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摘要：本文在介绍自动控制和DCS发展的基础上，通过实例说明通过先进的DCS工具可以实现复杂的控制算法、实现诸多的功能，满足工业现场的实际需要。
关键词：通讯 远程I/O 冗余切换
1 自动调节系统基础知识
1.1 自动调节系统的含义
自动控制是指在没有人直接参与的条件下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。系统由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为达到一定目的、具有一定功能的整体。要使自动控制系统满足工程实际的需要，必须研究自动控制系统的结构参数与系统性能之间的关系。
1.2 自动调节系统的构成要素
①调节对象：被调节的生产过程或工艺设备，例如汽包及给水管道，加热器及其疏水管道。设计、整定自动调节系统，必须熟悉调节对象的运行特性。②调节装置：由测量部件（如变送器、温度测点）、控制运算回路（如单回路调节器、DCS）、调整型执行机构三部分构成。③给定值：生产过程要求被调量达到并保持的数值。可狭义理解为设定值SP。某些系统（如DEH和CCS）目标值是要求达到的数值，给定值是按照一定速率朝着目标值随动变化的数值，参与偏差计算、调节控制的是给定值。④被调量：调节对象中需要加以控制和调节的物理量。可狭义理解为测量值PV，例如加热器水位、有功功率、转速、主汽压力、减温器温度、PH值。⑤扰动：引起被调量偏离给定值的各种因素称为扰动。扰动因素复杂多变，需要非常了解工艺生产流程及调节对象特性才能分析把握扰动因素，扰动因素有显性、隐形之分，克服扰动是调节系统的主要任务。例如机组冲转时锅炉燃烧增强是汽轮机转速的扰动因素（机前压力变化）；加负荷是汽包水位调节的扰动因素（蒸发量增加、压力下降）；锅炉负荷增加、燃煤硫份变化是吸收塔PH值调节的扰动因素（显性扰动因素）。⑥调节量和调节方向：调节量指由调节作用来改变抑制被调量变化的物理量，可狭义理解为PID调节器的自动输出指令，与调节回路设计、参数整定相关；调节方向指被调量偏离给定值时需要控制执行机构开大还是关小。⑦跟踪回路：主要包括设定值跟踪、PID输出跟踪、输出指令跟踪等。⑧切换回路：包括手动、自动、串级、跟踪等控制方式切换，关键是无扰。
1.3 自动调节系统的分类
①按照给定值特点可分为定值调节系统、随动调节系统、程序调节系统。②按照调节系统的结构可分为闭环调节系统（反馈调节系统）、开环调节系统（前馈调节系统）、复合调节系统。③按照系统中闭环回路的数量分为单回路调节系统、多回路调节系统。④按照调节系统的特性可分为线性调节系统和非线性调节系统。
2 DCS的发展
第一代DCS是指从1975-1980年间所出现的第一批系统，控制界称这个时期为初创期或开创期。这个时期的DCS包括Honeywell公司的TDC-2000系统、Yokogawa（横河）公司的CENTUM系统、Foxboro公司的Spectrum系统等。
第二代DCS是在1980到1985年前后推出的各种系统，其中包括Yokogawa（横河）公司的CENTUMV系统Honeywell公司的TDC-3000、Fisher公司的PROVOX、Taylor公司的MOD300、Westinghouse公司的WDPF等系统。
第三代DCS采用了ISO标准MAP（制造自动化规约）网络。这一时期的系统包括Yokogawa公司的Centum-XL和μXL，FoxboroI/ASeries外，还有Honeywell公司的TDC3000UCN、Bailey公司的INFI-90、Westinghouse公司的WDPFII等。
第四代DCS更加开放，支持各种智能总线仪表（FF，Hart），同时通过网络速度的扩展，提高系统规模化，代表为横河的CENTUMCS和CENTUMCS3000等。
第五代DCS采用1G高速网络，实现控制系统的一体化、智能化，从而真正实现数字化工厂。代表产品为横河的CS3000R3和最新版的CENTUMVP，Honeywell公司的PKS以及EMERSON的DELTAV系列。
3 单回路调节系统框图
3.1 单回路调节系统示意图
3.2 框图符号说明：各家控制系统使用符号不同，总体类似
