DCS教程[第9講]——回路控制器和DCS系統(tǒng)

七十年代，因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)工作的儀表工程師們對(duì)數(shù)字控制不太熟悉，希望數(shù)字控制的儀表面板作成與原來的模擬儀表的一樣，這樣就可以不改變操作習(xí)慣，另外也是為了危險(xiǎn)分散，因而就出現(xiàn)了回路控制器。如HONEYWELL公司的KMM系列、FOXBORO公司的SPEC 200和日本北辰(后與橫河合并)的HOMAC系列表，在面板上有過程變量（PV）、設(shè)定值和控制輸出（CO）的棒圖，指針式顯示的過程值,手/自動(dòng)切換、報(bào)警確認(rèn)等。這種能完成以PID為基礎(chǔ)的回路控制的數(shù)字儀表，只有一個(gè)或兩個(gè)回路（兩個(gè)單回路）。當(dāng)時(shí)有人為了不與可編程序邏輯控制器（PLC）混淆，稱這種儀表為可編程序調(diào)節(jié)器。到80年代出現(xiàn)了雙回路(可作兩個(gè)串級(jí)回路)、四回路的控制器、32路數(shù)據(jù)采集器以及無紙記錄儀等一系列數(shù)字儀表，在面板上仍保留棒圖和手/自動(dòng)切換，用數(shù)字顯示代替指針顯示，這些數(shù)字儀表統(tǒng)稱為回路控制器。
　　　　到目前為止，這種儀表種類很多。最有特點(diǎn)的是能與上位（即人機(jī)界面）通訊組成一個(gè)系統(tǒng)，每一塊表可以與現(xiàn)場(chǎng)總線相連，I/O可以根據(jù)需要擴(kuò)展，它內(nèi)部的算法預(yù)先用程序作成功能塊的形式，存在ROM中。可以按照所要求的控制策略，進(jìn)行組態(tài)（不是編程）。如美國MOORE公司的353產(chǎn)品有80多塊功能塊，通過組態(tài)路圖實(shí)現(xiàn)控制組態(tài)，用MODBUS與人機(jī)界面相連，人機(jī)界面的監(jiān)控軟件既可以用IFIX、也可以用INTOUCH。因?yàn)檫@兩種軟件都有這種可編程序調(diào)節(jié)器的驅(qū)動(dòng)軟件。國產(chǎn)監(jiān)控軟件只要有這種可編程序調(diào)節(jié)器的驅(qū)動(dòng)軟件，同樣可以作為這種系統(tǒng)的監(jiān)控軟件。否則連不上去。353本身只有4個(gè)AI，2個(gè)AO，也就是能完成2個(gè)PID回路的控制。如果要增加控制回路，就要采用現(xiàn)場(chǎng)總線，因?yàn)樗?SPAN lang=EN-US>LONWORKS的接口，可以把LONWORKS的模塊連到該總線上。在組成系統(tǒng)時(shí)，要進(jìn)行軟件捆綁。為了數(shù)據(jù)安全，在表和總線之間加光電轉(zhuǎn)換器。這種系統(tǒng)見圖一。又如FOXBORO公司和SMAR公司的回路控制器，它有多回路的。并且還有與可編程控制器（PLC）的接口，所以在我國應(yīng)用也比較多。
　　　　有幾個(gè)模擬量的輸出，就稱為幾回路的控制器。模擬量的輸入可以多于模擬量的輸出。另外還可以有少量的開關(guān)量的輸入、輸出。
　　　　另一類是不能與現(xiàn)場(chǎng)總線相連，它的I/O點(diǎn)數(shù)不能擴(kuò)展，但它也能與 上位通訊組成一個(gè)系統(tǒng)。這種產(chǎn)品如美國HONEYWELL 公司的UDC、FOXBORO公司的另外的產(chǎn)品，費(fèi)希爾的900系列、日本橫河、富士、東芝和歐洲ABB公司都有類似的產(chǎn)品。最有代表性的產(chǎn)品是香港歐陸的系統(tǒng)6000，采用英國多家廠商的回路控制器，美國的可編程控制器，美國的監(jiān)控軟件，由香港人集成成為S6000系統(tǒng)。。由于它有良好的銷售網(wǎng)絡(luò)，在大陸應(yīng)用很為廣泛。尤其是制藥行業(yè)應(yīng)用較多。
　　　　可以用鋪天蓋地來形容產(chǎn)品之多的數(shù)顯表是把PID算法作成固定的，只要把過程變量（PV）接到儀表的端子上，人為輸進(jìn)設(shè)定，表就能輸出控制量（CO）。也就是說，一個(gè)儀表只有一個(gè)功能塊，就是PID，這樣的產(chǎn)品國內(nèi)、外已經(jīng)很多，如日本千野的表，香港朝輝，國內(nèi)天辰、天津儀表廠、沿海各省的儀表廠等都生產(chǎn)這樣的產(chǎn)品。國內(nèi)有時(shí)把它們叫作S系列儀表。產(chǎn)品的外觀見圖三。它的功能非常單一，一塊表只能完成一個(gè)功能。特點(diǎn)是不能組態(tài)。每一塊表的價(jià)格只有幾百元人民幣。但進(jìn)口的也需4000元左右。
