控制装置与系统——DCS、FCS在线视频

现在是第二十讲

让我们来继续讲解

控制装置与系统

在上一讲里边我们已经提到

六七十年代形成的

直接数字控制系统

实际上没有被应用

后来改为数据采集系统

数据采集系统是开环的

它没有形成控制系统

仅仅是为了显示

这起不到控制的作用

到了七十年代末

大规模集成电路出现以后

微处理器技术

得到了迅猛的发展

那么科技工作者抓住了这个时机

就把它应用到我们控制中来

形成了一种新型的控制系统

这种控制系统称作分散控制系统

来看这个系统结构

这幅图看起来很复杂

实际上它没有那么复杂

让我们先来看看控制层

控制层的作用

就是直接控制现场的设备

我们已经提到过

直接数字控制系统

只用了两台计算机

那个时候的计算机

可以称为大型计算机

那么大型计算机是比较昂贵的

那个时候的计算机的故障率

也是非常高的

那么现在有了微处理器了

我可以用多台微处理器

控制我整个电场

那么我怎么控制呢

我用一台微处理器

再配上一台冗余的微处理器

所谓冗余的微处理器

就是当这个控制器出现故障的时候

冗余的控制器继续工作

这样的话

一个电场可以有三十对 五十对

多少对都可以

因为微处理器是非常便宜的

每一对微处理器

它所控制的系统

也可以是一个 两个 三个等等

那么我们不能控制多个

控制再多个了以后

又回到直接数字控制器了

所以说呢我们尽量把它分散

分散以后它的危险性

也就被分散了

即使这一对微处理器

都出现故障

那么整个系统不会解链

其他的系统还会继续运行

所以说我们称作它分散控制系统

现在我们再来看监控层

刚才我们已经说了

控制层不是由一对微处理器组成的

它是由多对微处理器所组成

对一个工厂来讲

它可能有三十对微处理器

也可能有五十对微处理器

在这种情况下

如果你对它进行监视与控制的话

那么一个人是看不过来

这么多的显示终端的

所以说你只有把这些显示的内容

集中在几台计算机上

这就是监控层的作用

它一般地用三到五台不等

它就可以控制整个电场

管理层是近几年才发展起来的

它主要想利用

分散控制系统当中的数据

进行其他的用处

作为后台分析与处理

最后我们再来看现场层

现场层的功能非常简单

它就是把控制层的计算机

输出的数字量

转化成模拟量送给现场的设备

把现场得到的模拟量

通过AD转换变成数字量

送给控制层的计算机

通过上面的分析

我们可以得到DCS的硬件组成结构

它就是一个三点一线的结构方式

由工程师站 操作员站

现场控制站构成三点

一线呢 就是网线

通过这些网线

把这三种站连接到一起

操作员站就是控制整个工厂的

现场控制站

就是现场的控制层

工程师站就是作为后台服务的

DCS软件结构

与DCS的硬件相对应的

DCS的软件构成也是三点一线式

那么它们用的系统软件

基本都是windows

只有在现场控制站中

用嵌入式操作系统

它的应用软件也是三部分

一部分是I/O接口数据库组态的软件

另外一个是

操作员界面组态软件

还有一个是控制逻辑组态软件

下面我们看看

它们这几个软件的功能

I/O接口数据组态软件

就是把I/O通道的地址

与某一个设备连接起来

如这幅图所示

操作员界面组态软件

就是操作员能看到的软件

我们可以通过这个界面

来操作整个的工厂

控制逻辑组态软件

就是我们那些控制算法

通过后台

也就是说工程师站

组成我们的控制算法

然后实施运行

随着计算机技术的发展

到了上个世纪九十年代

又形成了一种控制系统结构

我们称作现场总线控制系统

现场总线控制系统的结构框图

就是这幅图

我们可以把这幅图

与上一幅图进行比较

这里的主站其实就是操作员站

和工程师站

那么向外输送的信息

就是通过商务站

然后向外输送

在这里把现场控制站

放入了现场当中的具体的设备

这个设备呢要完成两件事情

一件事情

从它里边检测到的物理量

要转化成数字量送给主站

它接收主站送来的数字量

把它转化成模拟量

直接控制这个设备

我们可以看到

这里的控制层已经不存在了

放入现场了

那么就成了两极结构

这样的控制系统进一步地分散

就成为现场总线控制系统

那么这样的系统有什么好处呢

其实好处就是

把控制功能更进一步地分散

因为在DCS的现场控制站中

可以完成许多系统的控制

但是在现场总线控制系统当中

一台设备只能是一个控制器

也就是说一个控制器

只能控制一个设备

你不可能让它再控制多个设备

所以说它的控制功能

更进一步分散

除此之外还有一个好处

好处是现场设备中的许多参数

可以直接测量变成数字信号

送给主控室

虽然我送入主控室的信号是增加了

可是之间的连线并没有增加

反而是减少了

为什么呢

因为在现场总线控制系统当中

把各种设备连接在一起

是通过串联的形式

那么这样的控制系统

可以大大地节省电缆

这个数据对于一个现场来讲

是非常可观的

下面这两幅图

表达了现在的现场总线控制系统的

两种结构形式

两层结构的形式

就是刚才我们讲到的这个形式

具有三层结构的

现场总线控制系统

实际上就是在原来的DCS的基础上

又加入了现场总线仪表系统

这样的话就形成了三层系统

我们再回过头来看看这一幅图

从这幅图的右下角我们可以看到

它允许我们接入第三方设备

第三方设备

就是我们的现场总线仪表

我们各种总线仪表

都可以往DCS这个网络上挂

那么原来DCS功能还照样保留

所以说这种结构

目前还是比较流行的

因为要想直接过渡到

现场总线控制系统

那还是非常困难的

还有许多工作要做