2.2　DCS系统

2.2.1　概述

20世纪60年代以来，各个工业部门如石油化工、冶金、电力等普遍采用装置（或机组）规模的大型化、连续化来强化生产过程，其经济性远比小规模时高，并提高了劳动生产率，获得了少投入多产出的经济效果。而装置大型化必然与过程的检测、控制和管理集中化紧密联系。为了取得高的经济效益，提高集中化程度，在过程自动控制的发展进程中，曾出现过用一台计算机控制全装置的设想和实践。欧美一些石油化工装置相继装设了计算机。由于工业过程计算机的实时控制要求，对电子元器件的质量要求十分苛求，因为把整个生产过程的控制和监测系统都集中在一台计算机上完成，一旦计算机某个部件出现故障就会导致生产过程的停顿，进而使生产处于危险状态。因此这种过分集中的做法因受当时硬件技术的限制而没有得到推广普及。

集散控制（distributed control system，DCS）系统是20世纪70年代发展起来的。在总体设计上，集散控制系统采取了控制回路分散化和数据管理集中化的策略。它以数台、数十台甚至数百台微型计算机分散应用于过程控制，使一个控制回路发生的故障不会波及整体，万一有故障也不会影响到其他控制回路执行控制功能。集散系统的全部信息经通信网络由上位计算机监控，实现最佳控制，通过CRT装置、通信总线、键盘、打印机等又能高度集中地操作、显示和报警。整个装置继承了常规模拟仪表分散控制和计算机集中控制的优点，并且克服了单台计算机控制系统危险性高度集中以及常规仪表控制功能单一、人-机联系差的缺点。

集散控制系统设计的基本思想就是：分散控制和集中显示、操作、管理。

集散控制系统通常由过程控制单元、过程接口单元、CRT显示操作站、管理计算机以及高速数据通路五个部分组成，其基本结构见图2-19。

①过程控制单元（PCU：process control unit）：亦称现场控制站或基本控制器，它可以控制一个或多个回路，具有较强的运算控制能力。

②过程接口单元（PIU：process interface unit）：亦称数据采集装置，它的主要作用是采集非控制变量，进行数据处理。

③操作站（OPS：operating station）：是集散系统的人-机接口装置。一般配有高分辨率大屏幕的彩色CRT、操作者键盘、工程师键盘、打印机、硬拷机和大容量存储器。操作站除了执行对过程监控操作外，系统的组态、编程工作也在操作站上进行。操作站还可以完成部分的生产管理工作，如打印班、日报表等。

④管理计算机：是集散系统的主机，又称为上位机。它综合监视全系统和各单元，管理全系统的所有信息，具有进行大型复杂运算的能力以及多输入、多输出控制功能，以实现全系统的最优控制和全厂的优化管理。

⑤高速数据通路（DH：data hiway）：它将过程控制单元、操作站、上位机等连成一个完整的系统，以一定的速率在各单元之间传输。

2.2.2　DCS系统操作

（1）操作员控制站

操作员控制站位于工厂控制中。操作员可以通过控制站察看生产过程的流程图、动态数据、报警显示、趋势显示、回路细目显示。此外，操作员可通过键盘操纵变量，改变给定点的输出、控制器算法和操作方式。此外，可通过工程师键盘建立数据库和对画面及报表进行组态及修改。

（2）DCS画面

是在控制站的CRT上显示的流程图及动态数据。操作员可通过DCS画面对装置运行情况进行多方面的监视。

实际生产中，很多操作是在控制室内通过DCS画面完成的，与此相对应，在仿真模拟软件中的这些操作将通过学员在模拟的DCS画面上来完成，如对调节器的操作，对遥控阀的操作等。实际生产中还有很多操作是在生产现场完成的，如开、停泵，调整手阀的开度等，与此相对应，在仿真模拟软件中的这些操作将通过学员在模拟现场视图上的操作完成这些动作。

（3）阀门的控制

物流管线上的阀门可以被多种元件所控制，因此阀门的叫法也有所不同，见图2-20。

图2-20中各类阀门的含义为：

①开关阀：由开关控制，这种阀只有全开和全关两种状态；

②手操阀：由手操器控制，阀开度的变化范围为0～100%；

③调节阀：由调节器控制，阀开度的变化范围为0～100%。

（4）调节器的状态描述

①测量值：即被控变量的测量值；

②输出值：0～100%之间的一个数，其大小决定了调节阀的开度；

③手动与自动状态：自动状态下，调节器将根据测量值与设定值的偏差自动改变输出值的大小，从而改变调节阀的开度；手动状态下，调节器不产生任何调节作用，操作员可以人为给定和调整调节器的输出值，从而改变阀的开度；

④设定值：调节器的设定值是工艺人员所期望的工艺参数的稳定值，可以由工艺人员人为设定；

⑤串级状态：只对串级控制系统中的副调节器有效。副调节器在串级状态下的设定值由主调节器给定，不能人为给定。摘除串级后，副调节器与普通调节器完全相同。

（5）气开、气关阀

以空气为动力源的调节阀称为气动调节阀。根据气源中断时阀门状态的不同，可以把气动调节阀分为两类：

①气开阀：供气中断时，调节阀自动处于全关状态；

②气关阀：供气中断时，调节阀自动处于全开状态。

某一控制回路采用气开阀还是采用气关阀主要从生产需要和安全角度考虑，取决于供气中断时阀处于全开还是全关才能避免损坏设备和保护操作人员。若阀处于全开位置危险性小，则应选气关阀；反之应选气开阀。

2.2.3　DCS画面

（1）流程图画面

工艺流程模拟图画面见图2-21。

（2）报警组画面

报警组画面见图2-22。

（3）评分记录画面

评分记录画面见图2-23。