集散控制系统应用现状及其发展
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Hale Waihona Puke Baidu
$"# 完全取代 !"# 还有一个较长的过程 ! 但最终要取而代之 " # 集散控制系统今后的发展趋势 就 目 前 来 说 !!"# 已 发 展 得 相 当 成 熟 和 实 用 ! 毫 无 疑 问 ! !"# 仍是当前工业自动化系统应用及选型的主流 " 它并不会随
着现场总线技术的出现和发展而马上退出现场过程控制的舞 台 " 面对挑战 !!"# 将会沿着以下几点趋势继续向前发展 $
Q-.8>-2 7078/B !$"# ’ 完全代替 "
但 由 于 在 我 国 绝 大 部 分 工 程 都 是 以 !"# 作 为 主 流 控 制 系 统 !!!WSSS 型仪表作为主导仪表 ) 另一方面 !!"# 是一个 不 断 发 展 的 控 制 系 统 ! 它 采 用 现 场 总 线 技 术 对 自 身 进 行 改 造 ! 使 !"# 能 与 现 场 总 线 智 能 仪 表 和 局 部 现 场 总 线 控 制 系 统 Z$"#[ 连 接 起 图%
’04 & 也 称 为 分 布 式 计 算 机 控 制 系 统 7’()*+(,-*./ 0168-*.+ 012*+13 45)*.6)9 # 它 是 以 微 处 理 机 为 核 心 # 采 用 数 据 通 讯 技 术
和图形显示技术的新型计算机控制系统 # 它是一种利用计算机 技术对生产过程进行集中监视 ’ 操作 ’ 管理和现场前端分散控制 相统一的新型控制技术 $ 该系统能够完成直接数字控制 ’ 顺序控 制 ’批 量 控 制 ’数 据 采 集 与 处 理 ’多 变 量 解 耦 控 制 以 及 最 优 控 制 等 功 能 #在 先 进 的 集 散 型 控 制 系 统 中 #还 包 含 有 生 产 的 指 挥 ’调 度和管理功能 $ 目前 ’04 技术已趋于稳定 # 相关产品也达到了 成熟实用阶段 $ 第 一 代 的 ’04 系 统 是 建 立 在 以 计 算 机 技 术 %0168-*.+ &’ 通 信 技 术 %0166-2(:;*(12&’ 图 形 显 示 技 术 %0<= & 和 控 制 技 术 %012*+13 & 等 (#0 ) 技术基础上的一种通过功能分散 # 达到分散 危 险 ’ 提高可靠性的崭新的设计思想 # 使计算机控制技术有了真正 的实用性 $ 因此 ’04 一经推出 # 便很快取代了集中式计算机控 制系统 # 在生产中获得了广泛的应用 $ 可 以 说 #’04 的 出 现 # 开 创 了 (网 络 控 制 系 统 )的 先 河 #推 动 着 自 动 化 控 制 领 域 的 发 展 方 向 # 代表着过程控制技术的水平 $ 直到今天 # 它也未被新兴的现 场总线完全替代 # 仍显示着旺盛的生命力 $
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集散控制系统应用现状及其发展
宋 威 周 伟 武汉理工大学信息工程学院 !#&""%""
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集散控制系统的发展阶段
’04 的发展主要分为三个阶段 * 第 一 阶 段 *’04 主 要 依 赖 于 (#0 ) 技 术 # 解 决 ( 集 中 ) 与 ( 分
散 ) 的问题 + 第 二 阶 段 *’04 达 到 了 所 谓 (#? ) 的 目 标 # 即 生 产 过 程 自 动 化 @? 7@+1/-:*(12 ?-*16;*(129 ’ 办公自 动 化 A? 7ABB(:. ?-C *16;*(129 ’ 实 验 室 自 动 化 D?7D;,1+;*1+5 ?-*16;*(129 ’ 工 厂 自 动化 E?7E;:*1+5 ?-*16;*(129 $ 考虑到互用性和开放性 #’04 按 系统构成在垂直方向分解成过程控制级 ’ 控制管理级 ’ 生产管理 级 $ $FFG 年美国 H125I.33 公司提出了全厂一体化的概念 # 把过 程控制网络 ’ 实时操作网络和工厂信息网络融为一体 # 率先推出 了 =@47=1*;3 @3;2* 413-*(129 全厂一体化控制系统 $ =@4 是第一 个 采 用 微 软 的 J(2/1I) K= 操 作 系 统 的 ’04 # 利 用 微 软 的 ADL7 对象链接和嵌入 9 技术 # 使用户直接将过程控制画面链接或 插 入 至 数 据 库 或 其 它 与 J(2/1I) K= 相 似 的 操 作 系 统 $ 例 如 =’04M&>>> 系统 # 它把 =’04M!>>> 作为子系统挂在自身的局 部控制网络 D0K 上 $ =’04M!>>> 作为与生产过程连接的部分 承担过程控制 7 由现场控制单元完成 9 和控制管理级 7 由操作站完 成 9 的任务 # 而 =’04M&>>> 则 主 要 承 担 生 产 管 理 以 及 经 营 管 理 级的任务 $ 第三阶段 *’04 引入了现场总 线 # 使 企 业 信 息 沟 通 的 覆 盖 范围一直延伸到生产现场 $ 现场总线使现场设备加人工厂信息 网络 # 成为企业信息网络底层 # 它是实现工厂底层信息集成的关 键技术 $ 现场总线融入 ’04 中 # 推动了 ’04 功能的进一步发 展 $ 融入现场总线的 0LK=NOP04 系统如图 $ 所示 $ 由于系统 原来的 #Q!>6? 模拟通信方式与 现 场 总 线 方 式 混 合 存 在 # 系 统
"&’()*+"# 系统结构
来 ! 因此以上情况必须形成 !"# 与 $"# 共存的局面 ! 估计要用 十年左右的时间才能真正过渡到 $"# 的主导地位 ! 也就 是 说 !
