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    南京匯翔自動化系統工程有限公司


    集散控制系統在工業控制領域的應用
    2018-2-3
    來源:未知
    點擊數:  2704        作者:未知
    • 摘 要:本文通過對集散控制系統近三十年發展歷程的回顧,闡明其卓越的技術特點,并介紹了其未來發展方向。

      關鍵詞:集散控制系統 數據通訊技術 基本調節器 計算機集成制造技術(CIMS)

      0 前言

             集散型控制系統(Total Distributed Control Systems以下稱作DCS) 也稱為分布式計算機控制系統(Distributed Computer Control Systems),它是以微處理機為核心,采用數據通訊技術和圖形顯示技術的新型計算機控制系統。該系統能夠完成直接數字控制、順序控制、批量控制、數據采集與處理、多變量解耦控制以及最優控制等功能,在先進的集散型控制系統中,還包含有生產的指揮、調度和管理功能。

      1 集散型控制系統的產生

             由常規的模擬式調節儀表構成的過程控制系統,成本低、可靠性高,容易維護和操作。但是隨著生產的發展,模擬式儀表的局限性越來越明顯,如模擬儀表難于實現多變量解耦控制以及其它復雜的控制規律;控制精度不高;生產規模的擴大和工藝的日益復雜,儀表控制系統越來越多,控制室的儀表屏越來越大,難于實現集中的操作和顯示;各個系統之間難于實現通信聯系;當生產工藝要求變更時,往往需要變更調節儀表。而計算機控制系統就可以克服模擬調節儀表的上述缺陷,計算機控制系統可實現復雜的控制規律;各分系統之間可以實現通信,能集中操作和顯示,控制精度比較高。

             在計算機集中控制中,一臺計算機控制幾十個乃至幾百個回路,一旦計算機發生故障,將會影響整個系統的工作,系統的可靠性比較低。當然,為了提高系統的可靠性,可采用雙機運行方式,但是成本就會提高。70年代工業的發展使生產過程更加復雜,規模更加擴大,其中石油化學工業尤為突出。生產規模的擴大和復雜,使事故不斷出現,而集中控制,出現事故時會中斷生產,因此生產的發展迫切要求高可靠性的計算機控制系統。

             在總結模擬調節儀表和計算機集中控制的優缺點的基礎上,發展、形成了集散型控制系統。集散型控制系統以多臺微機處理機分散在生產現場,進行過程的測量和控制,實現了功能和地理上的分散,避免了測量、控制高度集中帶來的危險性和常規儀表控制功能單一的局限性;數據通信技術和CRT顯示技術以及其他外部設備的應用,能夠方便的集中操作、顯示和報警,克服了常規儀表控制過于分散和人-機聯系困難的特點。70年代微電子技術和計算機技術的重大突破,為集散控制系統提供了體積小、功能強、可靠性高、價格低廉的微處理機和各類半導體芯片,為發展集散型控制系統奠定了物質基礎。

             集散型控制系統可以看作是計算機(Computer)技術、通信(Communication)技術、圖形顯示技術和控制(Control)技術的結合。

      2 國外集散型控制系統的發展狀況

             70年代初,美國、日本和歐洲等各國開始研制集散型控制系統。1975年美國、日本先后研制成TDC-2000、TOSDIC、CENTUM、UNITROLS、MICREX等系統。

      按技術特征其發展可劃分為三個階段:

      a. 70年代末期-初創期

             比較著名的有美國Honeywell 公司的TDC-2000;Foxboro公司的Spectrum、Bailey公司的NetWork-90;日本YOKOGAWA公司的 Centum;TOSHIBA公司的TOSDIC;德國Siemens公司的Teleperm M;Hartman&Braum公司的CONTRONIC P等。這一時期的產品,在技術上有明顯的局限性,微處理器多采用8位CPU。

      b. 80年代初中期-發展期

             80年代隨著微處理器運算能力的增強,超大規模集成電路集成度的提高和成本的不斷下降,過程控制的發展出現新的面貌,使過去難以想象的功能付諸實現。集散控制系統的第二代產品在原來的基礎上,可靠性進一步提高,功能進一步擴展,出現了多功能過程控制站、增強型操作站、增加了光纖通訊技術。代表產品有美國 Honeywell公司的TDC-3000;Leads&Northrup公司的MAX-1;TAYLOR公司的MOD300;Westing House公司的WDPF;日本YOKOGAWA公司的Centum A、B、C等。這一代產品的特點是采用16位CPU,標準化和模塊化設計,擴充靈活,功能完善,用戶界面友好。

