第一部分：分布式控制系统（DCS）简介

    在工业企业中，应用效益最直接、最明显的系统应当是工业控制系统，特别是DCS（分布式控制系统）。DCS具有相当的生命力，已经进入第四代。
受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等）发展的影响，以及用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加，各DCS厂商（以Honeywell、Emerson、Foxboro、横河、ABB为代表）纷纷提升DCS系统的技术水平，并不断地丰富其内容。可以说，以Honeywell 公司最新推出的Experion PKS（过程知识系统）、Emerson 公司的PlantWeb (Emerson Process Management)、Foxboro公司的A2、横河公司的R3（PRM-工厂资源管理系统）和ABB公司的 Industrial IT 系统为标志的新一代DCS 已经形成。
如果我们把当年Foxboro公司的I/A Series看作第三代DCS 系统里程碑的话，那么以上几家的最新DCS可以划为第四代。第四代DCS 的最主要标志是两个“I”开头的单词：Information (信息)和Integration（集成）。
 1、DCS的技术特点
第四代DCS的体系结构主要分为四层结构：现场仪表层、控制装置单元层、工厂（车间）层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平台（ERP、CRM、SCM等）。所以说，当今DCS主要提供工厂（车间）级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。
2、DCS充分体现信息化和集成化
信息和集成基本描述了当今DCS系统正在发生的变化。用户已经可以采集整个工厂车间和过程的信息数据，但是用户希望这些大量的数据能够以合适的方式体现，并帮助决策过程，让用户以他明白的方式，在方便的地方得到真正需要的数据。
信息化体现在各DCS系统已经不是一个以控制功能为主的控制系统，而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统。DCS提供了从现场到设备，从设备到车间，从车间到工厂，从工厂到企业集团整个信息通道。这些信息充分体现了全面性、准确性、实时性和系统性。
大部分DCS提供了过去常规DCS功能、SCADA（监控和数据采集）功能以及MES（制造执行系统）的大部分功能。与ERP不同，ＭＥＳ汇集了车间中用以管理和优化、从下订单到产成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件，它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告车间发生的各项活动,同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息。ＭＥＳ的功能包括车间的资源分配、过程管理、质量控制、维护管理、数据采集、性能分析和物料管理等功能模型，与DCS相关的各功能模块有资源配置与状态(Resource Allocation and Status )、派遣生产单元(Dispatching Production Units)、文档控制(Document Control)、数据收集/获取(Data Collection/Acquisition)、劳工管理(Labor Management)、质量管理(Quality Management)、维护管理(Maintenance Management)、产品跟踪(Product Tracking)、性能分析(Performance Analysis)。
DCS的集成性则体现在两个方面：功能的集成和产品的集成。过去的DCS 厂商基本上是以自主开发为主，提供的系统也是自己的系统。当今的DCS 厂商更强调的系统集成性和方案能力，DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外，还集成了PLC（可编程逻辑控制器）、RTU（采集发送器）、FCS、各种多回路调节器、各种智能采集或控制单元等。
3、DCS变成真正的混合控制系统
过去DCS和PLC主要通过被控对象的特点（过程控制和逻辑控制）来进行划分。但是，第四代的DCS已经将这种划分模糊化了。几乎所有的第四代DCS都包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现混合控制。这也是为了适应用户的真正控制需求。因为多数的工业企业绝不能简单地划分为单一的过程控制和逻辑控制需求，而是由过程控制为主或逻辑控制为主的分过程组成的。我们要实现整个生产过程的优化，提高整个工厂的效率，就必须把整个生产过程纳入统一的分布式集成信息系统。例如，典型的冶金系统、造纸过程、水泥生产过程、制药生产过程和食品加工过程、发电过程，大部分的化工生产过程都是由部分的连续调节控制和部分的逻辑联锁控制构成。
