分析DCS控制系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)部分

1，DCS由4部分組成

DCS由4部分組成：I/O板、控制器、操作站（人機(jī)界面（EMI））、通信網(wǎng)絡(luò)。I／O板和控制器國(guó)際上各DCS廠家的技術(shù)水平都相差不遠(yuǎn)，如果說(shuō)有些差別的話是控制器內(nèi)的算法有多有少，算法的組合有些不一樣，I／O板的差別在于有的有智能，有的沒(méi)有，但是控制器讀取所有LO數(shù)據(jù)必須在Is內(nèi)完成一個(gè)循環(huán)；操作站差別比較大，主要差別是選用PC機(jī)還是選用小型機(jī)、采用UNIX還是采用Windows操作系統(tǒng)、采用專用的還是通用的監(jiān)視軟件，操作系統(tǒng)和監(jiān)視軟件配合比較好時(shí)可以減少死機(jī)現(xiàn)象；差別最大的是通信網(wǎng)絡(luò)，最差的是輪詢方式，最好的是例外報(bào)告方式，其速率相差較大。

DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

I／O板通過(guò)端子板直接與生產(chǎn)過(guò)程相連，讀取傳感器傳來(lái)的信號(hào)。20板有幾種不同的類型，每一種I／O板都有相應(yīng)的端子板。如模擬量輸人，4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)板和用以讀取熱電偶的毫伏信號(hào)板；4～16個(gè)通道不等；模擬量輸出，通常都是4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，一般它的通道比較少，4～8個(gè)通道；開(kāi)關(guān)量輸人，16～／1／1JL個(gè)通道；開(kāi)關(guān)量輸出，開(kāi)關(guān)量輸入和輸出還分不同電壓等級(jí)的板，如直流24V， 125V；交流220V或115V等，8～16個(gè)通道不等；脈沖量輸人，用于采集速率的信號(hào)，4～8通道不等；快速中斷輸入；HART協(xié)議輸入板；現(xiàn)場(chǎng)總線LO板。

每一塊LO板都接在I/O總線上。為了信號(hào)的安全和完整，信號(hào)在進(jìn)人LO板以前要進(jìn)行整修，如上下限的檢查、溫度補(bǔ)償、濾波，這些工作可以在端子板完成，也可以分開(kāi)完成，完成信號(hào)整修的板稱為信號(hào)調(diào)理板。I／O總線和控制器相連。

作為一個(gè)DCS控制器，必須具各的功能塊有：與硬件連接的功能塊通常是4塊，這與輸人板的類型有關(guān)；包括模擬量輸入功能塊、模擬量輸出功能塊、開(kāi)關(guān)量輸入功能塊、開(kāi)關(guān)量輸出功能塊。每一個(gè)功能塊必須與特定的端子板連接在一起。如果有接收現(xiàn)場(chǎng)總線的信號(hào)，還需要接收現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的功能塊。另外有4塊與網(wǎng)絡(luò)相連的功能塊，它們分別是：模擬量網(wǎng)絡(luò)輸入、模擬量網(wǎng)絡(luò)輸出、開(kāi)關(guān)量網(wǎng)絡(luò)輸入、開(kāi)關(guān)量網(wǎng)絡(luò)輸出。其次是PID功能塊、站功能塊，再其次是算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除），然后才是函數(shù)運(yùn)算（一次濾波、超前一滯后、二維曲線等）、三角幾何運(yùn)算（正弦、余弦、正切、余切等）和三維矩陣運(yùn)算。一些高級(jí)運(yùn)算，如模糊邏輯，模型控制等是可多可少的，但它們是判斷DOS系統(tǒng)功能強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)。

為了增加控制器的不I/O點(diǎn)數(shù)和增加控制器到現(xiàn)場(chǎng)的距離，可以把現(xiàn)場(chǎng)總線和控制器連接，如LonvJorks總線，這時(shí)控制器內(nèi)應(yīng)該有連接Lonworks時(shí)的功能塊。Lonworks總線上的模塊有獨(dú)立的輸入輸出板和運(yùn)算板，在運(yùn)算板中還有少量的功能塊。

DCS控制結(jié)構(gòu)

