分布式控制系統(tǒng)

前言

黨的“十六”大明確提出“以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化”。這一指示不僅為工業(yè)化和信息化的發(fā)展指明了方向，同時也對信息化和工業(yè)化的發(fā)展提出了新的要求。如何用信息化帶動工業(yè)化，為提高工業(yè)的現(xiàn)代化水平，或者說信息化到底能夠為工業(yè)化的發(fā)展做些什么是我們當(dāng)今中國從事與工業(yè)制造業(yè)有關(guān)的信息化工作者必須認真思考的問題。中國要發(fā)展成為世界經(jīng)濟強國就必須發(fā)展先進的制造業(yè)，而先進實用的自動化技術(shù)則是建立現(xiàn)代制造業(yè)的必要手段和工具?？梢哉f沒有先進實用的自動化產(chǎn)業(yè)，就不可能建立中國的現(xiàn)代制造業(yè)。也就是說以信息化帶動工業(yè)化，首先應(yīng)該發(fā)展先進實用的工業(yè)自動化與企業(yè)信息化技術(shù)、產(chǎn)品，以及方案設(shè)計與應(yīng)用能力。中國工業(yè)化的發(fā)展要求為我們的自動化和信息化企業(yè)提供一個長期可持續(xù)增長的市場。但是經(jīng)濟和技術(shù)全球化與中國加入WTO的深入又為中國的工業(yè)企業(yè)提出了更高的挑戰(zhàn)和要求，這些挑戰(zhàn)和要求再傳遞到對自動化技術(shù)和信息化技術(shù)與產(chǎn)品和方案設(shè)計能力的高要求。所以中國未來的自動化和企業(yè)信息化市場是機遇與挑戰(zhàn)并存。DCS（分布式控制系統(tǒng)，也稱集散型控制系統(tǒng)）應(yīng)該是滿足上述要求的最好的系統(tǒng)平臺。DCS最早是1975年出現(xiàn)的。30年來，隨著市場用戶需求的不斷提高，電子、計算機軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人因工程的發(fā)展，各DCS廠家激烈的競爭和兼并及技術(shù)的融合，促使DCS技術(shù)平臺的水平不斷提高。我們可以把Honeywell等公司在20世紀(jì)70年代推出的先期系統(tǒng)作為第一代DCS。各公司在20世紀(jì)80年代中期推出的系統(tǒng)，如Honeywell推出的TDC3000,西屋公司的WDPF系統(tǒng)，橫河公司的CENTUMXL等稱為第二代DCS。自從FOXBORO公司推出I/ASeries以后，各公司積極地研發(fā)并推進開放技術(shù)，開始擴展DCS的信息管理功能，我們可以把20世紀(jì)90年代初期與中期推出的各DCS稱為第三代DCS。20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初，幾大DCS廠家進一步提升了系統(tǒng)的功能范圍，改變了系統(tǒng)開發(fā)的方式——由原來完全自主開發(fā)變?yōu)榧砷_發(fā)，紛紛推出新一代的DCS。這一代DCS具有鮮明的共性：全面支持企業(yè)信息化，系統(tǒng)構(gòu)成集成化，混合控制功能兼容，硬件進一步分散化、智能化和低成本化，系統(tǒng)平臺開放化，應(yīng)用系統(tǒng)專業(yè)化。我們可以稱這些具備上述特點的DCS為第四代DCS，如Honeywell公司的ExperienPKS,Emerson公司的Plantweb，橫河公司的CS3000R3,Foxboro公司的A2系列，ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)，以及國內(nèi)和利時公司HOLLiAS系統(tǒng)。DCS自從引進國內(nèi)以來，為大型工業(yè)生產(chǎn)裝置的自動化水平的提高做出了積極貢獻，并為我國培養(yǎng)了一批熟悉DCS應(yīng)用的人才。特別是20世紀(jì)90年代初期，中央電視臺組織了DCS技術(shù)的講座和培訓(xùn)，許多專家學(xué)者也陸續(xù)出版了幾本關(guān)于DCS技術(shù)的著作，普及了DCS知識。十幾年來，國內(nèi)許多企業(yè)積極投入開發(fā)自己的DCS，有幾家公司如上海新華控制系統(tǒng)公司、浙大中控技術(shù)公司、和利時系統(tǒng)公司等不斷進取，并積極開拓市場為中國廣大中小型企業(yè)新建工業(yè)裝置和一些大中型工業(yè)裝置的改造提供了實用的DCS平臺。國產(chǎn)DCS的發(fā)展大大拓展了DCS的應(yīng)用范圍，同時迅速擴大了DCS應(yīng)用人才隊伍。近幾年來和利時公司在核電、大型火電（300MW,600MW）和大型軌道交通自動化領(lǐng)域取得突破性進展，上海新華公司在大型火電動機組控制領(lǐng)域也取得很好的成績，縮短了國產(chǎn)系統(tǒng)和進口系統(tǒng)的差距。國產(chǎn)DCS系統(tǒng)的成熟和發(fā)展大大降低了DCS的應(yīng)用門檻和成本。所以今后DCS將會在各種工業(yè)生產(chǎn)裝置上普及應(yīng)用。正是在這樣的背景下，筆者組織了本單位一批實際DCS的開發(fā)和工程設(shè)計人員利用工作之余撰寫了本書。本書的突出特點是實用性、時代性和開放性。實用性體現(xiàn)在全書內(nèi)容均是各位作者實際工作的總結(jié)，具體的實例都是作者公司的系統(tǒng)應(yīng)用案例，通過具體的應(yīng)用案例講解DCS工程實施和應(yīng)用中的問題和解決方案。時代性體現(xiàn)在本書只是很簡要地回顧了DCS的基本組成原理和發(fā)展歷程，而絕大部分篇幅則深入淺出地介紹DCS的最新發(fā)展?fàn)顟B(tài)，國際前沿的一些相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用等。開放性體現(xiàn)在作者并不是集中介紹作者自己熟悉的本公司系統(tǒng)，而是利用較大篇幅介紹國際DCS最新發(fā)展中所應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和開放技術(shù)。最后筆者想借本書向廣大長期支持、理解和鼓勵國產(chǎn)DCS發(fā)展的用戶、專家和領(lǐng)導(dǎo)表示衷心的感謝。十幾年來，國產(chǎn)DCS事業(yè)有了長足的發(fā)展和進步。正是由于廣大用戶、專家和領(lǐng)導(dǎo)的鼓勵和支持才使我們有幸參與并見證了這一綜合技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程。我們由衷地覺得中國國產(chǎn)DCS的發(fā)展與其說是各DCS廠家不斷創(chuàng)新和拼搏的結(jié)果，不如說是由廣大用戶諒解、支持和鼓勵催生的結(jié)果。和利時公司會倍加珍惜大家的信任，更加努力創(chuàng)新開拓，以更專業(yè)化和實用的解決方案，性能更先進、質(zhì)量更可靠、價格更低廉的系統(tǒng)平臺，更滿意和放心的服務(wù)為用戶創(chuàng)造價值，以報答廣大用戶、專家和領(lǐng)導(dǎo)的支持和鼓勵。筆者還要感謝公司全體員工的共同努力。沒有和利時全體員工努力開創(chuàng)的業(yè)績，我們憑什么編寫本書？所以說本書是和利時公司全體員工用實際工作寫成的。

