DCS系統(tǒng)組成圖和分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)自動(dòng)控制（PA）或習(xí)慣稱之為工業(yè)過程控制中，有三大控制系統(tǒng)，即DCS（分散控制系統(tǒng)）、PLC（可編程邏輯控制器）和FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）。

DCS集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的以微處理器為基礎(chǔ)的分散型計(jì)算機(jī)制系統(tǒng)。它是控制技術(shù)（Control）、計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、通信技術(shù)（Communication）、圖形顯示（Display）相結(jié)合的產(chǎn)物．該裝置是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散制的一種全新的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

DCS為“分布式控制系統(tǒng)”。由于產(chǎn)品生產(chǎn)廠家眾多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不盡相同，功能和特點(diǎn)各具千秋，所以，對產(chǎn)品的命名也各顯特色。國內(nèi)在翻譯時(shí)，也有不同的稱呼：

分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，簡稱 DCS）；

集散控制系統(tǒng)（Total Distributed Control System，簡稱 TDCS或 TDC）；

分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（Distributed Computer Control System，簡稱DCCS）。

2、系統(tǒng)組成

三站一線：工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。如下如所示：

DCS系統(tǒng)組成圖

（1） 工程師站

對DCS進(jìn)行進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)。

主要功能：提供對DCS進(jìn)行組態(tài)，配置工作的工具軟件，并在DCS在線運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)之下。

（2） 操作員站

處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面（HIS， Human Interface StaTIon， 或 OI ， Operator Interface ，或MMI ， Man Machine Interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

主要功能：為系統(tǒng)的運(yùn)行操作人員提供人機(jī)界面，使操作員可以通過操作員站及時(shí)了解現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等，并可通過輸入設(shè)備對工藝過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、高效、高質(zhì)。

（3） 現(xiàn)場控制站

現(xiàn)場控制站是DCS的核心，對現(xiàn)場I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

系統(tǒng)主要的控制功能由它來完成，系統(tǒng)的性能、可靠性等重要指標(biāo)也都要依靠現(xiàn)場控制站保證。其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及安裝都有很高的要求，分散控制系統(tǒng)中的主要任務(wù)執(zhí)行者。

（4） 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是連接系統(tǒng)各個(gè)站的橋梁。由于DCS是由各種不同功能的站組成的，這些站之間必須實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能，特別是網(wǎng)絡(luò)的通信規(guī)約，關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信的效率和系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。DCS得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵。

3、分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1） 基本構(gòu)成

基本構(gòu)成是由現(xiàn)場級、控制級、監(jiān)控級、管理層四級構(gòu)成?，F(xiàn)場級主要包括各種過程通道卡件或者模塊；控制級包括所有的過程站；監(jiān)控級包括工程師站、操作員站、歷史站和打印機(jī)等附屬設(shè)備；管理級包括管理計(jì)算機(jī)。

四層中間相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)由控制網(wǎng)絡(luò)（Cnet）、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（Snet）、管理網(wǎng)絡(luò)（Mnet）三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1） 現(xiàn)場級

a、現(xiàn)場級-傳感器、變送器、執(zhí)行器等

現(xiàn)場級設(shè)備一般位于被控生產(chǎn)過程的附近。典型的現(xiàn)場級設(shè)備是各類傳感器、變送器和執(zhí)行器，它們將生產(chǎn)過程中的各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號。

例：將 4—20mA的電信號（一般變送器）或符合現(xiàn)場總線協(xié)議的數(shù)字信號（現(xiàn)場總線變送器），送往控制站或數(shù)據(jù)采集站進(jìn)行，將控制站輸出的控制量（4－20mA的電信號或現(xiàn)場總線數(shù)字信號）轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，帶動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。

b、現(xiàn)場級-信號傳輸方式

目前現(xiàn)場級的信息傳遞有三種方式。一種是傳統(tǒng)的 4－20mA（或者其他類型的模擬量信號）模擬量傳輸方式；一種是現(xiàn)場總線的全數(shù)字量傳輸方式；一種是在4－20mA模擬量信號上，疊加上調(diào)制后的數(shù)字量信號的混合傳輸方式。

現(xiàn)場信息以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的數(shù)字傳輸是今后的發(fā)展方向。

2） 控制級

a、控制級-現(xiàn)場控制站

控制級主要由現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站構(gòu)成。一般在電廠中，把現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站集中安裝在位于主控室后的電子設(shè)備室中。

