青島凌峰自動(dòng)化工程有限公司總結(jié)DCS發(fā)展概述
DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫(Distributed Control System)，在國(guó)內(nèi)自控領(lǐng)域又稱為集散控制系統(tǒng)。
集散控制系統(tǒng)(DCS)是一種以微處理器為基礎(chǔ)的分散型綜合控制系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、冗余及自診斷技術(shù)，采用了多層分級(jí)的結(jié)構(gòu)，適用現(xiàn)代化生產(chǎn)的控制與管理需求，目前已成為工業(yè)過(guò)程控制的主流系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)、儀表和電控技術(shù)融合在一起，結(jié)合相應(yīng)的軟件，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、處理、工藝畫面顯示、參數(shù)超限報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警和報(bào)表打印等功能，并對(duì)主要工藝參數(shù)形成了歷史趨勢(shì)記錄，隨時(shí)查看，并設(shè)置了安全操作級(jí)別，既方便了管理，又使系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠。
DCS在控制上的大特點(diǎn)是依靠各種控制、運(yùn)算模塊的靈活組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)多樣化的控制策略以滿足不同情況下的需要，使得在單元組合儀表實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)繁瑣與復(fù)雜的命題變得簡(jiǎn)單。隨著企業(yè)改革的高柔性、高 效益的要求，以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制方案已經(jīng)不能適應(yīng)，以多變量預(yù)測(cè)控制為代表的控制策略的提出和成功應(yīng)用之后，過(guò)程控制受到了過(guò)程工業(yè)界的普遍關(guān)注。
需要強(qiáng)調(diào)的是，廣泛應(yīng)用各種控制與優(yōu)化技術(shù)是挖掘并提升DCS綜合性能有效、直接、也是具價(jià)值的發(fā)展方向。儀表技術(shù)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展工業(yè)控制設(shè)備的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，可以促使過(guò)程控制的功能進(jìn)一步分散下移，實(shí)現(xiàn)真意義上的“全數(shù)字”、“全分散”控制。另外，由于這些智能儀表具有的精度高、重復(fù)性好、可靠性高，并具備雙向通信和自診斷功能等特點(diǎn)，致使系統(tǒng)的安裝、使用和維護(hù)工作更為方便。
DCS被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)的“大腦”和“神經(jīng)中 樞”，國(guó)防裝備、石油石化、核電、電網(wǎng)等很多重要領(lǐng)域，都要依靠它去指揮運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)被ABBQ、西門子、霍尼韋爾等國(guó)際所壟斷。當(dāng)重要工業(yè)“大腦”受制于人，國(guó)家安全勢(shì)必遭受大威脅。
近年來(lái)，國(guó)際上電力網(wǎng)絡(luò)攻擊事件頻發(fā)，造成設(shè)施損毀、大規(guī)模停電，甚至社會(huì)動(dòng)蕩。DCS是火電機(jī)組的“神經(jīng)中 樞”，其核心軟硬件嚴(yán)重依賴歐美等國(guó)，存在重大安全隱患和斷供風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅我國(guó)電力生產(chǎn)安全。然而，目前我國(guó)核心元器件和基礎(chǔ)軟件產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段。實(shí)現(xiàn)DCS國(guó)產(chǎn)化，構(gòu)建自主創(chuàng)新體系，是關(guān)系我國(guó)電力生產(chǎn)和國(guó)計(jì)民生重大戰(zhàn)略選擇。DCS國(guó)產(chǎn)化關(guān)鍵在于軟硬件的國(guó)產(chǎn)化，核心在于電子元器件的自主研制與基礎(chǔ)軟件的內(nèi)核自主可控。
國(guó)產(chǎn)品牌DCS起步較早。1981年開始我國(guó)企業(yè)開始逐步推廣使用DCS。1985年是國(guó)產(chǎn)工控行業(yè)的起步之年，上海新華控制技術(shù)(集團(tuán))有限公司成立，主要深耕于火電控制行業(yè)。1993年，浙江中控技術(shù)股份有限公司(浙江中控)、南京科遠(yuǎn)自動(dòng)化集團(tuán)股份有限公司(科遠(yuǎn)自動(dòng)化)、杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司(和利時(shí))先后成立，分別推出了國(guó)產(chǎn)化DCS，拉開了我國(guó)DCS國(guó)產(chǎn)化的序幕。
目前國(guó)內(nèi)發(fā)電行業(yè)所使用的DCS分為進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)品牌。進(jìn)口品牌DCS主要有:EMERSON公司OVATION及WDPF系統(tǒng)、ABB公司SYMPHONY及AC800系統(tǒng)、西門子公司T2000及T3000系統(tǒng)、施耐德I/A'S系統(tǒng)和GE公司新華OptimumC系統(tǒng)等。國(guó)產(chǎn)品牌DCS有科遠(yuǎn)股份NT6000系統(tǒng)、國(guó)核自儀NuCONN200系統(tǒng)、國(guó)電智深EDPF-NT系統(tǒng)、上海新華TiSNetPAC系統(tǒng)、和利時(shí)HOLLiASMACS系統(tǒng)、浙江中控ECS-700系統(tǒng)和四方繼保CSPA-2000系統(tǒng)等。
