【文章內容簡介】 是分散的過程控制，是系統(tǒng)與過程的接口。其結構特征: ① 需適應惡劣的工業(yè)生產過程環(huán)境 分散過程控制裝置的一部分設備需安裝在現(xiàn)場所處的環(huán)境差，因此，要求分散過程控制裝置能適應環(huán)境的溫度，濕度變化；適應電網電壓波動的變化；適應工業(yè)環(huán)境中獸王電磁干擾的影響；適應環(huán)境介質的影響。 ②分散控制 分散過程控制裝置體現(xiàn)了控制分散的系統(tǒng)構成。它把區(qū)域分散的過程控制裝置用分散的控制實現(xiàn)。它把監(jiān)視和控制分離，把危險分散，使得系統(tǒng)的可靠性提高。 ③實時性 分散過程控制裝置直接與過程進行聯(lián)系，為能準確反映過程參數(shù)的變化，它應具有實時性強的特點。從裝置來看，它要有快的時鐘頻率，足夠的字長。從軟件來看，運算的程序應精煉，實時和多任務作業(yè)。 ④獨立性 相對于集散控制系統(tǒng)，分散過程裝置具有較強的獨立性。在上一級設備出現(xiàn)故障或與上一級的通信失敗的情況下，它還能正常運行，從而也使過程控制和操作得以進行。因此，對它的可靠性要求也相對更高。 目前的分散過程控制裝置部分由回路控制器、多功能控制器、可編程序邏輯控制器及數(shù)據(jù)采集裝置等組成。它相當于現(xiàn)場控制級和過程控制裝置級，實現(xiàn)與過程的連接。 DCS系統(tǒng)的特點 常規(guī)模擬儀表組成的過程控制系統(tǒng)與集中式計算機過程控制系統(tǒng)都有其固有的局限性。而DCS系統(tǒng)在工業(yè)控制上具有上述兩種系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)越性。（1）控制功能完善。集散控制系統(tǒng)的控制單元具有連續(xù)、離散、批量控制等高級功能，可以完成從簡單的單回路控制到復雜的多變量模型優(yōu)化控制及邏輯控制；可以實現(xiàn)監(jiān)控、顯示、打印、報警、歷史數(shù)據(jù)存儲等日常全部操作。（2）系統(tǒng)擴展靈活。集散系統(tǒng)多采用模塊式結構，可以靈活地組建單回路、多回路、大、中、小等各類系統(tǒng)。由于系統(tǒng)采用局域網絡，系統(tǒng)的擴展變得異常方便，局域網節(jié)點可以靈活地接入各種單元或其他網絡。（3）完善的人機聯(lián)系和集中監(jiān)控功能。CRT屏幕可將整個工廠的生產狀況，單元的數(shù)據(jù)及時、準確的展現(xiàn)在操作者面前；同時，CRT操作站還能夠適應現(xiàn)代管理中對畫面和報表的各種要求，從而實現(xiàn)真正的集中操作和管理。（4）安全可靠性高。由于采用了多微機分散控制結構，危險分散，系統(tǒng)中關鍵設備采用雙重或多重冗余設有自動備用系統(tǒng)和完善的自診斷功能；現(xiàn)場信號的采集采用分布式，采集的信號經智能前端處理成數(shù)據(jù)信號，抗干擾的能力增強。（5）安裝調試簡單。集散系統(tǒng)各單元安裝在標準機框內，模件之間采用多芯電纜，標準化接插件相連；現(xiàn)場與控制室之間只需12根屏蔽電纜進行數(shù)據(jù)通訊，布線量大大減少。系統(tǒng)采用專業(yè)軟件調試，安裝調試時間僅為常規(guī)儀表的一半。（6）具有良好的性能價格比。鑒于上述優(yōu)良的性能及布線、安裝、調試費用等的大幅度下降，DCS系統(tǒng)規(guī)模越大，平均每個回路的投資越省。 DCS系統(tǒng)的傳輸媒介 網絡傳輸介質主要有軸電纜、雙紋線、光纖以及射頻等。同軸電纜帶寬較高，傳輸距離可達幾公里。同軸電纜目前主要應用在環(huán)形和總線型網絡中，其成本中等。雙紋線近年來在桌面接入系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，尤其是在星型網絡中。光纖損耗低，傳輸距離遠，通信容量大，而且光纖抗電磁干擾能力強。應該說，光纖是工業(yè)控制通信網絡的一個重要的發(fā)展趨勢。選擇什么樣的傳輸介質往往跟網絡的拓撲關系有關，例如星型結構通常選用雙絞線，這取決于節(jié)點的能力、節(jié)點之間的距離及環(huán)境因素等。環(huán)形拓撲結構可以采用任何傳輸介質，取決于網絡技術要求。