控制系統(tǒng)發(fā)展

發(fā)展歷程控制系統(tǒng)其實(shí)從20世紀(jì)40年代就開(kāi)始使用了，早期的現(xiàn)場(chǎng)基地式儀表和后期的繼電器構(gòu)成了控制系統(tǒng)的前身。以PLC和DCS為代表，從70年****始應(yīng)用以來(lái)，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過(guò)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)、基于PC的控制系統(tǒng)等，將簡(jiǎn)要介紹各種常見(jiàn)的控制系統(tǒng)，并分析控制系統(tǒng)的演進(jìn)過(guò)程和發(fā)展方向。70年代中期，由于設(shè)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(dòng)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(guò)市場(chǎng)調(diào)查，確定開(kāi)發(fā)的DCS產(chǎn)品應(yīng)以模擬量反饋控制為主，輔以開(kāi)關(guān)量的順序控制和模擬量開(kāi)關(guān)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(lái)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(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)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(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)并不普及，所以開(kāi)發(fā)DCS應(yīng)強(qiáng)調(diào)用戶可以不懂計(jì)算機(jī)就能使用DCS;同時(shí)，開(kāi)發(fā)DCS還應(yīng)強(qiáng)調(diào)向用戶提供整個(gè)系統(tǒng)。此外，開(kāi)發(fā)的DCS應(yīng)做到與中控室的常規(guī)儀表具有相同的技術(shù)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(shè)備配套，而后逐步擴(kuò)大到工藝裝置改造上，與此同時(shí)，也分成大型DCS和中小型DCS兩類(lèi)產(chǎn)品，使其性能價(jià)格比更具有競(jìng)爭(zhēng)力。DCS產(chǎn)品雖然在原理上并沒(méi)有多少突破，但由于技術(shù)的進(jìn)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(jì)初為第三代產(chǎn)品。

控制站DCS系統(tǒng)中，控制站作為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)，它的主要I/O設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)的輸入、輸出處理設(shè)備，以及過(guò)程輸入/輸出(PI/O)，包括信號(hào)變換與信號(hào)調(diào)理，A/D、D/A轉(zhuǎn)換?？刂普臼钦麄€(gè)DCS的基礎(chǔ)，它的可靠性和安全性最為重要，死機(jī)和控制失靈的現(xiàn)象是絕對(duì)不允許的，而且冗余、掉電保護(hù)、抗干擾、構(gòu)成防爆系統(tǒng)等方面都應(yīng)很有效而可靠，才能滿足用戶要求。關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件，包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(kāi)始有面向過(guò)程語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)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(duì)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(jí)語(yǔ)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(hù)、系統(tǒng)通用(Utility)功能，還有系統(tǒng)配置、操作標(biāo)記、趨勢(shì)記錄、歷史數(shù)據(jù)管理、總貌畫(huà)面組態(tài)、控制站組態(tài)、工藝單元或區(qū)域組態(tài)等。

實(shí)際的DCS操作站是典型的計(jì)算機(jī)，它與控制站不同，有著豐富的外圍設(shè)備和人機(jī)界面。在人機(jī)界面方面，逐漸過(guò)渡為以GUI圖形用戶界面為平臺(tái)并采用鼠標(biāo)，組態(tài)時(shí)制作流程圖和控制回路圖等采用菜單、窗口等，使人機(jī)界面友好。第三代DCS操作站是在個(gè)人計(jì)算機(jī)(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(chǔ)上誕生的。DDE或OPC接口技術(shù)，以太網(wǎng)接口與管理網(wǎng)絡(luò)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(yīng)軟件，為DCS用戶的工程設(shè)計(jì)人員提供人機(jī)界面。有的DCS的采用通用監(jiān)控圖形軟件，或以此類(lèi)軟件為核心，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)因?yàn)閿?shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)牽涉到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、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(yīng)用最廣，是否能夠成為今后DCS的通訊標(biāo)準(zhǔn)，還有待觀察。

發(fā)展問(wèn)題DCS所存在的問(wèn)題，主要集中在3個(gè)方面：1、即系統(tǒng)開(kāi)放性問(wèn)題;2、與現(xiàn)場(chǎng)傳感器、變送器、執(zhí)行器的接線問(wèn)題;3、價(jià)格較貴問(wèn)題。這些問(wèn)題在第三代DCS中已開(kāi)始得到解決。在21世紀(jì)，新一代的DCS應(yīng)滿足用戶這方面的需求。在DCS應(yīng)用行業(yè)分布上，如對(duì)DCS產(chǎn)品進(jìn)行改造，是可以保持其在這些行業(yè)中的地位的。