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DCS控制系統

可靠性是DCS發展的生命，要保證DCS的高可靠性主要有三種措施：一是廣泛應用高可靠性的硬件設備和生產工藝；二是廣泛采用冗余技術；三是在軟件設計上廣泛實現系統的容錯技術、故障自診斷和自動處理技術等。當今大多數集散控制系統的MTBF可達幾萬甚至幾十萬小時。

考察DCS的層次結構，DCS級和控制管理級是組成DCS的兩個最基本的環節。過程控制級具體實現了信號的輸入、變換、運算和輸出等分散控制功能。在不同的DCS中，過程控制級的控制裝置各不相同，如過程控制單元、現場控制站、過程接口單元等等，但它們的結構形式大致相同，可以統稱為現場控制單元FCU。過程管理級由工程師站、操作員站、管理計算機等組成，完成對過程控制級的集中監視和管理，通常稱為操作站。DCS的硬件和軟件，都是按模塊化結構設計的，所以DCS的開發實際上就是將系統提供的各種基本模塊按實際的需要組合成為一個系統，這個過程稱為系統的組態。

DCS在控制上的特點是依靠各種控制、運算模塊的靈活組態，可實現多樣化的控制策略以滿足不同情況下的需要，使得在單元組合儀表實現起來相當繁瑣與復雜的命題變得簡單。隨著企業提出的高柔性、高效益的要求，以經典控制理論為基礎的控制方案已經不能適應，以多變量預測控制為代表的*控制策略的提出和成功應用之后，*過程控制受到了過程工業界的普遍關注。需要強調的是，廣泛應用各種*控制與優化技術是挖掘并提升DCS綜合性能、最直接、也是價值的發展方向。DCS在控制上的特點是依靠各種控制、運算模塊的靈活組態，可實現多樣化的控制策略以滿足不同情況下的需要，使得在單元組合儀表實現起來相當繁瑣與復雜的命題變得簡單。隨著企業提出的高柔性、高效益的要求，以經典控制理論為基礎的控制方案已經不能適應，以多變量預測控制為代表的*控制策略的提出和成功應用之后，*過程控制受到了過程工業界的普遍關注。需要強調的是，廣泛應用各種*控制與優化技術是挖掘并提升DCS綜合性能、最直接、也是價值的發展方向。

集散控制系統（Distributed?control?system）是以微處理器為基礎的對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統，簡稱DCS系統。該系統將若干臺微機分散應用于過程控制，全部信息通過通信網絡由上位管理計算機監控，實現化控制，整個裝置繼承了常規儀表分散控制和計算機集中控制的優點，克服了常規儀表功能單一，人-機聯系差以及單臺微型計算機控制系統危險性高度集中的缺點，既實現了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現了在功能、負荷和危險性三方面的分散。DCS系統在現代化生產過程控制中起著重要的作用。

現場控制級：又稱數據采集裝置，主要是將過程非控變量進行數據采集和預處理，而且對實時數據進一步加工處理，供CRT操作站顯示和打印，從而實現開環監視，并將采集到的數據傳輸到監控計算機。輸出裝置在有上位機的情況下，能以開關量或者模擬量信號的方式，向終端元件輸出計算機控制命令。這一個級別直接面對現場，跟現場過程相連。比如閥門、電機、各類傳感器、變送器、執行機構等等。它們都是工業現場的基礎設備、同樣也是DCS的基礎。在DCS系統中，這一級別的功能就是服從上位機發來的命令，同時向上位機反饋執行的情況。拿來舉例的話，可以形容為層的士兵。它們只要能準確地服從命令，并且準確地向上級匯報情況即完成使命。至于它與上位機交流，就是通過模擬信號或者現場總線的數字信號。由于模擬信號在傳遞的過程或多或少存在一些失真或者受到干擾，所以目前流行的是通過現場總線來進行DCS信號的傳遞。