對于總線型拓撲結構，一般采用雙紋線和同軸電纜，而不選用光纖。 有線方式在應用范圍、組網靈活性等方面都存在著一定的不足。相反，采用無線射頻的方式則可以超越地域上的限制，大大提高系統(tǒng)實現(xiàn)上的靈活性。因此，近年來，無線DCS越來越受到人們的重視。 DCS通訊網絡 與普通局域網不同，工業(yè)LAN對實時性要求比較高。一般是通過犧牲信道利用率來保證通信的實時性。為了保證DCS通信網絡的實時性，一般采取以下幾種措施。（1）限定通信網絡上每一個取得通信權的時間上限值，從而避免某些站長時間的占用通信資源而破壞其他站的實時性。（2）保證在某一固定周期內，通信網的各站均有機會取得通信權，以防個別站長時間得不到通信權而使其實時性降低。這一固定周期越短，則網絡的整體實時性越高。（3）既可以采取靜態(tài)方式賦予某些站較高的優(yōu)先權，也可以采取動態(tài)的方式臨時賦予某此通信任務以較高的優(yōu)先權，以滿足各個站對實時性的不同要求。（4）應該力求使通信協(xié)議簡單。OSI標準協(xié)議共有七層，層數(shù)的增多會使有效傳輸率降低而影響實時性。因此，工業(yè)LAN采用的通信協(xié)議一般應該分層少且使用簡化與壓縮型通信協(xié)議。MAP（Manufacture Automation Protocol）協(xié)議為了適應高實時性要求，在協(xié)議中專構建立； 支持壓縮型協(xié)議的Mini MAP系統(tǒng)，可使實時性提高3到5倍。 另外，提高通信速率也可以提高實時性。因此應采取優(yōu)良的通信介質，如光導纖維等。 DCS系統(tǒng)通信網絡基本上是基于IEEES02局域網通信協(xié)議標準的。在DCS網絡中主要使用或所關聯(lián)的是3種通信協(xié)議網絡，即：＆。 目前，IEEE802已被國際標準化組織推薦為局域網國際標準，并定名為ISODP8802/X，但在實際的應用中，各DCS廠家仍然采用不同的802通訊標準和不同的操作系統(tǒng)，實際上并沒有真正的開放。美國General Motons 公司以ISO7層模式為依據(jù)，從制造業(yè)自動化局部區(qū)域網絡的角度提出了MAP規(guī)程，得到了工業(yè)控制領域的認可。 MAP協(xié)議基于IEEE802標準，其邏輯鏈路子層LLC。而介質訪問控制子層MAC，故MAP協(xié)議也具備令牌總線的優(yōu)點。MAP代表著工業(yè)控制系統(tǒng)網絡通訊結構的發(fā)展方向。目前，各主要DCS系統(tǒng)正在向MAP協(xié)議靠攏，以便真正走向開放，融合。 JX300XP系統(tǒng)簡介—300XP系統(tǒng)概述浙大中控推出的全數(shù)字化的新一代集散控制系統(tǒng)JX—300XP，大限度的滿足應用需求的原則，應用了最新的信號處理技術、高速網絡通信技術、可靠地軟件平臺和軟件設計技術以及現(xiàn)場總線技術，采用了高性能的微處理器和成熟的先進控制算法，全面提高了JX—300X的功能和性能，使其兼具了高速可靠的數(shù)據(jù)輸入、輸出、運算、過程控制功能和PLC連鎖邏輯控制功能，能適應更廣泛更復雜的應用要求，成為一個全數(shù)字化。結構靈活、功能完善的新型開放式集散控制系統(tǒng)?！?JX300XP DＣＳ由操作站、控制站、過程控制網絡等組成。 工程師站是為專業(yè)工程技術人員設計的， 內裝有相應的組態(tài)平臺和系統(tǒng)維護工具。通過系統(tǒng)組態(tài)平臺生成適合于生產工藝要求的應用系統(tǒng)，具體功能包括：系統(tǒng)生成、數(shù)據(jù)庫結構定義、操作組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、報表程序編制等。而使用系統(tǒng)的維護工具軟件實現(xiàn)過程控制網絡調試、故障診斷、信號調校等。操作站是由工業(yè) PC 機、CRT、鍵盤、鼠標、打印機等組成的人機系統(tǒng)，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務的環(huán)境。高性能工控機、卓越的流程圖機能、多 窗口畫面顯示功能可以方便地實現(xiàn)生產過程信息的集中顯示、 集中操作和集中管理?？刂普局苯优c現(xiàn)場打交道的 I/O 處理單元，完成整個工業(yè)過程的實時監(jiān)控功能?？