DCS系统简介1

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DCS系统简介
目前,DCS系统在化工行业中得到广泛应用,为使广大论友对系统进行了解,以MACS 系统为例作简要介绍。

一、DCS含义
DCS是Distributed Control System的英文缩写,简称分布式控制系统或集散型控制系统。

DCS系统是七十年代中期发展起来的,是集微型计算机检测技术、图形处理技术、数据处理技术和计算机网络技术为一体的新型现代化设备,是实现对过程分散控制、集中操作和管理的自动化装置。

二、系统组成
DCS系统由网络、工程师站、操作员站、高级计算机、打印服务站、管理网关、系统服务器、现场控制站、控制通讯站所组成。

1、网络
以MACS系统为例:系统网络由上至下分为三个层次:监控网络、系统网络和控制网络。

①监控网络(M—NET)
由10M/100M高速冗余以太网构成,用于系统服务器与现场控制站、通信控制站等的连接。

完成现场控制站、通讯控制站的数据下装,服务器与现场控制站、通讯控制站之间的实时数据通讯。

②系统网络(S—NET)
由10M ARCNET网构成,用于连接现场控制站和服务器之间的通信。

③控制网络(C—NET)
由PROFIBUS-DP构成,可兼容CAN、FF、MODBUS等多种现场总线网络,用来与现场控制站主控单元和过程I/O(信号输入输出模板)单元的通信,完成实时输入、输出数据传送服务的专用网络系统。

2、工程师站
它是由工业PC机和各种组态软件工具组成,主要用以完成以下功能:
组态:完成数据库、图形、控制算法、报表的组态;
参数配置:简化历史库、事故追忆、变量组定义等;
设备组态:实现应用系统的操作员站、服务器、现场控制站及过程I/O模块的配置等;
数据下装和增量下装:将组态后的数据下装到服务器、操作员站,在线运行时,还可通过增量下装的形式修改数据库和控制算法。

应用软件:MACS专用组态软件,可选装MACS专用操作员软件。

3、操作员站
操作员站是操作人员使用的设备,操作员站的监控软件是最重要的人机交互界面,能使操作人员通过薄膜键盘、轨迹球灵活方便地监控过程。

操作员站由高可靠工业微机和操作员站专用软件组成。

应用软件:MACS专用操作员站软件。

MACS系统专用的操作员站软件是运行在中文Windows NT平台上的实时监控软件。

该软件包含的任务主要有模拟流程图显示、参数列表显示、工艺报警显示、日志和事件查询显示及控制调节和参数整定等操作功能。

③操作员站的功能
图形显示和会话:
该软件可以通过多种途径切换到各个画面,画面的切换时间和刷新时间为1秒;在一幅流程图上显示定义的动态对象,并在其中可实现会话操作
控制调节:
该软件可进入各种回路调节窗口,修改设定值、切换控制方式和整定回路参数等。

成组趋势显示:
该软件可实现模拟量成组趋势显示和开关量成组趋势显示两种,允许操作员在线定义任意点的趋势显示。

一幅趋势画面可显示多条曲线,曲线可纵向放大、平移,曲线上每一点的值可列出。

工艺报警显示:
该软件以跟踪方式显示报警列表信息,报警级别有4种,不同的级别以不同的颜色显示,报警信息可以分别按点名、工艺系统名、报警级和时间段查询。

系统按报警属性进行分类显示,如工艺报警信息显示、超量程报警信息显示、多重测量超差显示、变化率超差显示、开关量摆动信息显示、禁止/强制点一览显示等。

日志显示:
该软件按时间顺序跟踪显示工艺设备发生的报警信息、系统设备故障信息和操作记录信息,并可按全日志、SOE日志、简化日志、试验系统日志、设备故障日志和操作记录日志进行分类查询,对每种类型还可按点名、工艺系统名、报警级和时间段等进行历史查询。

参数列表:
可以按工艺系统、系统定义成组和自定义组等进行模拟量和开关量的参数列表。

4、服务器
系统服务器主要负责对域内系统数据的集中管理和监视,包括报警、日志、事故追忆等事件的捕捉和记录管理,并为域内其它各站的数据请求(包括实时数据、事件信息和历史记录)提供服务和为其它域的数据请求提供服务。

运行系统以系统服务器为中心,完成所有功能。

系统服务器还提供二次数据处理和历史数据管理和存档功能。

应用软件:MACS系统服务器软件。

5、现场控制站
现场控制站是DCS系统实现数据采集和过程控制的重要站点,主要完成数据采集、工程单位变换、控制算法处理、输出控制、通过系统网络将数据和诊断结果传送到系统服务器等功能。

现场控制站由主控单元、智能I/O单元、电源单元和专用机柜四部分组成,在主控单元和智能I/O单元上,分别固化了实时控制软件和I/O单元运行软件。

现场控制站内部采用了分布式的结构,与系统网络相连接的是现场控制站的主控单元,可冗余配置。

主控单元通过控制网络(CNET)与各个智能I/O单元实现连接。

现场控制站的内部结构如图所示。

6、通讯站功能
接收来自其它系统(PLC、总线仪表等)的通信数据,进行校验、分解数据包,并将数据发送到系统服务器;从系统服务器取得数据,按照协议组织数据包发送到其它计算机系统或进行远程发送。

