集散控制系統概述

集散控制系統（Distributated Control System，DCS)是以微型計算機為基礎、將分散型控制裝置、通信系統、集中操作與信息管理系統綜合在一起的新型過程控制系統。1975年*套集散控制系統的問世，標志著過程計算機控制技術劃時代的進步。目前，集散控制技術已發(fā)展成為過程計算機控制的主流技術之一。因此，學習、研究與應用集散控制技術，是過程控制工程技術人員面臨的重要任務之一。

集散控制系統的主干與核心是基于計算機的控制裝置和通信網絡。本節(jié)將介紹集散控制系統的概念、特點與基本構成、系統通信、系統類型以及集散控制系統在過程控制中的應用等。

1.集散控制系統的基本概念

基于工業(yè)過程計算機的控制系統按總體結構可分為集中型控制、分散型控制和集散型控制三大類。

(1)集中型過程計算機控制系統由一臺計算機對大型生產裝置或生產過程進行控制和管理，計算機、指示器、記錄儀等安裝在中央控制室中，現場傳感器、執(zhí)行器等通過電纜或雙絞線與之相連，計算機采集過程數據，進行運算并發(fā)出控制信號，以這種方式構成的過程計算機控制系統稱為集中型過程計算機控制系統。

集中型過程計算機控制系統結構簡單，便于實現與維護，但存在如下嚴重缺點：

1) 系統主機過于龐大，一旦出現故障，影響全局，可靠性差。

2) 用一臺計算機完成多種不同的任務，實時性差，效率低。

3) 信息源（檢測點）和執(zhí)行器距離主機遠，傳輸信息的線路費用高。

4) 缺乏靈活性與可擴展性。

(2) 分散型過程計算機控制系統分散型過程計算機控制系統是將計算機安裝在現場附近，就地實現各回路的控制與管理，在布局上形成一種按地理位置分散的控制結構。而對整個系統的管理與操作，則需要技術人員巡回進行。

(3) 集散型過程計算機控制系統集散型過程計算機控制系統吸取了 “集中型”與 “分散型”的優(yōu)點，以計算機技術和網絡技術為基礎，對生產過程進行集中監(jiān)視、操作和管理，而將控制功能分散到現場的一種過程計算機控制系統。圖9-1示出了它的組成結構框 圖。

如圖9-1所示，集散型控制系統的基本結構可以由分散控制裝置、集中操作與管理系統和通信系統三部分組成。

1) 分散控制裝置是基于微處理器的過程控制單元（process control unit，PCU),亦稱現場控制單元（field control unit, FCU)。它由各類多回路控制器、批量控制器以及數據采集裝置等組成，是DCS與生產過程的接口部分。分散控制裝置按地理位置分散于工廠的各個控制現場，分別獨立地控制一個或多個回路。每個控制單元具有幾十種甚至上百種運算功能，可獨立地對各個回路進行簡單或復雜的控制。據此，一個由成百上千個回路組成的、全場范圍的復雜大型過程控制系統就被分散到許多現場控制單元或單元控制室。在單元控制室中設有本地操作站。

2) 集中操作和管理系統主要由系統操作站、各種管理單元和管理計算機組成。系統操作站是系統的人/機接口，習慣上也稱為系統與操作管理人員的界面。

3) 通信系統是DCS各單元（亦稱工作站）的內聯網絡。全廠范圍的中央控制室可通過通信系統匯集分散在各過程控制單元或單元控制室的信息，從而實現信息綜合與集中管理。圖9-2說明 了以上三部分的關系。

從技術的角度，集散控制系統綜合了計算機技術、通信技術、圖形顯示技術和過程控制技術，采用了多級分層的結構形式。它不但繼承和發(fā)展了常規(guī)儀表控制系統和計算機集中控制系統的優(yōu)點，而且還彌補了它們各自的不足。它以嶄新的結構體系、*技術面貌、復雜的信息處理能力和*風格的控制方式應用于過程控制的各個領域，已成為當前乃至今后一段時間內過程計算機控制系統發(fā)展的主流之一。

2.集散控制系統的功能

(1) 數據采集功能該功能可將生產過程中的大量過程參數，以數字信號的形式定時采集到計算機中，并將有用信號通過通信網絡向系統發(fā)送，由各操作站的計算機按預定要求對數據進行分析、計算和處理，并進行CRT顯示、報警、存儲或打印等。

(2) 監(jiān)視操作功能該功能可將生產過程的各種數據及變化趨勢以各種不同的圖形 (如模擬圖、棒形圖、曲線圖、相關圖等）進行畫面顯示，還可進行制表打印（如定時制表 打印、隨機打?。┑?。

(3) 過程控制功能DCS的過程控制功能分為開環(huán)和閉環(huán)兩大類。被控過程的輸入、 輸出信息可以是連續(xù)的，也可以是離散的，但其控制方式則為直接數字控制（direct digital control，DDC) 。