集散控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)心得

集散控制系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)報(bào)告學(xué)院名稱：電氣學(xué)院專業(yè)班級(jí)：1學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：2013年12月集散控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)心得通過本課程的學(xué)習(xí)，讓我對(duì)集散控制系統(tǒng)有了初步的了解下面就本學(xué)期的學(xué)習(xí)對(duì)本課程做介紹。一、集散控制系統(tǒng)(DCS)簡(jiǎn)介DCS，即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料中稱之為集散系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。在系統(tǒng)功能方面，DCS和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方法上卻完全不同。首先，DCS的骨架——系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是DCS的基礎(chǔ)和核心。由于網(wǎng)絡(luò)對(duì)于DCS整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和擴(kuò)充性，起著決定性的作用，因此各廠家都在這方面進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)。對(duì)于DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說，它必須滿足實(shí)時(shí)性的要求，即在確定的時(shí)間限度內(nèi)完成信息的傳送。這里所說的“確定”的時(shí)間限度，是指在無論何種情況下，信息傳送都能在這個(gè)時(shí)間限度內(nèi)完成，而這個(gè)時(shí)間限度則是根據(jù)被控制過程的實(shí)時(shí)性要求確定的。因此，衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)并不是網(wǎng)絡(luò)的速率，即通常所說的每秒比特?cái)?shù)（bps），而是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，即能在多長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)確保所需信息的傳輸完成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還必須非?？煽?，無論在任何情況下，網(wǎng)絡(luò)通信都不能中斷，因此多數(shù)廠家的DCS均采用雙總線、環(huán)形或雙重星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了滿足系統(tǒng)擴(kuò)充性的要求，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上可接入的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)比實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)量大若干倍。這樣，一方面可以隨時(shí)增加新的節(jié)點(diǎn)，另一方面也可以使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于較輕的通信負(fù)荷狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的上網(wǎng)和下網(wǎng)是隨時(shí)可能發(fā)生的，特別是操作員站，這樣，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)會(huì)經(jīng)常進(jìn)行，而這種操作絕對(duì)不能影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有很強(qiáng)在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)功能。其次，這是一種完全對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DOS）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。一般一套DCS中要設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站，用以分擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的I/O和控制功能。這樣既可以避免由于一個(gè)站點(diǎn)失效造成整個(gè)系統(tǒng)的失效，提高系統(tǒng)可靠性，也可以使各站點(diǎn)分擔(dān)數(shù)據(jù)采集和控制功能，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面（HMI-HumanMachineInterface或operatorinterface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是DCS的工程師站，它是對(duì)DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其主要功能是提供對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài)，配置工作的工具軟件（即組態(tài)軟件），并在DCS在線運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)之下。與集中式控制系統(tǒng)不同，所有的DCS都要求有系統(tǒng)組態(tài)功能，可以說，沒有系統(tǒng)組態(tài)功能的系統(tǒng)就不能稱其為DCS。DCS自1975年問世以來，已經(jīng)經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展歷程。在這二十多年中，DCS雖然在系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)上沒有發(fā)生重大改變，但是經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高?？偟膩碚f，DCS正在向著更加開放，更加標(biāo)準(zhǔn)化，更加產(chǎn)品化的方向發(fā)展。