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什么是DCS?其原理是什么?系统有哪些构成?

【精益管理网】    时间:2019-01-11   作者:点点电工   来源:点点电工  H - 小 + 大

要说控制系统相信很多人都能说出个一二来,但是要问到什么是PLC,什么是DSC,什么是FCS?说完基本的概念后,再往深入的估计就没有多少人能说的清楚了。今天就给大家聊一下枯燥的DCS?

什么是DCS?其原理是什么?系统有哪些构成?

1 DCS的进化史

人们普遍认为任何事物要分析他们的特点和差异化,就要回答两个哲学问题。

1)从哪里来?2)到哪里去?

同理,我们想知道什么是DCS,什么是分布式,就离不开DCS的进化史和发展方向。

接下来我们从四次工业革命对过程工业控制系统的影响来聊一聊DCS的进化和发展。帮助大家更深刻的理解DCS。

第一次工业革命,蒸汽时代,自动控制只能完成很简单的功能。按物理点位计算,只是现在的DI和DO,能实现的功能是:开和关,也就是一台机车的启停而已。最多就是在一些外设机械设备参与下实现正反转和简单的速度控制。家喻户晓的瓦特公认为是蒸汽机的发明者,但其实蒸汽机的出现比瓦特出生还要早许多,而最初期的DCS还跟蒸汽机有密切的关系。

第二次工业革命,电气化时代,诸如继电器等电子设备普及,人们开始在现场就地控制一些大型设备。和之前对比改善在于,比如一个设备特别大,我用了就地控制就不用爬上设备去做启停操作了。再后来,人们还觉得麻烦,因为从这个设备跑到那个设备进行操作也很麻烦。所以,就把这些需要控制的按钮都放在一个屋子里,再装上简单的指示灯,操作员盯着显示屏上一大堆指示灯,随时准备按下操作台上一排排的启停按钮。

第三次工业革命,信息时代,随着电子计算机技术的发展,控制系统一直发展,形成了成熟的集中控制系统,到现在CCR(Central Control Room)也可以叫做集控中心。为什么后来又分散了?因为人们发现集中控制会出现很多问题,当点位过于集中,控制规模过大的时候,如果某一个关键路径(模块)出现问题,可能导致很大一片控制区域瘫痪。这是中央集权制度的通病,一倒一大片。所以,人们考虑把硬件做的分散一些,并且分散到控制区域附近,增加操作员站,并且保留CCR。其中操作员站处理现场具体事务,CCR监管整个控制区域的衔接、协调事务。人们依然在控制室里面,但整个系统运行却更稳定了。

第四次工业革命,物联网时代,人们做了很多完善工作,让控制系统看上去更高大上一些,更多决策辅助,更多数据统计和分析。于是分支出或添加了许多功能比如OEE、MES、ERP…

随着物联网时代的到来,最近又出来个新控制系统:ICS,大致思路是系统功能化、硬件模块化、组织机构扁平化…

那组态和上下位机跟DCS有什么关系呢?

Distributed Control System-->DCS(分布式控制系统),因为DCS也是控制系统,遵循控制系统的基本形态,也有上下位机,也要进行软件和硬件组态。Distributed分布式是讲DCS这个控制系统的特点和差异化。

因此我们要搞明白什么是DCS就要从分布式这个特点开始。

除此之外,为了提高通信效率,通过完善,又进化出了新种族FCS(Fildebus Control System,现场总线控制系统)意思是说原来你为了通信要为每一种甚至每一个控制组建配备一名类似通讯员一样的角色,可机构太臃肿、队伍太庞大导致效率低下,所以取消一对一的通信,大家都通过指定机构完成所有通信工作,这个指定机构就是现场总线(Fildebus)。

我们首先可以明确的是:DCS是历史悠久的典型控制系统形态。控制系统分上下位机,上位机组态偏重GUI(图形用户界面),下位机组态偏重算法。

有朋友可能会问什么是组态?

其实组态就是搭建系统软件和硬件环境,再简单地说,组态就是用已有的简单功能组合出更复杂的功能。

那上下位机又是什么呢?

举个例子:设想自己开发一个控制系统。首先要做的是告诉计算机自己想干什么,然后由计算机通知控制器,最后控制器再告诉执行器具体该怎么做。这里面我其实只跟计算机发生对话,这里的计算机就是上位机,接受计算机指令的控制器就是下位机。

什么是DCS?其原理是什么?系统有哪些构成?

其实计算机和控制器本质上说都是计算机,只是外在表现形式及应用环境和编程方式的差异,导致我们必须采取一些便于理解的命名方式。上位机要跟人互动,所以偏重GUI,有显示器或触摸屏、鼠标和键盘灯外设等人机交互设备。下位机要跟执行机构互动,所以偏重算法,人们要把需求编写成可执行的程序下载到下位机,上位机给出的指令触发下位机程序执行,下位机更像是一个黑盒子,执行过程中人们无法直观的看到每一个过程和步骤,只能对结果进行分析,对不对,准不准,好不好。

什么是DCS?其原理是什么?系统有哪些构成?

2 DCS的系统构成

以上说了DCS的进化史,有点务虚了,朋友们会问,那现在DCS的基本形态和构成是怎样的呢?相信下面这张图能够很直观的解释DCS是什么、干什么用的。

举个例子:因为某个工艺需要,水箱液位需要保持在一定范围内,当水箱液位出现较大波动且超出此范围后,可以选择去现场手动调节控制水位的阀门,也可以通过DCS发出指令去调节。

就如下图所示,DCS相当于大脑,对眼睛看到的情况(即现场检测仪表传输过来的信号,如水位降低)做出反应(即发出指令,如增大进水阀开度),现场执行设备接受到指令做出相应的动作(如增大进水阀门开度,保持水位在一定范围)。

什么是DCS?其原理是什么?系统有哪些构成?

PLC和DCS在工业自动化控制中占有举足轻重的地位,而工业自动化控制是国家工业发展战略的核心。PLC以及DCS在工业控制的各个环节中不断的升级、完善,已经成为现代工业生产制造中不可或缺的工具。

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