分散控制系統(tǒng)硬件體系結構

DCS系統(tǒng)定義

DCS是分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）的簡稱，中文習慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。

世界上第一套D C S 系統(tǒng)是由日本橫河公司（YOKOGAWA）于1975年推出的CENTUM系統(tǒng)，并在工業(yè)現(xiàn)場嘗試使用。

中國的DCS系統(tǒng)相對起步較晚，國內的和利時公司（HOLLYSYS）率先在1993年推出國內第一套DCS系統(tǒng)HS1000，并逐步在工業(yè)現(xiàn)場規(guī)模應用和推廣。

分散控制系統(tǒng)硬件體系結構

考察DCS的層次結構，DCS級和控制管理級是組成DCS的兩個最基本的環(huán)節(jié)。

過程控制級具體實現(xiàn)了信號的輸入、變換、運算和輸出等分散控制功能。在不同的DCS中，過程控制級的控制裝置各不相同，如過程控制單元、現(xiàn)場控制站、過程接口單元等等，但它們的結構形式大致相同，可以統(tǒng)稱為現(xiàn)場控制單元FCU。過程管理級由工程師站、操作員站、管理計算機等組成，完成對過程控制級的集中監(jiān)視和管理，通常稱為操作站。DCS的硬件和軟件，都是按模塊化結構設計的，所以DCS的開發(fā)實際上就是將系統(tǒng)提供的各種基本模塊按實際的需要組合成為一個系統(tǒng)，這個過程稱為系統(tǒng)的組態(tài)。

（1）現(xiàn)場控制

單元現(xiàn)場控制單元一般遠離控制中心，安裝在靠近現(xiàn)場的地方，其高度模塊化結構可以根據(jù)過程監(jiān)測和控制的需要配置成由幾個監(jiān)控點到數(shù)百個監(jiān)控點的規(guī)模不等的過程控制單元。

現(xiàn)場控制單元的結構是由許多功能分散的插板（或稱卡件）按照一定的邏輯或物理順序安裝在插板箱中，各現(xiàn)場控制單元及其與控制管理級之間采用總線連接，以實現(xiàn)信息交互。

現(xiàn)場控制單元的硬件配置需要完成以下內容：

插件的配置 根據(jù)系統(tǒng)的要求和控制規(guī)模配置主機插件（CPU插件）、電源插件、I/O插件、通信插件等硬件設備；

硬件冗余配置 對關鍵設備進行冗余配置是提高DCS可靠性的一個重要手段，DCS通常可以對主機插件、電源插件、通信插件和網(wǎng)絡、關鍵I/O插件都可以實現(xiàn)冗余配置。

硬件安裝 不同的DCS，對于各種插件在插件箱中的安裝，會在邏輯順序或物理順序上有相應的規(guī)定。另外，現(xiàn)場控制單元通常分為基本型和擴展型兩種，所謂基本型就是各種插件安裝在一個插件箱中，但更多的時候時需要可擴展的結構形式，即一個現(xiàn)場控制單元還包括若干數(shù)字輸入/輸出擴展單元，相互間采用總線連成一體。

就本質而言，現(xiàn)場控制單元的結構形式和配置要求與模塊化PLC的硬件配置是一致的。

（2）操作站

操作站用來顯示并記錄來自各控制單元的過程數(shù)據(jù)，是人與生產(chǎn)過程信息交互的操作接口。典型的操作站包括主機系統(tǒng)、顯示設備、鍵盤輸入設備、信息存儲設備和打印輸出設備等，主要實現(xiàn)強大的顯示功能（如模擬參數(shù)顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、多種畫面顯示等等）、報警功能、操作功能、報表打印功能、組態(tài)和編程功能等等。

另外，DCS操作站還分為操作員站和工程師站。從系統(tǒng)功能上看，前者主要實現(xiàn)一般的生產(chǎn)操作和監(jiān)控任務，具有數(shù)據(jù)采集和處理、監(jiān)控畫面顯示、故障診斷和報警等功能。后者除了具有操作員站的一般功能以外，還應具備系統(tǒng)的組態(tài)、控制目標的修改等功能。從硬件設備上看，多數(shù)系統(tǒng)的工程師站和操作員站合在一起，僅用一個工程師鍵盤加以區(qū)分。