分布式控制系统DCS由4部分组成:I/O板、控制器、操作站(人机界面(EMI))、通讯网络。 I/O板卡和控制器的技术水平与世界上的DCS厂商相差无几。 如果说有些不同,那就是控制器中的算法或多或少,算法的组合也有些不同。 I/O板的区别在于有的是智能的,有的不是,但控制器必须在Is内完成一个周期才能读取所有LO数据; 操作站之间的区别比较大,主要区别是选择PC机还是小型机,使用UNIX还是使用Windows操作系统,使用专用的还是通用的监控软件。 当操作系统和监控软件协调良好时,可以减少崩溃; 最大的区别是通信网络,最差的是轮询方式,最好的是异常报告方式。 速度差异比较大。
I/O板通过端子板直接连接到生产过程,读取来自传感器的信号。 20板有几种不同类型,每种I/O板都有对应的端子板。 如模拟量输入、4-20mA标准信号板、读取热电偶的毫伏信号板; 4-16通道; 模拟量输出,一般为4-20mA标准信号,一般通道数比较少,4~8通道; 开关量输入,16~/1/1JL通道; 开关量输出、开关量输入和输出也分为不同电压等级的板卡,如DC 24V、125V; AC 220V或115V等,8-16通道不等; 脉冲输入,用于采集速率信号,4~8通道; 快速中断输入; HART协议输入板; 现场总线 LO 板。
每个 LO 板都连接到 I/O 总线。 为了信号的安全性和完整性,信号在进入LO板之前需要进行修复,如上下限检测、温度补偿、滤波等。 这些任务可以在接线板上或单独完成。 完成信号修复的板称为信号调理板。 I/O 总线连接到控制器。
作为一个DCS控制器,它必须有各种功能块:通常有4个功能块连接到硬件,这与输入板的类型有关; 包括模拟量输入功能块、模拟量输出功能块,以及数字量输入功能块、开关量输出功能块。 每个功能块必须连接到特定的端子块。 如果有接收现场总线的信号,还需要一个接收现场总线信号的功能块。 此外,还有4个功能块连接到网络,分别是:模拟网络输入、模拟网络输出、开关网络输入、开关网络输出。 依次是PID功能块、工位功能块,依次是算术运算(加、减、乘、除),再是函数运算(初级滤波、超前滞后、二维曲线等)、三角运算(正弦、 余弦、正切、余切等)和三维矩阵运算。 一些高级运算,如模糊逻辑、模型控制等,可多可少,但它们是判断DOS系统功能好坏的标准。
为了增加控制器的I/O点数,增加控制器到现场的距离,可以在控制器上连接现场总线,如LonvJorks总线。 此时,控制器应具有连接到 Lonworks 的功能块。 Lonworks总线上的模块有独立的输入输出板和计算板,计算板中有少量的功能块。
控制器是DCS的核心部件,相当于一台PC机。 一些 Das 控制器本身就是 PC。 它主要有CPU、RAM、F2PROM和ROM等芯片,以及两个接口,一个向下接收来自I/O总线的信号,另一个接口向上发送信号到网络与人机界面连接。 ROM用于存储完成各种运算功能的控制算法(有的Das称为功能块库)。 库中保存功能块,如控制算法PID、带死区PID、积分分离PID算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函数运算初级滤波器、正弦、余弦、X-Y函数发生器、导程 -落后; 更高级的算法包括Smith估计、C语言接口、矩阵加法、矩阵乘法; 逻辑运算包括逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。 通常,站功能块不仅用于模拟量和开关量的组合,还用于与人联系。 功能块越多,用户编写应用程序(即组态)就越容易。 根据工艺要求,配置连接功能块,形成控制方案。 将控制方案存储在 E2PROM 中。 因为E2PROM是可擦写的,配置会随着工艺的变化而变化,所以配置存储在E2PROM中。 不同的用户有不同的配置。 配置时,用户从功能块库中选择需要的功能块,填写参数,连接功能块。 形成控制方案并存储在E2PROM中。 此时控制器在配置模式下投入运行后变为运行模式,控制器中安装了操作系统、功能块组态软件和通讯软件。 为了系统的安全运行,闭环控制器必须冗余运行,一对一,双机热备。
通信网络将过程站和人机界面连接成一个系统。 通信网络有几种不同的结构形式,例如总线、环形和星形。 总线类型在逻辑上也是环形的。 Star 只适用于小型系统。 无论是环型还是总线型,一般都采用广播型。 其他一些协议方法的使用频率较低。 通信网络的速度在10M和100Mb/s左右。
闭环控制器、模拟数据采集器和逻辑运算器可以直接连接到通信网络上的人机界面,网络上的每个不同的控制器作为网络上的一个独立节点。 每个节点执行不同的功能。 他们都应该有网络接口。 为了节省网络接口,一些DOS将用于过程控制的所有设备,即闭环控制器、模拟数据采集器和逻辑运算器预先连接到控制总线上,称为过程控制站。 这样既可以增加过程控制站可以接收的LO点数,又可以节省接口。 然后通过接口连接网络,与人机界面连接。
人机界面中有4种不同形式的节点,分别是操作站、工程师站、历史趋势站和动态数据服务器。 操作站安装有控制器的操作系统、监控软件和驱动软件,显示系统标签、动态流程图和报警信息。 一个Das系统可以有多个操作站,每个操作站可以显示相同的内容,也可以显示不同的内容。 DOS厂商可配备专用操作站或通用操作站。 工程师工作站配置控制器 (CAD),还配置操作员站(作为动态流程图)。 如果监控软件的绘图能力很强,绘图工作可以由监控软件独立完成。 工程师站的另一个功能是读取控制器的配置,用于控制器的升级和故障查找。 我们称之为逆向工程师站。 历史趋势站用于存储历史数据。 动态数据服务器是Das与MIS系统的接口,也是Das与Web的隔离装置。