控制器是DCS的核心部件，它相當(dāng)于一臺(tái)PC機(jī)。有的Das的控制器本身就是PC機(jī)。它主要有CPU、RAM、F2PROM和ROM等芯片，還有兩個(gè)接口，一個(gè)向下接收I／O總線來(lái)的信號(hào)，另一個(gè)接口是向上把信號(hào)送到網(wǎng)絡(luò)上與人機(jī)界面相連。ROM用來(lái)存貯完成各種運(yùn)算功能的控制算法（有的Das稱為功能塊庫(kù)）。在庫(kù)中存功能塊，如控制算法PID、帶死區(qū)PID，積分分離PID算術(shù)運(yùn)算加、減、乘、除、平方、開(kāi)方、函數(shù)運(yùn)算一次濾波、正弦、余弦、X－Y函數(shù)發(fā)生器、超前－滯后；比較先進(jìn)的算法有Smith預(yù)估、C語(yǔ)言接口、矩陣加、矩陣乘；邏輯運(yùn)算有邏輯與、邏輯或、邏輯非、邏輯與非等。通常用站功能塊不僅把模擬量和開(kāi)關(guān)量結(jié)合起來(lái)，還與人聯(lián)系起來(lái)。功能塊越多，用戶編寫(xiě)應(yīng)用程序（即組態(tài)）越方便。組態(tài)按照工藝要求，把功能塊連接起來(lái)形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因?yàn)镋2PROM可以擦寫(xiě)，組態(tài)要隨工藝改變而改變，所以把組態(tài)存在E2PROM中。不同用戶有不同組態(tài)。組態(tài)時(shí)，用戶從功能塊庫(kù)中選擇要的功能塊，填上參數(shù)，把功能塊連接起來(lái)。形成控制方案存到E2PROM中。這時(shí)控制器在組態(tài)方式投人運(yùn)行后就成為運(yùn)行方式，控制器中安裝有操作系統(tǒng)，功能塊組態(tài)軟件和通信軟件。為了系統(tǒng)安全運(yùn)行，閉環(huán)控制器一定是冗余運(yùn)行的，一用一各，并且是熱備。

DCS總線

通信網(wǎng)絡(luò)把過(guò)程站和人機(jī)界面連成一個(gè)系統(tǒng)。通信網(wǎng)絡(luò)有幾種不同的結(jié)構(gòu)形式，如總線型、環(huán)型和星型?？偩€型在邏輯上也是環(huán)型的。星型的只適用于小系統(tǒng)。不論是環(huán)型還是總線型，一般都采用廣播式。其他一些協(xié)議方式已用得較少。通信網(wǎng)絡(luò)的速率在10M的和100Mb／s左右。

閉環(huán)控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器可以和人機(jī)界面直接連在通信網(wǎng)絡(luò)上，在網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)不同的控制器作為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)獨(dú)立結(jié)點(diǎn)。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)完成不同的功能。它們都應(yīng)有網(wǎng)絡(luò)接口。有的DCS為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)接口，把所有的過(guò)程控制用的設(shè)備即閉環(huán)控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器預(yù)先連在控制總線上，稱為過(guò)程控制站。這既可以增加過(guò)程控制站所能接收的LO點(diǎn)數(shù)，又能節(jié)省接口。然后再通過(guò)接口連到網(wǎng)絡(luò)上，與人機(jī)界面相連。

人機(jī)界面有4種不同形式的結(jié)點(diǎn)，它們是操作站、工程師工作站、歷史趨勢(shì)站和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。操作站安裝有操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件和控制器的驅(qū)動(dòng)軟件，顯示系統(tǒng)的標(biāo)簽、動(dòng)態(tài)流程圖和報(bào)警信息。一個(gè)Das系統(tǒng)可以有好幾臺(tái)操作站，每一臺(tái)操作站可以顯示一樣的內(nèi)容，也可以是不一樣的內(nèi)容。DOS廠家可以配專用操作站或通用操作站。工程師工作站給控制器組態(tài)（CAD），也可以給操作站組態(tài)。如果監(jiān)控軟件作圖能力很強(qiáng)，作圖工作可以由監(jiān)控軟件獨(dú)立完成。工程師站的另外一個(gè)功能是讀控制器的組態(tài)，用于控制器升級(jí)，查找故障。我們稱之為逆向工程師站。歷史趨勢(shì)站用于存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器是Das和MIS系統(tǒng)的接口，也是Das和Web的隔離設(shè)各。