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集散控制系统的现状
!"# 问世以来 ! 经历了多次重大 改 进 和 发 展 " 系 统 结 构 和
基本功能都已趋于稳定 ! 产品也达到了成熟实用前程度 " 针对不 同的应用领域 ! 存在着不同的有针对迎的成熟的 !"# 产品 ! 如 电力 # 冶金 # 石化 # 和建材行业都有适合各自行业的 # 满足不同生 产工艺和设备控制要求的 !"# 产品 " 世界上主要 !"# 供应商 为 $,-./01/22 #3452/0 #6/785.9,-:7/ #;33 #$-<=->- #?@’ ##5A /B/.7 #&)CD # 横河 # 日本山武霍尼韦尔等 " 我国在 EF 世纪 GF 年代从国外引进了几百套 !"# 来装备石化 # 冶金 # 电力 # 化肥等 企业 ! 同时又从国外引进技术 ! 与外资合作合资组装生产并逐步 实现国产化 " 如重庆工业自动化仪表所和上海工业自动化仪表 所 开 发 的 !HI JKLFF# 航 天 的 友 力 JEFFF # 电 子 部 六 所 的
发 展 ! 专 家 系 统 Z&#[ # 知 识 库 系 统 ZI3#[ 的 应 用 ! 如 自 学 习 控 制 # 自 适 应 控 制 # 远 距 离 诊 断 等 ! 人 工 智 能 可 在 !"# 各 级 实 现 " 与
,#%FFF 和 ,#EFFF# 北京康拓公司的 I(MFFF# 天津中环 !"#J EFF% # 上海新华 N!O## 浙大中控 #:P/>Q-.HN # 杭州威盛公司的 $3JEFFF 等分散控制系统每年生产 上 千 台 ! 已 具 备 很 强 的 竞 争
E’ 分散程度不够 ! 每台 !"# 的现场控制单元一般都要处理
几十个控制回路 ! 并由此而带来实时性的问题 ! 很难实现紧急停 车时要求的 B7 级的反应速度 "
U’!"# 的成本较高 ! 其网络通信体系统 结 构 大 多 采 用 封 闭
式和本公司专用的标淮和协议 " 因此 !!"# 不但面临 O?" 控制 系 统 的 挑 战 ! 而 且 它 将 被 现 场 总 线 控 制 系 统 ($5/2Y=:7J=47/Y
%’!"# 向综合方向发展 $ 由于标淮数据 通 信 链 路 和 网 络 的
发展 ! 将多种单 Z 多 [ 回 路 调 节 器 #O?" # 工 业 O" #’" 等 工 控 设 备 构成大系统 ! 并与现场总线相融合 ! 适应开放化的大趋势 "
E’!"# 向 智 能 化 方 向 发 展 $ 由 于 数 据 库 系 统 # 推 理 机 能 的
!
