19个DCS系统常识性问答

3 M& ]+ |4 q7 N# |0 S3 Q) p2 d
3 ?; v6 z% L. t; I- {9 Q/ YDCS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。
8 N5 d; U' ?# N( d3 t) F


2 s6 U# W# Z; `& a4 m% [1. 什么是DCS？

$ I+ Y' a. H/ w. F1 b  ~

+ P) t" V5 c+ uDCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。
  ~* W- i5 T- g* y. e- \. l6 C
' N: _, I: ]2 \/ z8 d6 S3 O) s) o
; F" D& W7 J% a  l( M- k6 W( w
, v" P/ C  E* z( Z/ ?! m9 ]" J5 m2. DCS有什么特点？



DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。
( A' A0 z  h; j! n9 ]
3 i0 t) Q/ u) g  n+ `2 [9 \( F8 _
  \# ], P0 w8 i3 N
4 ?+ T5 O% D& U6 s1 {3 d9 Y3. DCS的结构是怎样的？

% h) J3 s* T/ i8 R
6 D& E: k6 G4 D" l7 Z  a) O
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。
9 K5 T% U& ]& s( b4 ?
3 ~! t" A* C0 Q7 \/ _/ G$ i  v
9 I  w+ T0 Y/ `, f: h
; n2 B( ~& \4 I# g" m* A* P4. DCS的控制程序是由谁执行的？
) C" v) U/ ?9 D! S" L- _( i: d

1 n7 b6 Q) R5 ?# X
  T3 }5 q7 m: U; p+ WDCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。
& p* |$ ]/ x8 ?. j5 M5 C
: ~. }. s1 U) @8 J; ]& y' N
* v1 d9 p' G: W! u6 a2 r  J+ X# e4 d
5. 过程控制站的组成如何？



DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU、网络接口和I/O组成

) N7 J0 `5 Q+ S  L/ `3 m! e8 L

6. I/O是什么？

1 V; K: [; H& r
- a" M# Z6 p4 D
控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。
2 C1 i8 S4 T2 l% U) J

* |" @+ `2 M# \) x# [, h- S0 @
7. 什么是I/O单元？
5 ~; c+ l6 G6 J$ l


. `9 h# B! O! W& r* t通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。
9 |5 S/ g9 i1 m! V

2 g8 q8 {& F6 `4 n" G2 K
6 i) a' \$ `) M2 s8. I/O单元和CPU单元是如何连接的？

; B* ~8 Y& h$ F4 F- h8 K

I/O单元与CPU是通过现场总线连接的。
% C  o: m% j/ Z3 z


, V% i( r/ P- {6 B. h9. 什么是现场总线？
$ b% p* {) b% l7 L
5 Q# v  a# O) f
0 |6 H% j; C9 x0 [7 {! Q" }/ z: I
现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络，它不仅包含有过程控制信息交换，而且还包含设备管理信息的交流。通过现场总线，各种智能设备（智能变送器、调节法、分析仪和分布式I/O单元）可以方便地进行数据交换，过程控制策略可以完全在现场设备层次上实现。目前，使用较多的现场总线主要是FUNDATION fieldbus基金会现场总线（FF总线）和Profibus现场总线。应用现场总线技术可以将各种分布在控制现场的相关智能设备和I/O单元方便的连接在一起，构成控制系统，这种结构已经成为DCS发展的趋势。
; }. E" m" `3 h, L( f2 R# ?* M8 h

- O; }3 L- ]+ ~* E
10. 常用的系统中采用什么现场总线？
% m+ b4 @# u( c9 [( \( \" @/ a
' z0 s: b! u4 \* W
' n( ?8 z$ d' E0 Z3 e
目前常用的系统主要是SIEMENS 的S7和ABB的Freelance2000，其中使用的现场总线是PROFIBUS。

