【计算机验证专题七】DCS系统在药厂生产中的应用！

本文将对一家较先进的药厂常用的计算机系统（自动化系统）分别进行阐述，旨在让大家了解计算机系统（自动化系统）在药厂的一般应用常识。
) A$ X) e7 ^. s  P! x　　以下是第三部分：
【计算机验证专题七】DCS系统在药厂生产中的应用！

三、DCS系统在药厂生产中的应用
1 U8 ]1 O6 V  h" ~　　DCS是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。
    它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中管理、分级管理、配置灵活、组态方便。
　　DCS系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物。
' l& @/ U, u, X  c! F$ n& s* e    它可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，是完成过程控制、过程管理的现代化设备。
　　以下以艾默生DeltaV DCS为例进行分析：
2 j& J/ \3 {/ v　　1.系统结构
　　本项目中，艾默生DeltaV DCS上位机系统包括工程师站，应用服务器，四个操作员站。DCS控制部分包括DCS控制柜，PC柜，三个远程I/O柜。系统结构图如下图1所示（一楼）
' h1 x9 K/ {2 z　　2.控制网络
6 X7 M7 K! C1 f8 u; N( P　　艾默生DeltaV DCS控制器和工作站通过星形拓扑的方式连接到集中式的交换机上。为了保证通讯安全，控制网络采用冗余方式。DCS中也使用冗余控制器。
    冗余控制器包含一对标准的控制器，每个控制器都分配一个单独的电源。
    运行时，一个控制器处理激活状态，另一个控制器处于备用状态。处于备用状态的控制器保存着同激活的控制器一致的配置。当激活的控制器故障，备用的控制器会自动激活，并提供不间断的控制操作，整个过程无需用户参与。备用控制器与激活的控制器通过冗余网络，实时交换数据。但备用控制器并不执行控制逻辑。当发生控制器切换时，新激活的控制器读取I/O数据并开始执行程序。
& f! s3 \; X- V0 M" O    冗余的 10/100Mbps高速通讯网络通过冗余的 RJ45的连接方式来实现数据传输。可靠的高速 100MB 冗余控制网络作为 DeltaV 控制系统的中枢，起到了收集现场过程参数、在操作界面显示数据、执行控制策略组态和运行的作用。   
. }, V6 o# q9 L5 c& V1 L7 o    冗余网络连接到每一个系统节点并且连通各个独立的冗余交换机。
8 I/ `7 F$ \5 p　　3.DCS工作站
) k* [+ S: ]9 t% G& O/ y　　每一个DCS的工作站都包含工业计算机和DeltaV软件包。
    DCS工作站包括一个工程师站，一个应用站，四个操作员站。所有的工作站都被安装在PC柜中。
9 ~+ K) l6 P6 M# K+ }/ D$ Q　　工程师站为整个系统提供全局配置和数据库配置。每一个DeltaV系统都必须有一个，并且只能有一个工程师站。
    在本项目中，整个 DCS 控制系统中拥有一个工程师站，用于整个系统的组态以及数据库的组态。此工作站包含了 DeltaV数据库的核心，并提供了一整套的操作，诊断和组态工具；拥有 IEC 61131-3 图形控制组态策略和调试图形以及历史的组态；
    用户帐户管理系统也在此站中执行。
' f$ B4 z+ G) D  ~% m- |    应用站为整个系统存储历史数据，提供批处理操作。
    操作员站为操作员提供图形界面和操作界面。操作员站允许的操作功能包括动画显示，操作面板，报警处理等。
　　4.控制器和I/O子系统
　　控制器管理所有的控制活动、通讯功能、报警、趋势曲线等。
    控制器执地既定的控制策略，根据现场的反馈，执行不同的程序，并控制现场的设备。
    DCS子系统由导轨、电源、控制器和I/O模块组成。DCS I/O子系统提供多种I/O卡，包括模拟量和离散量的输入和输出、Profibus-DP卡。
    I/O卡将现场信号转换成适当的格式，提供给控制器使用。DCS控制器和I/O卡支持热插拔。替换或安装DCS控制器或I/O卡，不会对其自身或其他卡件造成影响。
　　5.DCS软件系统
9 w- v7 z5 _: }8 s$ @$ u　　DCS软件系统主要是指DletaV系统。DletaV软件系统中包括多个应用程序来实现配置、操作、生成文档、优化过程控制等功能。主要的应用程序分为管理工具和操作工具两大类。
　　通过DletaV Explorer，你可以定义系统特性，查看系统整体结构和硬件布局，增加新的对象，修改对象属性。利用DletaV Explorer，可以完成下面的工作：
向数据库中增加工作站和控制器
向数据库中增加工厂区域和控制模块
# y5 ~+ ?2 J' z7 P6 [增加和编辑报警类型和报警优先级
编辑控制网络、控制器和工作站的属性
* @2 R1 f7 ?% J3 ?下载控制模块到控制器中
导出和导入数据
6 X8 f( o7 R7 E* X: b- \1 @* ?$ Q, n　　DeltaV Explorer的界面如下图2所示：（二楼）

