集散控制系統的功能與發展

崔玉珍

黑龍江廣播電視大學富拉爾基分校，黑龍江 齊齊哈爾 161042

集散控制系統（Total Distributed Microprocessor Control System）是從70年代中業才開始出現并發展起來的，是一種以微處理器為核心的分散型的計算機控制。它是計算技術（Computer Technology）、陰極射線管（CRT）技術、控制技術（Control Technology）和網絡通訊技術（Communication Technology）相結合的產物，是4C技術的結晶。當今的集散系統不僅能實現過程控制和管理，還對于樓宇自動化等遠程監控控制起到了舉足輕重的作用。隨著科學技術不斷發展，生產設備規模逐漸擴大，工業生產技術、生產工藝過程日趨復雜，對實現生產過程的自動控制系統更加地提出了高要求。

1 集散控制系統的功能

1.1 控制能力

在控制能力方面 ，由于一臺控制能力單一性的常規模擬儀調節器，只能進行一種控制方式。在現代化工廠的實際控制中，為了實現多種的控制方案，大都需要裝備各種形式的調節儀表和輔助控制單元，以此來形成相對應的控制回路。對于那些復雜的控制任務，在完成單個參數和單個回路的控制外，還必須完成前反饋、非線性和多變量等相關的復雜控制功能，出現這種情況后，一般的模擬儀表因為受到某些功能的限制而無法滿足要求。為了既能發揮常規模擬儀表和計算機系統的優勢，又能改進其不足的劣勢，人們開始了新的深入研究和探索。1970年代初，隨著大規模的集成電路和微處理器的出現，以及陰極射線管顯示技術和數字網絡通訊技術的深入發展，為新型控制系統的研發奠定了良好的基礎。隨著微處理技術的快速進步，原來一臺大型綜合計算機能完成的任務，現在可以由幾十甚至上百臺微處理機來協作完成，各小型的微處理機之間通過使用計算機網絡通訊技術連接起來，以此構成了一個完備的控制系統。微處理機能夠被方便的安裝到各個控制對象的周圍，從而可以節約大量的電纜和安裝費用。這樣的控制結構，使得一臺微處理機只用于較少的幾個回路的控制，從而大大分散了控制的危險性。

1.2 人－機接口能力

一般的工廠通常都把常規的模擬儀表集中起來進行控制 ，導致安裝到中央控制室內儀表盤上的儀表數量能達數千臺，這樣需要的控制室的面積就很大。以年產20萬t的聚酯裝置為例，集中控制的儀表 ，雖然采用高密集的排列方式，組裝成的儀表盤還是長達60多m。實際生產中，操作者得從儀表盤上一個一個的讀取儀表的數值,才能知道生產中各個參數的變化量,從而掌握整個生產過程操作的規律,及時調整儀表常數和修改過程參數的變化情況,以保證整個工廠生產的安全性和優質產品生產的穩定性。從上面的實例可以看出常規儀表的人-機聯系能力較差，操作和監視起來都很困難。但是使用集散控制技術的生產過程，操作者只通過顯示屏和操作鍵盤，就可以監控整個生產設備和工廠的生產狀況，按已經編制好的控制方式來組態各個控制回路，通過改變控制回路的某個常數，就可以對各種機電裝置進行控制，這樣就完成了真正的集中操作和分散管理，使得人－機聯系和集中監控功能得以完善。

1.3 通訊能力

通訊是集散系統所具有的重要能力。為了執行各種分散管理，控制模塊和各級位人－機接口都要靠網絡通訊系統連接成為一個整體，從而構成一個局部區域網絡（LAN）。這是一種在小區域內（一個工廠，一般幾公里之內）使各種數據通訊設備互連的通訊網絡。集散系統傳輸信息是以完成某種生產為最終目的，因此它又不同于一般的計算機網絡：1）具有快速的實時響應能力，一般計算機局域網絡平均響應時間為2000ms～6000ms，而集散系統的控制網絡要求10ms～500ms；2）惡劣工作環境的適應能力強 能抗強電干擾、雷電干擾、電磁干擾和地電位差的干擾；3）具有較高的可靠性，能夠連續準確運行，系統利用率在99.999%以上。

1.4 自診斷能力

集散系統的可靠性、系統的平均無故障時間和故障的修復時間，是集散控制系統重要的三大性能指標，為了大大的提高這3個指標，就要求集散系統的各主機和從機都必須具有極強的自診斷能力。在控制系統的工作過程中各主機和從機一直進行在線自診斷程序的運行，發現錯誤的報警信號，就即刻切換到其它的備用設備，備用設備繼續運行，不影響整個的工業生產控制過程；同時操作者通過看顯示屏上所顯示的故障報警號碼，及時處理故障。一般情況下故障號碼大都定位到插件板上，操作者只需及時換掉插卡，就能起到修復故障的作用，使得設備的維修極為方便。

2 集散型控制系統發展的幾個階段

集散系統是70年代發展起來的新型控制系統，由于它具有眾多的優越性，目前已被廣泛應用于樓宇自動化控制、紡織、化工和電力、煤炭等多種行業，其發展前景十分廣闊。 初創期的DCS通訊系統是一種初級局部網絡，全系統由一個通訊指揮器指揮，對各單元的訪問采用輪詢的方式。80年代后，集散系統的發展進入成熟期。各種高新技術，特別是信息處理技術和計算機網絡技術的飛速發展是DCS的強大技術后盾。 進入擴展期的DCS系統反過程控制、監督控制、管理調度更有力地結合起來，并且繼續加強繼續控制功能，采用專家系統、MAP（Manufacture Automation Protold）標準以及表面安裝技術。擴展期集散系統的特點是綜合化、開放化和現場級的智能化。現今由于很多小型計算機和可編程控制器已經具有了大型集散系統所具有的控制能力，使得集散系統的規模朝著可靠和價廉的微型集散系統的方向發展，所以將來微型集散系統將具有更為強大的吸引力，當然這并不排斥在某些工廠中大型DCS仍起著主導作用。從銷售服務的角度看，現今的DCS系統成套服務（System Integration－SI）日趨成熟，由集散系統的Hardware銷售為主的情況進入了以工程項目為出發點的成套服務，包括Software服務、傳感器和變送器安裝維修的一系列的服務。

3 結論

集散系統的控制就是利用計算機技術和網絡技術對現代工廠的整個生產過程進行集中的操作、分散的管理、監視的控制技術。它是各種工業過程控制的核心技術，它的蓬勃發展必將引領整個中國工業自動化控制的進程。