DCS系統(tǒng)中,控制站繼承了DDC(直接數(shù)字控制)技術(shù),它是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī),實(shí)際運(yùn)行中可以暫時(shí)在不與操作站及網(wǎng)絡(luò)相連的脫機(jī)情況下,完成過程控制策略,保證生產(chǎn)裝置運(yùn)行。從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說,控制站屬于過程控制專用計(jì)算機(jī),其特點(diǎn)是代采用8位微處理器,第二代采用16位微處理器,第三代采用32位(直至64位)微處理器,這對于中小型DCS控制器來說比較確切。大型DCS控制站對中央處理器要求較高,必須為專用的處理器,準(zhǔn)16位和準(zhǔn)32位或64位運(yùn)算方式。第二代DCS控制站采用精簡指令系統(tǒng)(RISC,ReducedInstructionSetComputer)。第三代DCS控制站已采用多CPV分別用于控制、通信、冗余切換等操作。
控制站作為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī),它的主要I/0設(shè)備為現(xiàn)場的輸入、輸出處理設(shè)備,即過程輸入/輸出(PI/0),包括信號變換與信號調(diào)理,A/D、D/A轉(zhuǎn)換。它在第二代和第三代產(chǎn)品中已陸續(xù)采用了嵌入式技術(shù),并采用單片機(jī)等完成量程調(diào)整,遠(yuǎn)程I/0數(shù)據(jù)傳輸、小型化、減少PI/0卡硬件規(guī)格等功能,直至連接智能化的現(xiàn)場變送器或接受采用現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)字信號。在信號變換過程中采用隔離技術(shù)以防止來自現(xiàn)場的干擾信號,這是至關(guān)重要的;與現(xiàn)場連接的端子及輸入、輸出信號的物理位置的方便確認(rèn),也是用戶非常關(guān)心的。這些在DCS控制站的更新?lián)Q代中,都有很大改進(jìn)。在這方面,原來生產(chǎn)自動(dòng)化儀表的廠家表現(xiàn)尤佳,所以說DCS是繼承了自動(dòng)化儀表技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件,原則上也有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、編程語言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等,只是完善程度不同而已。代DCS控制站的功能更近似于多回路調(diào)節(jié)器,而且每個(gè)控制站都可以配置人機(jī)界面和備用操作器;第二代DCS控制站的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及程序編譯系統(tǒng)比較完整,編程語言有面向過程語言和語言,控制策略的組態(tài)由操作站或工作站在與控制站聯(lián)機(jī)的情況下,完成編譯和下裝;第三代DCS控制站的系統(tǒng)軟件齊全,操作站或工師站可以完成離線組態(tài)及在線修改控制策略。
為了完成控制策略,實(shí)現(xiàn)對應(yīng)功能模塊及模塊之間連接的功能,可構(gòu)成反饋控制回路,這在3代DCS控制站中變化不大,而且是不斷積累完善的過程,如PID算法等典型的數(shù)值計(jì)算就是如此。目前典型的功能模塊有50多種,這是DCS廠家的專有技術(shù)。對於順序控制和批量控制組態(tài)編程,各種DCS控制站采用不同的方法,直到近來才向IEC61131-3編程語言標(biāo)準(zhǔn)靠攏。
DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要為來自現(xiàn)場的信號和各種變量,在控制站中表現(xiàn)為與工位號(TAG)對應(yīng)的相關(guān)的測量值(PV)、設(shè)定值(SV)、操作輸出值(MV)及回路狀態(tài)(AVTO/MAV/CAS)等。這些數(shù)據(jù)在DCS控制站相應(yīng)的存儲器里,構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),其它屬于與工位號有關(guān)的組態(tài)信息,如量程、工程單位、回路連接信息、順序控制信息等,也在控制站中存儲,但同時(shí)必須在操作站或工程師站中存貯,而且有映像關(guān)系,至於歷史數(shù)據(jù)存貯,一般不是在DCS控制站中。
在完善的DDS技術(shù)中,對A/D、D/A轉(zhuǎn)換及控制算法,分別引入掃描周期和控制周期概念,在第二代、第三代DCS控制站中,掃描周期可以比缺省值1秒更短(注意1秒對一般溫度的等物理量的測量控制是足夠的),如可以選用0.2-0.5秒,以滿足少數(shù)反應(yīng)快的控制對象的要求。
對於代、第二代DCS控制站,為了完成回路控制以外的順序控制、批量控制及數(shù)據(jù)采集,分別開發(fā)了不同型號、規(guī)格的控制站產(chǎn)品;而第三代控制站因?yàn)槠涔δ軓?qiáng)大,對開關(guān)量和模擬量處理能力很強(qiáng),所以一般不做區(qū)分。大型DCS的一臺控制站可以完成上百個(gè)回路的控制,其容錯(cuò)技術(shù)完善,可靠性高,所以"分散控制以消除危險(xiǎn)"的初衷已很難體現(xiàn)。當(dāng)然對於一個(gè)工廠只有一個(gè)中央控制室及多套工藝裝置,而且每套裝置就近安裝1-2臺控制站的大系統(tǒng)來說,這也是一種分散型控制,只是對控制站的可靠性要求更高了。
中小型DCS控制站,控制8回路、16回路、32回路幾種型式,分散性較易為人們接受。目前小型DCS系統(tǒng)所占有的市場,已逐步與PLC、IPC、FCS、I/0系統(tǒng)共享,今后小型DCS可能首先與這些系統(tǒng)融合,而且"軟DCS"技術(shù)將得到發(fā)展。
控制站是整個(gè)DCS的基礎(chǔ),它的可靠性和安全性為主要,死機(jī)和控制失靈的現(xiàn)象是不允許的,而且冗余、掉電保護(hù)、抗電磁干擾、構(gòu)成防爆系統(tǒng)等方面都有效而可靠,才能滿足用戶要求。以后DCS廠家在通信網(wǎng)絡(luò)、操作站、工程師站幾方面制作逐步開放或可以互換并以提供"解決方案"為主時(shí),作為制造廠,仍應(yīng)保持控制站的軟硬件的生產(chǎn)專有,因?yàn)檫@是傳統(tǒng)DCS或稱常規(guī)DCS的根本。