　　6、Control Studio可以用来配置控制功能和策略，包括控制模块，设备连锁和设备模块。Control Studio窗口被分成多个部分，每个部分被称为视图。用不同的视图来定义模块的特性。每个视图都可以被关闭或者单独调整大小。Control Studio的视图定义如下图3所示：（三楼）

   讲了半天，非专业人士可能已经糊涂了。
3 x6 n$ d  u& c" j- I3 e- {& |; k9 o   简单说，上一讲是PLC控制系统，触摸屏仅仅是整个系统的一个人机界面，起不到控制作用，只是把人的操作传送到PLC，让PLC来控制设备的。
   那么PLC可以扩展很多的I/O模块，可以利用I/O输入输出来接受控制对象的反馈、控制受控对象的运行和动作。
   那么，DCS系统就是将N多个PLC系统（或者分散控制系统）集中起来统一管理，它包括“上位计算机+网络+N个控制器（相当于PLC级别）+IO接口+现场仪表+被控对象”
   这通常是典型的计算机控制系统。
7 J1 _  u& |% ^   实际上，DCS控制系统，和“数据采集与监控系统”（supervisory control and data acquisition，简称SCADA）有异曲同工之妙。
" ?. t5 C! {& O7 T   SCADA一般是有监控程序及数据收集能力的计算机控制系统。
7 \! {5 o( p$ G  T* o! z& q3 f   可能大家的理解， SCADA只是监控和数据收集，不具备现场设备的控制能力，NO。

   SCADA系统会包括以下的子系统：
人机界面（human machine interface，简称HMI）是一个可以显示程序状态的设备，操作员可以依此设备监控及控制程序。（也可以是计算机显示屏、键盘鼠标！作用一样）
（计算机）监控系统可以采集数据，也可以提交命令监控程序的进行。
; E, ]. ]# j0 u- j! V) D  G0 K远程终端控制系统（Remote Terminal Unit，简称RTU）连接许多程序中用到的传感器，数据采集（Data acquisition）后将数字的数据传送给监控系统。
可编程逻辑控制器（programmable logic controller，简称PLC）因为其价格便宜，用途广泛，也常用作现场设备，取代特殊功能的远程终端控制系统。（PLC也可以替代RTU，或者说可以作为RTU来用）
通信网络则是提供监控系统及RTU（或PLC）之间传输数据的管道。
   那么， SCADA系统和DCS系统，大家是不是越来越糊涂了呢？
: X0 k. v7 h$ T5 o" t/ m1 R   且慢，还有更让人糊涂的事儿，微机（或计算机）+IO模块+现场仪表+被控制对象=？
. k- {6 E- W9 I' v" P3 f% E2 V- w/ C- i   目前工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC（可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
8 j6 b/ E$ @9 I1 }" u- a   我觉得，微机（或计算机）+IO模块+现场仪表+被控制对象≈IPC（PC总线工业电脑）控制系统。
   那么，大家是不是更糊涂了呢？

   就这样吧，我知道大家会越来越糊涂的，但是计算机专业的肯定不会。
   下一讲，说说《DDC与BMS系统在HVAC控制中的应用》
7 \2 K$ f) Q# m' `9 N" Y+ h   再下一讲，《FMS系统在制药厂洁净环境监控中的应用》
   想听计算机验证？计算机种类你都还没有认识完呢，慢慢来吧，我会讲的。

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