分散控制系統(tǒng)（DCS）介紹

1、基本概念

分散控制系統(tǒng)英文簡(jiǎn)稱(chēng)為DCS（Distributed Control System），具備分散布置、集中控制的特點(diǎn)，應(yīng)用于各種過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2、DCS系統(tǒng)的組成

DCS系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。

（1）硬件包括：工程師站、操作員站、歷史站、I/O卡件、通訊卡件、現(xiàn)場(chǎng)控制站等。

工程師站和操作員站本身就是電腦，之所以叫不同的名稱(chēng)，是因?yàn)槊恳慌_(tái)電腦安裝的軟件和具備的功能不同，在實(shí)際應(yīng)用中充當(dāng)?shù)慕巧膊煌瑫r(shí)代表著權(quán)限的不同。

① 工程師站：簡(jiǎn)稱(chēng)ENG,是電腦安裝了組態(tài)軟件，是現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)業(yè)工程師用于編寫(xiě)、修改控制邏輯程序，包括修改圖形、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、離線查詢等等，它的權(quán)限高于操作員站，可把它比作“后臺(tái)”理解。

② 操作員站：簡(jiǎn)稱(chēng)OPS或OPU，是電腦安裝了操作員軟件，它是生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的操作員用于監(jiān)視、操作調(diào)整、在線查詢、報(bào)警等等，它的權(quán)限要低于工程師站，可把它比作“客戶端”理解。

③ 歷史站：是用來(lái)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的，包括歷史曲線、歷史報(bào)警、歷史操作記錄等，歷史站可以是單獨(dú)也可跟工程師站、操作員站合并在一起，就是一臺(tái)電腦既是歷史站，也是工程師站或操作員站。

④ I/O卡件：是按照一定的需求和比例布置在各個(gè)控制柜內(nèi)，“I”意為輸入，是現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)進(jìn)入DCS系統(tǒng)的；“O”意為輸出，是由DCS系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)，所以有些卡件被稱(chēng)為輸入輸出模塊，由于輸入輸出的信號(hào)分為不同的類(lèi)型，所以I/O卡件按照作用也分為不同類(lèi)型的卡件，主要的還是模擬量輸入（AI）卡件、模擬量輸出（AO）卡件、開(kāi)關(guān)量輸入（DI）卡件、開(kāi)關(guān)量輸出（DO）卡件。

⑤ 通訊卡件：是用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)用的，可以是DCS系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，也可是DCS系統(tǒng)與不同的系統(tǒng)、不同設(shè)備之間進(jìn)行通訊，是基于某種類(lèi)型的協(xié)議，通過(guò)發(fā)送、傳輸、接收、解析來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取和顯示。通訊是基于某種協(xié)議的，常見(jiàn)協(xié)議或通訊有TCP/IP、Modbus、OPC等。

⑥ 現(xiàn)場(chǎng)控制站：是布置I/O卡件的控制柜，一般控制柜內(nèi)布置由CPU控制器、各類(lèi)I/O卡件、供電電源、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備以及各種連接線。若單臺(tái)控制柜的空間不能布置一個(gè)系統(tǒng)信號(hào)點(diǎn)數(shù)的卡件，可以再加一面柜子，所以就有了主柜（帶CPU控制器）和擴(kuò)展柜。

（2）軟件包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、邏輯組態(tài)、圖形組態(tài)、離線查詢軟件等。

① 數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)：也可稱(chēng)為點(diǎn)目錄或點(diǎn)表，就是整個(gè)工藝過(guò)程里由DCS系統(tǒng)監(jiān)視、控制的現(xiàn)場(chǎng)各種類(lèi)型的信號(hào)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)在一起并根據(jù)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，或者根據(jù)信號(hào)點(diǎn)所在控制柜內(nèi)卡件的位置進(jìn)行分配、整理。最后形成一個(gè)目錄或點(diǎn)表，數(shù)據(jù)庫(kù)的點(diǎn)作為實(shí)實(shí)在在傳輸?shù)奈锢睃c(diǎn)，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)元素，可比作社會(huì)中的個(gè)人，DCS系統(tǒng)的組態(tài)、控制、調(diào)節(jié)、顯示等都用到數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

② 邏輯組態(tài)軟件：其實(shí)就是專(zhuān)業(yè)工程師在工程師站用于各種設(shè)備控制程序的編寫(xiě)的軟件，是按照一定的先后順序、邏輯關(guān)系、觸發(fā)條件，用原始點(diǎn)（數(shù)據(jù)庫(kù)的點(diǎn)）進(jìn)行編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)我們的控制目的。

③ 圖形組態(tài)：顧名思義就是畫(huà)圖的工具，通過(guò)圖形組態(tài)軟件將工藝系統(tǒng)的流程圖畫(huà)出來(lái)，然后把測(cè)點(diǎn)畫(huà)到相應(yīng)的位置，把圖下裝或發(fā)布到操作員站在線。圖形組態(tài)除了固定圖形外，測(cè)點(diǎn)或設(shè)備還有兩大特性：一個(gè)是動(dòng)態(tài)特性，主要包括了變色、閃爍、填充等等，這類(lèi)特性通過(guò)圖形本身的動(dòng)態(tài)變化來(lái)反應(yīng)測(cè)點(diǎn)或設(shè)備的狀態(tài)；另外一個(gè)是交互特性，理解這類(lèi)特性主要是看有沒(méi)有人機(jī)互動(dòng)，像一些閥門(mén)操作、按鈕復(fù)位、聯(lián)鎖投切等，與工藝系統(tǒng)操作監(jiān)盤(pán)人員發(fā)生了信息交換。

