DCS控制系統(tǒng)的相關(guān)知識

 概    述

DCS是分散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。

特    點

高可靠性

由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。

開放性

DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。

靈活性

通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。

易于維護

功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。

協(xié)調(diào)性

各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。

控制功能齊全

控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。

結(jié)    構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。

DCS的控制程序：DCS的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。

過程控制站的組成：

DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng)，主要由電源、CPU（中央處理器）、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成。I/O：控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道，這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的，一個I/O模塊上有一個或多個I/O通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）。I/O單元：通常，一個過程控制站是有幾個機架組成，每個機架可以擺放一定數(shù)量的模塊。CPU所在的機架被稱為CPU單元，同一個過程站中只能有一個CPU單元，其他只用來擺放I/O模塊的機架就是I/O單元。

日  常  維  護

1、 過程通道故障：過程通道故障出現(xiàn)最多的是I/O卡故障。I/O卡故障一般的判斷與處理：通過系統(tǒng)診斷，更換通道或通過更換備用件處理，至于其內(nèi)部元件老化或是其他原因造成的損壞，一般控制人員不好判斷。I/O卡的檢修一般是由廠家處理，目前的熱控檢修人員的手段還不能達到像檢修常規(guī)儀表那樣檢修。而且生產(chǎn)廠家的I/O卡件已制造成一體化的趨勢，這樣只能購買備件。好在這類故障只是在調(diào)試階段出現(xiàn)較多，正常運行中出現(xiàn)幾率很低。一次元件或控制設(shè)備出現(xiàn)故障有時不能直接被操作員發(fā)現(xiàn)，只有異常或報警后才通知熱控人員處理。這樣對檢修人員和運行人員的素質(zhì)要求就要提高，運行人員要詳細介紹故障前后的狀態(tài)便于熱控檢修人員能夠快速、準確地處理缺陷，減少故障的擴大化，另外許多DCS廠家在產(chǎn)品宣傳上都支持卡件熱撥，做為控制人員，在運行中更換卡件時一定要做好安全防護措施否則會引起系統(tǒng)變化或負荷變化，尤其數(shù)字量卡件。

2 、對于操作員站死機無論國產(chǎn)與進口設(shè)備都有相關(guān)的報道，那么究其原因比較多，硬盤或卡件故障，冷卻風(fēng)扇負荷過重等等，有時會發(fā)生人為操作現(xiàn)象，一般在修改控制邏輯下裝軟件重啟設(shè)備或強制設(shè)備保護信號時，最易發(fā)生操作事件，輕則設(shè)備異常，重則易造成設(shè)備停運后果非常嚴重；對死機后重啟，不同廠家的啟動時間不同，少則幾十秒，多則幾分鐘，人為該操作發(fā)生的故障在熱工專業(yè)中的不安全事件中占有很大比例，在操作中尤為引起高度重視，減少人為故障。

3、球標操作不正常，一般是由于機械裝置長期工作、老化、污染、點通斷不可靠、電纜插件不牢等這樣的就需要換檢查即可。

4、控制操作失靈：是由于球標的操作信號沒有正常改變過程通道的狀態(tài)，造成操作失效，這是2個方面造成的，一個方面是軟件缺陷，另一方面是硬件本身故障的狀態(tài)針對這樣的缺陷通常做法檢查過程通道功能正常后，再檢查操作遠必要時進行重起初始操作。

5、對于薄膜鍵盤主要是鍵盤接觸不良信號電纜松動或主機誤動鍵盤或啟動不完整都可以導(dǎo)致其功能不正常應(yīng)用針對不同情況處理。

6、打印機不工作一般是由于配置的原因，這樣的故障應(yīng)檢查打印機的設(shè)置及其硬件是否正常進行處理。報表軟件功能不強主要表現(xiàn)在由于打印機打印報表和SOE等造成死機，或者打印機的SOE記錄時問與實際情況不符；SOE打印瀏覽后不能返回歷史曲線；SOE時間順序不一致有時偏差很大，這會延誤事故分析的進展時，有時還會誤導(dǎo)分析方向，SOE問題既與系統(tǒng)設(shè)計不合理，SOE點沒完全集中在一個DPU上的有關(guān)，也與系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計考慮不周有關(guān)。這種故障的出現(xiàn)，通過分析認為這主要是對電廠的總體方面考慮的不太完美，在小的方面還不夠仔細會出現(xiàn)這樣那樣的故障，針對這種情況要認真對待，不放過蛛絲馬跡，與廠家認真研究提出問題進一步完善，讓該系統(tǒng)更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

7、 電源故障：電源故障問題較多，保險配置不合理，備用電源不能自投，電源波動引起保護誤動及接插頭接觸不良易造成無電源。針對電源故障處理相對比較容易。首先，認真核對保險的配置及容量，真正起到保險的作用；其次，UPS的配備很重要，它可以在電源波動時也能保證系統(tǒng)正常供電，而且要考慮冗余和備用問題。

