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DCS基础知识 DCS基础知识
大唐多伦煤化工
电仪维护车间 池常青
DCS概述 DCS概述
DCS 的 发 展 历 史 DCS 的 应 用 领 域 DCS 的 概念 DCS 的 组 成 及 特 点 DCS和PLC的区别 DCS和PLC的区别
DCS 的 发 展 历 史
DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的 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 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 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 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 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 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 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， 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 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 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 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Ｂ AILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。用户 AILEY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 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 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 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。
第一套DCS系统是美国HONEYWELL公司 第一套DCS
系统是美国HONEYWELL公司 1975年推出的TDC2000至今三十多年的 1975年推出的TDC2000至今三十多年的 历史，它几经更新换代，技术性能日趋完 善。据不完全统计现在集散控制系统的类 型有2000-3000种，厂家也不计其数如： 型有2000-3000种，厂家也不计其数如： 横河公司的 CENTUM CS 、ABB公司的 ABB公司的 FREELANCE、FOXBORO公司的I/AS以 FREELANCE、FOXBORO公司的I/AS以 及国产的浙大中控公司的ECS、和利时公 及国产的浙大中控公司的ECS、和利时公 司的DCS系统等。 司的DCS系统等。
TPS系统是霍尼韦尔1996年推出的控制系 TPS系统是霍尼韦尔1996年推出的控制系 统, 在近十年的成长中不断升级和完善，在 保持系统可靠性, 稳定性的同时, 保持系统可靠性, 稳定性的同时, 又吸收了 最新的人机界面技术, 最新的人机界面技术, 通讯网络技术以及将 我们的先进控制（APC）及操作员培训系 我们的先进控制（APC）及操作员培训系 统（OTS）与系统无缝的联系连接，可以 统（OTS）与系统无缝的联系连接，可以 说TPS系统是最先进、稳定和全面的系统。 TPS系统是最先进、稳定和全面的系统。
DCS 的 应 用 领 域
水 和 污 水 发 电 纸 浆 、 纸 张 和 连 续 式 网 塑 采 矿 、 矿 石 和 冶 金 化 工 与 塑 料 制 品 烃 加 工
石 油 和 天 然 气
DCS 的 概念
DCS全称：Distributed DCS全称：Distributed Control System 它的中文意思是集散控制系统 思想：集中管理分散控制（危险分散、控 制分散、而操作和管理集中的基本设计思 想。 四C技术：计算机（computer)、通信 技术：计算机（computer)、通信 （communication)、显示（CRT)、控制 communication)、显示（CRT)、控制 （control)。 control)。
什么是组态？ 什么是组态？
在使用工控软件中，我们经常提到组态一 词，组态英文是“Configuration” 词，组态英文是“Configuration”，其意义 究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应 用软件中提供的工具、方法、完成工程中 某一具体任务的过程。
与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装 一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、 电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工 电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工 作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然 软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间， 因为它一般要比硬件中的“部件” 因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每 个 “部件” 都很灵活，因为软部件都有内部属 部件” 性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性 状、颜等）。
在组态概念出现之前，要实现某一任务， 都是通过编写程序（如使用 BASIC,C,FO
