1、1.1.3 DCS的基本功能3.控制功能 控制部分是集散系統(tǒng)的核心。帶微處理機(jī)的控制站按所具有回路數(shù)的多少，可分為單回路、雙回路和多回路。多回路的控制一般為16、32或64個(gè)回路，最多達(dá)到400個(gè)回路?？刂扑惴ǖ臄?shù)目可達(dá)上百種。隨著微機(jī)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，控制算法已多達(dá)1000種以上，運(yùn)算功能越來越強(qiáng)?？刂品绞綇脑缙谥挥羞B續(xù)控制功能的狀況，已發(fā)展到普遍具有邏輯控制、順序控制和批量控制的功能。 （1）連續(xù)控制嚴(yán)格來說，計(jì)算機(jī)控制全部是離散控制，但為區(qū)別于順序控制和邏輯控制，還是稱它為連續(xù)控制。連續(xù)就是調(diào)節(jié)器能隨輸入信號(hào)的不斷變化而按一定規(guī)則輸出，不間斷地修正輸出值的大小。 1.1.3 DCS的

2、基本功能連續(xù)控制算法一般有常規(guī)PID、微分先行PID、積分分離、選擇性控制、采樣控制、自適應(yīng)控制、非線性控制、Smith預(yù)估控制和多變量解耦控制等常規(guī)及高級(jí)控制算法。此外，還有模糊控制和PID自整定算法等智能控制算法。 除了各種算法之外，連續(xù)控制還必須具有一些附加功能才可以完成實(shí)際的過程控制。這些附加功能如下：1)回路手動(dòng)：（LM:LOOP MANUAL） 對(duì)一個(gè)控制回路進(jìn)行手動(dòng)操作。2)手動(dòng)方式：（MAN:MANUAL） 由操作站（包括本地操作站）經(jīng)由通信系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)操作。3)自動(dòng)方式：（AUT:AUTO） 以本地設(shè)定值（LSP）為基準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制方式。4)串級(jí)方式：（CAS：CA

3、SCADE） 以另一個(gè)控制回路的輸出值作為本回路的設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制方式。1.1.3 DCS的基本功能5)計(jì)算機(jī)方式：（COMP：COMPUTER） 經(jīng)由數(shù)據(jù)通道接受上位計(jì)算機(jī)的輸出數(shù)據(jù)，作為本回路設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算的控制方式（SPC）；或者直接作為輸出值的控制方式（DDC）。6)PV（過程值）跟蹤： PID算法必須具有PV跟蹤功能，即在手動(dòng)狀態(tài)工作時(shí)，使本回路的設(shè)定值在切換時(shí)不再保持原來的設(shè)定值，而跟蹤PV值。這樣從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)的偏差總是零。切換到自動(dòng)后，再逐步把設(shè)定值調(diào)整到所要求的數(shù)值。7)輸出值跟蹤： PID算法在設(shè)置PV跟蹤的同時(shí)，還需要設(shè)置輸出值跟蹤功能，即在手動(dòng)狀

4、態(tài)時(shí)，使計(jì)算機(jī)內(nèi)存中輸出單元的數(shù)值跟蹤手動(dòng)操作的輸出值。這樣，在完成手動(dòng)自動(dòng)切換時(shí)，由于輸出單元數(shù)值與手操輸出相等，因而可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。 1.1.3 DCS的基本功能（2）邏輯控制 根據(jù)輸入變量的狀態(tài)，按邏輯關(guān)系進(jìn)行的控制稱為邏輯控制。 在集散系統(tǒng)中，是由邏輯塊實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能的。邏輯塊的運(yùn)算包括：AND(與)、OR(或)、XOR(異或)、LINK(連接)、OFF DELAY(停止延時(shí))、ON DELAY(進(jìn)行延時(shí))、FLIPFLOP(觸發(fā)器)和PULSE(脈沖)等。 邏輯塊的輸入變量包括：數(shù)字輸入/輸出狀態(tài)、邏輯塊狀態(tài)、計(jì)數(shù)器狀態(tài)、局部故障狀態(tài)、連續(xù)控制的操作方式和上位機(jī)的計(jì)數(shù)溢出狀態(tài)等。