內(nèi)容概要

本書以DCS的應(yīng)用設(shè)計為目標(biāo)，從基礎(chǔ)控制系統(tǒng)實現(xiàn)方法入手，輔以豐富的實際應(yīng)用案例，詳細地介紹了DCS的構(gòu)造、原理和當(dāng)前的最新技術(shù)，產(chǎn)品、技術(shù)規(guī)范、指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)和驗收測試方法，以及在各種典型行業(yè)（電力、石化、水泥、造紙、制藥、水處理、管網(wǎng)）的應(yīng)用。力求使讀者能夠以本書為參考，解決在DCS的應(yīng)用設(shè)計及運行管理過程中的各種實際問題。由于本書各個章節(jié)相對獨立，因此讀者既可以按照順序逐章閱讀，也可以根據(jù)需要單獨閱讀有關(guān)章節(jié)。    此書將最大限度地為DCS的設(shè)計選型、應(yīng)用、驗收等人員提供實際指導(dǎo)與幫助。

作者簡介

王常力，男，河北文安人，1988年英國Lancaster大學(xué)博士畢業(yè)，教授級高級工程師，享受政府津貼專家，現(xiàn)任北京和利時集團董事長。出任中國自動化學(xué)會副理事長，中國儀器儀表學(xué)會理事，中國自動化學(xué)會專家咨詢工作委員會專家，曾獲第八屆中國青年科技獎。2008年在國家863計劃“核電行業(yè)重大工程自動化成套控制系統(tǒng)。項目中出任項目負責(zé)人。羅安，男，河北邢臺人，1970年畢業(yè)于哈爾濱工程學(xué)院電子工程系，研究員級高級工程師享受政府津貼專家，現(xiàn)任北京和利時系統(tǒng)工程有限公司總工程師，長期從事計算機監(jiān)控及自動化控制系統(tǒng)的研究、開發(fā)、工程應(yīng)用工作，從20世紀(jì)70年代開始多次承擔(dān)國家科技攻關(guān)項目并取得多項成果。曾獲得國家科技進步二等獎和多次省部級科技進步一等獎。

