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1、DCS 的发展与应用,DCS的发展,历史追溯 上世纪70年代，随着经济的迅速发展，生产装置迅速向大型化发展。尤其在石油炼制、冶金、化工、建材、电力、等行业。这些行业的生产大型化能带来明显的好处，如生产效率提高、原料消耗减少、劳动力成本降低等。生产设施的提高要求设备之间具有更好的的协调性，而且停机会带来巨大的损失。因此用户迫切希望能够有一种产品或者系统能够解决生产过程大型化和连续化所面临的的控制问题。,硬件的发展要求,20世纪 70 年代中期，大规模集成也路取得突破校的发展. 8位处理器得到了广泛的运用， 使自动化仪表工业发生巨大的变化，现代意义上的 DCS 也应运而生. 1975 年 Hone
2、ywell 推出了第一个 DCS 产品，即 TDC2000. 但只有模拟量控制。,中国的DCS发展,中国使用 DCS 始于 1981 年，;当时吉化公司化肥厂在合成岸装置中引进了Yokogawa 的产品，表现出良好的控制性能和可靠性。随后中国引进的 30 套大型化肥项目和大型炼油项目都采用了DCS 控制系统，提高了生产设施的效率和产品质量的连续性，并且物耗和能耗也有不同程度的降低。DCS 产品在石油和化工行业的成功应用也促进了其他行业控制系统的发展，在随后的几年，冶金、建材、电力、轻工等行业的新建项目中也陆续使用了 DCS 产品，并成为这些要行业 的主流控制系统。,技术发展,从不同方向发展起来
3、的DCS在结构上、软件方 面有些区别. 仪表公司开发的 DCS 的控制器的软件部分 比较符合仪表工程人员应用的习惯，特别是组态方式比较方便。计算机 公司设计的 DCS 的人机界面比较友好。相继出现的 DCS 有 MAX-L、 RS3 、MOD Ill（泰勒）、N90（贝利）、D/3、WDPF 、MICRO 、 ECS-1200; 横河的 YEPARK MARK II 、东芝的TISDDIC; 英国的 P4000; 德国司的 TELEPERM（西门子） 、DCE-400(费舍尔） 等。,技术发展表现,在硬件结构、软件应用和网络协议方丽，随着计算机技术的发展，大约有三次比较大的变革，表现在操作站、
4、DCS网络、现场总线的出现三个方面 。 二十世纪七十年代操作站的硬件、操作系统、监控软件都是专用的，由各 DCS厂家自己开发，操作站也没有动态流程图，只有文本显示。通讯网络的协议基本上都是采用轮询方式，在网络上设交通指挥器。八十年代就发生变化了，通讯网络较多地使用令牌方式。九十年代操作站出现了通用操作站，九十年代末 DCS 通讯网络有部分开始采用以太网. 21 世纪初 DCS 和 MIS 系统相结合，组成综合管理信息系统，DCS 的信号送到全厂和存入工厂数据库，供管理人员查询。MIS 系统的数据传输，载体采用光纤网和电话线网相结合的方式，传输数据多的地方采用光纤，数据 少的地方用电话线，很像公
5、共交通的高速公路和国道联合使用一样。,技术发展表现,总的来看， DCS本身的I/O板变化主要体现在I/O 板 A/D 的转换位数；操作站的变化体现在软、硬件的改变，通讯网络结构、协议的改进；控制器相对来讲变化要小的多，它只是由于芯片水平的提高而作 些调整;功能块的算法和组态方式是不变的；操作站主要表现在由专用机变化到通用机，监控软件由专用 逐渐变化到通用。 DCS 的另一个重要发展是:现场总线作为控制器的输入、输出。把现场总线作为 DCS 的输入、输出板， 目的是解决远程信号的数据传输问题，如把 HART总线做成 DCS 的一 种输入板，可以有 16 个变送器链接在 HART 总线上。又如LO
6、NWORKS 总线作为 MOORE 的 353 回路控制器的输入、输出。控制器的控制回路由两个增加到 25 个，问时还能有 100 个开关量。变送器、执行机构和DCS 的控制器的距离可达 1 公里以上，不仅解决了远程信号的数据传输问题，还节省了连接电缆。,市场规模,中国庞大而成体系的流程工业形成了过程控制系统的市场基础，而其中电力、石化、化工、建材、造 纸、市政、冶金的大幅度投资与增长，更形成了每年超过 50 亿元 (2004) 的 DCS 市场规模。同时，市场的行业分布也与这些行业的投资情况息息相关 。譬如，近年的能源短缺和随之而来煤化工投资热潮， 使得煤化工行业的 DCS 能求达到 18
