西門子6ES7253-1AA22-0XA0模塊
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集散控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ),采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則的新一代儀表控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)簡稱DCS,也可直譯為“分散控制系統(tǒng)”或“分布式計算機控制系統(tǒng)”。
它采用控制分散、操作和管理集中的基本設(shè)計思想,采用多層分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在電力、冶金、石化等各行各業(yè)都獲得了極其廣泛的應(yīng)用。
DCS通常采用分級遞階結(jié)構(gòu),每一級由若干子系統(tǒng)組成,每一個子系統(tǒng)實現(xiàn)若干特定的有限目標(biāo),形成金字塔結(jié)構(gòu)。
可靠性是DCS發(fā)展的生命,要保證DCS的高可靠性主要有三種措施:一是廣泛應(yīng)用高可靠性的硬件設(shè)備和生產(chǎn)工藝;二是廣泛采用冗余技術(shù);三是在軟件設(shè)計上廣泛實現(xiàn)系統(tǒng)的容錯技術(shù)、故障自診斷和自動處理技術(shù)等。當(dāng)今大多數(shù)集散控制系統(tǒng)的MTBF可達幾萬甚至幾十萬小時。
近年來,在DCS關(guān)聯(lián)領(lǐng)域有許多新進展,主要表現(xiàn)在如下一些方面。
(1)系統(tǒng)功能向開放式方向發(fā)展 傳統(tǒng)DCS的結(jié)構(gòu)是封閉式的,不同制造商的DCS之間難以兼容。而開放式的DCS將可以賦予用戶更大的系統(tǒng)集成自主權(quán),用戶可根據(jù)實際需要選擇不同廠商的設(shè)備連同軟件資源連入控制系統(tǒng),達到 的系統(tǒng)集成。這里不僅包括DCS與DCS的集成,更包括DCS與PLC、FCS及各種控制設(shè)備和軟件資源的廣義集成。
(2)儀表技術(shù)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 工業(yè)控制設(shè)備的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,可以促使過程控制的功能進一步分散下移,實現(xiàn)真正意義上的“全數(shù)字”、“全分散”控制。另外,由于這些智能儀表具有的精度高、重復(fù)性好、可靠性高,并具備雙向通信和自診斷功能等特點,致使系統(tǒng)的安裝、使用和維護工作更為方便。
(3)工控軟件正向控制方向發(fā)展 廣泛應(yīng)用各種控制與優(yōu)化技術(shù)是挖掘并提升DCS綜合性能 效、直接、也是 價值的發(fā)展方向,主要包括控制、過程優(yōu)化、信息集成、系統(tǒng)集成等軟件的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在未來,工業(yè)控制軟件也將繼續(xù)向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開放性發(fā)展方向。
(4)系統(tǒng)架構(gòu)向FCS方向發(fā)展 單純從技術(shù)而言,現(xiàn)階段現(xiàn)場總線集成于DCS可以有三種方式:① 現(xiàn)場總線于DCS系統(tǒng)I/O總線上的集成――通過一個現(xiàn)場總線接口卡掛在DCS的I/O總線上,使得在DCS控制器所看到的現(xiàn)場總線來的信息就如同來自一個傳統(tǒng)的DCS設(shè)備卡一樣。例如Fisher-Rosemount公司推出的DeltaV系統(tǒng)采用的就是此種集成方案。② 現(xiàn)場總線于DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的集成――就是在DCS更高一層網(wǎng)絡(luò)上集成現(xiàn)場總線系統(tǒng),這種集成方式不需要對DCS控制站進行改動,對原有系統(tǒng)影響較小。如Smar公司的302系列現(xiàn)場總線產(chǎn)品可以實現(xiàn)在DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層集成其現(xiàn)場總線功能。③ 現(xiàn)場總線通過網(wǎng)關(guān)與DCS系統(tǒng)并行集成――現(xiàn)場總線和DCS還可以通過網(wǎng)關(guān)橋接實現(xiàn)并行集成。如SUPCON的現(xiàn)場總線系統(tǒng),利用HART協(xié)議網(wǎng)橋連接系統(tǒng)操作站和現(xiàn)場儀表,從而實現(xiàn)現(xiàn)場總線設(shè)備管理系統(tǒng)操作站與HART協(xié)議現(xiàn)場儀表之間的通信功能。
一直以來DCS的重點在于控制,它以“分散”作為關(guān)鍵字。但現(xiàn)代發(fā)展更著重于全系統(tǒng)信息綜合管理,今后“綜合”又將成為其關(guān)鍵字,向?qū)崿F(xiàn)控制體系、運行體系、計劃體系、管理體系的綜合自動化方向發(fā)展,實施從 層的實時控制、優(yōu)化控制上升到生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營管理,以至 層的戰(zhàn)略決策,形成一個具有柔性、高度自動化的管控一體化系統(tǒng)。
考察DCS的層次結(jié)構(gòu),DCS級和控制管理級是組成DCS的兩個基本的環(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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。
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