      c. 80年代末期-成熟期

             集散控制系統第三代產品,把過程控制、監督控制、管理調度有機地結合起來,加強了斷續控制功能,采用專家系統、MAP通信標準。其代表產品有美國 Honeywell公司的TDC-3000/LCN;Foxboro公司的I/A Series;Bailey公司的INFI-90;WestingHouse公司的WDPF-Ⅱ\Ⅲ;日本YOKOGAWA公司的Centum-XL等。這一代產品的特點是采用32位CPU和專用集成電路,使控制功能更強、體積更小、可靠性更高,其通信系統實現了開放式通信。

      3 集散型控制系統在中國的應用

             集散型控制系統(DCS)作為新一代的工業自動化過程控制和管理設備,至今雖然只有二十多年的歷史,但已在石化、冶金、電力等工業領域得到了廣泛的應用。我國在八十年代初期開始引進集散控制設備,從此開始了集散型控制系統在我國工業控制領域的應用。

             石油化工行業新建的大中型石化設備均采用集散控制系統(DCS),石化企業的第一套DCS是1982年上海高橋石化公司煉油廠引進的美國Foxboro公司的Spectrum系統,用于常減壓裝置生產控制。

             在冶金行業,集散控制系統(DCS)的應用集中在寶鋼這樣的新建企業和首鋼、鞍鋼、武鋼、重鋼、馬鋼等擴建的分廠。冶金系統的第一套集散控制系統是首鋼公司購進的美國Bailey公司的Network-90系統,用于其燒結廠自動控制系統。

             電力系統的第一套集散控制系統(DCS)是1985年遼寧朝陽電廠采用的瑞士BBC公司的Procontrol-P系統,用于改造200MW機組的順序控制系統和燃燒器管理系統。目前集散系統(DCS)在火電廠的應用泛圍主要包括:模擬量控制、數據采集和處理、鍋爐爐膛安全監控、順序控制、汽輪機數字電液控制等五方面。

             與此同時,在八十年代末期至九十年代初期,國家組織了精悍的科研力量聯合攻關,相繼研制出我國自己的集散型控制系統。這一時期涌現出的代表產品有DJK-7500(重慶自動化所),HS-DCS-1000(電子部六所)、STAR-2000(阿繼電器股份有限公司)、DCS-100(清華大學自動化系)、DJK-2000(上海自動化所)、友力-2000(石化總公司、航天部二院)等。阿繼電器股份有限公司研制的STAR-2000集散控制系統,1989年自第一套應用系統(電站鍋爐滅火保護MHB-Ⅲ/B)在河南新鄉電廠投運以來,相繼在哈爾濱第三發電廠200MW機組的模擬調節系統、石家莊陽邏300MW機組的滅火保護系統等數十個電廠的生產過程控制中得到應用。在此基礎上,其第二代產品Star-3000近年來在工業領域得到了更廣泛的應用,在技術上更是得到了長足發展。

      4 集散型控制系統今后的發展方向

             集散型控制系統的發展方向是基本調節器向少回路或單回路方向發展;基本調節器除了PID和其他算法外,還將逐步采用更為有效的新的算法,使之具有新的功能(如增益自適應功能);采用光導纖維代替高速數據通道,并統一通訊規程;力求靈活地運用現代控制理論,以得到更為通用的控制算法。

      5 結語

             集散型控制系統(DCS)的實質是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和現場前端分散控制相統一的新型控制技術。它的出現是工業控制的一個里程碑。工業過程控制的發展逐步從單機監控、直接數字控制發展到集散控制,也必將由集散控制進展到擁有更廣闊應用前景的計算機集成制造,近幾年的計算機集成制造(CIMS)技術的成就足以證明這一點。

      【參考資料】

      [1] 張新薇等.集散系統手冊.機械工業出版社,1991年

      [2] 謝柏曾.發電廠自動控制系統的發展和選型.華北電力技術.1992年10月

      [3] 王常力 羅安.集散型控制系統選型與應用.北京清華大學出版社.1996年

      [4] 任德祥.過程自動化技術的新發展.電氣時代.2003年3月


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