第四代的DCS系统几乎全部采用IEC61131-3标准进行组态软件设计。该标准原为PLC语言设计提供的标准。同时一些DCS（如Honeywell 公司的PKS）还直接采用成熟的PLC作为控制站。多数的第四代DCS都可以集成中小型PLC作为底层控制单元。今天的小型和微型PLC不仅具备了过去大型PLC的所有基本逻辑运算功能，而且高级运算、通信以及运动控制也能实现。
分布式控制的一个重要优点是逻辑分割，工程师可以方便地把不同设备的控制功能按设备分配到不同的合适控制单元上，这样操作工可以根据需要对单个控制单元进行模块化的功能修改、下装和调试。另一个优点是，各个控制单元分布安装在被控设备附近，既节省电缆，又可以提高该设备的控制速度。一些DCS还包括分布式HMI就地操作站，人和机器将有机地融合在一起，共同完成一个智能化工厂的各种操作。例如Emerson 的DeltaV、Foxboro 的A2中的小模块结构、Ovation的分散模块结构等。
DCS厂商突出实用性。一套DCS可以适应多种现场安装模式：或用现场总线智能仪表，或采用现场I/O智能模块就地安装（既节省信号电缆，又不用昂贵的智能仪表），或采用柜式集中安装（特别适合改造现场）。一切由用户的现场条件决定，充分体现为用户设想。
4、DCS进入低成本时代
DCS在上世纪80年代甚至90年代还是技术含量高、应用相对复杂、价格也相当昂贵的工业控制系统。随着应用的普及，大家对信息技术的理解，DCS已经走出高贵的神秘塔，变成大家熟悉的、价格合理的常规控制产品。
第四代DCS的另一个显著特征就是各系统纷纷采用现成的软件技术和硬件（I/O处理）技术，采用灵活的规模配置，明显地了降低系统的成本与价格。可以说，现在采用先进的DCS实现工业自动化控制比原来采用常规的仪器仪表进行简单控制，用户投资增加不多，但是实现的功能却明显加强。过去国外DCS一般只适合于大中型的系统应用，在小型应用中成本很高，但第四代DCS都采用灵活的配置，不仅经济地应用于大中型系统，而且应用于小系统也很合适。
5、DCS 平台开放与服务专业化
20年来，业界讨论非常多的一个概念就是开放性。过去，由于通信技术的相对落后，开放性是困扰用户的一个重要问题。为了解决该问题，人们设想了多种方案，其中包括CIMS系统概念中的开放网络（MAP 7层网络协议平台）。然而，MAP网络协议并没有得到真正的推广应用。而当代网络技术、数据库技术、软件技术、现场总线技术的发展为开放系统提供了可能。各DCS厂家竞争的加剧，促进了细化分工与合作，各厂家放弃了原来自己独立开发的工作模式，变成集成与合作的开发模式，所以开放性自动实现了。
6、第四代DCS的开放性
开放性体现在DCS可以从三个不同层面与第三方产品相互连接：在企业管理层支持各种管理软件平台连接；在工厂车间层支持第三方先进控制产品SCADA平台、MES产品、BATCH 处理软件，同时支持多种网络协议（以以太网为主）；在装置控制层可以支持多种DCS单元（系统）、PLC、RTU、各种智能控制单元等，以及各种标准的现场总线仪表与执行机构。
随着开放系统和平台技术的发展，产品的选择更加灵活，软件组态功能越来越强大并灵活，但是每一个特定的应用都需要一个独特的解决方案，所以专业化的应用知识和经验是当今工业自动化厂商或系统集成商成功的关键因素。各DCS厂家在努力宣传各自DCS技术优势的同时，更是努力宣传自己的行业方案设计与实施能力。为不同的用户提供专业化的解决方案并实施专业化的服务，将是今后各DCS厂家和系统集成商竞争的焦点，同时也是各厂家盈利的主要来源。
7、DCS控制系统的优势
现场总线被称为21世纪工业过程测控网络标准。它能够提供智能化、简单化、标准化的现场总线设备接口，将使过程控制用户在低成本、易移植、易扩展这样一种友好的环境中进行系统设计、安装和运行，给自动化领域带来了新的革命，有着广泛的应用领域和市场。
自20世纪80年代末以来，有几种现场总线技术已经逐渐发展成熟，并在一些特定的应用领域显示了影响力和优势，它们是可寻址远程变换器数据链路HART(Highway Addressable Remote Transducer)、控制器局部网CAN(Controller Area Network)、局部操作网络LON(Local Operating Network)、过程现场总线PROFIBUS(Process Fieldbus)和基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)，这些现场总线各具特色，对于现场总线技术的发展发挥着重要作用。