集散型控制系统的产生 集散控制系统的产生大致可以分为三个阶段 * 第一阶段 * 由常规的模拟式调节仪表构成的过程控制系统 #
成本低 ’ 可靠性高 # 容易维护和操作 $ 但是随着生产的发展 # 模拟 式仪表的局限性越来越明显 # 如模拟仪表难于实现多变量解耦 控制以及其它复杂的控制规律 + 控制精度不高 + 生产规模的扩大 和工艺的日益复杂 # 仪表控制系统越来越多 # 控制室的仪表屏越 来越大 # 难于实现集中的操作和显示 + 各个系统之间难于实现通 信联系 + 当生产工艺要求变更时 # 往往需要变更调节仪表 $ 而计 算机控制系统就可以克服模拟调节仪表的上述缺陷 # 计算机控 制系统可实现复杂的控制规律 + 各分系统之间可以实现通信 # 能 集中操作和显示 # 控制精度比较高 $ 第二阶段 * 在计算机集中控制中 # 一台计算机控制几十个乃 至几百个回路 #一旦计算机发生故障 #将会影响整个系统的工作 # 系统的可靠性比较低 $ 当然 #为了提高系统的可靠性 #可采用双机 运行方式 #但是成本就会提高 $ !> 世纪 %> 年代工业的发展使生 产过程更加复杂 #规模更加扩大 #其中石油化学工业尤为突出 $ 生
!
可以灵活地加以扩展 !!"# 功能与现 场 总 线 仪 表 的 控 制 功 能 相 融合 ! 保持了产品的实时性与先进性 ! 使原来的系统不致被淘 汰 ! 在 !"# 向 $"# 过渡的初级阶段 ! 不失为一种较好的选择 "
集散控制系统应用现状及其发展 低 ! 抗干扰和纠错能力差 ! 难以发挥现场仪表的特长 "
近年来 # 集散控制系统得到广泛的应用 # 在控制技术上产生了巨大的影响 $ 本文综述了集散控制系统在工业控制中的 应用现状及其最新研究进展 $ 同时也指出了集散控制系统在实际应用中存在的缺陷和问题 # 并提到了目前国内外对此的应 用现状而提出来的一些新的解决方案 # 最后介绍其未来的发展趋势 $ 关键词 %’04 #E04 # 分散控制 # 集中管理 自从集散控制系统问世以来 # 已经经历了多次重大改进和 完 善 $ 所 谓 集 散 型 控 制 系 统 %’()*+(,-*./ 012*+13 45)*.6) # 产规模的扩大和复杂 #迫切要求高可靠性的计算机控制系统 $ 第三阶段 * 在总结模拟调节仪表和计算机集中控制的优缺 点的基础上 # 发展 ’ 形成了集散型控制系统 $ 集散型控制系统以 多台微机处理机分散在生产现场 # 进行过程的测量和控制 # 实现 了功能和地理上的分散 # 避免了测量 ’ 控制高度集中带来的危险 性和常规仪表控制功能单一的局限性 + 数据通信技术和 0<= 显 示技术以及其他外部设备的应用 # 能够方便的集中操作 ’ 显示和 报警 # 克服了常规仪表控制过于分散和人机联系困难的特点 $ !> 世纪 %> 年代微电子技术和计算机技术的重大突破 # 为集散控制 系 统 提 供 了 体 积 小 ’功 能 强 ’可 靠 性 高 ’价 格 低 廉 的 微 处 理 机 和 各类半导体芯片 # 为发展集散型控制系统奠定了物质基础 $
$"# 完全取代 !"# 还有一个较长的过程 ! 但最终要取而代之 " # 集散控制系统今后的发展趋势 就 目 前 来 说 !!"# 已 发 展 得 相 当 成 熟 和 实 用 ! 毫 无 疑 问 ! !"# 仍是当前工业自动化系统应用及选型的主流 " 它并不会随
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集散控制系统应用现状及其发展
宋 威 周 伟 武汉理工大学信息工程学院 !#&""%""
#$%&’()& =R() 8;8.+ (2*+1/-:.) *R. :-++.2* )*;*-) ;2/ ;:R(.S.6.2*P=R. /.B.;*) ;2/ 8+1,3.6) (2 .S.+5 8R;). () T(S.2 ;2/ )16. 2.I 83;2) ;,1-* *R. :-++.2* +.).;+:R 1B ’04 8+1S(/./ ,5 .U8.+*) B+16 1-+ :1-2*+5 ;2/ 1*R.+ :1-2*+(.) ;+. T(S.2 *11P =R. /.S.3186.2* *+.2/ 1B ’04 () 81(2*./ (2 *R. .2/P *+,-.’/%V’04WE04W/()*+(,-*./ :12*+13W:.2*+;3(X(2T )-8.+S()(12 摘 要
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集散控制系统的发展阶段
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集散型控制系统的产生 集散控制系统的产生大致可以分为三个阶段 * 第一阶段 * 由常规的模拟式调节仪表构成的过程控制系统 #
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