刂普究扇哂嗯渲?，靈活、合理。在同一系統(tǒng)中，任何信號均可按冗余或不冗余連接，詳見卡件描述。對于系統(tǒng)中重要的公用部件，建議采用100%冗余，如主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡和電源箱。 過程控制網絡實現(xiàn)工程師站、操作站、控制站的連接，完成信息、控制命令等傳輸，雙重化冗余設計，使得信息傳輸安全、高速。—300XP DCS系統(tǒng)的整體結構JX—300XP DCS采用三層通信網絡結構。如下圖31所示：圖31 JX—300XP 系統(tǒng)結構圖最上層為信息管理網，采用符合TCP/IP協(xié)議的以太網，連接了各個控制裝置的網橋以及企業(yè)內各類管理計算機，用于工廠級的信息傳送和管理，是實現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。中間層為過程控制網，采用了雙高速冗余工業(yè)以太網SetⅡ作為其過程控制網絡，連接操作站、工程師站與控制站等，傳輸各種實時信息。底層網絡為控制站內部網絡SBUS，采用主控制卡指揮式令牌網，存儲轉發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進行信息交換的通道。 ①系統(tǒng)規(guī)模 過程控制網絡 SCnet Ⅱ連接系統(tǒng)的工程師站、 操作站和控制站， 完成站與站之間數(shù)據(jù)交換。SCnet Ⅱ可以接多個 SCnet Ⅱ子網，形成一種組合結構。每個 SCnet Ⅱ網理論上最多可帶 1024 個節(jié)點，最遠可達 10,000 米。目前已實現(xiàn)的 1 個控制區(qū)域包括 15個控制站、32 個操作站或工程師站，總容量 15360 點。② 控制站規(guī)模 JX300X DCS 控制站內部以機籠為單位。機籠固定在機柜的多層機架上，每只機柜最多配置 7 只機籠：1 只電源箱機籠和 6 只卡件機籠（可配置控制站各類卡件）。 卡件機籠根據(jù)內部所插卡件的型號分為兩類：主控制機籠（配置主控制卡）和 I/O機籠（不配置主控制卡）。每類機籠最多可以配置 20 塊卡件，即除了最多配置互為冗余的主控制卡和數(shù)據(jù)轉發(fā)卡各一對外，還可以配置 16 塊各類 I/O 卡件。 控制站通過 SBUS 網絡構成了一種更分散的控制結構，提高了系統(tǒng)的可靠性。 系統(tǒng)的每一塊卡件均帶有專用的微處理器，負責該卡件的控制、檢測、運算、 處理及故障診斷等，提高了每塊卡件的自洽性，使系統(tǒng)的可靠性和安全性成倍上升。 系統(tǒng)的模擬量輸入（AI）卡件采用了智能調理和先進的信號前端處理技術，由卡件上的微處理器控制，將信號調理和 A/D 轉換合二為一，使每塊模擬量輸入卡具有信號智能調理和處理的能力，提高了 I/O 卡件的可靠性、獨立性，同時也有助于功能擴展。 機籠內部采用板級熱冗余技術，卡件可根據(jù)需要實現(xiàn) 1∶1 熱備份：當任一設置為冗余方式的工作卡件發(fā)生故障時，備用卡件即迅速自動切換，整個系統(tǒng)仍按原進程工作，不影響整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。用戶可以根據(jù)需要，對 I/O 卡選擇全冗余、部分冗余或不冗余。系統(tǒng)通過軟、硬件措施，確保冗余 I/O 卡之間滿足輸入 / 輸出相容性原則。信號全部采用磁隔離或光電隔離技術，將干擾拒之于系統(tǒng)之外。通道之間的隔離消除了信號之間的串模干擾影響，提高了信號處理的可靠性。為抑制交流電源噪聲干擾系統(tǒng)正常工作，安裝了電源低通濾波器，并采用帶屏蔽層的變壓器，使控制站與其他的供電電路相隔離。同時在布線和接地方面邏輯電路、模擬電路的布線盡量分開，直流供電備有良好的退耦電路。所有智能卡件通過先進的硬件設計和周密的軟件配合，都實現(xiàn)了帶電插拔的功能，以滿足系統(tǒng)在運行過程中的維修需要?！?00XP DCS系統(tǒng)設計DCS系統(tǒng)是硬件、系統(tǒng)軟件和應用軟件三部分的有機結合體。所以DCS系統(tǒng)的設計內容主要包括硬件設計和應用軟件的設計。