DCS

DCS ：集散控制系统（DISTRBUTED CONTROL SYSTEM ） 。包括操作台，I/O机柜，接口，网络与控制总线系统等的硬件和软件。

1  DCS系统的介绍
1.1．DCS的定义
DCS是分布式控制系统（Distributed Control System）的英文缩写，在国内自控行业又称之为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
它是应用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理而对现场装置的控制分散的基本控制技术。集散控制系统的重要组成部分是组态软件。传统的工业控制软件重复使用率低开发周期长，很难满足工业自动化的要求。工业自动化组态软件的出现为解决实际工程中的问题提供了一种新的方法，它能够使用户根据自己的控制对象和控制目的任意组态，使自动化工程人员能够面向问题的设计。控制组态仿真软件要比传统仿真软件作出改进，使其不仅仅可以供控制人员进行一些控制的组态构建，还可以提供给操作人员进行仿真培训，以及进行控制管理人员的培训。只要使其控制组态的模式和现场模式保持一致，就可以达到仿真的目的，而不必在实际的dcs控制室进行试验和调试，这样可以减少投资，并减小和避免工艺投放风险。因此，开发结构合理、安全可靠、简单实用的仿真系统控制组态软件，具有很好的应用前景。
分布式控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。
1.2.DCS系统的简单介绍
自上个世纪80年代DCS问世以来，集散控制系统在近30年的发展过程中逐渐完善，成熟，并在工业控制领域中占主导地位。其基本思想是分散控制，集中管理。ABB的DCS系统的典型结构是上、下位机系统及其通信网络，上位机成为操作站、工程师站或者操作站与工程师站共用。操作站实现控制系统的控制操作，过程状态显示，报警状态显示，历史数据的收集和各种趋势显示及报表生成与打印等；工程师站用来对软件组态系统生成与下装程序等。下位机称为现场控制站，他也是一个小型的PC系统，除了CPU、存储器、通讯卡等设备以外，还附带有各种扩展卡件。现场控制站是对现场物理信号（包括开关信号，模拟量信号）进行实时采集并进行数据处理，控制运算，并将结果传送到上位机；系统的网络负责各种功能站之间的数据通信与联络，集散控制系统具有控制功能多样，操作简便，维护方便，可靠性高，便于与其他计算机联用等特点。
　　首先，DCS的骨架是系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
　　其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DOS）功能的网络节点。一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI-Human Machine Interface或operator interface）功能的网络节点。
系统网络是DCS的工程师站，它是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。
　　作为生产过程自动化领域的计算机控制系统，传统的DCS仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS只是生产过程的自动化系统，那就会引出错误的结论，因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了，它不仅包括过去DCS中所包含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构，向上发展到了生产管理，企业经营的方方面面。传统意义上的DCS现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化，而工业自动化系统的概念，则应定位到企业全面解决方案，即total solution 的层次。只有从这个角度上提出问题并解决问题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。
1.3.DCS的主要特点：　
(1)高可靠性 由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。
(2)开放性 DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。
　　(3)灵活性 通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。
　　(4)易于维护 功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。
　　(5)协调性 各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。
　　(6)控制功能齐全 控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。 DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。
1.4.DCS 在国内外的发展与应用状态
1975 年美国最大的仪表控制公司霍尼韦尔（HoneyWell） 首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC—2000 ,这是一个具有很多微处理器的分级控制系统，以分散的控制设备来适应分散的控制对象，并将他们通过数据高速公路与基于CRT的操作站相连，互相协调，一起实施实时工业过程的控制和监测。 这一系统的发表, 立即引起美国工业控制界高度评价, 称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大公司也纷纷仿效, 推出了一个又一个集散系统, 从此过程控制进入了集散系统的新时期。
　　在此期间有日本横河公司推出的CENTUM，东芝公司的TOSDIC，美国贝利公司的Network90，福克斯波罗公司的Spectrum系统，德国西门子公司的TelepermM。
　　随着计算机特别是微型计算机与网络技术及开发的飞速发展，使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术，DCS很快从70年代的第一代发展到90年代初的第三代DCS。80年代末许多公司推出新一代的集散系统, 其主要特征是新系统的局部网络采用MA P 协议; 引用智能变送器与现场总线结构; 在控制软件上引入PLC 的顺序控制与批量控制, 使DCS 也具有PLC 的功能。
20世纪90年代，DCS出现了生产过程控制系统与信息管理系统紧密结合的管控一体化的新一代DCS。DCS向综合性，开放化发展，大型DCS再进一步完善和提高的同时，还发展了小型DCS，并采用了人工智能技术等。
1.5.使用DCS的发展前景
集散控制系统(DCS)是应用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理而对现场装置的控制分散的基本控制技术。集散控制系统的重要组成部分是组态软件。传统的工业控制软件重复使用率低开发周期长，很难满足工业自动化的要求。工业自动化组态软件的出现为解决实际工程中的问题提供了一种新的方法，它能够使用户根据自己的控制对象和控制目的任意组态，使自动化工程人员能够面向问题的设计。控制组态仿真软件要比传统仿真软件作出改进，使其不仅仅可以供控制人员进行一些控制的组态构建，还可以提供给操作人员进行仿真培训，以及进行控制管理人员的培训。只要使其控制组态的模式和现场模式保持一致，就可以达到仿真的目的，而不必在实际的dcs控制室进行试验和调试，这样可以减少投资，并减小和避免工艺投放风险。因此，开发结构合理、安全可靠、简单实用的仿真系统控制组态软件，具有很好的应用前景。

