分散控制系统（DCS）介绍

(相关资料图)

1、基本概念

分散控制系统英文简称为DCS（Distributed Control System），具备分散布置、集中控制的特点，应用于各种过程自动控制系统。

2、DCS系统的组成

DCS系统由硬件和软件两大部分组成。

（1）硬件包括：工程师站、操作员站、历史站、I/O卡件、通讯卡件、现场控制站等。

工程师站和操作员站本身就是电脑，之所以叫不同的名称，是因为每一台电脑安装的软件和具备的功能不同，在实际应用中充当的角色也不同，同时代表着权限的不同。

① 工程师站：简称ENG,是电脑安装了组态软件，是现场专业工程师用于编写、修改控制逻辑程序，包括修改图形、参数设置、数据库组态、离线查询等等，它的权限高于操作员站，可把它比作“后台”理解。

② 操作员站：简称OPS或OPU，是电脑安装了操作员软件，它是生产工艺系统的操作员用于监视、操作调整、在线查询、报警等等，它的权限要低于工程师站，可把它比作“客户端”理解。

③ 历史站：是用来存储历史数据的，包括历史曲线、历史报警、历史操作记录等，历史站可以是单独也可跟工程师站、操作员站合并在一起，就是一台电脑既是历史站，也是工程师站或操作员站。

④ I/O卡件：是按照一定的需求和比例布置在各个控制柜内，“I”意为输入，是现场的信号进入DCS系统的；“O”意为输出，是由DCS系统发出的信号，所以有些卡件被称为输入输出模块，由于输入输出的信号分为不同的类型，所以I/O卡件按照作用也分为不同类型的卡件，主要的还是模拟量输入（AI）卡件、模拟量输出（AO）卡件、开关量输入（DI）卡件、开关量输出（DO）卡件。

⑤ 通讯卡件：是用于接收和发送数据信号用的，可以是DCS系统与系统之间，也可是DCS系统与不同的系统、不同设备之间进行通讯，是基于某种类型的协议，通过发送、传输、接收、解析来实现数据的获取和显示。通讯是基于某种协议的，常见协议或通讯有TCP/IP、Modbus、OPC等。

⑥ 现场控制站：是布置I/O卡件的控制柜，一般控制柜内布置由CPU控制器、各类I/O卡件、供电电源、网络交换设备以及各种连接线。若单台控制柜的空间不能布置一个系统信号点数的卡件，可以再加一面柜子，所以就有了主柜（带CPU控制器）和扩展柜。

（2）软件包括系统数据库组态、逻辑组态、图形组态、离线查询软件等。

① 数据库组态：也可称为点目录或点表，就是整个工艺过程里由DCS系统监视、控制的现场各种类型的信号点，统计在一起并根据类型进行分类，或者根据信号点所在控制柜内卡件的位置进行分配、整理。最后形成一个目录或点表，数据库的点作为实实在在传输的物理点，是整个系统的基础元素，可比作社会中的个人，DCS系统的组态、控制、调节、显示等都用到数据库点来实现。

② 逻辑组态软件：其实就是专业工程师在工程师站用于各种设备控制程序的编写的软件，是按照一定的先后顺序、逻辑关系、触发条件，用原始点（数据库的点）进行编写实现我们的控制目的。

③ 图形组态：顾名思义就是画图的工具，通过图形组态软件将工艺系统的流程图画出来，然后把测点画到相应的位置，把图下装或发布到操作员站在线。图形组态除了固定图形外，测点或设备还有两大特性：一个是动态特性，主要包括了变色、闪烁、填充等等，这类特性通过图形本身的动态变化来反应测点或设备的状态；另外一个是交互特性，理解这类特性主要是看有没有人机互动，像一些阀门操作、按钮复位、联锁投切等，与工艺系统操作监盘人员发生了信息交换。

④ 离线查询软件：历史数据文件可以拷出，通过离线查询软件进行查询、分析。

3、DCS系统辅助系统

一个DCS系统中还包括：电源系统、网络系统、接地系统。

（1）电源系统

DCS系统会配置电源分配柜，电源柜内包含来自电气侧的两路电源：保安电和UPS电，然后这两路电源再进行分配分别、同时对操作员站和现场控制站进行供电。进入现场控制站后，通过电源模块转换成对应的48VDC、24VDC，将电源提供给卡件。

（2）网络系统

DCS系统会配置网络交换机柜，通过交换机将上位机（工程师站、操作员站）和下位机（现场控制站）进行网络连接，除去其它需要通讯的网络，上位机和下位机的网络为作用相同的双网冗余，互为备用。

（3）接地系统

起初DCS系统接地分为：保护地、逻辑地、屏蔽地。

① 保护地：就是现场看到的控制柜之间、操作员站操作台之间连接的接地，最终引出一根线至DCS系统接地柜的接地汇流铜排后，接至厂区电气接地网，要求单端接地，也有单独为DCS做接地桩的。

② 逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端，需要接入公共接地极，要求单端接地。

③ 屏蔽地：也叫模拟地，就是将现场信号电缆的屏蔽层用黄绿接地线引出，接至控制柜内而接地铜排，用于屏蔽信号传输时所受到的干扰，以提高信号精度。信号电缆的屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰，接入公共接地极，要求单端接地。

4、常见卡件介绍

（1）模拟量输入卡件（AI卡件）

此类卡件主要常见的包括接收电流4-20mA、热电阻、热电偶的卡件，根据情况卡件也可以接收0-20mA及电压信号。

① 接收现场来的4-20mA电流信号的卡件，一般为8个通道。信号主要来自与现场的压力、流量、液位、电流、频率等等，即接收现场来的4-20mA电流信号，同时对应该模拟量点的量程上-下限。

该卡件的通道接线方式分为两种接法：一种是现场仪器仪表需要卡件（DCS侧）来提供电源的，也对应我们常说的两线制仪表，如压力变送器等；一种是现场仪表不需要卡件（DCS侧）提供电源的，如四线制仪表、电流信号等等。同时，接线注意正、负极信号。

② 热电阻卡件

接收现场热电阻温度元件电阻信号的卡件，一般为8个通道。通道接线方式为三线制接法，重要的是分清哪一芯线是公共端，确认后接到卡件对应的公共端通道上，另外两根线来自于热电阻元件的同一端，接到对应的通道上，三线制热电阻可以消除内引线的影响，提高测量精度。

③ 热电偶卡件

接收现场热电偶毫伏信号的卡件，一般为8个通道。接线为补偿导线，按正、负极进行接线。

（2）模拟量输出卡件（AO）

DCS系统AO卡件常见的是发出4-20mA电流信号，一般为8个通道。接线方式按正、负极进行接线，主要用于调节阀、变频器等的给定，从而实现控制调节。

（3）开关量输入卡件（DI）

接收现场输入至DCS的开关量触点，如电限位开关、液位开关、接近开关等等，一般为16个通道。接线方式按正、负极进行接线，需要注意的是，该卡件通道上提供24V或48V的直流电压，可被称为查询电源，可通过测量该电压判断信号的通、断；一般情况下卡件是共负端的，意思就是所有的负端是通的。

（4）开关量输出卡件（DO）

DO卡件主要是用于现场电机的启停、阀门的开关，一般为16个通道。接线方式可通过常开或常闭触点，接至现场设备控制回路，常开、常闭共用一个公共端通道。