在接收和发送的数据处理中可以加入各种组态的算法进行数据加工。

可支持RS-232,RS-422,RS-485等通信接口。

通信控制站通过系统网络S-NET与DCS系统连接。

7、管理网网关功能
DCS系统是一个开放的系统,通过管理网网关,提供外界一个访问接口。

作为网关,它一侧连接到DCS系统内,另一侧连接到外界系统,是内外系统沟通的桥梁。

主要作用是通过内部网关软件,将DCS系统内部的实时数据、历史数据转换到标准关系型数据库中,并对数据提供数据库访问接口。

硬件接口:标准10/100M以太网。

通讯协议:Ethernet、TCP/IP、NETBIOS、NTFS、IPX/SPX,可与Windows 95、WindowsNT、Nevell、Unix、Linnux等系统连接。

考虑外界网络病毒侵袭,起用网关必须谨慎。

二、系统特点
1、功能特点
①显示功能方面
DCS可进行实时数据的在线显示、报警显示、历史数据显示、报警记录显示、设备运行状态信息显示,显示方式有三种棒图、趋势图、数据。

②控制功能方面
DCS可以实现常规PID控制、串级控制、前馈-反馈控制、复合调节等各种运算控制,也可实现顺序控制、批量控制、逻辑控制;此外,DCS与应用模块及上位机联合实现优化控制或更大规模的控制、。

③通讯功能
DCS具有很强通讯功能,通过局域网实现了现场控制站、操作员管理站、通讯站站间的互连。

同时,通过CAN网络实现了站间的数据传输、交换。

由于信息、资源的共享实现了集中操作和管理,提高了调节速度。

此外,现场控制站I/O模板之间数据流传输采用网络传输和交换方式,实现了板级间的故障隔离,分散了控制风险,提高了系统的可靠性。

④灵活的系统配置
DCS系统采用了多层网络组建的分布式结构,因此系统的配置方式也更加灵活方便。

通过简单的组态可构建出不同规模的控制系统。

2、技术特点
①高可靠性措施
DCS系统采用了多种保证可靠性的措施,其中最重要的是广泛采用了冗余(设备同时运行备用)技术。

系统网络的冗余:系统网络为双网冗余配置,当在线网络失效时,备用网络自动地切换为在线网络,保证了系统通讯功能的正常运行。

操作员站的冗余:操作员站可多重配置,各操作员站之间互相冗余备份。

现场控制站的冗余:与其它站点不同,现场控制站的冗余只能在站内实现,可冗余
的设备有主控单元、I/O模块及电源。

现场控制站的所有模块和主控单元均可允许带电插拨。

②开放式系统设计
系统的操作员站和工程师站采用了标准的工业PC站,而系统组态软件则建立在中文NT环境下。

系统网络采用了符合IEEE802.4标准的ArcNet网。

系统可提供与多种PLC(如:ModiCOM、siemens、OMRON等),单回路或多回路调节器智能仪表,TRC以及智能电子设备接口的通用通讯站。

系统提供与标准以太网连接的网关设备,用以形成DCS和MIS之间的数据通讯,成为企业的管理控制一体化系统。

③友好的中文操作平台
MACS系统提供一个完全汉化的操作平台。

全面汉化的在线操作软件,使操作人员能很快地掌握各种控制操作,系统还提供了专用的汉字触摸键盘、轨迹球(鼠标),或触摸屏,用户可以按照自己的习惯选择不同的方式实现所须的操作功能。

④灵活性和可扩展性
当需要改变控制方案时,不需要新增控制设备,通过系统组态便可实现想要实现的控制方案。

DCS系统的组态相当灵活,实施控制方案就像搭积木那样简单,组态语言有文本方式、有梯形图、功能块。

一般来说DCS系统在实际配置I/O通道模板时都会考虑有余地,当需要增加少量的控制回路或检测回路时,只需增加现场仪表、连线同时对系统在原有的组态基础上略作一定的修改,便可达到目的。

若要扩大更大规模,则在网上挂接新的接点。

⑤方便维修
DCS系统有非常强大的自诊断功能,系统以一定的周期自动地对站点模板、设备进行检测,诊断故障结果自动地以报警、显示、打印方式来提示操作人员,维修人员根据诊断结果实现快速维修,大大地缩短了处理故障的时间。

三、统统的组态
DCS系统的组态可以包括两个方面。

一是硬件组态,也就是完成系统硬件的配置。

二是指在工程师站利用组态软件将系统提供的模块化单元按一定的逻辑组合起来,形成能完成特定要求的应用系统,如生成应用系统的数据库、PID控制、历史数据库、监控流程图和生产管理报表等。

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