書籍目錄

第1章　DCS基本原理和發(fā)展歷程　1.1什么是DCS　1.2控制系統(tǒng)概述　　1.2.1控制系統(tǒng)的基本組成　　1.2.2測量方法和測量裝置　　1.2.3控制方法和運算處理裝置　　1.2.4控制的執(zhí)行方法和執(zhí)行裝置　　1.2.5控制系統(tǒng)各要素的關(guān)系　　1.2.6控制系統(tǒng)的人機界面　　1.2.7直接控制與監(jiān)督控制　　1.2.8本書的要點　1.3DCS的發(fā)展歷史　　1.3.1控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史　　1.3.2儀表控制系統(tǒng)的基本概念　　1.3.3早期的儀表控制系統(tǒng)——基地式儀表　　1.3.4近代儀表控制系統(tǒng)——單元式組合儀表　　1.3.5數(shù)字式單回路調(diào)節(jié)器SLC　　1.3.6計算機控制系統(tǒng)　　1.3.7控制系統(tǒng)從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的演進　　1.3.8分布式控制系統(tǒng)的產(chǎn)生及其特點　　1.3.9DCS的發(fā)展歷程　1.4DCS的體系結(jié)構(gòu)　　1.4.1DCS的基本構(gòu)成　　1.4.2DCS的軟件　　1.4.3DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　　1.4.4DCS的物理結(jié)構(gòu)及硬件構(gòu)成　1.5幾種計算機控制系統(tǒng)的比較　　1.5.1以PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)/監(jiān)督控制系統(tǒng)　　1.5.2SCADA系統(tǒng)　　1.5.3PCBased監(jiān)督/控制系統(tǒng)　　1.5.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS　1.6幾種典型的DCS簡介　　1.6.1Honeywell公司的TDC?3000系統(tǒng)　　1.6.2ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)　　1.6.3和利時公司的HOLLiAS系統(tǒng)　1.7DCS的應(yīng)用開發(fā)設(shè)計、調(diào)試與檢驗　　1.7.1DCS的應(yīng)用開發(fā)設(shè)計　　1.7.2對DCS性能指標(biāo)的簡要介紹第2章　最新DCS的體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點　2.1促進第四代DCS形成的原因　　2.1.1用戶需求的拉動　　2.1.2相關(guān)技術(shù)的成熟發(fā)展　2.2第四代DCS的體系結(jié)構(gòu)　　2.2.1現(xiàn)場儀表層　　2.2.2裝置控制層　　2.2.3工廠監(jiān)控與管理層　　2.2.4企業(yè)經(jīng)營管理層　2.3第四代DCS的主要功能和技術(shù)特征　　2.3.1第四代DCS的典型代表　　2.3.2第四代DCS的信息化　　2.3.3第四代DCS的集成化　　2.3.4DCS變成真正的混合控制系統(tǒng)　　2.3.5DCS包含F(xiàn)CS功能并進一步分散化　　2.3.6DCS平臺開放性與應(yīng)用服務(wù)專業(yè)化　2.4國內(nèi)DCS的發(fā)展?fàn)顩r舉例　　2.4.1HOLLiAS系統(tǒng)的產(chǎn)品家族及結(jié)構(gòu)　　2.4.2HOLLiAS的MES功能　　2.4.3HOLLiAS控制功能HOLLiAS?MACS　　2.4.4HOLLiAS控制層硬件　　2.4.5HOLLiAS控制層軟件　　2.4.6HOLLiASLEC邏輯和嵌入式控制器(Logic&EmbeddedController)　　2.4.7HOLLiASLK可編程控制器（PLC）　　2.4.8HOLLiAS?VSI邏輯聯(lián)鎖控制系統(tǒng)　　2.4.9HOLLiAS?PADS工廠電站綜合自動化系統(tǒng)　　2.4.10HOLLiAS專業(yè)化的解決方案　2.5結(jié)論第3章　從控制工程看DCS——功能與性能的要求　3.1DCS的控制功能及應(yīng)用任務(wù)分類　　3.1.1工業(yè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　　3.1.2控制任務(wù)分類及快速性需求　　3.1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成　　3.1.4控制策略與運算的平臺裝置　3.2運算放大器和調(diào)節(jié)運算方法　　3.2.1運算放大器和虛擬地原理　　3.2.2模擬調(diào)節(jié)的運算原理　　3.2.3控制策略與放大器組件系統(tǒng)　　3.2.4模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)的比較　3.3數(shù)字系統(tǒng)的控制周期與可控性　　3.3.1線性系統(tǒng)的可控性　　3.3.2控制周期（T0）是不可控環(huán)節(jié)　　3.3.3實例1——汽輪機調(diào)速系統(tǒng)和它的控制周期　　3.3.4實例2——鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的控制周期　　3.3.5結(jié)果及認識　3.4數(shù)字控制器的確定性問題　　3.4.1常用遞推控制算法　　3.4.2控制器的確定性和它的意義　3.5控制工程作業(yè)自動化　3.6控制工程對于DCS系統(tǒng)的技術(shù)需求　　3.6.1系統(tǒng)的可靠性與可維修性需求　　3.6.2控制系統(tǒng)的快速性需求　　3.6.3數(shù)字控制器的確定性需求　　3.6.4工程作業(yè)自動化第4章　DCS硬件系統(tǒng)——原理、指標(biāo)、試驗和應(yīng)用第5章　DCS軟件系統(tǒng)第6章　DCS的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)第7章　DCS系統(tǒng)可靠性與安全性技術(shù)第8章　DCS的應(yīng)用設(shè)計與實施第9章　應(yīng)用案例參考文獻參考網(wǎng)址

