控制系統(tǒng)發(fā)展

發(fā)展歷程控制系統(tǒng)其實從20世紀40年代就開始使用了，早期的現(xiàn)場基地式儀表和后期的繼電器構成了控制系統(tǒng)的前身。以PLC和DCS為代表，從70年****始應用以來，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。從90年****始，陸續(xù)出現(xiàn)了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、基于PC的控制系統(tǒng)等，將簡要介紹各種常見的控制系統(tǒng)，并分析控制系統(tǒng)的演進過程和發(fā)展方向。70年代中期，由于設備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參數(shù)增多，而且條件苛刻，要求顯示操作集中等，使已經(jīng)普及的電動單元組合儀表不能完全滿足要求。

在此情況下，業(yè)內(nèi)廠商經(jīng)過市場調(diào)查，確定開發(fā)的DCS產(chǎn)品應以模擬量反饋控制為主，輔以開關量的順序控制和模擬量開關量混合型的批量控制，它們可以覆蓋煉油、石化、化工、冶金、電力、輕工及市政工程等大部分行業(yè)。1975年前后，在原來采用中小規(guī)模集成電路而形成的直接數(shù)字控制器(DDC)的自控和計算機技術的基礎上，開發(fā)出了以集中顯示操作、分散控制為特征的集散控制系統(tǒng)(DCS)。由于當時計算機并不普及，所以開發(fā)DCS應強調(diào)用戶可以不懂計算機就能使用DCS;同時，開發(fā)DCS還應強調(diào)向用戶提供整個系統(tǒng)。此外，開發(fā)的DCS應做到與中控室的常規(guī)儀表具有相同的技術條件，以保證可靠性、安全性。在以后的近30年間，DCS先與成套設備配套，而后逐步擴大到工藝裝置改造上，與此同時，也分成大型DCS和中小型DCS兩類產(chǎn)品，使其性能價格比更具有競爭力。DCS產(chǎn)品雖然在原理上并沒有多少突破，但由于技術的進步、外界環(huán)境變化和需求的改變，共出現(xiàn)了三代DCS產(chǎn)品。1975年至80年代前期為第一代產(chǎn)品，80年代中期至90年代前期為第二代產(chǎn)品，90年代中期至21世紀初為第三代產(chǎn)品。

控制站DCS系統(tǒng)中，控制站作為一個完整的計算機，它的主要I/O設備為現(xiàn)場的輸入、輸出處理設備，以及過程輸入/輸出(PI/O)，包括信號變換與信號調(diào)理，A/D、D/A轉(zhuǎn)換?？刂普臼钦麄€DCS的基礎，它的可靠性和安全性最為重要，死機和控制失靈的現(xiàn)象是絕對不允許的，而且冗余、掉電保護、抗干擾、構成防爆系統(tǒng)等方面都應很有效而可靠，才能滿足用戶要求。關于DCS控制站的系統(tǒng)軟件，包括實時操作系統(tǒng)、編程語言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等，只是完善程度不同而已。第二代DCS控制站開始有面向過程語言和高級語言;第三代DCS控制站的系統(tǒng)軟件可以完成離線組態(tài)及在線修改控制策略。為了完成控制策略，對于順序控制和批量控制組態(tài)編程，各種DCS控制站采用不同的方法。

DCS操作站DCS操作站具有操作員功能、工程師功能、通信功能和高級語言功能等，其中工程師功能中包括系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)通用(Utility)功能，還有系統(tǒng)配置、操作標記、趨勢記錄、歷史數(shù)據(jù)管理、總貌畫面組態(tài)、控制站組態(tài)、工藝單元或區(qū)域組態(tài)等。

實際的DCS操作站是典型的計算機，它與控制站不同，有著豐富的外圍設備和人機界面。在人機界面方面，逐漸過渡為以GUI圖形用戶界面為平臺并采用鼠標，組態(tài)時制作流程圖和控制回路圖等采用菜單、窗口等，使人機界面友好。第三代DCS操作站是在個人計算機(PC)及Windows操作系統(tǒng)普及和通用監(jiān)控圖形軟件已商品化的基礎上誕生的。DDE或OPC接口技術，以太網(wǎng)接口與管理網(wǎng)絡相連。DCS系統(tǒng)組態(tài)、操作站組態(tài)、控制站組態(tài)均有相應軟件，為DCS用戶的工程設計人員提供人機界面。有的DCS的采用通用監(jiān)控圖形軟件，或以此類軟件為核心，進行二次開發(fā)。

數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡因為數(shù)據(jù)通信標準牽涉到網(wǎng)絡結構、通信介質(zhì)(信道)、通信協(xié)議、IEEE802.4令牌總線傳輸方式和IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)傳輸方式的通信協(xié)議在DCS系統(tǒng)中應用最廣，是否能夠成為今后DCS的通訊標準，還有待觀察。

發(fā)展問題DCS所存在的問題，主要集中在3個方面：1、即系統(tǒng)開放性問題;2、與現(xiàn)場傳感器、變送器、執(zhí)行器的接線問題;3、價格較貴問題。這些問題在第三代DCS中已開始得到解決。在21世紀，新一代的DCS應滿足用戶這方面的需求。在DCS應用行業(yè)分布上，如對DCS產(chǎn)品進行改造，是可以保持其在這些行業(yè)中的地位的。