RTRAN等）来实现的。编写 BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。编写 程序不但工作量大、周期长，而且容易犯 错误，不能保证工期。组态软件的出现， 解决了这个问题。对于过去需要几个月的 工作，通过组态几天就可以完成。
组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域 的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如 DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图 DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图 组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。其实在其他 行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已。如 AutoCAD，PhotoShop，办公软件(PowerPoint)都存 AutoCAD，PhotoShop，办公软件(PowerPoint)都存 在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品， 并以数据文件保存作品，而不是执行程序。组态形成的数 据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。但是不同之 处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。 组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从 表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。
虽然说组态就是不需要编写程序就能完成 特定的应用。但是为了提供一些灵活性， 组态软件也提供了编程手段，一般都是内 置编译系统，提供类BASIC语言，有的甚 置编译系统，提供类BASIC语言，有的甚 至支持VB。 至支持VB。
DCS 的 组 成 及 特 点
构成： 集散控制系统通常由过程控制单元、电源、I/O卡件、机 集散控制系统通常由过程控制单元、电源、I/O卡件、机 柜、卡笼、通讯网络、操作站、工程师站、软件等组成。 特点： 1. 完善的控制功能（PID控制、顺序控制、逻辑控制、 完善的控制功能（PID控制、顺序控制、逻辑控制、 批量控制等。） 2. 丰富的监控功能（可以监控生产装置的生产情况） 3. 简便的安装调试 4. 良好的性能和价格比 5. 可靠性好（有完善的自诊断功能、MTBF达105天） 可靠性好（有完善的自诊断功能、MTBF达
过程控制站高性能过程管理站 过程控制站高性能过程管理站HPM 高性能过程管理站HPM
HPM硬件介绍 HPM硬件介绍
HPM从设计上就提供了灵活和功能强大 HPM从设计上就提供了灵活和功能强大 的数据采集和控制功能。 的数据采集和控制功能。它采用的多处理器 结构，用不同的处理器完成不同的任务。 结构，用不同的处理器完成不同的任务。 HPM包括先进过程管理站模件 HPM包括先进过程管理站模件(HPMM)和 包括先进过程管理站模件(HPMM)和 I/O子系统 HPMM由高性能的通信处理器 I/O子系统。HPMM由高性能的通信处理器 子系统。 卡和调制解调器卡、I/O链
路接口处理器卡 链路接口处理器卡、 卡和调制解调器卡、I/O链路接口处理器卡、 控制处理器卡所组成，
CPU采用两个 控制处理器卡所组成，其CPU采用两个 MOTOROLA公司的 MOTOROLA公司的68040芯片。 公司的68040芯片 芯片。
经优化设计的先进通信处理器卡，具有高性能网络通信能力，完成如网络数 据存取、对等通信等功能。它同时对现场控制器产生的报警进行精确的时间 标记。 高性能的控制处理器卡完成常规、逻辑、顺序控制功能，同时执行用户的 CL/HPM程序。因通信和输入输出处理分别由不同的处理器完成，控制处理 CL/HPM程序。因通信和输入输出处理分别由不同的处理器完成，控制处理 器可以发挥它强大的功能，专门完成控制策略。先进的I/O链路处理器是 器可以发挥它强大的功能，专门完成控制策略。先进的I/O链路处理器是 HPMM与I/O子系统的接口。 HPMM与I/O子系统的接口。 I/O子系统包括冗余的输入输出链路和多达40对冗余的I/O处理器卡。这些 I/O子系统包括冗余的输入输出链路和多达40对冗余的I/O处理器卡。这些 I/O处理器卡完成所有现场I/O信号的数据采集和控制功能。比如：I/O卡直 I/O处理器卡完成所有现场I/O信号的数据采集和控制功能。比如：I/O卡直 接完成工程单位转换和报警处理，不需要HPMM的介入。采用冗余的光纤电 接完成工程单位转换和报警处理，不需要HPMM的介入。采用冗余的光纤电 缆I/O链路扩展器，可以将I/O处理器卡安装在远离HPM机柜8公里外的地方， I/O链路扩展器，可以将I/O处理器卡安装在远离HPM机柜8 I/O HPM 实现远程输入输出。其特点归类如下： 多处理器并行处理结构 主控制器双板结构，通信处理器和控制处理器并行工作，双68040处理器， 主控制器双板结构，通信处理器和控制处理器并行工作，双68040处理器， 32位结构，专门设计的大规模集成电路ASI
C，最大限度减少元器件，800 32位结构，专门设计的大规模集成电路ASIC，最大限度减少元器件，800 PUs(5X PM/APM)处理单元 PM/APM)处理单元 I/O链路接口卡 I/O链路接口卡 通过串行接口与Modbus兼容子系统进行双向通讯 通过串行接口与Modbus兼容子系统进行双向通讯 支持LCN的AM和上位机实现更高层次的优化控制策略，许多高性能的软件包 支持LCN的AM和上位机实现更高层次的优化控制策略，许多高性能的软件包 也可以优化控制性能 APM/PM进一步改进，更大的内存（比PM大 APM/PM进一步改进，更大的内存（比PM大4倍）
HPM冗余配置 HPM冗余配置
HPMM采用1 HPMM采用1：1冗余，并配置在不同的卡笼箱， 确保安全。 HPMM需要进行切换时对过程控制没有任何影响。 HPMM需要进行切换时对过程控制
