[實用新型]一種數字處理單元分層的分散控制系統

無效

• 申請號: 201020575073.0
• 申請日: 2010-10-25
• 公開（公告）號: CN201820139U
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 傅堅;鄭堯富;屠勤;虞為慈
• 申請（專利權）人: 京儀華文自動化系統工程（上海）有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;周榮芳

技術領域

本實用新型涉及一種自動控制系統，特別涉及一種數字處理單元分層的分散控制系統。

背景技術

目前，常規流程工業控制最常用的是如圖1所示的分散控制系統（以下簡稱DCS系統），其一般包含通過冗余的以太網絡依次連接的HMI（人機界面，即操作員站、工程師站等）、DPU（數字處理單元）及I/O部件（輸入輸出單元）。I/O部件還通過信號電纜與現場設備連接，將設備上安裝的常規儀表或檢測裝置上采集到的數據輸送至DPU。

作為DCS系統中的關鍵部件，DPU將數據發送至HMI層，使技術人員能夠通過操作員站進行實時監控，或可進一步通過工程師站進行控制參數的設定修改操作；之后DPU根據預設或HMI給出的指令來輸出控制信號，經由I/O部件、信號電纜來調整現場設備的工作狀態。

然而，由于上述HMI、DPU及I/O部件均放置在中央控制室內；并且現場設置的常規儀表及檢測裝置向I/O部件給出的是模擬信號，每個模擬信號的傳輸需要一對電纜，因此，需要耗費大量的電纜，同時也需要中央控制室的空間足夠龐大，來容納引入其中的所述電纜及大量I/O部件。所以，現有的分散控制系統（DCS）的設置成本高、占地面積大，尤其在控制設備多、現場與控制室距離遠的情況下更為突出。

為了解決該問題，現有在流程工業還使用了如圖2所示的另一種控制系統，即現場總線控制系統（以下簡稱FCS系統）。其對DCS系統的現場側進行了改進：在現場設備上使用具有PID（比例、微分、積分）調節功能的智能型儀表及檢測裝置，能夠將現場的溫度、壓力、流量等模擬信號轉變成數字信號后，直接與DPU進行數字信號的傳輸，從而取消了在DCS中使用的大部分I/O部件，同時可以減少電纜的用量達60%，中央控制室的面積也可相應減少。

但是，目前FCS系統尚存在下述缺點：

1.FCS系統中所使用的自帶調節及數字通訊功能的儀表及檢測裝置造價昂貴，所以控制系統總的造價并沒有下降，根據現有文獻記載，反而成本有所上升。

2.目前總線不支持冗余功能，在一條現場總線上連接了大量所述儀表，若任意一條總線發生故障都將影響整個系統的運行，降低了FCS系統的可靠性。

3.在某些場合中，FCS還無法提供DCS已有的控制功能。由于軟硬件水平的限制，其功能塊的功能還不是很強，品種也不夠齊全；用現場儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級、比例控制等，對于復雜的、先進的控制算法還無法在儀表中實現，對于單回路內有多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。

所以盡管現場總線的概念已提出十余年了，但上述原因限制了FCS系統在過程控制領域的應用。

另外，現有DCS和FCS系統中，所述DPU都是單層平面布置的：以火力發電廠鍋爐的控制為例，其中若干對DPU用于控制鍋爐，每對DPU需要同時控制鍋爐的多個附屬設備；另外若干對DPU用于控制汽輪機側的附屬設備，即所有DPU的作用與實現的功能都處在同等的地位，同時DPU的功能設計布局沒有清晰的劃分，控制效率低；而且一旦某對DPU發生故障，會影響多個設備的運行，造成整個系統失控的嚴重后果。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種數字處理單元分層的分散控制系統，將傳統DCS系統及FCS系統的優點相結合，將現有DPU分布立體化，如分成MCU（主控器）及FCU（現場控制單元），分別完成對控制單元組及控制單元子組的控制，實現了對現場設置的常規儀表、執行器、驅動設備進行的現場總線及工業以太網技術升級，從而節省控制電纜、橋架、控制室造價，并提高系統控制可靠性。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是提供一種數字處理單元分層的分散控制系統，設置有若干層控制單元，分別對應監控以工藝或功能劃分的若干個受控設備功能組；

每個受控設備功能組中包含控制參數相關聯且相互配合工作的若干所述受控設備，每個所述受控設備下還設有下一級的若干附屬的受控設備。

所述若干個受控設備功能組對應包含若干控制單元組，以及每個控制單元組下的若干控制單元子組；

所述若干層控制單元包含對應所述若干控制單元組設置并控制其工作的若干主控制器，以及對應所述若干控制單元子組設置并控制其工作的若干現場控制器；

每個所述主控制器通過子網，與若干所述現場控制器分別連接，并根據該若干現場控制器發送的監測數據，對該若干現場控制器進行協調控制。

所述若干主控制器通過主干網與人機界面連接，并與所述人機界面一起放置在控制室內；