JX—300XP DCS系統(tǒng)的硬件設計包括：①通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)是選擇DCS系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)之一。隨著計算機網絡通信技術的發(fā)展和市場的需求，大多數(shù)DCS系統(tǒng)都以開放系統(tǒng)為標準來設計其通信系統(tǒng)。②人—機接口：人—機接口是DCS系統(tǒng)的操作站部分。③接口單元：這里的接口單元是指DCS系統(tǒng)與本系統(tǒng)之外產品的接口單元。主要有DCS系統(tǒng)與上位計算機的接口，與氣相工業(yè)色譜的接口及與可編程控制器的接口。（1）控制站硬件 控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場打交道的I/O處理單元，完成整個工業(yè)過程的實時監(jiān)控功能。通過軟件設置和硬件的不同配置可構成不同功能的控制結構，如過程控制站、邏輯控制站、數(shù)據(jù)采集站?？刂普局饕袡C柜、機籠、供電單元和各類卡件（包括主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡和各種信號輸入/輸出）組成，其核心是主控制卡。主控制卡通常插在過程控制站最上部機籠內，通過系統(tǒng)內高速數(shù)據(jù)網絡擴充各種更能，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的輸入輸出，同時完成過程控制中的數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制以及包括優(yōu)化控制等各種控制算法。 JX—300XP DCS控制站以機籠為單位。機籠固定在機柜的多層機架上，每只機柜最多配置7只機籠：1只電源箱機籠和6只卡件機籠（可配置控制站類卡件）?？C籠根據(jù)內部所插卡件的型號分為兩類：主控制機籠和I/O機籠。每類機籠最多可以配置20塊卡件，即除了最多配置互為冗余的主控制卡和數(shù)據(jù)轉發(fā)卡各一對外，還可以配置16塊各類I/O卡件。 主控制卡必須插在機籠最左端的兩個槽位。在一個控制站內，主控制卡通過SBUS網絡可以掛接8個I/O或遠程I/O單元（即8個機籠）。主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保證實時過程控制的完整性。主控制卡的高度模塊化結構，用簡單的配置方法實現(xiàn)復雜的過程控制。（2）操作站硬件 JX—300XP DCS操作站的硬件基本組成包括：工控PC機（IPC）、彩色顯示器、鼠標、SetⅡ網卡、專用操作員鍵盤、操作臺、打印機等。JX—300XP DCS的工程師站的硬件配置與操作站的硬件配置基本一致，無特殊要求，而他們的區(qū)別在于系統(tǒng)軟件的配置不同，工程師站除了安裝有操作、監(jiān)視等基本功能的軟件外，還裝有相應的系統(tǒng)組態(tài)、維護等工程師站應用的工具軟件。（3）通信網絡 JX—300XP DCS的通信網絡分三層：第一層網絡是信息管理網；第二層網絡是過程控制網，稱為SetⅡ；第三層網絡是控制站內部I/O控制總線，稱為SBUS。JX—300XP DCS系統(tǒng)網絡結構如下圖32所示。圖32 JX—300XP DCS 系統(tǒng)網絡結構示意圖—300XP DCS系統(tǒng)軟件 用于給CS、OS、MFS進行組態(tài)的專用軟件，包括：SCKey（系統(tǒng)組態(tài)）、SCDiagnose（系統(tǒng)診斷）、SCControl（圖形化組態(tài)）等工具軟件包，稱之為組態(tài)軟件包。用于過程實時監(jiān)視、操作、記錄、打印、事故報警等功能的人機接口軟件成為實時監(jiān)控軟件AdvanTrol。 JX—300XP系統(tǒng)組態(tài)軟件包包括基本組態(tài)軟件SCKey、流程圖制作軟件SCDraw、報表制作軟件SCForm；用于控制站編程的程序語言SCLang、圖形化組態(tài)軟件SCControl等。各功能軟件之間通過對象鏈接與嵌入技術，動態(tài)的實現(xiàn)模塊間各種數(shù)據(jù)、信息通訊、控制管理。該軟件包以SCKey系統(tǒng)組態(tài)軟件為核心，各模塊彼此