! P5 H1 P0 Y# o* q2 K* W* ^. Z- C
0 ^4 K+ O2 }1 \
11. 表述网络传输速度的单位是什么？
0 E2 w3 Z% _: C% D& r) D+ ?, L5 Z# p
0 d+ B, _' X/ q- h
- Z! ]# o7 @# w5 D, L4 K
. g. Y7 ?% q& P  H表述网络传输速度一般以波特率（Bps）为单位，其含义是每秒钟传输的二进制数的位数。不同的网络一般波特率不同，相同的网络采用不同的网络电缆也可以达到不同的特率。例如：PROFIBUS现场总线在以双绞线作为网络电缆时通讯速度为1.5KBps，采用光缆时可以12MBps。采用普通双绞线的以太网传输速度为10MBps，采用光缆时可以达到100MBps。另外，传输距离的长短会影响传输速度，一般来说，距离越长，速度越慢。
( A1 Q$ g! z# _- t9 ~

* G/ |1 }% A! e
12. 什么是组态？
- a4 v/ \9 _9 r* r/ \" q5 e

; P; T$ s2 N# c, ]
通过专用的软件定义系统的过程就是组态（configuration）。定义过程站各模块的排列位置和类型的过程叫过程站硬件组态；定义过程站控制策略和控制程序的过程叫控制策略组态；定义操作员站监控程序的过程叫操作员站组态；定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。
" c7 G% K1 K$ q( z# v! h, I

, o; l* b& L% H& Z% }% v5 P( |+ x1 E
13. 什么是PLC？


) |& O5 O, C) l( y, m0 Y
, Q$ f  X$ n: j  ?' X  }PLC就是可编程逻辑控制器。



' X( N- w* q+ |+ g" u" c- l14. PLC能用于过程控制吗？
( G& T/ e$ E5 M* M; M( G5 D" z: Z, }


早期的PLC只是用来完成一些电气逻辑控制和开关量，现在的PLC在性能上，特别是对模拟信号的处理能力上已经大大提高，因此现在PLC是可以用于过程控制的。

/ K6 Z$ X2 d/ @4 o$ U

15. 什么是模拟量和数字量？
* F, q) e, @" d: u3 |/ S0 ~3 f
2 F+ p9 \  \# e* t. O3 g" w8 K
) Y& V" g% N3 {% K! ~/ Y; P4 m% ~& t
: |/ s" i6 Q: p6 L. Y0 _4 w+ B模拟量是指连续变化的信号（如4~20mA,0~5v）；数字量是只有开关状态的信号。
+ r3 l8 g. }7 M1 s7 P* _

) j9 Y5 A& x2 U+ Y3 N& E
16. I/O信号是如何分类的？

. m  R0 I3 W! r' Q! J& o. [
" }/ c5 }: B" M& k  s
常用的I/O信号一般分为：AI、AO、DI和DO。AI－－模拟量输入信号。AO－－模拟量输出信号 。DI－－数字量输入信号 。DO－－数字量输出信号 。
1 r9 {1 A% x. C/ b$ ?" s* z


17. 什么是DCS的开放性？
; @; U# {' A. e1 w


' Q  S+ W9 F1 R2 F4 u: E/ j* V/ ~# bDCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接，并获取其信息的性能。这种连接主要是通过网络实现的，采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS开放性的保障。我公司目前采用的DCS系统有很好的开放性。

( j& L3 u) ^6 Q

18. 什么是系统冗余？
/ Y' O1 @) B! j/ y+ r+ r7 [
3 Z+ B/ q: X& Q! {& C
# I) b, g* J5 P$ H1 x
在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。
1 u& E0 Y; I; V9 H0 E" i, I$ q! d: c

* B' G" \* w5 b5 l$ U, ~. U
5 D+ p4 |9 x1 v+ v& l2 E: s4 v通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。在极端情况下，一些系统会考虑全系统冗余，即还包括I/O冗余。
& w5 m3 r5 v% U4 B5 t; F

+ n8 [: f( k6 X0 ?/ h/ H5 f
19. 什么是I/O余量？
) H9 X! I! l9 D# Y/ X

- Y1 X7 `5 [! D( K
与冗余不同，I/O余量只是系统中I/O数量大于应用的要求，这种余量只是数量上的，主要目的是使系统今后有继续加入控制信号的可能。

) [4 p$ t  B, v8 h3 @; Q# h5 m3 O# D