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分布式控制系統(tǒng)
由多臺計算機分別控制生產(chǎn)過程中多個控制回路，同時又可集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的自動控制系統(tǒng) 。分布式控制系統(tǒng)采用微處理機分別控制各個回路，而用中小型工業(yè)控制計算機或高性能的微處理機實施上一級的控制 。各回路之間和上下級之間通過高速數(shù)據(jù)通道交換信息。分布式控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)獲取、直接數(shù)字控制、人機交互以及監(jiān)控和管理等功能。分布式控制系統(tǒng)是在計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和計算機多級控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是生產(chǎn)過程的一種比較完善的控制與管理系統(tǒng)。在分布式控制系統(tǒng)中，按地區(qū)把微處理機安裝在側(cè)量裝置與控制執(zhí)行機構(gòu)附近，將控制功能盡可能分散，管理功能相對集中 。這種分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不會由于計算機的故障而使整個系統(tǒng)失去控制。當(dāng)管理級發(fā)生故障時，過程控制級（控制回路）仍具有獨立控制能力，個別控制回路發(fā)生故障時也不致影響全局。與計算機多級控制系統(tǒng)相比 ，分布式控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上更加靈活、布局更為合理和成本更低。
分散型控制系統(tǒng)（DCS）是以微處理機為基礎(chǔ)，以微機分散控制，操作和管理集中為特性，集先進的計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT技術(shù)和控制技術(shù)即4C技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代計算機和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，DCS正向著多元化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化、集成管理方向發(fā)展，使得不同型號的DCS可以互連，進行數(shù)據(jù)交換，并可通過以太網(wǎng)將DCS系統(tǒng)和工廠管理網(wǎng)相連，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)上網(wǎng)，成為過程工業(yè)自動控制的主流。
近幾年來，生產(chǎn)行業(yè)進一步提高了工廠綜合自動化水平，注重信息化的建設(shè)，特別是各地的火電廠紛紛提出適合自己工廠的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）以提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)工廠管理信息系統(tǒng)與各種分散控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)以分散控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以經(jīng)濟運行和提高發(fā)電企業(yè)整體效益為目的，采用先進、適用、有效的專業(yè)計算方法，實現(xiàn)整個電廠范圍內(nèi)信息共享，廠級生產(chǎn)過程的實時信息監(jiān)控和調(diào)度，同時又提高了機組運行的可靠性。它為電廠管理層的決策提供真實、可靠的實時運行數(shù)據(jù)，為市場運作下的企業(yè)提供科學(xué)、準(zhǔn)確的經(jīng)濟性指標(biāo)。
DCS是分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。
高可靠性
由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。
開放性
DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。
靈活性
通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定側(cè)量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。
易于維護
功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。
協(xié)調(diào)性
各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。
功能齊全
控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)側(cè)控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。
DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。
處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。