作為生產(chǎn)過程自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的DCS僅僅是一個(gè)狹義的概念。如果以為DCS只是生產(chǎn)過程的自動(dòng)化系統(tǒng)，那就會(huì)引出錯(cuò)誤的結(jié)論，因?yàn)楝F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的含義已被大大擴(kuò)展了，它不僅包括過去DCS中所包含的各種內(nèi)容，還向下深入到了現(xiàn)場(chǎng)的每臺(tái)測(cè)量設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，向上發(fā)展到了生產(chǎn)管理，企業(yè)經(jīng)營(yíng)的方方面面。傳統(tǒng)意義上的DCS現(xiàn)在僅僅是指生產(chǎn)過程控制這一部分的自動(dòng)化，而工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的概念，則應(yīng)定位到企業(yè)全面解決方案，即totalsolution的層次。只有從這個(gè)角度上提出問題并解決問題，才能使計(jì)算機(jī)自動(dòng)化真正起到其應(yīng)有的作用。進(jìn)入九十年代以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，更多新的技術(shù)被應(yīng)用到了DCS之中。PLC是一種針對(duì)順序邏輯控制發(fā)展起來的電子設(shè)備，它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在進(jìn)入九十年代中期以后發(fā)展十分迅猛，以至于有些人已做出預(yù)測(cè)：基于現(xiàn)場(chǎng)總線的FCS將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角。二、集散系統(tǒng)的特點(diǎn)分散型綜合控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱集散系統(tǒng)），是一種新型的過程控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)以多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)分散應(yīng)用與過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最佳化控制；通過CRT裝置，通信總線鍵盤，打印機(jī)等又能高度集中地操作，顯示和報(bào)警。整個(gè)裝置繼承了常規(guī)模擬儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并且克服了單微機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中以及常規(guī)儀表控制功能單一，人/機(jī)聯(lián)系差的缺點(diǎn)，它的主要特點(diǎn)是：1）功能齊全集散系統(tǒng)可以完成從簡(jiǎn)單的單回路控制到復(fù)雜的多變量模型優(yōu)化控制；

可以執(zhí)行從常規(guī)的PID運(yùn)算到SMITH預(yù)估，三階矩陣乘法等各種運(yùn)算；可以進(jìn)行連續(xù)的反饋控制，也可以進(jìn)行間斷的順序控制，邏輯控制，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，顯示，打印，報(bào)警，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等日常的全部操作要求。2）人/機(jī)聯(lián)系好，實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控和管理操作人員通過CRT和操作鍵盤，可以監(jiān)控全部生產(chǎn)裝置以及整個(gè)工廠的生產(chǎn)情況，按預(yù)定的控制策略組成各種不同的控制回路，并調(diào)整回路的任一常數(shù)，而且還可以對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行各種控制，從而實(shí)現(xiàn)了真正的集中操作和監(jiān)控管理。3）系統(tǒng)擴(kuò)展靈活集散系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)需要方便地?cái)U(kuò)大或縮小系統(tǒng)的規(guī)模，或改變系統(tǒng)的控制級(jí)別。集散系統(tǒng)采用組態(tài)方法構(gòu)成各種控制回路，很容易對(duì)方案進(jìn)行修改。4）安全可靠性高由于采用了多微處理機(jī)的分散控制結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)性分散，系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備采用雙重或多重冗余，還設(shè)有無中斷自動(dòng)控制系統(tǒng)和完善的自診斷功能，使系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間MTBF達(dá)到105天，平均修復(fù)時(shí)間MTTR為10-2天，整個(gè)系統(tǒng)的利用率A達(dá)到99。9999%。5）安裝調(diào)試簡(jiǎn)單集散系統(tǒng)的各模件都安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架內(nèi)，模件之間采用多芯電纜，標(biāo)準(zhǔn)化接插件連接，與過程的連接采用規(guī)格化端子板，到中控室操作站只需敷設(shè)同軸電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，所以布線量大大減少，安裝工作量?jī)H為常規(guī)儀表的1/2-1/3。系統(tǒng)調(diào)試采用專用的調(diào)試軟件，使調(diào)試時(shí)間僅為常規(guī)儀表的1/2。6）具有良好的性能價(jià)格比在性能上集散系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，功能齊全，可靠性高，適用于多級(jí)遞階管理控制。在價(jià)格方面，目前在國(guó)外80個(gè)控制回路的生產(chǎn)過程采用集散系統(tǒng)的投資已與采用常規(guī)儀表相當(dāng)。規(guī)模越大，單位回路投資將更低。由于集散系統(tǒng)具有眾多的優(yōu)越性，從1975年美國(guó)霍尼韋爾公司發(fā)表“TDC2000”系統(tǒng)后，國(guó)外各家公司生產(chǎn)的集散系統(tǒng)有幾十種，下表列出了國(guó)外集散系統(tǒng)的概況。廠