 

第二部分：自动化系列产品的应用

ABB  Compact  Products  800自动化系列产品

一、概述

 Compact  Products  800是个系列产品，可以任意地单独或组合使用来创建经济有效的控制解决方案，从而满足用户控制应用的不同需要。

1.1  Compact  Products  800系列包括以下产品：

   · 系列控制器、用户可以根据处理速度、内存和具体需求来自由选择

   · 高可靠性的I/O模块、简单安装并节省安装空间

   · 简单易用的Control  Builder  M编程软件、library可重复使用、并具有6种编程语言

   · 坚固耐用、高分辨率的操作面板、便于现场控制应用

   ·  预装应用且功能强大的H M L

 1.2  适用于不同应用场合：

   ·这些产品可以单独或组合在一起工作、是用于不同工业场合的各种应用控制、是用户理想解决方案

   ·所有产品组件的设计都基于开放的理念、并遵循国际标准以便于其与自动化市场中的的其他第三方控制产品更好的结合使用

   ·系统的操作对于用户来说是完全透明的、在每一处都会展现统一的报警/事件状态。用户可以观察、确认和管理来自所有连接的操作员面板、HMI或者PC机上的任何事件显示

  1.3  主要应用：

           ·水处理|污水处理、水泵站控制

           ·城市能量管理监控

           ·电厂铺控系统

           ·水电站控制

           ·港口悬臂转吊机

           ·纸浆/造纸生产

           ·冶金：转炉、通风系统、余热锅炉、电缆生产……

           ·食品|饮料生产

           ·化工及制药生产

           ·变电站控制

           · 更多……………..

Compact  Products  800  经济的解决方案，简单高效地帮助用户提高生产力，通过最小程度上的维护来最大化的保证您的系统运行。

二、现场设备：

2.1  S800系列I/O

     从项目工程到工厂维护管理S800系列I/O帮助您更轻松地工作

            S800系列I/O是一个宽范围的、分布式的过程I|/O系统、通过标准工业现场总线与主控制器进行通信,其宽泛的连接性使得S800  I/O不仅可以连接ABB的控制器、也可以与其他第三方的控制器进行连接通信。它秉承了ABB先进的Industrial 工业技术。

            S800系列I/O有两种系列、紧凑型系列和标准系列：紧凑型S 800L   I/O是一个优化的经济型方案, 用于连接现场设备并完成测量和控制的基本功能,主要用于简单需求的应用。标准型S800  I/O用于更多的应用需求、并支持I/O热插拔功能。这两种系列的I/O也可以在一个导轨上混合使用。

  2.2 S800系列I/O具有以下特点：

   · 灵活性、最大化的满足安装需求如小规模或大规模、户内或户外、墙面安装或地面固定

·模块化结构, 可根据用户的需求不断地进行扩展

·节省成本、可帮助用户节省硬件、电缆、安装和维护的费用

·高可靠性、良好的抗振性、支持热插拔功能、并具有自诊断、冗余等特点

·S800系列I/O可以直接安装在现场,  更接近现场的传感器和执行器,  通过减少铺设电缆的费用从而降低安装成本

·S800系列I/O几乎可以完全地随意配置,  您所需要做的就是设置现场总线站地址

·扩展电缆允许S800  I/O模块安装在多个导轨上, 实现更灵活的机柜布局

三、人机界面：

        功能强大的人机界面Compact  HML 800

Compact  HMI  800 提供了全范围的操作员站系统功能和高级的工程支持, 以便于界面组态配置,一切都是这么的简单轻松！

当前系统与控制器连接并上电启动后、Compact  HML 800便已经准备好为用户来创建应用图形以及动态点的组态配置。

当系统有其他附加计算机连接作为系统的客户端时, 它们可随时作为操作员站使用而无需进行更多组态。

操作员可以随时轻松访问他们所需要的任何信息,  从系统总貌到流程画面细节并返回, 以及随时监控系统并提醒操作员注意。

特点和受益:

· 集成所有功能：包括动态图形、事件和报警操作、图形趋势、历史数据存储、报表以及面板等等

·支持任何一款控制器：支持开放的OPC标准, 这意味着他可以通过OPC方式连接更多数量的控制器

·便于安装：在工厂出厂前已经将软件预装到了标准的PC机内

·易于工程设计：预组态了工厂所需的所有功能、工程人员可以方便地进行工程设计

·易于操作：支持Windows标准、简洁的界面帮助您快速游览画面总貌以及细节

·方便维护：集成的功能， 让您对系统维护更加轻松