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后有人提出把控制和显示分开。一台计算机完成控制计算任务,另一台计算机完成显示任务。另外,一个工艺过程作为被控对象可能需要显示和控制的点很多,其中有一些还需要闭环控制或逻辑运算,工艺过程作为被控对象的各个部分会有相对独立性,可以分成若干个独立的工序,再把在计算机控制系统中独立的工序上需要显示和控制的输入输出的点分配
到数台计算机中去,把原来由一台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机控制器去完成。其中一台机器坏了不影响全局。所谓“狼群代替老虎”的战术,这就是危险分散的意思。把显示操作打印等管理功能集中在一起,用网络把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统。当时有人把这种系统称为集散系统。
危险究竟要分散到多少算合适呢这与当时的计算机技术的发展水平有关。0年代中期,彻底分散就是一个控制器完成一个回路的运算。当时由于人们对数字技术不太熟息,习惯于模拟仪表,0年代末0年代曾经风行回路控制器,把数字控制器做成和原来模拟仪表在外观上几乎完全一样,不改变操作习惯 ,内部把PID运算数字化。一块仪表一台计算机完成一个回路的控制任务。其价格较为昂贵,但危险是分散了。然后用通讯网络把各个控制器和以CRT为基础的人机界面连成一个系统。这时网络结构通常都是星形结构。回路的控制器的制作成本太高,价格/性能比不好。后来为了减低成本,就有两回路的四回路的控制器, 它的价格/性能比稍好一些。对于一个大中型系统来说,DCS的价格/性能比比回路控制器组成的系统要好。有些特殊地方还是要用到一些回路控制器。
如果所要完成的回路太多,如一个控制器采集几千点完成几百个回路的运算,危险又太集中。在这种情况下,危险必需分散。随着计算机技术的发展,计算机的运算能力存储容量和可靠性不断提高,一台计算机所完成的任务也可以增加。完成的任务也可集中一点。另外,控制器网络等冗余技术也得到了发展,控制运算也可集中一些。
从目前的DCS来看,一个控制器完成几十个回路的运算和几百点的采集再加适量的逻辑运算,经现场使用,效果是比较好的。这就产生控制器升级的问题了。有时控制器和检测元件的距离还是比较远,这就促进现场总线的发展。如CANLOONWORKSFF等现场总线,以及HART协议接收板等都用到DCS系统中。
DCS分为三大部分,带I/O板的控制器通讯网络和人机界面HMI。由I/O板通过端子板直接与生产过程相连,读取传感器来的信号。I/O板有几种不同的类型,每一种I/O板都有相应的端子板。
l 模拟量输入,-0毫安的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板;-个通道不等;
l 模拟量输出,通常都是-0毫安的标准信号,一般它的通道比较少,-个个通道;
l 开关量输入;-个通道:
l 开关量输出,开关量输入和输出还分不同电压等级的板,如直流伏伏;交流0伏或伏等;-个通道不等;
l 脉冲量输入,用于采集速率的信号;-通道不等;
l 快速中断输入;
l HART协议输入板;
l 现场总线I/O板;
每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整,信号在进入I/O板以前信号要进行整修,如上下限的检查温度补偿滤波,这些工作可以在端子板完成,也可以分开完成,完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板。
I/O总线和控制器相连。0年代的DCS由于控制器的运算能力不强,为了增加I/O点数,把控制器的任务分开,实际上是有三种类型的控制器。即:完成闭环运算的控制器模拟量数据采集器和逻辑运算器。它们分别有自己的I/O总线,各种DCS的I/O总线各不相同。如果要求快速,好采用并行总线。一般采用串行总线比较多。尤其是RS总线较多,模拟量数据采集器和逻辑运算器的I/O点数可以多一些。
闭环控制器模拟量数据采集器和逻辑运算器可以和人机界面直接连在通讯网络上,在网络上的每一个不同的控制器作为网络上的一个独立结点。每一个结点完成不同的功能。它
们都应有网络接口。有的DCS为了节省网络接口,把所有的过程控制用的设备即闭环控制器模拟量数据采集器和逻辑运算器预先连在控制总线上,称为过程控制站。这可以增加过程控制站能接收的I/O点数,又能节省接口。然后再通过接口连到网络上,与人机界面相连。随着计算机计术的发展,控制器的运算能力不断增强,如PC机做的一个控制器能力很强,既可接收模拟量运算,也接收开关量逻辑运算。一个控制器成为网络上的一个结点。通过网络与人机界面相连。
控制器是DCS的核心部件,它相当于一台PC机。有的DCS的控制器本身就是PC机。它主要有CPURAMEPROM和ROM等芯片,还有两个接口,一个向下接收I/O总线来的信号,另一个接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM用来存贮完成各种运算功能的控制算法有的DCS称为功能块库。在库中存功能块,如控制算法PID带死区PID,积分分离PID,算术运算加减乘除平方开方函数运算一次滤波正弦余弦X-Y函数发生器超前-滞后;比较先进的算法有史密斯预估,C语言接口矩阵加矩阵乘;逻辑运算有逻辑与逻辑或逻辑非逻辑与非等。通常用站功能块不仅把模拟量和开关量结合起来,还与人连系起来。功能块越多,用户编写应用程序即组态越方便。组态按照工艺要求,把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在EPROM中。因为EPROM可以擦写,组态要随工艺改变而改变,所以把组态存在EPROM中。不同用户有不同组态。组态时,用户从功能块库中选择要的功能块,填上参数,把功能块连接起来。形成控制方案存到EPROM中。这时控制器在组态方式,投入运行后就成为运行方式
控制器中安装有操作系统,功能块组态软件和通讯软件。