基于工业控制的集散控制系统应用研究

基于工业控制的集散控制系统应用研究

崔海龙1潘艳禄2

（1黑龙江省电子技术研究所1500402哈尔滨信息工程学院150001）

摘要：集散控制系统(DCS)是当今工业过程控制领域广泛应用的主要控制系统之一,在控制技术上产生了巨大的影响。本文通过对集散控制系统近三十年发展历程的回顾，阐明其卓越的技术特点，最后介绍DCS未来的发展趋势。

关键词：集散控制系统；数据通讯；调节器；计算机集成制造技术；

前言

集散型控制系统(TotalDistributedControlSystems以下称作DCS)也称为分布式计算机控制系统(DistributedComputerControlSystems)，它是以微处理机为核心，采用数据通讯技术和图形显示技术的新型计算机控制系统。该系统能够完成直接数字控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理、多变量解耦控制以及最优控制等功能，在先进的集散型控制系统中，还包含有生产的指挥、调度和管理功能。

1集散型控制系统的产生

由常规的模拟式调节仪表构成的过程控制系统，成本低、可靠性高，容易维护和操作。但是随着生产的发展，模拟式仪表的局限性越来越明显，如模拟仪表难于实现多变量解耦控制以及其它复杂的控制规律；控制精度不高；生产规模的扩大和工艺的日益复杂，仪表控制系统越来越多，控制室的仪表屏越来越大，难于实现集中的操作和显示；各个系统之间难于实现通信联系；当生产工艺要求变更时，往往需要变更调节仪表。而计算机控制系统就可以克服模拟调节仪表的上述缺陷，计算机控制系统可实现复杂的控制规律；各分系统之间可以实现通信，能集中操作和显示，控制精度比较高。

在计算机集中控制中，一台计算机控制几十个乃至几百个回路，一旦计算机发生故障，将会影响整个系统的工作，系统的可靠性比较低。当然，为了提高系统的可靠性，可采用双机运行方式，但是成本就会提高。70年代工业的发展使生产过程更加复杂，规模更加扩大，其中石油化学工业尤为突出。生产规模的扩大和复杂，使事故不断出现，而集中控制，出现事故时会中断生产，因此生产的发展迫切要求高可靠性的计算机控制系统。

在总结模拟调节仪表和计算机集中控制的优缺点的基础上，发展、形成了集散型控制系统。集散型控制系统以多台微机处理机分散在生产现场，进行过程的测量和控制，实现了功能和地理上的分散，避免了测量、控制高度集中带来的危险性和常规仪表控制功能单一的局限性；数据通信技术和CRT显示技术以及其他外部设备的应用，能够方便的集中操作、显示和报警，克服了常规仪表控制过于分散和人-机联系困难的特点。70年代微电子技术和计算机技术的重大突破，为集散控制系统提供了体积小、功能强、可靠性高、价格低廉的微处理机和各类半导体芯片，为发展集散型控制系统奠定了物质基础。

2国外集散型控制系统的发展状况

70年代初，美国、日本和欧洲等各国开始研制集散型控制系统。1975年美国、日本先后研制成TDC－2000、TOSDIC、CENTUM、UNITROLS、MICREX等系统。

集散控制系统把过程控制、监督控制、管理调度有机地结合起来，加强了断续控制功能，采用专家系统、MAP通信标准。其代表产品有美国Honeywell公司的TDC-3000/LCN；Foxboro公司的I/ASeries；Bailey公司的INFI-90；WestingHouse公司的WDPF－Ⅱ\Ⅲ；日本YOKOGAWA公司的Centum－XL等。这一代产品的特点是采用32位CPU和专用集成电路，使控制功能更强、体积更小、可靠性更高，其通信系统实现了开放式通信。

3集散控制系统的结构特点

DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点。1、系统构成灵活。从总体上看，DCS就是由各个工作站通过网络通信系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工作站。系统组态很灵活。2、操作管理便捷。DCS的人机反馈都是通过CRT跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样，你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器来实现。4、信息共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在DCS系统中，并且权限够大，你就能了解到你要的任何参数。5、安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头发丝的电线。DCS系统算是很方便了。6、安全可靠性高。

4集散型控制系统在中国的应用

集散型控制系统（DCS）作为新一代的工业自动化过程控制和管理设备，至今虽然只有二十多年的历史，但已在石化、冶金、电力等工业领域得到了广泛的应用。我国在八十年代初期开始引进集散控制设备，从此开始了集散型控制系统在我国工业控制领域的应用。

石油化工行业新建的大中型石化设备均采用集散控制系统（DCS），石化企业的第一套DCS是1982年上海高桥石化公司炼油厂引进的美国Foxboro公司的Spectrum系统，用于常减压装置生产控制。

在冶金行业，集散控制系统（DCS）的应用集中在宝钢这样的新建企业和首钢、鞍钢、武钢、重钢、马钢等扩建的分厂。冶金系统的第一套集散控制系统是首钢公司购进的美国Bailey公司的Network-90系统，用于其烧结厂自动控制系统。

电力系统的第一套集散控制系统（DCS）是1985年辽宁朝阳电厂采用的瑞士BBC公司的Procontrol－P系统，用于改造200MW机组的顺序控制系统和燃烧器管理系统。目前集散系统（DCS）在火电厂的应用泛围主要包括：模拟量控制、数据采集和处理、锅炉炉膛安全监控、顺序控制、汽轮机数字电液控制等五方面。

结语

集散型控制系统(DCS)的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一的新型控制技术。它的出现是工业控制的一个里程碑。工业过程控制的发展逐步从单机监控、直接数字控制发展到集散控制，也必将由集散控制进展到拥有更广阔应用前景的计算机集成制造，近几年的计算机集成制造(CIMS)技术的成就足以证明这一点。

参考文献：

[1]刘瑞.集散控制系统与工业现场总线控制系统的比较[J].装备制造技术.2015(02)

[2]于东霞.SUPCONJX-300XPDCS集散控制系统在稀、浓硝酸装置中的应用[J].内江科技.2013(03)

[3]李彦群.集散控制系统作业安全人机环工程研究[J].黑龙江科技信息.2013(12)

[4]李金龙.锅炉集散控制系统的应用探讨[J].中国科技投资.2013(17)