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智能化仪表及现场总线技术在DCS中的发展和创新
xiao_xiao1 发表于 2009/10/19 10:24:01 523 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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DCS即所谓分布式控制系统，习惯地称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的．自20世纪70年代中期问世以来，经历了20多年的时间．它已由过去只在少数大型企业的控制系统中应用，发展成为电力、石油、化工、冶金、建材、制药等行业的最普通的控制工具．究其原因：一是各DCS制造厂家不断地提高了系统的可靠性、实用性、先进性和综合性，几种控制系统的相互渗透（PLC，DCS，IPC＋控制器）和竞争及先进计算机技术和网络通信技术的采用，使得DCS价格不断下降；二是全球市场竞争，迫使各企业必须不断应用先进的控制技术以提高产品质量和产量，降低成本和费用，为DCS提供了广泛的市场需求．
1 用户要求的不断提高
在自动控制领域中，应用的要求总是在不断提高．可以说，自动控制系统是永远不能满足应用要求的．每当自动控制系统取得了新的技术进展，开发出了新的功能，立即会有更新的功能要求被提出来．例如在控制仪表仅可实现简单的反馈控制时，已经有大量的PID调节的问题在等待解决；而当PID的自动调节可以实现时，人们又在寻求控制参数的自整定功能，以便使繁杂的参数整定工作可以自动、快速、准确地完成．在控制算法已趋完善的今天，仍有很多控制问题没有准确的数学模型，于是，模糊控制理论、神经元方法等一些非解析方法得到了长足的发展．在控制算法的发展方面是如此，在控制系统本身的硬件、软件方面更是如此．
先看检测控制仪表，以水位计为例，最早的检测元件大概要算浮子了，但很快就发现它的准确性、稳定性有问题，于是研制出了差压测量方法．新的原理和方法明显地在性能上优于老的方法，但是当容器内压力和温度发生变化时，水的密度也相应发生变化，又会造成测量的误差．因此将测量值就地数字化的智能型水位计得到了广泛的应用，它可以利用数字处理技术和算法模型对测量值进行处理和校正，或加些数字滤波措施，力求测量值的客观、准确、可靠．
再看计算机方面，早期的自动控制系统所使用的计算机速度很慢（只有每秒50万次左右），内存、外存都很少（内存约64kB，外存1 MB左右）．尽管如此，这样的计算机还是在不少计算机控制系统中应用，在某个历史时期起到了一定的作用．由这种计算机构成的系统大多为安全监视系统．如果有控制，其算法的综合性、复杂性都很低．
根据当前自动化控制系统状态及发展趋势，将在以下几方面提出更高的要求．
1 系统的功能 要求可实现的算法更多，实现控制的目标更高．系统功能更趋综合化，不仅有经典控制，还应有高级控制，并具有质量统计、分析、批量处理、生产调度等功能，逐步发展成计算机集成制造系统．
2 系统的可靠性 要求无故障运行时间更长，系统可用率更高，达到99．99％以上，而系统的维修要快速简便，使停机时间控制到最短．
3 系统的易用性 要求有非常友好的人机界面，窗口化的操作、屏幕上的操作将成为主流．操作员基本不需培训就可以根据图形及系统的提示进行操作，语音、图像等多谋体信息将成为人机界面中不可缺少的部分．
4 系统的安全性 系统可提供各种安全保护措施，避免误操作和人为事故，可对各种异常状态进行分析记录，及时报警以使操作员尽快了解所发生的情况并及时处理．
5 信息广泛共享 自动化控制系统，得到的各种实时信息可以被其他管理和调度系统共享．不仅生产的领导者和管理者可以在自己的办公桌上得到生产信息，甚至可以在任何地方通过电话线路和无线电通信得到生产信息．
6 系统的规模要求更大 不仅可以包括最基本的过程控制功能，还可以包括各方面的生产、控制状态信息．系统控制回路数及检测的点数将大大增加，用以实现复杂生产过程的全面管理与控制．
7 系统容易升级 随着生产规模的扩大和生产工艺的改变，甚至生产流程的改变均可以在对系统进行少量更改或扩充后适应新的要求．简单地扩充监测点数、控制回路、调整控制参数等工作都要求可以在线进行．
8 系统的成本降低 更高的自动化水平，并不意味着更高的成本．科学技术本身一方面在创造着更高的功能和性能，另一方面也在创造更低的成本．只有成本不断降低，才能使自动化深入到生产的各个环节，实现更高的自动化水平．
2 应用技术的不断提高
促进DCS不断向前发展的主要动力，一是应用需求的不断提高，二是应用技术的不断提高．这两个因素就像一列火车的两台机车，一台在前面牵引，另一台在后面推动，相辅相成．应用技术的提高主要表现在以下几个方面．
2．1 计算机技术的发展与进步
计算机从问世后的近60年中经历了从电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路到超大规模集成电路等几个发展阶段．虽然其基本原理没有发生大的变化，但其元器件和体系结构的改变却是日新月异的，呈现出极快的发展速度．
计算机从电子管发展到晶体管大约用了近20