章節(jié)摘錄

插圖：DCS是英文Distributed Control System的縮寫，直譯為“分布式控制系統(tǒng)”。從字面上看，DCS的主要用途是進行控制，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)則是分布式的，是一種分布結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。這種說法雖然沒有錯，但要對DCS做更深入的了解和理解，還必須搞清楚DCS所進行的是什么樣的控制，它是如何進行控制的，其控制特點是什么，其結(jié)構(gòu)特點又是什么，分布的實際及具體含義是什么等各個方面的問題。在開始介紹DCS之前，很有必要首先介紹一下工業(yè)控制過程的分類，正確地理解工業(yè)控制過程的分類，有助于真正地理解各種工業(yè)控制系統(tǒng)的來龍去脈，并且通過對控制系統(tǒng)發(fā)展歷史的了解，搞清楚DCS出現(xiàn)的背景、環(huán)境、條件及技術(shù)淵源等問題，這樣才能夠更加深刻和準(zhǔn)確地理解什么是DCS，并且進一步掌握控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，對DCS將向什么方向繼續(xù)發(fā)展有更加明確的認識。1.2控制系統(tǒng)概述控制是在我們在日常生活中經(jīng)常接觸到的問題，可以說在現(xiàn)代生活中到處都離不開控制，如騎自行車要控制平衡和方向，空調(diào)、電冰箱要控制溫度，洗衣機要控制洗滌時間和水量，等等。這些控制有些是由人自己（如騎自行車的人）實現(xiàn)的，有些則是通過某些控制裝置實現(xiàn)的，這些都可稱為控制系統(tǒng)。我們在這里所研究的，是在工業(yè)生產(chǎn)過程中所遇到的控制問題及其解決方案、實現(xiàn)控制所使用的設(shè)備和系統(tǒng)，以及在實施控制系統(tǒng)的過程中將會遇到的問題和如何解決這些問題等。目前有關(guān)控制的書籍很多，人們在日常的生活和工作中也常常談到控制，但對于什么是控制，卻有各自不同的理解。一般來說，控制包括了兩個概念，一個是“如何控制”，如一輛汽車，可以用增減燃油的噴射量的方法去控制速度；另一個是“如何實現(xiàn)控制”，如通過控制油門的大小來增減燃油噴射量?！叭绾慰刂啤毖芯康氖强刂圃砗涂刂品椒?，而“如何實現(xiàn)控制”則是研究使控制原理、控制方法成為事實的具體設(shè)備。DCS就是一種針對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)控制原理和控制方法的具體設(shè)備，本書主要講述DCS的構(gòu)成、各種不同類型控制的實現(xiàn)過程，以及具體。DCS應(yīng)用工程的設(shè)計與實施。

編輯推薦

《分布式控制系統(tǒng)(DCS)設(shè)計與應(yīng)用實例(第2版)》是由電子工業(yè)出版社出版的。

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