集散控制系統(tǒng)的功能與發(fā)展

崔玉珍

黑龍江廣播電視大學(xué)富拉爾基分校，黑龍江 齊齊哈爾 161042

集散控制系統(tǒng)（Total Distributed Microprocessor Control System）是從70年代中業(yè)才開始出現(xiàn)并發(fā)展起來的，是一種以微處理器為核心的分散型的計(jì)算機(jī)控制。它是計(jì)算技術(shù)（Computer Technology）、陰極射線管（CRT）技術(shù)、控制技術(shù)（Control Technology）和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)（Communication Technology）相結(jié)合的產(chǎn)物，是4C技術(shù)的結(jié)晶。當(dāng)今的集散系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)過程控制和管理，還對(duì)于樓宇自動(dòng)化等遠(yuǎn)程監(jiān)控控制起到了舉足輕重的作用。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備規(guī)模逐漸擴(kuò)大，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)工藝過程日趨復(fù)雜，對(duì)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)更加地提出了高要求。

1 集散控制系統(tǒng)的功能

1.1 控制能力

在控制能力方面 ，由于一臺(tái)控制能力單一性的常規(guī)模擬儀調(diào)節(jié)器，只能進(jìn)行一種控制方式。在現(xiàn)代化工廠的實(shí)際控制中，為了實(shí)現(xiàn)多種的控制方案，大都需要裝備各種形式的調(diào)節(jié)儀表和輔助控制單元，以此來形成相對(duì)應(yīng)的控制回路。對(duì)于那些復(fù)雜的控制任務(wù)，在完成單個(gè)參數(shù)和單個(gè)回路的控制外，還必須完成前反饋、非線性和多變量等相關(guān)的復(fù)雜控制功能，出現(xiàn)這種情況后，一般的模擬儀表因?yàn)槭艿侥承┕δ艿南拗贫鵁o法滿足要求。為了既能發(fā)揮常規(guī)模擬儀表和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，又能改進(jìn)其不足的劣勢(shì)，人們開始了新的深入研究和探索。1970年代初，隨著大規(guī)模的集成電路和微處理器的出現(xiàn)，以及陰極射線管顯示技術(shù)和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的深入發(fā)展，為新型控制系統(tǒng)的研發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。隨著微處理技術(shù)的快速進(jìn)步，原來一臺(tái)大型綜合計(jì)算機(jī)能完成的任務(wù)，現(xiàn)在可以由幾十甚至上百臺(tái)微處理機(jī)來協(xié)作完成，各小型的微處理機(jī)之間通過使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)連接起來，以此構(gòu)成了一個(gè)完備的控制系統(tǒng)。微處理機(jī)能夠被方便的安裝到各個(gè)控制對(duì)象的周圍，從而可以節(jié)約大量的電纜和安裝費(fèi)用。這樣的控制結(jié)構(gòu)，使得一臺(tái)微處理機(jī)只用于較少的幾個(gè)回路的控制，從而大大分散了控制的危險(xiǎn)性。

1.2 人－機(jī)接口能力

一般的工廠通常都把常規(guī)的模擬儀表集中起來進(jìn)行控制 ，導(dǎo)致安裝到中央控制室內(nèi)儀表盤上的儀表數(shù)量能達(dá)數(shù)千臺(tái)，這樣需要的控制室的面積就很大。以年產(chǎn)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(zhǎng)達(dá)60多m。實(shí)際生產(chǎn)中，操作者得從儀表盤上一個(gè)一個(gè)的讀取儀表的數(shù)值,才能知道生產(chǎn)中各個(gè)參數(shù)的變化量,從而掌握整個(gè)生產(chǎn)過程操作的規(guī)律,及時(shí)調(diào)整儀表常數(shù)和修改過程參數(shù)的變化情況,以保證整個(gè)工廠生產(chǎn)的安全性和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)的穩(wěn)定性。從上面的實(shí)例可以看出常規(guī)儀表的人-機(jī)聯(lián)系能力較差，操作和監(jiān)視起來都很困難。但是使用集散控制技術(shù)的生產(chǎn)過程，操作者只通過顯示屏和操作鍵盤，就可以監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備和工廠的生產(chǎn)狀況，按已經(jīng)編制好的控制方式來組態(tài)各個(gè)控制回路，通過改變控制回路的某個(gè)常數(shù)，就可以對(duì)各種機(jī)電裝置進(jìn)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(jī)聯(lián)系和集中監(jiān)控功能得以完善。