1975年美國霍尼韋爾(Honey Well)第一套分布式控制系統(tǒng)TDCS-2000問世以來，分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，以其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開放的聯(lián)網(wǎng)能力，逐漸成為過程工業(yè)自動控制的主流系統(tǒng)。
迄今，全世界數(shù)百家廠商已經(jīng)開發(fā)了各種類型的分布式控制系統(tǒng)1500余種，DCS 以其先進、可靠、靈活和操控簡便以及合理的價格而得到廣大工業(yè)用戶的青睞，廣泛應(yīng)用于冶金、電力、化工、石油和造紙等工業(yè)領(lǐng)域。
分布式系統(tǒng)的硬件：
現(xiàn)場控制站主要由機箱（柜）、電源、PC總線工業(yè)控制機 、通信控制單元、手動、自動顯示操作單元等構(gòu)成。其功能主要有6種，即數(shù)據(jù)采集功能、DDC控制功能、順序控制功能、信號報警功能、打印報表功能、數(shù)據(jù)通信功能。
智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過程控制儀表，其外表類似于一般的盤裝儀表。智能調(diào)節(jié)器不僅可接受4～20mA，DC電流信號輸入的設(shè)定值，還具有異步通信接口RS－422/485、RS－232等，可與上位機連成主從式通信網(wǎng)絡(luò)，接受上位機下傳的控制參數(shù)，并上報各種過程參數(shù)。
集中操作監(jiān)控級（面向操作員和系統(tǒng)工程師）功能主要是以操作監(jiān)視為主要任務(wù)，兼有部分管理功能。配備計算機及外設(shè)，以及相應(yīng)軟件，對生產(chǎn)過程實行高級控制策略、故障診斷、質(zhì)量評估。
其組成如下： 監(jiān)控計算機
工程師顯示操作站
操作員顯示操作站
顯示工作站主要由鍵盤、CRT顯示器和打印機構(gòu)成，是實現(xiàn)和操作員以及工程師有關(guān)的系統(tǒng)的功能：操作員在運轉(zhuǎn)整個系統(tǒng)時必要的操作功能，工程師為了進行系統(tǒng)的生成和維護時必要的工程師功能。
綜合信息管理級的功能是實現(xiàn)整個企業(yè)的綜合信息管理（主要包括生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理），主要由管理計算機、辦公自動化系統(tǒng)、工廠自動化服務(wù)系統(tǒng)組成，應(yīng)用了MIS系統(tǒng)。
分布式控制系統(tǒng)的軟件
分布式控制系統(tǒng)的軟件可分為系統(tǒng)軟件、組態(tài)軟件、應(yīng)用軟件。其功能如下所述：
系統(tǒng)軟件：提供系統(tǒng)運行和管理的基本環(huán)境。
組態(tài)軟件：對過程管理系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的定義、確定各設(shè)備的工作要求，設(shè)備網(wǎng)地址分配、定義各種控制點、點數(shù)據(jù)在顯示圖上的編排等。
應(yīng)用軟件：用于整個生產(chǎn)過程的操作和控制，過程數(shù)據(jù)收集，信息分析、優(yōu)化，監(jiān)控控制，外來設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化及完善。運行于系統(tǒng)人機界面工作站、服務(wù)器等節(jié)點中的軟件，提供數(shù)據(jù)采集和事件分析處理、信息存儲和管理、二次計算、人機界面監(jiān)視、遠程控制操作及其他的應(yīng)用功能。
分布式控制系統(tǒng)
分布式直流電源
分布式直流電源是一種新型的直流電源設(shè)備，主要應(yīng)用于小型開關(guān)站和用戶末端，為二次控制線路（如微機保護等智能終端及指示燈、模擬指示器等）提供可靠不間斷工作電源，避免交流失電時導(dǎo)致微機保護失去保護作用，解決因操作過電壓及諧波等因素使UPS失效從而導(dǎo)致微機保護失效問題。同時還可為符合裝置功率要求的一次開關(guān)設(shè)備（彈簧機構(gòu)真空斷路器、永磁機構(gòu)真空斷路器、電動負荷開關(guān)等）提供直流操作電源。 分布式直流電源具有市電輸入和PT輸入兩種方式，輸出方式從DC220V至DC24V各種規(guī)格，可以滿足各種使用場合。裝置最大輸出功率可達600W，可以滿足不同負載的需求。 分布式直流電源體積小，安裝接線方便，適合分散安裝于各種型號的開關(guān)設(shè)備內(nèi)。使之比一般直流屏系統(tǒng)更可靠，更經(jīng)濟（對小型用戶終端更明顯），又節(jié)省占地空間，降低線路損耗及安裝工程量，且維護方便，為電力系統(tǒng)供電可靠性提供新的選擇方案。 分布式直流電源采用高頻電源技術(shù)，蓄電池采用自動充電管理模塊進行維護，大大延長蓄電池的使用壽命，使得裝置運行更加安全可靠。裝置具備通訊、報警功能，可以方便地實現(xiàn)無人值守的遠程自動化管理。 應(yīng)用范圍 分布式直流電源主要應(yīng)用于各種型號的開關(guān)設(shè)備內(nèi)，為主開關(guān)（斷路器、負荷開關(guān)等）和二次保護裝置提供可靠的直流操作電源。
使用環(huán)境條件
工組環(huán)境溫度：-10℃～+45℃；最大月平均相對濕度：≤90%；最大日平均相對濕度：≤95%；海拔高度：不大于2000米；工作環(huán)境條件：無導(dǎo)電微粒塵埃，無腐蝕金屬和破壞絕緣的化學(xué)物質(zhì)，使用地點應(yīng)具有防御雨、雪、風(fēng)、沙的設(shè)施，周圍不允許充滿水蒸氣或有較嚴(yán)重的霉菌存在。
輸入電源