8、 干擾造成的故障：對于干擾主要是接地問題，備用電源的切換和大功率的無線通信設(shè)備如手機、對講機等。另外還有DCS系統(tǒng)的干擾信號可能由本身造成的。那么對于DCS系統(tǒng)的接地問題越來越引起人們的重視，尤其在電力行業(yè)，大功率電器設(shè)備的啟動和停止都會干擾DCS的控制信號，造成不必要的故障。為了防止干擾信號串入系統(tǒng)，嚴格執(zhí)行屏蔽和接地要求和方式，信號線遠離干擾源，同時采取防電源波動措施。主/從過程處理機之間在機組運行時，除非萬不得以，盡量不要人為切換，已防產(chǎn)生干擾，如必須切換，應(yīng)采取措施，先將控制切手動，以免對機組運行工況產(chǎn)生影響。對電子設(shè)備問、工程師站等重點部位，應(yīng)絕對禁止使用大功率無線電通信設(shè)備。

和sis及mis的區(qū)別

1.DCS

集散控制系統(tǒng) (Distributed  Control  system)  是以微處理器為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)。自70年代中期第一套集散控制系統(tǒng)問世以來，集散控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。集散控制系統(tǒng)的主要特性是通過實時監(jiān)控達到集中管理和分散控制。

2.SIS

廠級監(jiān)控信息系統(tǒng) ( Supervisory  Informntion  System )是集過程實時監(jiān)測、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過程管理為一體的廠級自動化信息系統(tǒng)。SIS的目標是通過大規(guī)模的數(shù)據(jù)搜集處理，實現(xiàn)生產(chǎn)實時信息與管理信息的共享，在此基礎(chǔ)上，通過計算、分析、統(tǒng)計、優(yōu)化、數(shù)據(jù)挖掘手段，實現(xiàn)化工廠生產(chǎn)過程監(jiān)視、工藝設(shè)備性能及經(jīng)濟指標分析和運行指導(dǎo)。主要特性體現(xiàn)再系統(tǒng)決策支持上。

3. MIS

管理信息系統(tǒng) ( Management  Information  System) ，是一個由人、計算機等組成的能進行信息的收集、傳送、儲存、維護和使用的系統(tǒng)，能夠?qū)崪y企業(yè)的各種運行情況，并利用過去的歷史數(shù)據(jù)預(yù)測未來，從企業(yè)全局的角度出發(fā)輔助企業(yè)進行決策，利用信息控制企業(yè)的行為，幫助企業(yè)實現(xiàn)其規(guī)劃目標。這里給出的定義強調(diào)了管理信息系統(tǒng)的功能和性質(zhì)，也強調(diào)了管理信息系統(tǒng)中的計算機對企業(yè)管理而言只是一種工具。

和PLC區(qū)別

DCS：分散控制系統(tǒng)（distributedcontrol systems）。

PLC：可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）。

DCS更側(cè)重于過程控制領(lǐng)域（如化工、冶煉、制藥等）主要是一些現(xiàn)場參數(shù)的監(jiān)視和調(diào)節(jié)控制，而PLC則側(cè)重于邏輯控制（機械加工類）。當(dāng)然現(xiàn)在的PLC也能很好的處理過程控制問題，但是沒有DCS專業(yè)。

模擬量大于100個點以上的，一般采用DCS；模擬量在100個點以內(nèi)的，一般采用PLC。

DCS是一種“分散式控制系統(tǒng)”，而 PLC只是一種控制“裝置”，兩者是“系統(tǒng)”與“裝置”的區(qū)別。系統(tǒng)可以實現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調(diào)，PLC裝置只實現(xiàn)本單元所具備的功能。

DCS網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，DCS系統(tǒng)通常采用的國際標準協(xié)議 TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好。而 PLC因為基本上都為單個小系統(tǒng)工作，在與別的PLC或上位機進行通訊時，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也經(jīng)常與國際標準不符。

DCS系統(tǒng)所有 I/O模塊都帶有 CPU，可以實現(xiàn)對采集及輸出信號品質(zhì)判斷與標量變換，故障帶電拔，隨機更換。而PLC模塊只是簡單電氣轉(zhuǎn)換元，沒有智能芯片，故障后相應(yīng)單元全部癱瘓。

優(yōu)  缺  點

DCS的優(yōu)點：DCS靈活性強，支持帶電熱拔插，支持在線下載新增加的控制邏輯程序，支持在線添加IO模板。DCS通過局域星型環(huán)網(wǎng)可以現(xiàn)實多個控制站共享數(shù)據(jù)。DCS擴展工程相對方便點。
現(xiàn)在工業(yè)控制主流還是DCS。

DCS的缺點相對少點，無非就是小系統(tǒng)時成本較高，對數(shù)字量控制和時序控制一塊不是很強大，實現(xiàn)不了或者是編程太過于復(fù)雜，一般的工程師還無法完成。 DCS開放性還遠遠不夠，或者是說需要第三方儀表或控制系統(tǒng)與DCS通訊，采用RS485或網(wǎng)關(guān)來轉(zhuǎn)換實現(xiàn)通訊的硬件成本很高。
其實DCS內(nèi)部核心就是32位ARM微處理器。