没有任何影响。 HPM采用了大量的自诊断功能，随时诊断运行状 HPM采用了大量的自诊断功能，随时诊断运行状 况和任何故障。故障又分为硬故障和软故障， HPM的状态不但在面板上有LED显示，又在GUS HPM的状态不但在面板上有LED显示，又在GUS 上的标准状态显示画面中可以看到。 HPM的任何电路板均可带电插拔，大大方便维修。 HPM的任何电路板均可带电插拔，大大方便维修。 更换AO或DO时，手操器可维持输出。 更换AO或DO时，手操器可维持输出。 因为在产品设计时就特别考虑了冗余选择，因此 完全支持主模件到备份模件的自动切换，不需要 用户编程。在线诊断功能确保主付模件
均正常运 行。1:1的冗余最大限度发挥了系统的可得到性， 行。1:1的冗余最大限度发挥了系统的可得到性， 而且简化了系统的电缆连接和组态。
HPM功能介绍 HPM功能介绍
所有的控制功能都是在HPMM内完成的， 所有的控制功能都是在HPMM内完成的， 而数据采集，信号调制报警处理均在I/O处 而数据采集，信号调制报警处理均在I/O处 理器板完成。控制功能包括复杂的常规控 制方案、连锁逻辑功能和面向过程工程师 的高级控制语言(CL/ HPM)。 的高级控制语言(CL/ HPM)。
reactor软件PID控制(手动、自动、串级、比率) PID控制(手动、自动、串级、比率) 基本逻辑算法 采样和保持 计数 高/中/低选择 用户自定义功能块 数字数据传送 送高/ 送高/低限制 乘方/ 乘方/开方 带跟踪的PID逻辑控制 带跟踪的PID逻辑控制
HPM的控制功能组态都可以在线 HPM的控制功能组态都可以在线完成和下 在线完成和下 装，且对其它功能没有任何影响。
系统提供PID回路自整定软件RAIP TUNE， 系统提供PID回路自整定软件RAIP TUNE， 可以实现对每个PID回路的PID参数实现自 可以实现对每个PID回路的PID参数实现自 动整定。 动整定。
HPM提供的过程控制语言 HPM提供的过程控制语言
CL/HPM是Honeywell在过程管理站(HPM) CL/HPM是Honeywell在过程管理站(HPM) 上运行的面向过程的控制语言。它的语言 采用顺序结构的方式，适合于批量或综合 应用的需要；计算功能适合连续控制任务 的需要。 这种控制语言最关键的特点是与本地HPM 这种控制语言最关键的特点是与本地HPM 的所有数据点共享数据，并且与UCN上的 的所有数据点共享数据，并且与UCN上的 其它设备共享数据。
HPM的顺序控制功能由HPM/CL语言完成，每个 HPM的顺序控制功能由HPM/CL语言完成，每个 顺控模块有多个Phase构成，每个Phase由多个 顺控模块有多个Phase构成，每个Phase由多个 Step构成，每步由多条命令构成，这些命令可以 Step构成，每步由多条命令构成，这些命令可以
开关现场泵和阀，也可以接受操作员命令或执行 连续控制模块的输出。
系统最大可以执行250个过程模件点，每个过程 系统最大可以执行250个过程模件点，每个过程 模件点可以嵌套一个或多个CL顺控程序。由于 模件点可以嵌套一个或多个CL顺控程序。由于 HPM采用确定性控制，所以每个过程模件点可以 HPM采用确定性控制，所以每个过程模件点可以 按照组态设定的执行周期完成顺序控制。
工艺流程如图所示，顺序控制要求是将TANK 33的原料加入REACTOR 30。 工艺流程如图所示，顺序
控制要求是将TANK 33的原料加入REACTOR 30。 其顺控程序如下, 该段程序执行了Phase3_ch_R30段中加料步骤 其顺控程序如下, 该段程序执行了Phase3_ch_R30段中加料步骤
：
phase 3_ch_R30
step chrg_mon open VL3301, VL3003 1 AG3001 on ? Set flow to 5DGPM set FIC301.SP=50 2 PU3001 on wait off close WT3301. PV =0 AG3301, PU3001 VL3301, VL3003
3 ?
Put loop in Manual and close valve set FIC301.MODE = MAN 4 FIC301.OP = 0 set Display message for operator ? send (wait): "Monomer charge complete" 5
①打开VL3301和VL3303两个 打开VL3301和VL3303两个 电动阀，同时开启反应器中的 搅拌器AG3001。 搅拌器AG3001。 ②将流量控制回路FIC301的给 ②将流量控制回路FIC301的给 定设定为50%，将泵PU3001 定设定为50%，将泵PU3001 启动。等待直到TANK33的料 启动。等待直到TANK33的料 排空。 ③停止搅拌器AG3301和泵 ③停止搅拌器AG3301和泵 PU3001，关电动阀VL3301和 PU3001，关电动阀VL3301和 VL3303。 VL3303。 ④将流量控制回路FIC301切换 ④将流量控制回
路FIC301切换 到手动，将调节阀关死。 ⑤送信息给操作员，加料完成。 ？表示程序解释，不影响顺序 控制。
操作站--全方位用户操作站 操作站--全方位用户操作站GUS 全方位用户操作站GUS
全方位用户操作站（Global 全方位用户操作站（Global Users Station，GUS）是 Station，GUS）是 LCN上的一个节点，是以Windows 2000作为操作系统， LCN上的一个节点，是以Windows 2000作为操作系统， 具有两个处理器的高性能操作站。 GUS能满足操作人员，管理人员，系统工程师及维护人员 GUS能满足操作人员，管理人员，系统工程师及维护人员 的各种要求，并可以为各级人员设置权限，用户名和密码。 GUS操作站可以配置操作员键盘，实现以下功能： GUS操作站可以配置操作员键盘，实现以下功能： 选择画面；选择控制方式(MAN/AUTO/CAS)；设定值/ 选择画面；选择控制方式(MAN/AUTO/CAS)；设定值/ 输出值的升/ 用光标或数字键)；顺序起动/ 输出值的升/降(用光标或数字键)；顺序起动/停止；选择 报警组；报警确认/ 报警组；报警确认/复位；打印屏幕；选择趋势记

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