过程自动控制技术发展史上出现的划时代进步，标志着生产过程控制的一个新的发展阶段。集散控制系统也叫分布式控制系统（DistributedControlSystem，简称DCS），是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。所谓集散控制系统就是利用微处理机或微型计算机技术对生产过程进行集中管理和分散控制的系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通信（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。1995年ISO为DCS系统作了如下定义:DCS系统是-类满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化角度出发，按功能分散、管理集中的原则构思，具有高可靠性指标，将微处理机技术、数字通信技术、人机接口技术、I/O接口技术相结合，用于数据采集、过程控制和生产管理的综合控制系统。DCS既不同于分散的仪表控制，又不同于集中式计算机控制系统，而是克服了二者的缺陷，集中了二者的优势。它具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点，适用于石油、化工、冶金、轻工、造纸等各种生产过程，能提高生产自动化水平和管理水平，提高产品质量和经济效益。DCS体系结构DCS的体系结构分为四个部分（见图9-18）：（1） 管理层管理层有PC机，小型计算机或工作站组成，用来进行总的生产调度管理。它面对的是经营管理者或高级生产管理者，它需要对大量数据进行处理，并要求有良好的人机界面实现控制，需要有冗余的信息来保证安全生产。（2） 高级控制层包括操作站和工程师站。这一部分是要求实现对生产过程的指令操作，通过这个站点对控制站进行实时的控制，要求有良好的人机界面。（3） 控制站对工业生产过程进行实时的控制，从而实现控制功能，同时向高级控制层反馈得到工业生产状况的信息。（4） 系统网络分为实时网络和非实时网络两种。包括了以太网和现场总线。它是构建集散控制系统体系的“血脉”。除了上述四个基本的组成部分之外，DCS还可包括完成某些专门功能的站、扩充生产管理和信息处理功能的信息网络，以及实现现场仪表、执行机构数字化的现场总线网络等。

生产过程管理图9-18DCS的体系结构生产过程管理图9-18DCS的体系结构3.DCS的技术特点（1） 分级递阶式系统结构DCS在垂直方向和水平方向都采用了分级式结构，以实现系统要求的功能分散、危险分散、高可靠性和灵活性、低成本、便于维修和升级等目标。（2） 分散控制分散控制是集散控制系统的最突出特点之一。除了控制分散，还包括功能分散、设备分散、危险分散等。（3） 功能强大可以完成从简单的单回路控制到复杂的多变量模型优化控制；可以执行从常规PID运算到Smith预估、三阶矩阵乘法等各种运算，可以进行反馈控制、顺序控制、逻辑控制，可以实现监控、显示、打印、报警、历史数据存储等功能。（4） 高可靠性DCS系统结构采用容错设计，使得在任一单元失效的情况下，仍然保持系统的完整性，即使全局性通信或管理站失效，局部站仍能维持工作。系统硬件包括操作站、控制站、通信网络等都可采用双重化和冗余技术；软件采用程序分段和模块化设计。积木式的结构，硬件自诊断和故障部件的自动隔离、自动恢复与热机插拔等技术的使用都大大提高了系统的可靠性和安全性。描述系统可靠性通常采用平均无故障时间间隔（MTBF）和平均故障修复时间（MTTR）。目前大多数DCS的MTBF达5万小时，而MTTR一般只有5分钟。（5） 人机界面友好DCS软件面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员，采用简洁实用的人机对话系统，CRT高分辨率交互图形显示，复合窗口，画面丰富，具有调整、批量控制、流程图、计量报表、操作指