分布式控制系统功能-分布式计算机控制系统

控制层软件是运行于现场控制站的控制器中的软件，其基本功能可概括为I/O 数据采集、控制运算及I/O 数据的输出。有了这些功能，DCS 的现场控制站就可以独立工作完成本控制站的控制功能。除此之外，一般DCS 控制层软件还要完成一些辅助功能，如控制器及重要I/O 模块的冗余功能、网络通信功能及自诊断功能等。不同的DCS 产品在辅助功能上区别较大，但在基本功能的实现上基本相同。

I/O 数据的采集与输出由控制器按照工程师站的硬件配置来实现，控制器接收工程师站下装的硬件配置信息，完成对I/O 通道的信号采集与输出。I/O 通道信号采集后，还要有一个数据预处理过程，只有将这些信号进行质量判断并调理转换为标准量纲的工程值后，才能为控制运算程序使用。

DCS 的控制功能由控制器实现，是控制器的核心功能。在控制器中一般存储了各种基本控制算法，如PID、微分积分、超前滞后、加减乘除、三角函数、逻辑运算、伺服放大、模糊控制及先进控制等控制算法程序，这些控制算法有的在IEC 61131-3 标准中已有定义，更大一部分是DCS 厂商多年行业经验积累下来的专有控制算法，这些专有控制算法的丰富程度、专业程度体现了DCS 厂商在该行业领域的专业化水平。例如，Honeywell、Yokogawa 等公司在石化领域，原Bailey、Westinghouse 等公司在火电领域。这些厂商有相当丰富的经验，积累了大量的行业专用算法，其DCS 产品在这些领域都有较高的知名度。

通常，控制系统设计人员通过控制算法组态工具，将存储在控制器中的各种基本控制算法按照生产工艺要求的控制方案顺序连接，并输入相应的参数后下装给控制器，这种连接起来的控制方案称为方案页，在IEC 61131-3 标准中统称为程序组织单元（Program Organization Units，POU）。控制运行时，运行软件从I/O 数据区获得与外部信号对应的工程数据，如流量压力温度及位置等模拟量输入信号、断路器的断开设备的启/停等开关量输入信号等，并根据组态的方案页来执行控制运算，然后将运算结果输出到I/O 数据区，由I/O 驱动程序转换输出给物理通道，从而达到自动控制的目的。输出信号一般也包含如阀位信号、电流、电压等模拟量输出信号和启动设备的开/关、启/停的开关量输出信号等。控制运行软件一般针对每个控制方案，按照方案的组织逻辑关系来逐个执行程序组织单元（POU），并针对每个程序组织单元做如下处理：

（1）从I/O 数据区获得输入数据。

（2）执行控制运算。(www.xing528.com)

（3）将运算结果输出到I/O 数据区。

（4）由I/O 驱动程序执行外部输出，将输出变量的值转换成外部信号（如4 ～20 mA输出信号），并输出到外部控制仪表，以执行控制操作。

上述过程是一个理想的控制过程，事实上，如果只考虑变量的正常情况，该功能还缺乏完整性，因此该控制系统还不够安全。一个较完整的控制方案执行过程还应考虑各种无效变量的情况。例如，模拟输入变量超量程的情况；开关输入变量抖动的情况；输入变量被禁止扫描的情况；输入变量的接口设备（或通信设备）故障的情况；等等。这些情况将导致输入变量成为无效变量或不确定性数据。此时，针对不同的控制对象，应能设定不同的控制运算和输出策略。例如，可定义： 变量无效则结果无效；保持前一次输出值（或控制）倒向安全位置；使用无效前的最后一次有效值参加计算；等等。

以上简要介绍了DCS 自动控制的基本过程。目前，各知名的DCS 在过程控制算法的功能和使用方法上相差不大。但在控制器结构、软件性能等方面，各DCS 差别很大，主要体现在： 控制器内算法的容量；控制器的运算效率、运算周期；算法编程语言的支持程度组态风格；变量类型的支持程度；有效性处理能力和使用限制方面的内容（如是否支持算法的在线无扰下装、是否支持网络变量、是否支持控制器冗余和无扰切换、是否支持在线工程和在线参数回读等）。有的DCS 不支持在线下装，因此如果修改一个算法，就必须停止控制器的运行，待修改后的算法下装后，重新启动控制器运行；还有的DCS 不支持网络变量，一个控制回路对象，其关联的信号必须接在同一个控制器（站），这给用户在灵活使用上带来很大不便，直接影响系统的可使用性。