5、邏輯塊可直接用于在過程控制中進(jìn)行工藝過程的聯(lián)鎖，也可作為順序控制中的功能塊，以及進(jìn)行順序切換時(shí)的條件判斷、狀態(tài)變換等。1.1.3 DCS的基本功能（3）順序控制 順序控制是根據(jù)預(yù)定順序或邏輯，逐步進(jìn)行各級(jí)信息處理和控制的方法。在順序控制中兼有連續(xù)控制、邏輯控制和輸入/輸出監(jiān)控的功能。（4）批量控制 批量控制就是利用順序程序，控制一個(gè)間斷的生產(chǎn)過程，以得到規(guī)定的產(chǎn)品。 例如研制生產(chǎn)一種催化劑溶液，需經(jīng)投料加放一定量溶劑攪拌控制加熱到一定溫度保溫規(guī)定時(shí)間過濾排放等操作。整個(gè)操作不是連續(xù)的，但有規(guī)定的要求；每步的轉(zhuǎn)移又都必須有一定的條件。這里除了要進(jìn)行連續(xù)常規(guī)的溫度流量閉環(huán)調(diào)節(jié)外，還需要執(zhí)行打開閥門

6、、啟動(dòng)攪拌等邏輯控制及判斷。因此，要用順序程序把這些操作按次序連接起來，定義每步操作的具體條件和要求，直接指揮有關(guān)的現(xiàn)場控制設(shè)備，以得到滿意的產(chǎn)品。此過程既是順序控制也是批量控制。1.1.3 DCS的基本功能4. 人-機(jī)接口功能 按照現(xiàn)場控制的連續(xù)方式，集散系統(tǒng)的人-機(jī)接口可分為現(xiàn)場簡易人機(jī)接口和CRT操作站兩種；前者直接與現(xiàn)場控制站相連-如觸摸控制屏等，后者是經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場控制站相連。簡易操作接口使現(xiàn)場工作人員能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作、監(jiān)視和設(shè)定。 CRT操作站不是為某個(gè)現(xiàn)場控制器所專用，而是幾個(gè)控制站共享。CRT系統(tǒng)信息集中地反映在屏幕上，并自動(dòng)地對(duì)信息進(jìn)行分析、判斷和綜合。CRT操作站的主要

7、功能有以下幾個(gè)方面： 對(duì)全部過程變量進(jìn)行各種格式的顯示，并允許操作人員對(duì)過程進(jìn)行干預(yù)，如參數(shù)調(diào)整、狀態(tài)切換和緊急處理等； 對(duì)過程變量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)； 顯示和打印過程報(bào)警； 編制和調(diào)用各種用戶顯示畫面； 1.1.3 DCS的基本功能 編制和打印各種報(bào)表； 組態(tài)并裝載監(jiān)視、控制和管理軟件； 對(duì)通信總線上所連接的設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，并將組 態(tài)結(jié)果裝載到對(duì)應(yīng)的設(shè)備； 完成系統(tǒng)的自診斷和故障維修。5.通信功能 通信功能是集散系統(tǒng)的重要支柱，執(zhí)行分散控制的各單元和各級(jí)人-機(jī)接口要靠通信系統(tǒng)連成一體。它是一個(gè)高通信速率、低誤碼率和快速響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，具有組織靈活、易擴(kuò)展和資源共享的特點(diǎn)。 1.1.3 DCS

8、的基本功能6.自診斷功能 為了提高系統(tǒng)的可靠性，集散系統(tǒng)的各裝置具有較強(qiáng)的自診斷功能。系統(tǒng)投運(yùn)前用離線診斷程序檢查各部分工作狀態(tài)；系統(tǒng)投運(yùn)后各設(shè)備又要不斷執(zhí)行在線自診斷程序，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，即切換到備用設(shè)備。同時(shí)，經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)在CRT上顯示出故障代碼，等待及時(shí)處理。通常故障代碼可以定位到插件板，用戶只需更換插卡。1.1.3 DCS的基本功能7. 冗余技術(shù) 自診斷可以及時(shí)檢查出故障，但要使集散系統(tǒng)的運(yùn)行不受故障的影響，主要靠冗余技術(shù)的應(yīng)用。冗余有兩種方式：工作冗余和后備冗余，俗稱“熱備用”和“冷備用”。操作站常采用工作冗余的方式。對(duì)現(xiàn)場控制器，冗余方式不同，有的采用1：1冗余，也有的采用N：1冗余