過程控制級：又稱現場控制單元或基本控制器，是DCS系統中的核心部分。生產工藝的調節都是靠它來實現。比如閥門的開閉調節、順序控制、連續控制等等。上面說到現場控制級是“士兵"，那么給它發號施令的就是過程控制級了。它接受現場控制級傳來的信號，按照工藝要求進行控制規律運算，然后將結果作為控制信號發給現場控制級的設備。所以，過程控制級要具備聰明的大腦，能將“士兵"反饋的軍情進行分析，然后做出命令，以使“士兵"能打贏“戰爭"。這個級別不是的，相當于里的“中尉"。它也一樣必須將現場的情況反饋給更高級別的“上校"也就是下面講的過程管理級。

過程管理級：DCS的人機接口裝置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者鍵盤、打印機、大容量存儲器等。操作員通過操作站選擇各種操作和監視生產情況、這個級別是操作人員跟DCS交換信息的平臺。是DCS的核心顯示、操作跟管理裝置。操作人員通過操作站來監視和控制生產過程，可以通過屏幕了解到生產運行情況，了解每個過程變量的數字跟狀態。這一級別在中算是很高的“上校"了。它所掌握的“大權"可以根據需要隨時進行手動自動切換、修改設定值，調整控制信號、操縱現場設備，以實現對生產過程的控制。

經營管理級：又稱上位機，功能強、速度快、容量大。通過專門的通信接口與高速數據通路相連，綜合監視系統各單元，管理全系統的所有信息。??這是全廠自動化系統的一層。只有大規模的集散控制系統才具備這一級。相當于中的“元帥"，他們所面向的使用者是廠長、經理、總工程師等行政管理或運行管理人員。它的權限很大，可以監視各部門的運行情況，利用歷史數據和實時數據預測可能發生的各種情況，從企業全局利益出發，幫助企業管理人員進行決策，幫助企業實現其計劃目標。

系統構成靈活。從總體上看，DCS就是由各個工作站通過網絡通信系統組網而成的。你可以把他現象成“因特網"。根據生產需求，你可以隨時加入或者撤去工作站。系統組態很靈活操作管理便捷。DCS的人機反饋都是通過CRT跟鍵盤、鼠標等實現的。你可以想象成在因特網沖浪一樣，你可以監視生產裝置乃至整個工廠的運行情況。信息資源共享。你可以把工作站想象成因特網上的各個網站，只要你在DCS系統中，并且權限夠大，你就能了解到你要的任何參數。安裝、調試方便。相比原先的模擬控制系統，那么多的飛線頭，一大堆類似頭發絲的電線。DCS系統算是很方便了。安全可靠性高。難道現在還有什么東西的可靠性比電腦更高嗎！

現場控制站中的主要設備是現場控制單元。現場控制單元式DCS直接與生產過程進行信息交互的IO處理系統，它的主要任務是進行數據采集及處理，對被控對象實施閉環反饋控制、順序控制和批量控制。用戶可以根據不同的應用需求，選擇配置不同的現場控制單元構成現場控制站。它可以是以面向連續生產的過程控制為主，輔以順序邏輯控制，構成的一個可以實現多種復雜控制方案的現場控制站；也可以是以順序控制、連鎖控制功能為主的現場控制站；還可以是一個對大批量過程信號進行總體信息采集的現場控制站。

現場控制站是一個可以獨立運行的計算機檢測控制系統。由于它是專為過程檢測、控制而設計的通用型設備，所以其機柜、電源、輸入輸出通道和控制計算機等，與一般的計算機系統有所不同。運行在PC硬件平臺、NT操作系統下的通用操作站的出現，給DCS用戶帶來了許多方便。由于通用操作站的適用面廣，相對生產量大，成本下降，因而可以節省用戶的經費，維護費用也比較少。

為了實現監視和管理等功能，操作站必須配置以下設備：

1、操作臺，也就是高檔電腦桌；
2、微處理機系統，就是高檔電腦；
3、外部存儲設備，簡單說就是大容量硬盤；
4、圖形顯示設備，就是電腦顯示器；
5、操作鍵盤跟鼠標；
6、打印輸出設備。