④ 離線查詢軟件：歷史數(shù)據(jù)文件可以拷出，通過(guò)離線查詢軟件進(jìn)行查詢、分析。

3、DCS系統(tǒng)輔助系統(tǒng)

一個(gè)DCS系統(tǒng)中還包括：電源系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、接地系統(tǒng)。

（1）電源系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)會(huì)配置電源分配柜，電源柜內(nèi)包含來(lái)自電氣側(cè)的兩路電源：保安電和UPS電，然后這兩路電源再進(jìn)行分配分別、同時(shí)對(duì)操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站進(jìn)行供電。進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)控制站后，通過(guò)電源模塊轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的48VDC、24VDC，將電源提供給卡件。

（2）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)會(huì)配置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)柜，通過(guò)交換機(jī)將上位機(jī)（工程師站、操作員站）和下位機(jī)（現(xiàn)場(chǎng)控制站）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，除去其它需要通訊的網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)和下位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)為作用相同的雙網(wǎng)冗余，互為備用。

（3）接地系統(tǒng)

起初DCS系統(tǒng)接地分為：保護(hù)地、邏輯地、屏蔽地。

①?保護(hù)地：就是現(xiàn)場(chǎng)看到的控制柜之間、操作員站操作臺(tái)之間連接的接地，最終引出一根線至DCS系統(tǒng)接地柜的接地匯流銅排后，接至廠區(qū)電氣接地網(wǎng)，要求單端接地，也有單獨(dú)為DCS做接地樁的。

②?邏輯地：也叫機(jī)器邏輯地、主機(jī)電源地，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負(fù)5伏、正負(fù)12伏的負(fù)端，需要接入公共接地極，要求單端接地。

③?屏蔽地：也叫模擬地，就是將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜的屏蔽層用黃綠接地線引出，接至控制柜內(nèi)而接地銅排，用于屏蔽信號(hào)傳輸時(shí)所受到的干擾，以提高信號(hào)精度。信號(hào)電纜的屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾，接入公共接地極，要求單端接地。

4、常見(jiàn)卡件介紹

（1）模擬量輸入卡件（AI卡件）

此類(lèi)卡件主要常見(jiàn)的包括接收電流4-20mA、熱電阻、熱電偶的卡件，根據(jù)情況卡件也可以接收0-20mA及電壓信號(hào)。

①?接收現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的4-20mA電流信號(hào)的卡件，一般為8個(gè)通道。信號(hào)主要來(lái)自與現(xiàn)場(chǎng)的壓力、流量、液位、電流、頻率等等，即接收現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的4-20mA電流信號(hào)，同時(shí)對(duì)應(yīng)該模擬量點(diǎn)的量程上-下限。

該卡件的通道接線方式分為兩種接法：一種是現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表需要卡件（DCS側(cè)）來(lái)提供電源的，也對(duì)應(yīng)我們常說(shuō)的兩線制儀表，如壓力變送器等；一種是現(xiàn)場(chǎng)儀表不需要卡件（DCS側(cè)）提供電源的，如四線制儀表、電流信號(hào)等等。同時(shí)，接線注意正、負(fù)極信號(hào)。

②?熱電阻卡件

接收現(xiàn)場(chǎng)熱電阻溫度元件電阻信號(hào)的卡件，一般為8個(gè)通道。通道接線方式為三線制接法，重要的是分清哪一芯線是公共端，確認(rèn)后接到卡件對(duì)應(yīng)的公共端通道上，另外兩根線來(lái)自于熱電阻元件的同一端，接到對(duì)應(yīng)的通道上，三線制熱電阻可以消除內(nèi)引線的影響，提高測(cè)量精度。

③?熱電偶卡件

接收現(xiàn)場(chǎng)熱電偶毫伏信號(hào)的卡件，一般為8個(gè)通道。接線為補(bǔ)償導(dǎo)線，按正、負(fù)極進(jìn)行接線。

（2）模擬量輸出卡件（AO）

DCS系統(tǒng)AO卡件常見(jiàn)的是發(fā)出4-20mA電流信號(hào)，一般為8個(gè)通道。接線方式按正、負(fù)極進(jìn)行接線，主要用于調(diào)節(jié)閥、變頻器等的給定，從而實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)。

（3）開(kāi)關(guān)量輸入卡件（DI）

接收現(xiàn)場(chǎng)輸入至DCS的開(kāi)關(guān)量觸點(diǎn)，如電限位開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等等，一般為16個(gè)通道。接線方式按正、負(fù)極進(jìn)行接線，需要注意的是，該卡件通道上提供24V或48V的直流電壓，可被稱(chēng)為查詢電源，可通過(guò)測(cè)量該電壓判斷信號(hào)的通、斷；一般情況下卡件是共負(fù)端的，意思就是所有的負(fù)端是通的。

（4）開(kāi)關(guān)量輸出卡件（DO）

DO卡件主要是用于現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的啟停、閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，一般為16個(gè)通道。接線方式可通過(guò)常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)，接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制回路，常開(kāi)、常閉共用一個(gè)公共端通道。