浙江中控技术股份有限公司 浙江省杭州市 310052
摘要：随着我国社会经济的不断提升，在极大地加快了我国工业电气化发展进程的同时，也给工业电气集散型控制系统提出了更高的要求，为进一步确保工业电气集散型控制系统运行的安全性和稳定性，加强工业电气集散型控制系统的研究，有效加强系统的整体运行效率至关重要。本文主要从工业电气集散型控制系统的主要特点，进一步分析了工业电气集散型控制系统体系结构，并深入探究了工业电气集散型控制系统功能分层体系及特点，望对我国未来工业电气集散型控制系统的研究提供相应借鉴。
关键词：工业化；电气集散型控制系统；分析研究
1 工业电气集散型控制系统的主要特点
集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。集散控制系统是进行集中管理的，而系统的体系结构是分布式的，总体上是一种分布结构的控制系统，其主要特点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、通讯、显示和控制等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，实际应用过程中主要具有以下几方面特点：第一，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。第二，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。第三，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。第四，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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第五，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。第六，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。
2 工电气集散型控制系统体系结构
虽然各生产厂家的产品结构各有不同，但其基本组成还是大同小异。集散控制系统的基本组成一般包括以下几部分；现场检测站、现场控制站、操作员站、工程师站、上位机和通讯网络。其中，现场检测站有时又称数据采集站，直接与生产过程相连接，实现对生产过程中的非控制变量进行数据采集。它完成数据采集和预处理，并对实时数据进行加工，为操作站提供数据，实现对过程变量和状态的监视、打印以及报警等，实现开环监视，或为控制回路运算提供辅助数据和信息。现场控制站同样直接与生产过程相连接，对控制变量进行检测、处理，并产生控制信号来控制现场的执行机构，实现生产过程的闭环控制。它可控制多个回路，具有极强的运算和控制能力，能够自主地完成回路控制任务，实现连续控制、顺序控制和批量控制等。操作员站是操作人员进行过程监视、过程控制系统的主要设备。操作员站提供良好的人机交互界面，用以实现集中显示、集中操作和集中管理等功能。操作员站可以进行系统组态的部分或全部工作，兼具工程师站的功能。工程师站主要用于对集散控制系统进行离线组态和在线监督、控制与维护。工程师能够借助于组态软件对系统进行离线组态，并在集散控制系统在线运行时实时监视集散控制系统网络上各站的运行情况。上位计算机通过通信网络收集系统中各单元的数据信息，根据建立的数学模型和优化控制指标进行计算，完成优化控制的功能。通信网络是集散控制系统的中枢，是连接集散控制系统中各部分的高速公路。各部分之间的信息传递都是通过通讯网络实现的，它完成数据、指令和其他信息的传递，从而使实现整个系统协调一致地工作，实现数据和信息共享。
3 工业电气集散 型控制系统功能分层体系及特点
3.1 集散控制系统功能分层体系
目前，层次化已成为DCS的体系特点，使其体现集中操作管理、分散控制的思想。可以将DCS的层次分成以下四级：现场装置管理层次的直接控制级在这一级上，过程控制计算机直接与现场各类装置相连，对所连接的装置的特性数据和采集到的实时数据。过程管理级，在这一级上的过程管理计算机主要有监控计算机、操作站、工程师站，它综合监视过程各站的所有信息，集中显示操作，控制回路组态和参数修改，优化过程处理等。生产管理级，在这一级上的管理计算机根据产品各部件的特点，协调各单元级的参数设定，是产品的总体协调员和控制器。工厂总体管理级，这一级居于中央计算机上，并与办公自动化连接起来，担负起全厂的总体协调管理，包括各类经营活动、人事管理等。
3.2 集散控制系统功能分层体系特点
工程师站以CRT为基础，可把多个现场控制站送到的数据进行处理，使操作人员能通过键盘或鼠标灵活、方便、准确地监视过程量，以及根据变化调整过程参数等，在本系统中，它还替代工程师站。可实时采集它所对应现场控制站的各种数据，可以对不同性质的参数以不同颜色区别，对不同环节分页，并以人们熟悉的图形和表格方式进行显示，同时可对控制参数、设定值等进行在线修改；现场控制站则是DCS系统与现场打交道的设备，现场控制站对锅炉及汽机的各个参数进行采集，上传给现场操作站和监控站，并接受现场操作站和监控站下传的控制参数作实时调节；数据采集系统，每个CRT都具有图形和字符显示功能，通过各种画面或图表对现场运行过程的各个环节进行操作、控制和监视；所有过程点包括模拟量输入、输出；数字量输入、输出等都可以用相应的工艺流程图、棒形图、曲线图及参数表等多种形式进行显示，根据实际参数的正常、越限等不同状态而用不同的颜色来表示，所有屏幕的信息均可打印输出，而报表的输出，可根据用户的在线任意选择，组合打印输出。多种曲线可显示在同一幅屏幕内，参数名和各参数显示的颜色可任意选择。画面显示的内容可随实际状态或数据的变化而实时变化；模拟量控制系统是实现锅炉经济燃烧、维持各系统运行参数正常，保证各系统安全、正常运行的重要环节，可适应负荷在较大范围内变动时的正常控制，并有各种自动保护措施，输出4-20mA，并可在线实时设定上下限位。在变送器信号消失或越位，均有报警功能，同时受影响部分自动切换至手动状态。每一控制回路均有完善的后备手操功能。任何控制参数的修改、设定都具有不同权限的密码口令授权，以防止误操作和无关人员随意操作。
结束语：
近年来，随着现代信息技术的不断发展创新，网络技术的开放性已经让集散型控制系统不仅仅局限于分散控制，并逐步朝着集成化管理方向不断发展。因此，现代工业电气集散型控制系统的创新发展，务必要在确保集中管理的基础上，全面加强分散调控，只有这样才能够从根本上提升工业电气集散型控制系统的已婚性工作效率，从而进一步促进我国工业电气企业长期稳定地发展与前行。
参考文献
[1]孙凯.谈工业电气集散型控制系统[J].科技创业家，2014（7）.
[2]陈亚鹏.集散控制系统在电厂中的应用研究[D].华北电力大学（北京），2016.
[3]柳青.厂拌站集散控制系统的研究[D].中南大学，2010.
论文作者:黄坤,张鑫
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/23
标签：控制系统论文; 电气论文; 功能论文; 系统论文; 现场论文; 组态论文; 工业论文; 《建筑学研究前沿》2018年第9期论文;