商產(chǎn)品名發(fā)表日期美國(guó)霍尼韋爾公司TDC-200075.11日本橫河CENTUM75.6美國(guó)福克斯波羅公司SPECTRUM79.4美國(guó)貝克曼公司MV500079.3美國(guó)貝利公司NETWORK-9080.10美國(guó)非歇爾公司PROVOX82.8美國(guó)西屋公司W(wǎng)DPF82.10美國(guó)羅斯蒙特公司S383.10美國(guó)霍尼韋爾公司TDC-300083.10日本橫河YEWPACK-MIRX284.12美國(guó)泰勒公司MOD-30085美國(guó)?？怂共_公司I/ASERIES87.4可以這樣認(rèn)為：1975-1976年是集散系統(tǒng)發(fā)展的第一個(gè)高潮，即集散系統(tǒng)的誕生時(shí)期，1976年以后，隨著各種高技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是信息處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，這段時(shí)期集散系統(tǒng)的研制工作，一方面對(duì)原有系統(tǒng)硬件和軟件采取更新措施，另一方面積極開發(fā)高一層次的信息管理系統(tǒng)。新系統(tǒng)在原有的過程控制管理層的基礎(chǔ)上增加了第三層-綜合信息管理層，更多地關(guān)心高層信息的格式，傳輸，處理，存貯，共享等問題。預(yù)計(jì)綜合信息管理層還會(huì)向高層發(fā)展，它將以企業(yè)網(wǎng)的形式加入?yún)^(qū)域計(jì)算機(jī)網(wǎng)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)中。我國(guó)使用集散系統(tǒng)在七十年代末八十年代初，85年進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。集散系統(tǒng)的應(yīng)用，把我國(guó)過程控制推向一個(gè)新的水平，取得較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益，其發(fā)展前景是十分廣闊的。三。、集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)集散系統(tǒng)的各種功能不同的控制站以滿足不同的控制對(duì)象的需要，而操作站則對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行顯示，操作和管理。各個(gè)控制站和操作站，通過高速數(shù)據(jù)通道連成網(wǎng)絡(luò)，形成整個(gè)集散系統(tǒng)。所以集散系統(tǒng)主要由控制站，操作站，高速數(shù)據(jù)通道三大部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。作為自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，在初步學(xué)習(xí)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)后，我對(duì)以后工作中可能會(huì)運(yùn)用到的一些知識(shí)以及信息作了收集和整理，如下：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是在80年代后期發(fā)展起來的一種先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制技術(shù)。它集數(shù)字通信、智能儀表、微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字－模擬信號(hào)控制的局限性，為真正的“分散式控制，集中式管理”提供了技術(shù)保證?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連、良好的互操作性、分散的功能模塊、開放式互連網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)，不僅可以保證目前工業(yè)控制對(duì)數(shù)字通信的要求，而且使它與Intranet或Internet互連構(gòu)成多層次的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)成為可能。1）現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議的結(jié)構(gòu)是根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提供的ISO/OSI模型來制定的。標(biāo)準(zhǔn)ISO/OSI模型有七層框架，但根據(jù)工業(yè)控制的特點(diǎn)，多數(shù)數(shù)據(jù)總線協(xié)議都是采用了其中的物理層、通信層和應(yīng)用層。這樣可以保證實(shí)時(shí)通信，并在此基礎(chǔ)上已經(jīng)發(fā)展起來了FF、CAN、Profibus、LONworks、ControlNet等總線協(xié)議。2）現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用目前，CAN總線、Profibus以及LONworks在世界范圍都有著非常廣泛的應(yīng)用。CAN總線以其可靠性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)在工業(yè)控制場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用，如國(guó)際上的幾大汽車生產(chǎn)廠商多使用該總線。但是，隨著新型現(xiàn)場(chǎng)總線的性能不斷改進(jìn)，CAN在傳輸速度和傳輸距離方面，特別是在遠(yuǎn)程通信方面，慢慢暴露出了它的不足。但是由于它推出的較早（是進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)最早的總線之一），所以在工控方面仍然占據(jù)了很大的市場(chǎng)。Profibus是目前極為成熟的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。由于它以西門子的PLC系統(tǒng)為控制核心，具有強(qiáng)大的控制功能和可靠性，所以很多大型項(xiàng)目都青睞Profibus。Profibus在歐洲市場(chǎng)占有主導(dǎo)地位，其三個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)DP，F(xiàn)MS和PA分別在分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸方面、樓宇自動(dòng)化和電氣傳動(dòng)方面、過程自動(dòng)化方面具有絕對(duì)的市場(chǎng)。在中國(guó)，Profibus在離散控制和過程控制方面，特別是在一些重