3.2.1 PID调节器中的符号说明：①SP——设定值；②PV——测量值；③AO——PID输出值；④TS——PID输出跟踪开关；⑤TR——PID输出跟踪值；⑥调节方向：正作用偏差△DEV=PV-SP；反作用△DEV=SP-PV。⑦输出方式：一般默认为位置式。
3.2.2 操作器中的符号说明：①SP——设定值；②PV——测量值；③AI——自动信号输入值；④TS——操作器输出跟踪开关；⑤TR——操作器输出指令跟踪值；⑥SPTS——设定值跟踪开关；⑦SPTR——设定值跟踪值；⑧FM——操作器强制切手动；⑨FA——强制或程序切3.3 框图说明：以ABB Symphony和HollySys MACSV
为例
3.3.1 PID调节器：回路切手动后，调节器计算功能闭锁处于跟踪状态。单回路调节系统中回路切手动后，PID输出强制跟踪操作器输出值，设定值SP跟踪PV，从而实现自动、手动方式切换无扰动。
3.3.2 操作器。①强制切手动：PV故障、PV超限、偏差超限、阀位故障、阀门卡涩等。②输出强制跟踪：处于强制跟踪模式时，无法手动操作控制阀门。强制跟踪值最好引入执行器阀位反馈。③设定值跟踪：切手动后设定值操作失效，此时要跟踪PV值，以保障切换自动时回路无扰。④输出限幅：限幅是为保证调节量工程值与AO输出定义及控制要求相符，ABB Symphony FC80无此设置，需另行设计；HollySys MACSV HSAlgMAN则可在功能块内设置。⑤设定值限幅限速：为保障调节回路稳定，对运行人员设置设定值范围及设定值变化速率（使用少）进行限制，类似于目标值经过速率限制后转变为给定值的过程作用。
3.3.3 自动/手动状态：ABB Symphony 操作器0 为手动、1为自动；HollySys MACSV 操作器0为自动、1为手动。
3.3.4 强制输出跟踪条件一定要同时作为或者包含到强制切手动条件中。
3.3.5 强制自动或者程序自动功能用得不多，有时用在顺序控制逻辑中。
3.3.6 关于操作器在线面板中PV值显示和阀位反馈显示的说明。
4 结论
随着科技的进一步发展，DCS系统将更加智能化和全能化，实现更多更复杂的算法，使系统自动调节回路更实用，系统调整更完善，运行更稳定。
参考文献：
[1]李永博.当前DCS技术的分析与展望[J].微计算机信息，2004（7）.
[2]唐怀斌.DCS发展现状与展望[J].测控技术，1991（02）.
[3]白云飞.DCS技术及其发展展望[J].机械管理开发，2011（03）.
关键词：通讯 远程I/O 冗余切换
1 自动调节系统基础知识
1.1 自动调节系统的含义
自动控制是指在没有人直接参与的条件下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。系统由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为达到一定目的、具有一定功能的整体。要使自动控制系统满足工程实际的需要，必须研究自动控制系统的结构参数与系统性能之间的关系。
1.2 自动调节系统的构成要素
①调节对象：被调节的生产过程或工艺设备，例如汽包及给水管道，加热器及其疏水管道。设计、整定自动调节系统，必须熟悉调节对象的运行特性。②调节装置：由测量部件（如变送器、温度测点）、控制运算回路（如单回路调节器、DCS）、调整型执行机构三部分构成。③给定值：生产过程要求被调量达到并保持的数值。可狭义理解为设定值SP。某些系统（如DEH和CCS）目标值是要求达到的数值，给定值是按照一定速率朝着目标值随动变化的数值，参与偏差计算、调节控制的是给定值。④被调量：调节对象中需要加以控制和调节的物理量。可狭义理解为测量值PV，例如加热器水位、有功功率、转速、主汽压力、减温器温度、PH值。⑤扰动：引起被调量偏离给定值的各种因素称为扰动。扰动因素复杂多变，需要非常了解工艺生产流程及调节对象特性才能分析把握扰动因素，扰动因素有显性、隐形之分，克服扰动是调节系统的主要任务。例如机组冲转时锅炉燃烧增强是汽轮机转速的扰动因素（机前压力变化）；加负荷是汽包水位调节的扰动因素（蒸发量增加、压力下降）；锅炉负荷增加、燃煤硫份变化是吸收塔PH值调节的扰动因素（显性扰动因素）。⑥调节量和调节方向：调节量指由调节作用来改变抑制被调量变化的物理量，可狭义理解为PID调节器的自动输出指令，与调节回路设计、参数整定相关；调节方向指被调量偏离给定值时需要控制执行机构开大还是关小。⑦跟踪回路：主要包括设定值跟踪、PID输出跟踪、输出指令跟踪等。⑧切换回路：包括手动、自动、串级、跟踪等控制方式切换，关键是无扰。
