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1.DCS的应用和发展DCS自20世纪70年代问世以来，经过几代技术变迁和更新发展，现已广泛应用于各个行业，其中石油和化工企业的应用更为普及，技术改造项目用DCS，新建项目用DCS。在石油和化工企业有用DCS逐步替代常规仪表控制系统的发展趋势。DCS应用之所以如此普遍，究其原因它有以下一系列的特点和优点：①分散性：其含义是指分散控制、地域分散、设备分散、功能分散和危险分散。硬件积木化和软件模块化是分散性的具体体现。目的是为了使危险分散，进而提高系统的可靠性和安全性。②集中性：其含义是指集中监视、操作和管理。用通信网络把分散的设备构成统一的整体，用分布式数据库实现全系统的信息集成，进而达到信息共享。人们可以同时在多台操作站上集中监视、操作和管理。③自治性：其含义是指系统中的各台设备均可独立地工作。控制站自主地进行输入、运算、控制和输出，操作员站自主地实现监视、操作和管理，工程师站可以在线或离线组态。④协调性：其含义是指系统中的各台设备用通信网络和数据库互连在一起，相互传送信息，相互协调工作，以实现系统的总体功能。DCS的分散和集中、自治和协调不是互相对立，而是互相补充。⑤灵活性和扩展性：硬件采用积木式结构，可以灵活地配置成小、中、大各类系统，并可以根据企业的发展逐步扩展系统。软件采用模块式结构，提供输入、输出、运算和控制功能块，可以灵活地组态构成简单、复杂各类控制系统，并可以根据生产工艺流程的改变，随时修改控制方案。⑥可靠性和适应性：分散性带来系统的可靠性，并采用一系列冗余技术、热拔插技术、故障诊断和故障屏蔽技术。采用高性能的元器件、先进的制造工艺和抗干扰技术，使DCS能够适应恶劣的工作环境。⑦先进性和继承性：硬件上采用先进的计算机、通信网络和人机接口；软件上采用先进的操作系统、数据库、网络管理和控制语言；控制算法上采用自适应、预测、推理、优化等先进控制技术。DCS更新换代比较快，继承性体现在新、老系统互相兼容，可以给用户带来更好的利益。DCS随着计算机、控制、网络通信、组态软件、信息集成和数据库技术的发展而不断更新和发展，主要体现在以下几个方面：①信息化：DCS已从单一的控制系统，发展为集控制和管理于一体的综合信息系统。DCS提供了从生产现场到车间，再从工厂到公司，最后到企业集团的整个信息通道，充分体现了信息的全面性、准确性和实时性。②集成化：DCS已从单一封闭系统，发展为集成各类PLC、工业PC、数字化仪表和设备，甚至不同型号DCS可以互相集成和信息共享，为最终用户提供集成化综合系统。③智能化：随着人工智能、专家系统、自适应、预测和推理等先进控制技术的发展和应用，DCS也适时地融合这些新技术，实现先进的智能化控制功能。④开放式网络：DCS已从单一封闭网络，发展为开放式网络系统，通过互联网技术和IE浏览器，可以访问过程画面、查询数据、管理调度和指挥生产。开放式网络的关键是网络安全，传统DCS采用软件防火墙，现代DCS不仅有软件防火墙，而且有硬件防火墙，既保证网络安全开放，又保证监控层的实时性。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300的控制站采用硬件防火墙技术。⑤容错以太网(FTE)：传统DCS用两条独立网络(A，B)实现冗余，两台设备之间只有一条通信路径，其本质是单条网络运行，故障时整条网络切换(A到B或B到A)，切换时间长，可靠性低。现代DCS用容错以太网(FTE，FaultTolerantEthernet)，如图1所示。图1中交换机S1~S6互相连接，其中S1和S2为上层，S3~S6为下层，每台设备(D1~D4)同时连接两台下层交换机，任意两台设备之间有4条通信路径，其本质是多条网络运行。例如，设备D1和D4之间的4条通信路径分别为D1→S3→S1→S5→D4，D1→S3→S1→S2→S6→D4，D1→S4→S2→S1→S5→D4，D1→S4→S2→S6→D4。故障时只需切换路径，切换时间短，可靠性高。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300采用此FTE技术，FTE设备节点之间网络带宽可达200Mbps，交换机之间可达1Gbps。图1容错以太网(FTE)⑥无线网络技术：支持手持移动无线操作站，将无线技术与控制技术融为一体，进行现场操作监控、故障处理和仪表校验，实现操作与维护的无缝集成。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300采用此无线网络技术。⑦数字视频技术：通过摄像头采集现场图像信息，再通过图像识别软件，进行图像处理，发现异常图像，立即发出报警信号，具有自动录像和录像回放功能，便于事故分析，并将数字视频技术与操作监控软件融为一体。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300采用此数字视频技术。⑧先进控制站：DCS的基础是控制站，为了进一步提高控制站的可靠性、稳定性和安全性，增强控制站的功能，而采用了一系列先进技术。例如，控制站采用无底板模块结构，独立倾斜式垂直插拔，散热效果好，接线维护方便；采用容错以太网(FTE)，硬件控制防火墙(冗余)，冗余控制器、冗余I/O、冗余电源、冗余现场总线接口；采用先进的预估控制算法，鲁棒性好，具有参数自整定功能。Honeywell公司的ExperionPKSR300控制站是上述先进控制站的代表之一，如图2所示。图2PKSR300控制站