DCS系统结构及各部分功能简介

DCS系统结构及各部分功能简介

一、仪表与控制系统概述

1、控制过程的性质

控制过程的性质可被分成两大类，一类是连续调节性质的（一般称之为过程控制，或流程控制），另一类是状态控制性质的（一般称之为程序控制，或逻辑控制）。

调节是控制的一种。调节特指通过反馈的方法对连续变化的对象进行连续的控制，如通过调节燃气阀门的大小以控制燃烧火焰的大小，从而达到控制加热器温度，使其保持在预定温度范围内的目的。在这里温度是一个连续变化的量，对温度的调节也是连续进行的。调节的过程并没有明显的起点和终点，而只有对目标值的允许偏差以及进行测量和控制的周期。刚才所说的允许偏差和测量控制周期是连续过程调节的两个最基本的要素，除了这两大要素外，连续过程调节最重要的要素是调节算法，如经典的PID调节、现代的模糊控制等。所有这些要素都极大地影响着调节的效果和质量。

控制所包含的范围更广，除了上述对连续变化的对象进行调节外，还包括了对非连续对象、非连续过程的控制等。

非连续控制一般指某种装置的状态或位置，对其进行控制实际上就是按照一定的方式改变其状态或位置，如某个电力开关的合闸或分闸。而非连续过程则由一组非连续对象按照工序的要求组合在一起，以完成一个比较复杂的动作或任务，这样的过程有很明显的起点和终点，控制过程和动作过程是完全对应的。对非连续过程的控制是一种顺序控制或程序控制，是根据各个被控对象的动作时间、动作顺序和逻辑关系进行的控制。刚才所说的动作时间、动作顺序和逻辑关系是对非连续过程实行控制的要素。

在实际的生产过程中，更多遇到的，是连续控制（或调节）和非连续控制的混合型控制，即对各种不同工况的过程控制。因为生产的复杂性，同样的生产装置也会有不同的生产工况或生产阶段，生产工况的切换是根据操作人员的指令或

根据某种状态进行的，而平稳工况的控制则是一种连续控制。

在一些生产过程中，除广泛使用反馈控制方法外，还经常使用前馈控制方法。前馈控制根据生产设备的运行参数计算控制量，并依据控制量对现场实施控制。前馈控制的优点是可以使系统快速进入所需的运行状态，但由于前馈控制不检验控制执行的效果并进一步采取调整手段，因此控制的精确性较差。在实际控制系统中，常采用前馈控制结合反馈控制的综合方法，这样可以取得很好的控制效果。

下表是连续控制和非连续控制（或称为离散控制）的比较：

控制方式

连续控制离散控制

相关要素

运行方式连续分步骤

控制目标预期的允许偏差范围预期的状态或位置

控制算法PID等数学方程逻辑公式

时间特性与过程适应的控制周期各个步骤的执行和间隔时间

控制质量目标参数的控制精度逻辑关系的正确性

稳定性要求干扰工况下尽量小的偏离干扰工况下无错误动作

近年来又出现了一种新的控制类型——Batch control，即批量（或批次）控制，IEC对它的定义是：“Control system that controls a batch process, that is, a process that due to physical structuring of the process equipment or other factors, consists of a sequence of one or more steps or phases that must be performed in a defined order.——处理一个批次过程的控制系统，即：由处理装置或其它因素的物理结构所决定的过程，其中包括必须按照定义的顺序执行的单个或多个步骤或阶段所组成的序列。”

批次控制结合了过程控制和程序控制这两种控制类型，适用于在同一条生产线上通过装置连接、组合的改变，工艺流程的改变和工艺参数的调整，生产不同品种产品的生产控制。其工作过程为：首先通过程序控制确定生产流程和工艺参数，然后转入过程控制；当一个完整的过程完成后，再次转入程序控制，形成下

一个批次的生产流程和工艺参数，如此反复。实际上，批次控制是一种混合控制，是将过程控制和程序控制结合在一起的控制系统。

2、仪表控制系统的基本概念

仪表系统（指由模拟式仪表组成的系统）最主要的控制目标是回路控制。所谓回路控制，是指那种对最小单元的闭环控制。这些控制有1-2个现场输入（测量值）和1个现场输出（控制量），在现场输入和现场输出之间有计算单元（即控制器），另外还有一个给定值输入，用于设定控制目标。回路控制的功能框图如下： 控制装置执行器过程监测元件，变送器

u(t)q(t)

c(t)y(t)r(t)e(t)+

设定值

比较机构控制器

f(t)被控变量

-测量值回路控制的作用是保证被控对象的一个最基本的运行单元能够按照预定的参数正常运行。

3、几种主要的控制系统

对连续调节性质的被控对象，如温度、流量、压力、液位、电流、电压、功率等参数的调节，其特点是测量值是一个连续变化的量，控制值也是一个可连续调节的量，控制系统通过调节量与被控目标之间的传递函数决定如何实施控制或调节。这种以调节为主要手段的控制系统习惯上称之为仪表系统。因其是通过种类检测、调节仪表来实现系统的功能的，仪表系统由最初的基地式仪表，发展为单元式组合仪表，却是用模拟技术实现的。从60年代前后，电子数字计算机进入控制领域，发展出了采用数字技术的监视（Monitoring ）系统，设定值控制（SPC-Set Point Control ）系统、直接数字控制（DDC －Direct Digital Control ）系统，其后，在综合了监视系统和设定值控制（也叫监督控制Supervisory Control ）系统的功能和系统结构之后，出现了监督控制和数据采集系统（SCADA －Supervisory Control And Data Acquisition ）,在综合了仪表系统的特点和DDC 的特点基础上，经过多年研究开发推出了分布式控制系统（DCS-Distributed Control System ）。另外还有结合了数字技术和仪表系统体系结构的单回路控制器