1、 什么是DCS？
DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。
2、 DCS有什么特点？
DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。
3、 DCS的结构是怎样的？
上图是一个较为全面的DCS系统结构图，从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。
4、 DCS的控制程序是由谁执行的？
DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。
5、 过程控制站的组成如何?
DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（****处理器）、网络接口和I/O组成
6、 I/O是什么？
控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。
7、 什么是I/O单元？
通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。
8、I/O单元和CPU单元是如何连接的？
I/O单元与CPU是通过现场总线连接的。
9、 什么是现场总线？
现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络，它不仅包含有过程控制信息交换，而且还包含设备管理信息的交流。通过现场总线，各种智能设备（智能变送器、调节法、分析仪和分布式I/O单元）可以方便地进行数据交换，过程控制策略可以完全在现场设备层次上实现。目前，使用较多的现场总线主要是FUNDATION fieldbus基金会现场总线（FF总线）和Profibus现场总线。应用现场总线技术可以将各种分布在控制现场的相关智能设备和I/O单元方便的连接在一起，构成控制系统，这种结构已经成为DCS发展的趋势。
10、 常用的系统中采用什么现场总线？
目前常用的系统主要是SIEMENS 的S7和ABB的Freelance2000，其中使用的现场总线是PROFIBUS。
11、表述网络传输速度的单位是什么？
表述网络传输速度一般以波特率（Bps）为单位，其含义是每秒钟传输的二进制数的位数。不同的网络一般波特率不同，相同的网络采用不同的网络电缆也可以达到不同的特率。例如：PROFIBUS现场总线在以双绞线作为网络电缆时通讯速度为1.5KBps，采用光缆时可以12MBps。采用普通双绞线的以太网传输速度为10MBps，采用光缆时可以达到100MBps。另外，传输距离的长短会影响传输速度，一般来说，距离越长，速度越慢。
12、什么是组态？
通过专用的软件定义系统的过程就是组态（configuration）。定义过程站各模块的排列位置和类型的过程叫过程站硬件组态；定义过程站控制策略和控制程序的过程叫控制策略组态；定义操作员站监控程序的过程叫操作员站组态；定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。
13、我公司的操作员站和工程师站采用什么操作系统？
目前，我公司操作员站和工程师站采用的操作系统是中文Windows NT。
14、什么是PLC?
PLC就是可编程逻辑控制器。
15、PLC能用于过程控制吗？
早期的PLC只是用来完成一些电气逻辑控制和开关量，现在的PLC在性能上，特别是对模拟信号的处理能力上已经大大提高，因此现在PLC是可以用于过程控制的。
16、什么是模拟量和数字量？
模拟量是指连续变化的信号（如4~20mA,0~5v）；数字量是只有开关状态的信号。
17、I/O信号是如何分类的？
常用的I/O信号一般分为：AI、AO、DI和DO。
AI--模拟量输入信号
AO--模拟量输出信号
DI--数字量输入信号
DO--数字量输出信号
18、什么是DCS的开放性？
DCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接，并获取其信息的性能。这种连接主要是通过网络实现的，采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS开放性的保障。我公司目前采用的DCS系统有很好的开放性。
19、什么是系统冗余？
在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。在极端情况下，一些系统会考虑全系统冗余，即还包括I/O冗余。
20、什么是I/O余量？
与冗余不同，I/O余量只是系统中I/O数量大于应用的要求，这种余量只是数量上的，主要目的是使系统今后有继续加入控制信号的可能。

不错，呵呵