9、，但均采用無中斷自動(dòng)切換方式。 集散系統(tǒng)特別重視供電系統(tǒng)的可靠性，除了220V交流供電外，還要有備用電源、不間斷電源以及各種掉電保護(hù)措施。 在集散系統(tǒng)中，通訊大多數(shù)采用兩套相同通信網(wǎng)絡(luò)的冗余形式。但具體工作情況有所不同，工作冗余和后備冗余的情況都有。 除了硬件冗余外，集散系統(tǒng)還采用了信息冗余技術(shù)，就是在發(fā)送信息的末端增加校驗(yàn)信息位，以提高檢錯(cuò)及糾錯(cuò)的能力。 1.1.4 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) DCS發(fā)展很快，影響其發(fā)展的主要因素是： 微處理器及超大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)的應(yīng)用。現(xiàn)在的32位微處理器已應(yīng)用于現(xiàn)場控制站，功能更強(qiáng)，速度更快，存儲(chǔ)器容量不斷增強(qiáng)。人-機(jī)接口中交互圖形、復(fù)合窗口及

10、觸摸屏幕等技術(shù)的應(yīng)用，使操作站更趨完善，操作更為便捷，顯示畫面更加生動(dòng)。專用集成電路（ASIC）和表面貼裝技術(shù)（SMT）在硬件設(shè)計(jì)上的使用，使板級(jí)上的元件數(shù)量更少、體積更小，硬件的可靠性大大提高。智能半導(dǎo)體器件（單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)等）進(jìn)入到現(xiàn)場一級(jí)，構(gòu)成了智能式現(xiàn)場儀表和智能執(zhí)行器。標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)通信鏈路和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，影響了DCS的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的變化。各種公共網(wǎng)絡(luò)體系的建立和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，使得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下新的各類控制系統(tǒng)的開發(fā)成為可能。開放式結(jié)構(gòu)和集成技術(shù)將對(duì)DCS產(chǎn)生深刻影響。 下面介紹一下DCS的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景。1.1.4 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1. 開放化 DCS的通信用開放

11、系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）來滿足工廠自動(dòng)化的要求。系統(tǒng)中的各種設(shè)備（計(jì)算機(jī)、DCS、單回路調(diào)節(jié)器、PLC等）之間通信能力的加強(qiáng)，使得構(gòu)成一個(gè)大系統(tǒng)成為可能。DCS各制造商為適應(yīng)這種發(fā)展，競相將自己的專用網(wǎng)絡(luò)改造成符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)，或?qū)⒆约旱膶Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)與普通網(wǎng)絡(luò)之間加入網(wǎng)關(guān)，使其能具有開放性并能與以太網(wǎng)、MAP網(wǎng)等進(jìn)行連接。 開放化的關(guān)鍵是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。新推出的集散型控制系統(tǒng)采用開放系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型、通信協(xié)議或規(guī)程，提高數(shù)據(jù)高速通道的吞吐能力，發(fā)展寬帶的光纖傳輸介質(zhì)為開發(fā)原則。新一代的集散控制系統(tǒng)的開放型結(jié)構(gòu)，將方便地與指揮生產(chǎn)管理的上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)。 1.1.4 DCS的

12、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2.小型化 個(gè)人計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，價(jià)格的不斷降低，使得中小規(guī)模的DCS可廣泛采用高檔微機(jī)以及加固的工業(yè)PC機(jī)來構(gòu)成低價(jià)格高性能的集散控制系統(tǒng)，以滿足小型工廠和裝置的應(yīng)用。從規(guī)模來看，大量小型計(jì)算機(jī)和廉價(jià)的可編程控制器已開始起著大型DCS的作用，可靠、價(jià)廉的DCS將深受用戶們的歡迎。越來越多的小型系統(tǒng)的應(yīng)用有著十分廣闊的應(yīng)用前景。1.1.4 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)3.智能化人工智能特別是知識(shí)庫系統(tǒng)（KBS）和專家系統(tǒng)（ES）在過程控制中的應(yīng)用包括： -自整定和自適應(yīng)控制器 -實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 -故障診斷 -生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度 -過程優(yōu)化 -控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) -在線維修等。 可以

13、說人工智能將會(huì)在DCS的各級(jí)（從控制到工廠管理）獲得應(yīng)用。1.1.4 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)代控制理論，應(yīng)用人工智能技術(shù)，以微處理器為基礎(chǔ)的智能設(shè)備相繼在DCS系統(tǒng)中出現(xiàn)，如： -智能變送器 -可編程調(diào)節(jié)器 -智能PID自整定控制器 -智能人-機(jī)接口 -智能集散控制系統(tǒng)等。1.1.4 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)4. 基于現(xiàn)場總線的PLCPLC以其結(jié)構(gòu)緊湊、功能簡單、速度快、可靠性高和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，迅速獲得廣泛應(yīng)用，已成為與DCS并駕齊驅(qū)的主流工業(yè)控制系統(tǒng)。目前以PLC為基礎(chǔ)的DCS發(fā)展很快，PLC與DCS相互滲透、相互融合、互相競爭，已成為工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)顯著趨勢(shì)