1.3 自动调节系统的分类
①按照给定值特点可分为定值调节系统、随动调节系统、程序调节系统。②按照调节系统的结构可分为闭环调节系统（反馈调节系统）、开环调节系统（前馈调节系统）、复合调节系统。③按照系统中闭环回路的数量分为单回路调节系统、多回路调节系统。④按照调节系统的特性可分为线性调节系统和非线性调节系统。
2 DCS的发展
第一代DCS是指从1975-1980年间所出现的第一批系统，控制界称这个时期为初创期或开创期。这个时期的DCS包括Honeywell公司的TDC-2000系统、Yokogawa（横河）公司的CENTUM系统、Foxboro公司的Spectrum系统等。
第二代DCS是在1980到1985年前后推出的各种系统，其中包括Yokogawa（横河）公司的CENTUMV系统Honeywell公司的TDC-3000、Fisher公司的PROVOX、Taylor公司的MOD300、Westinghouse公司的WDPF等系统。
第三代DCS采用了ISO标准MAP（制造自动化规约）网络。这一时期的系统包括Yokogawa公司的Centum-XL和μXL，FoxboroI/ASeries外，还有Honeywell公司的TDC3000UCN、Bailey公司的INFI-90、Westinghouse公司的WDPFII等。
第四代DCS更加开放，支持各种智能总线仪表（FF，Hart），同时通过网络速度的扩展，提高系统规模化，代表为横河的CENTUMCS和CENTUMCS3000等。
第五代DCS采用1G高速网络，实现控制系统的一体化、智能化，从而真正实现数字化工厂。代表产品为横河的CS3000R3和最新版的CENTUMVP，Honeywell公司的PKS以及EMERSON的DELTAV系列。
3 单回路调节系统框图
3.1 单回路调节系统示意图
3.2 框图符号说明：各家控制系统使用符号不同，总体类似
3.2.1 PID调节器中的符号说明：①SP——设定值；②PV——测量值；③AO——PID输出值；④TS——PID输出跟踪开关；⑤TR——PID输出跟踪值；⑥调节方向：正作用偏差△DEV=PV-SP；反作用△DEV=SP-PV。⑦输出方式：一般默认为位置式。
3.2.2 操作器中的符号说明：①SP——设定值；②PV——测量值；③AI——自动信号输入值；④TS——操作器输出跟踪开关；⑤TR——操作器输出指令跟踪值；⑥SPTS——设定值跟踪开关；⑦SPTR——设定值跟踪值；⑧FM——操作器强制切手动；⑨FA——强制或程序切3.3 框图说明：以ABB Symphony和HollySys MACSV
为例
3.3.1 PID调节器：回路切手动后，调节器计算功能闭锁处于跟踪状态。单回路调节系统中回路切手动后，PID输出强制跟踪操作器输出值，设定值SP跟踪PV，从而实现自动、手动方式切换无扰动。
3.3.2 操作器。①强制切手动：PV故障、PV超限、偏差超限、阀位故障、阀门卡涩等。②输出强制跟踪：处于强制跟踪模式时，无法手动操作控制阀门。强制跟踪值最好引入执行器阀位反馈。③设定值跟踪：切手动后设定值操作失效，此时要跟踪PV值，以保障切换自动时回路无扰。④输出限幅：限幅是为保证调节量工程值与AO输出定义及控制要求相符，ABB Symphony FC80无此设置，需另行设计；HollySys MACSV HSAlgMAN则可在功能块内设置。⑤设定值限幅限速：为保障调节回路稳定，对运行人员设置设定值范围及设定值变化速率（使用少）进行限制，类似于目标值经过速率限制后转变为给定值的过程作用。
3.3.3 自动/手动状态：ABB Symphony 操作器0 为手动、1为自动；HollySys MACSV 操作器0为自动、1为手动。
3.3.4 强制输出跟踪条件一定要同时作为或者包含到强制切手动条件中。
3.3.5 强制自动或者程序自动功能用得不多，有时用在顺序控制逻辑中。
3.3.6 关于操作器在线面板中PV值显示和阀位反馈显示的说明。
4 结论
随着科技的进一步发展，DCS系统将更加智能化和全能化，实现更多更复杂的算法，使系统自动调节回路更实用，系统调整更完善，运行更稳定。
参考文献：
[1]李永博.当前DCS技术的分析与展望[J].微计算机信息，2004（7）.
[2]唐怀斌.DCS发展现状与展望[J].测控技术，1991（02）.
[3]白云飞.DCS技术及其发展展望[J].机械管理开发，2011（03）.