1.3 通訊能力

通訊是集散系統(tǒng)所具有的重要能力。為了執(zhí)行各種分散管理，控制模塊和各級(jí)位人－機(jī)接口都要靠網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)連接成為一個(gè)整體，從而構(gòu)成一個(gè)局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（LAN）。這是一種在小區(qū)域內(nèi)（一個(gè)工廠，一般幾公里之內(nèi)）使各種數(shù)據(jù)通訊設(shè)備互連的通訊網(wǎng)絡(luò)。集散系統(tǒng)傳輸信息是以完成某種生產(chǎn)為最終目的，因此它又不同于一般的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：1）具有快速的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，一般計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)平均響應(yīng)時(shí)間為2000ms～6000ms，而集散系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)要求10ms～500ms；2）惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng) 能抗強(qiáng)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(xù)準(zhǔn)確運(yùn)行，系統(tǒng)利用率在99.999%以上。

1.4 自診斷能力

集散系統(tǒng)的可靠性、系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間和故障的修復(fù)時(shí)間，是集散控制系統(tǒng)重要的三大性能指標(biāo)，為了大大的提高這3個(gè)指標(biāo)，就要求集散系統(tǒng)的各主機(jī)和從機(jī)都必須具有極強(qiáng)的自診斷能力。在控制系統(tǒng)的工作過程中各主機(jī)和從機(jī)一直進(jìn)行在線自診斷程序的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的報(bào)警信號(hào)，就即刻切換到其它的備用設(shè)備，備用設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，不影響整個(gè)的工業(yè)生產(chǎn)控制過程；同時(shí)操作者通過看顯示屏上所顯示的故障報(bào)警號(hào)碼，及時(shí)處理故障。一般情況下故障號(hào)碼大都定位到插件板上，操作者只需及時(shí)換掉插卡，就能起到修復(fù)故障的作用，使得設(shè)備的維修極為方便。

2 集散型控制系統(tǒng)發(fā)展的幾個(gè)階段

集散系統(tǒng)是70年代發(fā)展起來的新型控制系統(tǒng)，由于它具有眾多的優(yōu)越性，目前已被廣泛應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化控制、紡織、化工和電力、煤炭等多種行業(yè)，其發(fā)展前景十分廣闊。 初創(chuàng)期的DCS通訊系統(tǒng)是一種初級(jí)局部網(wǎng)絡(luò)，全系統(tǒng)由一個(gè)通訊指揮器指揮，對(duì)各單元的訪問采用輪詢的方式。80年代后，集散系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入成熟期。各種高新技術(shù)，特別是信息處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展是DCS的強(qiáng)大技術(shù)后盾。 進(jìn)入擴(kuò)展期的DCS系統(tǒng)反過程控制、監(jiān)督控制、管理調(diào)度更有力地結(jié)合起來，并且繼續(xù)加強(qiáng)繼續(xù)控制功能，采用專家系統(tǒng)、MAP（Manufacture Automation Protold）標(biāo)準(zhǔn)以及表面安裝技術(shù)。擴(kuò)展期集散系統(tǒng)的特點(diǎn)是綜合化、開放化和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的智能化。現(xiàn)今由于很多小型計(jì)算機(jī)和可編程控制器已經(jīng)具有了大型集散系統(tǒng)所具有的控制能力，使得集散系統(tǒng)的規(guī)模朝著可靠和價(jià)廉的微型集散系統(tǒng)的方向發(fā)展，所以將來微型集散系統(tǒng)將具有更為強(qiáng)大的吸引力，當(dāng)然這并不排斥在某些工廠中大型DCS仍起著主導(dǎo)作用。從銷售服務(wù)的角度看，現(xiàn)今的DCS系統(tǒng)成套服務(wù)（System Integration－SI）日趨成熟，由集散系統(tǒng)的Hardware銷售為主的情況進(jìn)入了以工程項(xiàng)目為出發(fā)點(diǎn)的成套服務(wù)，包括Software服務(wù)、傳感器和變送器安裝維修的一系列的服務(wù)。

3 結(jié)論

集散系統(tǒng)的控制就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代工廠的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中的操作、分散的管理、監(jiān)視的控制技術(shù)。它是各種工業(yè)過程控制的核心技術(shù)，它的蓬勃發(fā)展必將引領(lǐng)整個(gè)中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制的進(jìn)程。