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回顾近我国30年来DCS控制站的发展

行业聚焦点中国仪表网2011年03月31日 09:01人气:4936

  DCS系统中,控制站继承了DDC(直接数字控制)技术,它是一个完整的计算机,实际运行中可以暂时在不与操作站及网络相连的脱机情况下,完成过程控制策略,保证生产装置运行。从计算机系统结构来说,控制站属于过程控制专用计算机,其特点是第一代采用8位微处理器,第二代采用16位微处理器,第三代采用32位(直至64位)微处理器,这对于中小型DCS控制器来说比较确切。大型DCS控制站对中央处理器要求较高,必须为专用的处理器,准16位和准32位或64位运算方式。第二代DCS控制站采用精简指令系统(RISC,ReducedInstructionSetComputer)。第三代DCS控制站已采用多CPV分别用于控制、通信、冗余切换等操作。
  
  控制站作为一个完整的计算机,它的主要I/0设备为现场的输入、输出处理设备,即过程输入/输出(PI/0),包括信号变换与信号调理,A/D、D/A转换。它在第二代和第三代产品中已陆续采用了嵌入式技术,并采用单片机等完成量程调整,远程I/0数据传输、小型化、减少PI/0卡硬件规格等功能,直至连接智能化的现场变送器或接受采用现场总线技术的数字信号。在信号变换过程中采用隔离技术以防止来自现场的干扰信号,这是至关重要的;与现场连接的端子及输入、输出信号的物理位置的方便确认,也是用户非常关心的。这些在DCS控制站的更新换代中,都有很大改进。在这方面,原来生产自动化仪表的厂家表现尤佳,所以说DCS是继承了自动化仪表技术的计算机系统。
  
  关于DCS控制站的系统软件,原则上也有实时操作系统、编程语言及编译系统、数据库系统、自诊断系统等,只是完善程度不同而已。第一代DCS控制站的功能更近似于多回路调节器,而且每个控制站都可以配置人机界面和备用操作器;第二代DCS控制站的实时操作系统及程序编译系统比较完整,编程语言有面向过程语言和高级语言,控制策略的组态由操作站或工作站在与控制站联机的情况下,完成编译和下装;第三代DCS控制站的系统软件齐全,操作站或工师站可以完成离线组态及在线修改控制策略。
  
  为了完成控制策略,实现对应功能模块及模块之间连接的功能,可构成反馈控制回路,这在3代DCS控制站中变化不大,而且是不断积累完善的过程,如PID算法等典型的数值计算就是如此。目前典型的功能模块有50多种,这是DCS厂家的专有技术。对於顺序控制和批量控制组态编程,各种DCS控制站采用不同的方法,直到近来才向IEC61131-3编程语言标准靠拢。
  
  DCS系统的数据主要为来自现场的信号和各种变量,在控制站中表现为与工位号(TAG)对应的相关的测量值(PV)、设定值(SV)、操作输出值(MV)及回路状态(AVTO/MAV/CAS)等。这些数据在DCS控制站相应的存储器里,构成实时数据,其它属于与工位号有关的组态信息,如量程、工程单位、回路连接信息、顺序控制信息等,也在控制站中存储,但同时必须在操作站或工程师站中存贮,而且有映像关系,至於历史数据存贮,一般不是在DCS控制站中。
  
  在完善的DDS技术中,对A/D、D/A转换及控制算法,分别引入扫描周期和控制周期概念,在第二代、第三代DCS控制站中,扫描周期可以比缺省值1秒更短(注意1秒对一般温度的等物理量的测量控制是足够的),如可以选用0.2-0.5秒,以满足少数反应快的控制对象的要求。
  
  对於第一代、第二代DCS控制站,为了完成回路控制以外的顺序控制、批量控制及数据采集,分别开发了不同型号、规格的控制站产品;而第三代控制站因为其功能强大,对开关量和模拟量处理能力很强,所以一般不做区分。大型DCS的一台控制站可以完成上百个回路的控制,其容错技术完善,可靠性高,所以"分散控制以消除危险"的初衷已很难体现。当然对於一个工厂只有一个中央控制室及多套工艺装置,而且每套装置就近安装1-2台控制站的大系统来说,这也是一种分散型控制,只是对控制站的可靠性要求更高了。
  
  中小型DCS控制站,控制8回路、16回路、32回路几种型式,分散性较易为人们接受。目前小型DCS系统所占有的市场,已逐步与PLC、IPC、FCS、I/0系统共享,今后小型DCS可能首先与这些系统融合,而且"软DCS"技术将得到发展。
  
  控制站是整个DCS的基础,它的可靠性和安全性最为主要,死机和控制失灵的现象是绝对不允许的,而且冗余、掉电保护、抗电磁干扰、构成防爆系统等方面都有效而可靠,才能满足用户要求。以后DCS厂家在通信网络、操作站、工程师站几方面制作逐步开放或可以互换并以提供"解决方案"为主时,作为制造厂,仍应保持控制站的软硬件的生产专有,因为这是传统DCS或称常规DCS的根本。
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