交流輸入電壓：85～265VAC；頻率：50Hz±10%；波形：正弦波，波形畸變<5%；功率要求：單臺不小于150VA。
輸出功率及功耗
（1）連續(xù)運行功率： 連續(xù)運行：≤100W，可滿足微機保護裝置、指示燈、模擬指示器供電需要；由電池供電時，根據(jù)電池容量及負載參數(shù)可長達8～24小時。 短時運行功率：≤200W，20S，可滿足VS1、VD4、ZN21等大多數(shù)10KV系統(tǒng)彈操機構(gòu)斷路器，電動負荷開關(guān)儲能供電需要。 瞬時運行功率：≤600W，100ms，可滿足VS1、VD4、ZN21等大多數(shù)10KV系統(tǒng)彈操機構(gòu)斷路器及負荷開關(guān)分合閘供電需要；由電池后備供電時，可操作20次以上。 （2）功率消耗：裝置本身消耗的功率不大于8W。 蓄電池的充放電裝置外接2節(jié)12V蓄電池，當(dāng)裝置交流供電停電后，保證直流供電正常連續(xù)，具體備用時間由蓄電池容量和負載大小決定，當(dāng)蓄電池放電至過欠壓時，裝置發(fā)出報警信號，并為保護蓄電池自動停止直流輸出；當(dāng)交流供電正常時，裝置自動恢復(fù)直流供電并在72小時之內(nèi)可將蓄電池重新充滿。
日常維護
1. 過程通道故障過程通道故障出現(xiàn)最的多的是I/O卡故障：I/O卡故障一般的判斷與處理，通過系統(tǒng)診斷，更換通道或通過更換備用件處理，至于其內(nèi)部元件老化或是其他原因造成的損壞，一般熱控制人員不好判斷。I/O卡的檢修一般是由廠家處理，目前的熱控檢修人員的手段還不能達到像檢修常規(guī)儀表那樣檢修。而且生產(chǎn)廠家的I/O卡件已制造成一體化的趨勢，這樣只能購買備件。好在這類故障只是在調(diào)試階段出現(xiàn)較多，正常運行中出現(xiàn)幾率很低。一次元件或控制設(shè)備出現(xiàn)故障有時不能直接被操作員發(fā)現(xiàn)，只有異常或報警后才通知熱控人員處理。這樣對檢修人員和運行人員的素質(zhì)要求就要提高，運行人員要詳細介紹故障前后的狀態(tài)便于熱控檢修人員能夠快速、準(zhǔn)確地處理缺陷，減少故障的擴大化，另外許多DCS廠家在產(chǎn)品宣傳上都支持卡件熱撥，做為控制人員，在運行中更換卡件時一定要做好安全防護措施否則會引起系統(tǒng)變化或負荷變化，尤其數(shù)字量卡件。[1]2. 對于操作員站死機無論國產(chǎn)與進口設(shè)備都有相關(guān)的報道，那么究其原因比較多，硬盤或卡件故障，冷卻風(fēng)扇負荷過重等等，有時會發(fā)生人為操作現(xiàn)象，一般在修改控制邏輯下裝軟件重啟設(shè)備或強制設(shè)備保護信號時，最易發(fā)生操作事件，輕則設(shè)備異常，重則易造成設(shè)備停運后果非常嚴(yán)重；對死機后重啟，不同廠家的啟動時問不同，少則幾十秒，多則幾分鐘，人為該操作發(fā)生的故障在熱工專業(yè)中的不安全事件中占有很大比例，在操作中尤為引起高度重視，減少人為故障。
3. 球標(biāo)操作不正常，一般是由于機械裝置長期工作、老化、污染、點通斷不可靠、電纜插件不牢等這樣的就需要換檢查即可。
4. 控制操作失靈：是由于球標(biāo)的操作信號沒有正常改變過程通道的狀態(tài)，造成操作失效，這是2個方面造成的，一個方面是軟件缺陷，另一方面是硬件本身故障的狀態(tài)針對這樣的缺陷通常做法檢查過程通道功能正常后，再檢查操作遠必要時進行重起初始操作。
5. 對于薄膜鍵盤主要是鍵盤接觸不良信號電纜松動或主機誤動鍵盤或啟動不完整都可以導(dǎo)致其功能不正常應(yīng)用針對不同情況處理。
6. 打印機不工作一般是由于配置的原因，這樣的故障應(yīng)檢查打印機的設(shè)置及其硬件是否正常進行處理。報表軟件功能不強主要表現(xiàn)在由于打印機打印報表和SOE等造成死機，或者打印機的SOE記錄時問與實際情況不符；SOE打印瀏覽后不能返回歷史曲線；SOE時間順序不一致有時偏差很大，這會延誤事故分析的進展時，有時還會誤導(dǎo)分析方向，SOE問題既與系統(tǒng)設(shè)計不合理，SOE點沒完全集中在一個DPU上的有關(guān)，也與系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計考慮不周有關(guān)。這種故障的出現(xiàn)，通過分析認(rèn)為這主要是對電廠的總體方面考慮的不太完美，在小的方面還不夠仔細會出現(xiàn)這樣那樣的故障，針對這種情況要認(rèn)真對待，不放過蛛絲馬跡，與廠家認(rèn)真研究提出問題進一步完善，讓該系統(tǒng)更好地為生產(chǎn)服務(wù)。
7. 電源故障：電源故障問題較多，保險配置不合理，備用電源不能自投，電源波動引起保護誤動及接插頭接觸不良易造成無電源。針對電源故障處理相對比較容易。首先，認(rèn)真核對保險的配置及容量，真正起到保險的作用；其次，UPS的配備很重要，它可以在電源波動時也能保證系統(tǒng)正常供電，而且要考慮冗余和備用問題。
8. 干擾造成的故障：對于干擾主要是接地問題，備用電源的切換和大功率的無線通信設(shè)備如手機、對講機等。另外還有DCS系統(tǒng)的干擾信號可能由本身造成的。那么對于DCS系統(tǒng)的接地問題越來越引起人們的重視，尤其在電力行業(yè)，大功率電器設(shè)備的啟動和停止都會干擾DCS的控制信號，造成不必要的故障。為了防止干擾信號串入系統(tǒng)，嚴(yán)格執(zhí)行屏蔽和接地要求和方式，信號線遠離干擾源，同時采取防電源波動措施。主/從過程處理機之間在機組運行時，除非萬不得以，盡量不要人為切換，已防產(chǎn)生干擾，如必須切換，應(yīng)采取措施，先將控制切手動，以免對機組運行工況產(chǎn)生影響。對電子設(shè)備問、工程師站等重點部位，應(yīng)絕對禁止使用大功率無線電通信設(shè)備。
