DCS控制系统

DCS从1975年问世以来,大约有三次比较大的变革,七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的,由各DCS厂家自己开发的,也没有动态流程图,通讯网络基本上都是轮询方式的;八十年代就不一样了,通讯网络较多使用令牌方式;九十年代操作站出现了通用系统,九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议,有的开始采用以太网。总的来看,变化主要体现在I/O板、操作站和通讯网络。控制器相对来讲变化要小一些。操作站主要表现在由专用机变化到通用机,如PC机和小型机的应用。但是目前它的操作系统一般采用UNIX,也有小系统采用NT,相比较来看UNIX的稳定性要好一些,NT则有死机现象。I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系统。

从理论上讲,一个DCS系统可以应用于各种行业,但是各行业有它的特殊性,所以DCS也就出现了不同的分支,有时也由于DCS厂家技术人员工艺知识的局限性而引起,如HONEYWELL公司对石化比较熟悉,其产品在石化行业应用较多,而BAILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。用户在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员是否对该生产工艺比较熟悉;然后要看该系统适用于多大规模,比如NT操作系统的就适应于较小规模的系统;最后是价格,不同的组合价格会有较大的差异,而国产的DCS系统价格比进口的DCS至少要低一半,算上备品备件则要低得更多。

DCS由四部份组成:I/O板、控制器、操作站、通讯网络。I/O板和控制器国际上各DCS厂家的技术水平都相差不远,如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少,算法的组合有些不一样,I/O板的差别在于有的有智能,有些没有,但是控制器读取所有I/O数据必须在一秒钟内完成一个循环;操作站差别比较大,主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监视软件,操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象;差别最大的是通讯网络,最差的是轮询方式,最好的是例外报告方式,根据我们的实验,其速度要相差七八倍。

第一章 DCS的通讯网络堵塞和人机界面死机现

在DCS的通讯网络上连接有几种不同的结点,它通常分为两大类。一类是直接与生产过程通过I/O板连接起来的结点,我们称之为控制器。控制器根据功能不同又可以分为数据采集控制器和回路控制器,两者可以合为一个结点。另一类结点是与人机相连的,称为人机界面。它们通过通讯网络采集控制器中的数据。根据功能又分为操作站,这是工厂运营的主要设备,它既要从控制器中读取数据,又要将运营人员的意图送给控制器,所以数据传输是双向的。人机界面的另外几种结点分别是工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务器。工程师工作站通常只在系统投运前,把存储在控制器中的各种算法按照生产要求连接起来,并填进参数最后下装给控制器,它是组态用的工具,系统投运以后可以离线。工程师站的工作区别于用算法语言编程,称之为组态。

控制器的存储器中存有各种控制算法,如:PID、加、减、乘、除、三角函数、矩阵运算、先进算法史密斯预估器,与BASIC、C语言接口等。如果操作站中的监控软件作图功能不能满足要求,也可由工程师站做动态流程图,然后装载给操作站。

为了DCS的控制器和操作站的升级,不改变组态,由逆向工程师站读取控制器组态。然后下装给升级后的控制器。逆向工程师站的另外一个功能是为了查找故障,读取控制器组态供分析使用。

人机界面的另一个重要结点是动态数据服务器,它是DCS和MIS系统的接口,是DCS和Web的隔离设备。它的特点是数据只能上行,不能下行,而且存储的数据量是海量的。历史趋势站和动态数据服务器类似,它的功能可以合并到动态数据服务器上,也可以单独成为一个结点。

在系统刚投入运行时,由于系统组态不完善,经常发生网络堵塞。但投运一段时间后,就很少发生网络堵塞。

近来,由于MIS系统需要从DCS中读取生产实时数据。在网络中接进动态数据服务器,网络堵塞现象就变得十分频繁,并使得各种人机界面的结点死机现象很严重。网络堵塞现象的严重程度与多种因素相关。

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