據(jù)不統(tǒng)計(jì)，進(jìn)口品牌DCS在國(guó)內(nèi)火電市場(chǎng)300MW、600MW、1000MW等級(jí)機(jī)組的占有率分別約為45%~50%、80%、75%，其中600MW等級(jí)機(jī)組大規(guī)模建設(shè)時(shí)國(guó)產(chǎn)品牌DCS尚不成熟，因此600MW機(jī)組進(jìn)口DCS占有率高于1000MW。國(guó)產(chǎn)品牌DCS主要應(yīng)用于300MW及以下機(jī)組，占比約50%左右，600MW及以上機(jī)組占比在20%~25%。
無(wú)論國(guó)產(chǎn)或合資品牌DCS，硬件方面，其使用的處理器(CPU)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器/數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC/DAC)、微控制單元(MCU)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)和千兆物理接口收發(fā)器(PHY)等核心元器件均采用進(jìn)口產(chǎn)品，嚴(yán)重依賴國(guó)外廠商。軟件方面，DCS上位機(jī)、下位機(jī)應(yīng)用軟件均具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，但其多基于進(jìn)口操作系統(tǒng)自主開發(fā)，DCS上位機(jī)應(yīng)用軟件、現(xiàn)場(chǎng)總線軟件基于Windows系統(tǒng)開發(fā)，控制器嵌入式操作系統(tǒng)、上位機(jī)桌面操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等關(guān)鍵軟件須獲國(guó)外廠商。
目前，已有多家生產(chǎn)廠家，通過(guò)自主可控系統(tǒng)研發(fā)，器件選擇、測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)試用，不斷的篩選迭代，逐步完成了元器件的國(guó)產(chǎn)化替代，控制系統(tǒng)軟件向Linux平臺(tái)的遷移，實(shí)現(xiàn)了軟件的全部自主可控。
DCS集散控制系統(tǒng)一般由五部份構(gòu)成:控制器;I/O板;操作站;通訊網(wǎng)絡(luò);圖形及編程軟件，以下分別進(jìn)行介紹:
1.控制器:DCS集散控制系統(tǒng)的控制器主要由CPU、ROM、RAM、E2PROM、地址設(shè)定開關(guān)等部件組成。Cpu既處理器，主要功能有:程序控制、操作控制、時(shí)序控制、數(shù)據(jù)加工，是DCS控制器的大腦;ROM、RAM、E2PROM三者都是內(nèi)存，區(qū)別在功能上不同。ROM是只讀內(nèi)存，RAM可隨機(jī)讀寫，而串行E2PROM是可擦除可寫入的存儲(chǔ)器，三者視功能選擇;地址設(shè)定開關(guān)有很多種，比如像光地址設(shè)定開關(guān)、無(wú)線遙控地址設(shè)定開關(guān)、流量設(shè)定開關(guān)等，視功能選擇不同的地址開關(guān)。
2.I/O板: I/O是input/output的縮寫，即輸入輸出端口。I/O板有很多通信端口，像我們常用的RS485、RS232、RJ45、USB等通信端口。每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)專用的I/O地址，用來(lái)處理輸入輸出信息。I/O板時(shí)是的用來(lái)處理輸入輸出信息的功能模塊。
3.操作站:DCS集散控制系統(tǒng)的操作站位于控制站的上層，通過(guò)數(shù)據(jù)通信與下位機(jī)各站點(diǎn)交換信息。操作站的人機(jī)界面都配有全局圖畫和局部畫面。它便于工作人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)程從全局到局部的集中監(jiān)控和操作。根據(jù)用戶的設(shè)計(jì)需求來(lái)設(shè)計(jì)方便工作人員管理的流程圖。
4.通訊網(wǎng)絡(luò):DCS系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)和和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，是DCS集散控制系統(tǒng)的重要支柱。DCS網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為Z小單位，源節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，通過(guò)傳輸介質(zhì)(像光纖、雙絞線的通訊電纜)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)。因此傳輸介質(zhì)、通訊協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)三者對(duì)DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成起主 導(dǎo)作用。
5.圖形及編程軟件:DCS傳統(tǒng)的上位機(jī)控制界面系統(tǒng)一般都是用圖形化編程軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每種編程軟件都有自己的功能模塊和圖庫(kù)，如FIX7.0來(lái)對(duì)工藝流程來(lái)進(jìn)行編程組態(tài)。
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