7、亿元， 占据整个市场三分之一强的份额，超过了石化和化工这些传统的DCS应用的行业。,DCS控制的发展趋势,1.传统 DCS 转向开放的DCS 传统DCS是由控制站，操作站及网络组成，开放性较差. 90年代国外推出新一代DCS 。如霍尼韦尔的 TPS ，它是集过程控制和信息管理于一体的计算机系统，采用通用的软件: Windows 和Intel 芯片。 2. 以工业PC机和现场总线为基础的分散控制。随着工业 PC 机和现场总线技术的发展，工业PC机的容量大，灵活性强，价格便宜，作为生产过程控制的设备，可满足要求。本世纪，以工业 PC 机和现场总统为基础的分散控制，在石化工厂将会得到应用。 据专家估
8、计:本世纪，大部分常规的DCS 功能将会移到现场智能仪表和 基于PC 的系统。,DCS控制的发展趋势,总线和现场总线控制系统 随着国际现场总线标准的实施，现场总线技术的成熟以及现场总线控制系统的推出它将对我国仪表和自控领域产生巨大的影响，也必将对我国石化企业 仪表和控制系统的应用产生很大的影响。由于现场总线技术克服了模拟仪表和 DCS 的不足及应用中的问题，近几年它发展迅速，已进入实用化阶段。新一代控制系统是由多段高速和低速现场总线、各类智能现场仪表包括流量、压力、温度、执行器及辅助单元等、人机接口(工业 PC机)、组态软件、监控软件及网络软件等组成现场总线控制系统。有的国外仪表公司已推出自己
9、的现场总钱控制系统。现有的控制系统是 DCS ，它可完成控制、显示、操作及与上位机通讯等。采用现场总统控制系统，原DCS的60%-80%de的基本控制功能分散在智能现场仪表上执行， 现场仪表、 PLC 、人机接口(操作站)、维护管理系统和上位机系统都将作为现场总线的节点平等地挂在现场总线上。 FCS 除了有控制系统外还有非控制用的信息组成维护管理系统，可把现场仪表的工位号、制造厂 、 材料、量程和零点、运行状况、准确度、维修计划等一系列信息传送到操作站，操作员对现场仪表运行情况一目了然。系统出现故障时，可及时了解故障的位置和性质，缩短了判断故障的时间，并可预测维修，提高了系统的可靠性和可用性。
10、,控制、管理、经营于一体的信息综合系统,目前，许多化工企业都是采用一种自成系统的自动化络构，每个单元都有它自己负责的自动 化系统，形成许多自动化“孤岛”式的控制和信息管理格局。由于市场竞争激烈和规模经营发展，企业为增强竞争优势，需要更及时、准确的信息为企业决策服务，并使经营决策能有效地转变为生产操作成果，计算 机控制、经营和管理 一体化的信息综合系统的应用开发将会得到炼油化工企业的重视。该系统主要由调节 控制级、生产管理级和经营决策 级组成。调节控制级包括现场仪表、调节控制、先进控制和优化，实现过 程的最佳控制；生产经营管理级. 包括跟踪产品质量的实验室信息管理系统，采集、加工和分析信息，生产
11、 计划调度等;决策级是企业的最高决策层，包 括原料供给、产品销售、市场营销等活动，及时做出正确决策，实现企业的最大利润。,公用工程控制,公用工程装置不是化工厂中的直接生产装置，公用工程是向各工艺装置供应能源的，同时也消耗能源。如何使用公用工程装置能源合理分配，达到燃料、蒸汽和电力优化分配，则是公用 工程控制的目的。在经济发达的国家中，十分重视公用工程的能源优化控制管理。目前国外有许多公司都推出自己的能源优化控制管理软件包，对能源管理进行优化，以达到节约能源，提高效益的目的。美国SETPOINT 公司的公用能源优化应用软件包已全世界十几个工厂中安装使用。它是结合模拟和先进控制来建立一个全 厂范围
12、内的能源管理系统，以最低的费用提供能源，它可以分析蒸汽量，优化控制锅炉蒸汽产量，可以直接同过程计 算机相连接，在线进行优化控制，可节约能源费用的2% 8%o ABB Simcon 公司的能源管理系统 (EMS)，也是 一种优化控制系统。它可以管理和控制工厂能源的发生和分配。它使用优化、能源预测、蒸汽和电力平衡， 产气和发电协调、自适应和预先控制，以达到燃料、产汽控制优化的目的，可以节约5%10%的能源消耗。,DCS控制体统的网络架构,DCS控制系统的构成,过程级 控制器 I/O板 通讯网络 操作级 操作站和工程师站 组态及各种编程软件 管理级 MIS ERP等,常见的DCS控制系统,分程控制 PID控制 比例控制 串级控制 前馈控制 反馈控制等,