DCS控制系统的相关知识

 概    述

DCS是分散控制系统（DistributedControlSystem）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。

特    点

高可靠性

由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。

开放性

DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。

灵活性

通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。

易于维护

功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。

协调性

各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。

控制功能齐全

控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。

结    构

从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。

DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。

过程控制站的组成：

DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成。I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。

日  常  维  护

1、 过程通道故障：过程通道故障出现最多的是I/O卡故障。I/O卡故障一般的判断与处理：通过系统诊断，更换通道或通过更换备用件处理，至于其内部元件老化或是其他原因造成的损坏，一般控制人员不好判断。I/O卡的检修一般是由厂家处理，目前的热控检修人员的手段还不能达到像检修常规仪表那样检修。而且生产厂家的I/O卡件已制造成一体化的趋势，这样只能购买备件。好在这类故障只是在调试阶段出现较多，正常运行中出现几率很低。一次元件或控制设备出现故障有时不能直接被操作员发现，只有异常或报警后才通知热控人员处理。这样对检修人员和运行人员的素质要求就要提高，运行人员要详细介绍故障前后的状态便于热控检修人员能够快速、准确地处理缺陷，减少故障的扩大化，另外许多DCS厂家在产品宣传上都支持卡件热拨，做为控制人员，在运行中更换卡件时一定要做好安全防护措施否则会引起系统变化或负荷变化，尤其数字量卡件。

2 、对于操作员站死机无论国产与进口设备都有相关的报道，那么究其原因比较多，硬盘或卡件故障，冷却风扇负荷过重等等，有时会发生人为操作现象，一般在修改控制逻辑下装软件重启设备或强制设备保护信号时，最易发生操作事件，轻则设备异常，重则易造成设备停运后果非常严重；对死机后重启，不同厂家的启动时间不同，少则几十秒，多则几分钟，人为该操作发生的故障在热工专业中的不安全事件中占有很大比例，在操作中尤为引起高度重视，减少人为故障。

3、球标操作不正常，一般是由于机械装置长期工作、老化、污染、点通断不可靠、电缆插件不牢等这样的就需要换检查即可。

4、控制操作失灵：是由于球标的操作信号没有正常改变过程通道的状态，造成操作失效，这是2个方面造成的，一个方面是软件缺陷，另一方面是硬件本身故障的状态针对这样的缺陷通常做法检查过程通道功能正常后，再检查操作远必要时进行重起初始操作。

5、对于薄膜键盘主要是键盘接触不良信号电缆松动或主机误动键盘或启动不完整都可以导致其功能不正常应用针对不同情况处理。

6、打印机不工作一般是由于配置的原因，这样的故障应检查打印机的设置及其硬件是否正常进行处理。报表软件功能不强主要表现在由于打印机打印报表和SOE等造成死机，或者打印机的SOE记录时问与实际情况不符；SOE打印浏览后不能返回历史曲线；SOE时间顺序不一致有时偏差很大，这会延误事故分析的进展时，有时还会误导分析方向，SOE问题既与系统设计不合理，SOE点没完全集中在一个DPU上的有关，也与系统硬件及软件设计考虑不周有关。这种故障的出现，通过分析认为这主要是对电厂的总体方面考虑的不太完美，在小的方面还不够仔细会出现这样那样的故障，针对这种情况要认真对待，不放过蛛丝马迹，与厂家认真研究提出问题进一步完善，让该系统更好地为生产服务。

7、 电源故障：电源故障问题较多，保险配置不合理，备用电源不能自投，电源波动引起保护误动及接插头接触不良易造成无电源。针对电源故障处理相对比较容易。首先，认真核对保险的配置及容量，真正起到保险的作用；其次，UPS的配备很重要，它可以在电源波动时也能保证系统正常供电，而且要考虑冗余和备用问题。

8、 干扰造成的故障：对于干扰主要是接地问题，备用电源的切换和大功率的无线通信设备如手机、对讲机等。另外还有DCS系统的干扰信号可能由本身造成的。那么对于DCS系统的接地问题越来越引起人们的重视，尤其在电力行业，大功率电器设备的启动和停止都会干扰DCS的控制信号，造成不必要的故障。为了防止干扰信号串入系统，严格执行屏蔽和接地要求和方式，信号线远离干扰源，同时采取防电源波动措施。主/从过程处理机之间在机组运行时，除非万不得以，尽量不要人为切换，已防产生干扰，如必须切换，应采取措施，先将控制切手动，以免对机组运行工况产生影响。对电子设备问、工程师站等重点部位，应绝对禁止使用大功率无线电通信设备。

和sis及mis的区别

1.DCS

集散控制系统 (Distributed  Control  system)  是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。自70年代中期第一套集散控制系统问世以来，集散控制系统已经在工业控制领域得到了广泛应用。集散控制系统的主要特性是通过实时监控达到集中管理和分散控制。

2.SIS

厂级监控信息系统 ( Supervisory  Informntion  System )是集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体的厂级自动化信息系统。SIS的目标是通过大规模的数据搜集处理，实现生产实时信息与管理信息的共享，在此基础上，通过计算、分析、统计、优化、数据挖掘手段，实现化工厂生产过程监视、工艺设备性能及经济指标分析和运行指导。主要特性体现再系统决策支持上。

3. MIS

管理信息系统 ( Management  Information  System) ，是一个由人、计算机等组成的能进行信息的收集、传送、储存、维护和使用的系统，能够实测企业的各种运行情况，并利用过去的历史数据预测未来，从企业全局的角度出发辅助企业进行决策，利用信息控制企业的行为，帮助企业实现其规划目标。这里给出的定义强调了管理信息系统的功能和性质，也强调了管理信息系统中的计算机对企业管理而言只是一种工具。

和PLC区别

DCS：分散控制系统（distributedcontrol systems）。

PLC：可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。

DCS更侧重于过程控制领域（如化工、冶炼、制药等）主要是一些现场参数的监视和调节控制，而PLC则侧重于逻辑控制（机械加工类）。当然现在的PLC也能很好的处理过程控制问题，但是没有DCS专业。

模拟量大于100个点以上的，一般采用DCS；模拟量在100个点以内的，一般采用PLC。

DCS是一种“分散式控制系统”，而 PLC只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调，PLC装置只实现本单元所具备的功能。

DCS网络是整个系统的中枢神经，DCS系统通常采用的国际标准协议 TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好。而 PLC因为基本上都为单个小系统工作，在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。

DCS系统所有 I/O模块都带有 CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电拔，随机更换。而PLC模块只是简单电气转换元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。

优  缺  点

DCS的优点：DCS灵活性强，支持带电热拔插，支持在线下载新增加的控制逻辑程序，支持在线添加IO模板。DCS通过局域星型环网可以现实多个控制站共享数据。DCS扩展工程相对方便点。
现在工业控制主流还是DCS。

DCS的缺点相对少点，无非就是小系统时成本较高，对数字量控制和时序控制一块不是很强大，实现不了或者是编程太过于复杂，一般的工程师还无法完成。 DCS开放性还远远不够，或者是说需要第三方仪表或控制系统与DCS通讯，采用RS485或网关来转换实现通讯的硬件成本很高。
其实DCS内部核心就是32位ARM微处理器。