14、。隨著PLC與DCS和其它控制回路之間接口的迅速發(fā)展，已可以將連續(xù)控制回路、邏輯功能、批量控制功能、信息處理能力及組態(tài)軟件等匯入統(tǒng)一的高性能系統(tǒng)中，從而將PLC和DCS融合在一起，以滿足離散類和批量工業(yè)自動(dòng)化的要求。1.1.4 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)PLC將與IPC、DCS集成，逐漸成為占自動(dòng)化裝置及過程控制系統(tǒng)最大市場份額的產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線技術(shù)用于各種現(xiàn)場自動(dòng)化設(shè)備及其控制系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)通信，以及用于各種現(xiàn)場儀表（包括變送器、執(zhí)行器、記錄儀，單回路調(diào)節(jié)器、可編程序控制器和流程分析器等）及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信。據(jù)預(yù)測(cè)，基于現(xiàn)場總線的FCS(fieldbus Control System

15、)將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角，Internet和Intranet技術(shù)也已進(jìn)入控制領(lǐng)域，未來計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)將滲透到企業(yè)的生產(chǎn)、管理、直到經(jīng)營等方方面面。1.1.4 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)5. 新一代智能變送器 高度集成的智能器件正在向現(xiàn)場延伸。國外公司已開發(fā)生產(chǎn)出各類數(shù)字式智能變送器，包括溫度、差壓、流量、液位、密度和壓力變送器等多種產(chǎn)品。以美國Honey Well公司ST系列產(chǎn)品為例，它就具有以下的特點(diǎn)： 測(cè)量精度高，誤差僅為0.1%，即使是平方根輸出，也可達(dá)0.1%。 具有遠(yuǎn)程設(shè)定功能。能在控制室設(shè)定或變更各種變送器參數(shù)，包括測(cè)量范圍、輸出線性或平方根選擇、阻尼時(shí)間常數(shù)、以及輸出電

16、流。 能對(duì)溫度或靜壓變化引起的流量等零點(diǎn)和量程飄移進(jìn)行校正，具有良好的溫度、靜壓特性。 量程比大，使用規(guī)格減少，從而減少采購量和庫存。 能在控制室遠(yuǎn)程檢查變送器特性，及時(shí)處理問題，減少排除故障的時(shí)間和費(fèi)用。1.1.4 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)6.管控一體的綜合集成系統(tǒng)CIMS 20世紀(jì)90年代以來，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在功能上朝著制造業(yè)自動(dòng)化、過程控制自動(dòng)化、辦公室自動(dòng)化和經(jīng)營管理自動(dòng)化相結(jié)合的方向發(fā)展，即構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)或計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)CIPS(Computer Integrated Process

17、 System)。CIMS由決策管理、規(guī)劃調(diào)度、監(jiān)控和控制四個(gè)功能層次的子系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)管理控制的一體化模式。具體地說，決策層根據(jù)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)信息和管理信息，發(fā)出多目標(biāo)決策指令；規(guī)劃調(diào)度層則按指令制定相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)行調(diào)度；通過監(jiān)控層對(duì)控制層的監(jiān)控，使生產(chǎn)和操作在最短時(shí)間內(nèi)得到及時(shí)調(diào)整，跟蹤并滿足上層指令。同時(shí)，生產(chǎn)和操作調(diào)整后的信息反饋到?jīng)Q策層，再與決策目標(biāo)進(jìn)行比較評(píng)估；如有偏差，則修改決策，使整個(gè)系統(tǒng)處于最優(yōu)的閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)。 1.1.4 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)CIMS代表著工業(yè)控制系統(tǒng)的未來，CIMS的研究開發(fā)不是以某個(gè)區(qū)域或某項(xiàng)活動(dòng)為對(duì)象，而是以企業(yè)的全部活動(dòng)為對(duì)象。從市場預(yù)測(cè)、接受訂貨、原料供應(yīng)、生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)排序、過程控制、產(chǎn)品銷售，到用戶反饋、新產(chǎn)品開發(fā)、經(jīng)