現(xiàn)場控制站接收由現(xiàn)場設(shè)備，如傳感器、變送器來的信號，按照一定的控制策略計(jì)算出所需的控制量，并送回到現(xiàn)場的執(zhí)行器中去?，F(xiàn)場控制站可以同時(shí)完成連續(xù)控制、順序控制或邏輯控制功能，也可能僅完成其中的一種控制功能。

b、控制級-數(shù)據(jù)采集站

數(shù)據(jù)采集站與現(xiàn)場控制站類似，也接收由現(xiàn)場設(shè)備送來的信號，并對其進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)換和處理之后送到分散型控制系統(tǒng)中的其它部分，主要是監(jiān)控級設(shè)備中去。

數(shù)據(jù)采集站接收大量的過程信息，（https://www.dgzj.com/ 版權(quán)所有）并通過監(jiān)控級設(shè)備傳遞給運(yùn)行人員，數(shù)據(jù)采集站不直接完成控制功能，這是它與現(xiàn)場控制站的主要區(qū)別。 電子間一般不再獨(dú)立設(shè)置，更多為遠(yuǎn)程I/O站。

3） 監(jiān)控級

監(jiān)控級的主要設(shè)備有操作員站、工程師站、歷史站和計(jì)算站等。操作員站安裝在中央控制室，工程師站、歷史站和計(jì)算站一般安裝在電子設(shè)備室。

a、監(jiān)控級-操作員站

操作員站是運(yùn)行員與分散控制系統(tǒng)相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備。運(yùn)行人員通過操作員站來監(jiān)視和控制整個(gè)生產(chǎn)過程，運(yùn)行人員可以在操作員站上觀察生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，讀出每一個(gè)過程變量的數(shù)值和狀態(tài)，判斷每個(gè)控制回路是否工作正常，并且可以隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)控制方式的切換，修改給定值，調(diào)整控制量，操作現(xiàn)場設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的干預(yù)。

b、監(jiān)控級-操作員站

另外操作員站還可以打印各種報(bào)表，拷貝屏幕上的畫面和曲線等。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，操作員站是由一臺具有較強(qiáng)圖形處理功能的微型機(jī)，以及相應(yīng)的外部設(shè)備組成，一般配有大屏幕顯示器、大屏幕顯示裝置、打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)或球標(biāo)。

c、監(jiān)控級-工程師站

工程師站是為了控制工程師對分散控制系統(tǒng)進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作站。

工程師站的另一個(gè)作用是對各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè)計(jì)文件，例如，各種圖紙、表格等。工程師站一般由PC機(jī)配置一定數(shù)量的外部設(shè)備所組成，例如打印機(jī)、繪圖機(jī)等。

d、監(jiān)控級-歷史站

歷史站的主要任務(wù)是存儲過程控制的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)報(bào)警，實(shí)時(shí)趨勢等與生產(chǎn)密切相關(guān)的數(shù)據(jù)，用來進(jìn)行事故分析，性能優(yōu)化計(jì)算，故障診斷等；

也可以通過歷史站實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的接口，使外部網(wǎng)絡(luò)不直接訪問DCS監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)就可以獲得所需要的數(shù)據(jù)，即保證了開放性，又保證了安全性。

4） 管理級

a、管理級-管理系統(tǒng)

管理級包含的內(nèi)容比較廣泛，一般來說，它可能是一個(gè)發(fā)電廠的廠級管理計(jì)算機(jī)，也可能是若干個(gè)機(jī)組的管理計(jì)算機(jī)。它所面向的使用者是廠長、經(jīng)理、總工程師、值長等行政管理或運(yùn)行管理人員。

廠級管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測企業(yè)各部分的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo)。

b、管理計(jì)算機(jī)

對管理計(jì)算機(jī)的要求是：能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫。

大量數(shù)據(jù)的高速處理與存儲，能夠連續(xù)運(yùn)行可冗余的高可靠性系統(tǒng)，能夠長期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且具有優(yōu)良的、高性能的、方便的人機(jī)接口，豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件，過程數(shù)據(jù)收集軟件，人機(jī)接口軟件以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成等工具軟件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集成化。

c、實(shí)時(shí)監(jiān)控和日常管理

管理級也可分成實(shí)時(shí)監(jiān)控和日常管理兩部分。

實(shí)時(shí)監(jiān)控是全廠各機(jī)組和公用輔助工藝系統(tǒng)的運(yùn)行管理層，承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化、全廠負(fù)荷分配和日常運(yùn)行管理等任務(wù)，即監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）。

日常管理承擔(dān)全廠的管理決策、計(jì)劃管理、行政管理等任務(wù)，即管理信息系統(tǒng)（MIS）。

（2） 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

（3） 通信介質(zhì)

通信介質(zhì)圖