　　　　總的來看回路控制器的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)很少。如果有幾百個(gè)I/O點(diǎn)，完成幾十個(gè)PID回路的控制任務(wù)，而每個(gè)表都需要有一個(gè)外殼和帶棒圖顯示的面板，相對(duì)于可插模件來說，其價(jià)格就高多了。另外它的功能塊相對(duì)于DCS控制器來說要少很多，因?yàn)樗膬?nèi)存較小，特別是當(dāng)既有很多的模擬量采集量、又有開關(guān)量并且還有高級(jí)運(yùn)算，用回路控制器就更不合算。如果沒有上位來顯示，又感到不太直觀。由回路控制器集成的系統(tǒng)，加上以CRT為基礎(chǔ)的人機(jī)界面，其價(jià)格比由模件組成的DCS就高多了。還有一個(gè)缺點(diǎn)，回路控制器組成的系統(tǒng)一般采用MODBUS與人機(jī)界面相連，只能采用星形結(jié)構(gòu)，即只有一個(gè)主站。對(duì)于電廠需要冗余操作站來說，這就是一個(gè)缺陷。所以它只適用于比較小的系統(tǒng)，即I/O點(diǎn)數(shù)比較少，且控制回路較多的被控對(duì)象中。如生產(chǎn)抗生素的制藥廠就比較適用。另外，特別是對(duì)于一些化工企業(yè)，經(jīng)常用于戶外操作，它有特有的優(yōu)勢(shì)。有如電廠的旁路系統(tǒng)，采用它們也比較合適。也就是說它也占有一定的市場(chǎng)份額。它們的設(shè)計(jì)原理與DCS沒有任何差別。把DCS的控制器和它相應(yīng)的手操站合在一起，就是可騙程序調(diào)節(jié)器。所以說回路控制器是DCS系統(tǒng)中的一個(gè)分支，從本質(zhì)上說還屬于DCS。
　　　　對(duì)于DCS、PLC和可編程序調(diào)節(jié)器等都是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它們的共同點(diǎn)是其基本結(jié)構(gòu)相似，其中有幾部分是必不可少的，只是隨著系統(tǒng)規(guī)模的大小和被控對(duì)象的差別有一些區(qū)別。要把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)讀進(jìn)控制系統(tǒng)，首先把傳感器的信號(hào)線接到端子。如果傳感器不是一個(gè)，它的信號(hào)線多了，并需要作一些信號(hào)預(yù)處理，這時(shí)就要端子板。模擬信號(hào)要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，要模擬輸入板。經(jīng)運(yùn)算后輸出，要把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，需要輸出板，然后到端子板。最后將信號(hào)送到執(zhí)行器（如閥門）。由于通訊技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)中只有運(yùn)算部分（即控制器）是可以討論的，如果采用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，可以把這部分省去。把作運(yùn)算的功能塊分別存到傳感器和執(zhí)行器的存儲(chǔ)器中。組態(tài)時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)去調(diào)用。目前由于開發(fā)的功能塊還不太多、又受到各廠家利益的限制，這種總線應(yīng)用還不夠廣泛。FISHER-ROSEMOUNT公司為現(xiàn)場(chǎng)總線作了許多工作。
　　　　比較大的系統(tǒng)，一定要有以CRT（或液晶顯示器LCD）為基礎(chǔ)的人機(jī)界面，用起來才會(huì)比較方便。對(duì)于用戶來說，投資少、用起來又比較方便、功能比較全的系統(tǒng)才是合用的。