Распределённая система управления
Распределённая система управления (Distributed Control System, сокращённо DCS) — это автоматизированная система управления, основанная на микропроцессорах и разработанная с распределёнными функциями управления и централизованным отображением операций, также известная как распределённая система управления. Её основная структура включает уровни управления процессом и мониторинга процесса. Аппаратное обеспечение состоит из полевых управляющих станций, операторских станций и инженерных станций, а по иерархической структуре обеспечивается распределение рисков и централизованное управление.

Развитие распределённых систем управления прошло три ключевых этапа. До середины 1970-х годов была закладана основа для дальнейшего совершенствования и технологий распределённых компьютерных систем управления. С середины 1970-х до середины 1980-х годов появились первое и второе поколения DCS: первое поколение представлено такими моделями, как TDC-2000 и CENTUM, которые обеспечивали распределённые управляющие блоки и базовые функции мониторинга, но имели ограничения в области совместимости связи. Второе поколение было модернизировано посредством локальных сетей, продукция стандартизировалась и модулифицировалась, что значительно повысило надёжность и гибкость системы. С середины 1980-х годов, а также с 1990-х годов появилось третье поколение, а также новые тенденции развития. Третье поколение достигло прорыва в открытой связи и интеллектуальных функциях, четвёртое поколение строится вокруг концепции «информации и интеграции» и формирует четырёхуровневую систему. Последние тенденции объединяют искусственный интеллект и цифровые двойники, например, система iNICS реализует предупреждение о неисправностях и интеллектуальное обслуживание, способствуя развитию открытого экосистемы приложений.

Данная система широко применяется в таких областях, как электроэнергетика, металлургия, нефтехимия и других, с коэффициентом проникновения более 95%. К 2024 году объём рынка достиг 14,8 млрд юаней, уровень местного производства превысил 45%, а доля китайских компаний на рынке нефтехимии составила 40,4%. Ярким примером является платформа «Линлун-1» для ядерных реакторов, использующая платформу «Лунлинь» (уровень безопасности) и платформу «Лунфэн» (неуровень безопасности), которые отвечают за безопасный контроль и управление эксплуатацией реактора соответственно. 10 апреля 2024 года был установлен первый шкаф DCS, начались работы по установке и наладке. Меры технического обслуживания включают регулярную проверку, тестирование сопротивления заземления и испытания резервирования питания, что позволяет достичь уровня доступности системы близкого к 100%, среднее время безаварийной работы превышает 100 тыс. часов.
Введение в систему
Продвижение
Редактирование
Название системы

Термин «распределенная система управления» (distributed control system, DCS) является переводом названия продукта иностранных компаний. Поскольку производителей продукции многочисленны, а проектирование систем различается, функции и особенности каждого устройства уникальны, поэтому названия продуктов также имеют свои особенности. В Китае при переводе используются различные термины: распределенная система управления (distributed control system, DCS), общая распределенная система управления (total distributed control system, TDCS), распределенная компьютерная система управления (distributed computer control system, DCCS). [6] Различные названия отражают лишь разницу в намерении и переводе, но суть системы остается практически одинаковой, внутреннее значение едино. В китайской электроэнергетической отрасли наиболее распространено название «распределенная система управления». [6]

Описание системы

DCS обычно имеет иерархическую структуру, где каждый уровень состоит из нескольких подсистем, каждая из которых выполняет определенные конкретные задачи, формируя пирамидальную структуру. Надежность является жизненной силой развития DCS. Для обеспечения высокой надежности применяются три основных подхода: широкое использование высоконадежного аппаратного обеспечения и технологий производства; активное применение технологий избыточности; широкое внедрение в программном обеспечении технологий отказоустойчивости, самодиагностики неисправностей и автоматического обработки ошибок. Сегодня большинство распределенных систем управления имеют среднее время между отказами (MTBF), достигающее десятков тысяч или даже сотен тысяч часов.

Распределенная система управления представляет собой систему, в которой физические и логические ресурсы (множество компьютеров или процессоров, множественные источники данных, множественные источники команд и программ) распределены по разным местам, соединены между собой с помощью сети связи или коммуникационной сети. Система обладает высокой степенью автономности локальных ресурсов, способностью к взаимному координации ресурсов и комплексному управлению ими, что позволяет осуществлять динамическое управление и распределение распределенных ресурсов, параллельный запуск распределенных программ, а также функциональное распределение в компьютерных сетях управления. Значение термина «распределенная система управления» заключается в слове «распределенный», которое охватывает несколько аспектов. [6]

Конфигурация распределена

Географическое расположение управляющих устройств разбросано, соответствующие управляющие устройства системы также размещаются распределенно. Множество распределенных управляющих модулей на основе микропроцессоров выполняют различные управляющие задачи. [6]

Функциональное распределение

Функции распределенной системы управления не сосредоточены в центральной управляющей станции. Они распределены по всему числу распределенных управляющих модулей. Кроме того, такие функции, как сбор данных, управление процессами, отображение работы, мониторинг операций, автоподстройка параметров, также распределены и относительно независимы. [6]

Отображение распределено

Функции отображения в распределенной системе управления могут быть реализованы не только в центральной операторской станции, но и на локальных операторских станциях. Центральная операторская станция способна отображать всю информацию о любом точке распределенного процесса всей системы, а также может отображать информацию на различных терминалах. Локальные операторские станции не только могут постоянно отображать информацию с местных управляющих модулей, но и в третьей и четвертой генерации распределенных систем управления можно вызывать информацию с любой локальной операторской станции или центральной операторской станции для отображения информации на локальных станциях. [6]

База данных распределена

Современные распределенные системы управления часто используют распределенные базы данных. На местных управляющих модулях и управляющих станциях имеются собственные базы данных, которые доступны для всей системы. [6]

Связь распределена

В распределенных системах управления используется технология локальной сети связи. Все процессы в сети обладают равными правами на коммуникацию и управление, что позволяет осуществлять распределенную связь. [6]

Питание распределено

Распределенные системы управления обеспечивают независимые системы электропитания для различных управляющих модулей, что повышает надежность системы. [6]

Нагрузка распределенаВ системах распределённого управления задачи разумно распределяются между различными управляющими модулями, каждый из которых отвечает за управление несколькими локальными контурами или подсистемами. Рабочая нагрузка всей системы распределена, и нагрузка на каждый управляющий модуль практически равномерна. [6]

Распределение опасности
Реализация «распределения» означает, что опасность всей системы распределяется. [6]

Потенциал и причины возникновения
Продвижение

Редактировать

Требования-движущие силы
Современные крупные промышленные производственные процессы требуют сложного управления, что служит основной движущей силой их развития; [6]

Техническая база
На основе обобщения преимуществ традиционных аналоговых приборов управления и ранних компьютерных систем, с применением современных научно-технических достижений была создана новая система; [6]

Ключевые технологические прорывы
В начале 1970-х годов произошёл значительный прорыв в микроэлектронике: развитие больших интегральных схем, появление микрокомпьютеров и микропроцессоров обеспечили малогабаритные, высокопроизводительные, надёжные и недорогие полупроводниковые чипы и компьютерные системы, заложив прочную материальную основу; [6]

Сопутствующие технологические решения
Дальнейшее развитие технологий отображения на мониторах CRT и цифровых коммуникаций предоставило более полные условия для исследований; [6]

Теоретическое и проектирование руководство
Под руководством теории управления, теории информации, системного менеджмента и других дисциплин, с целью комплексной автоматизации, проводятся исследования и разработки, следуя принципам декомпозиции, автономности и координации. Появление систем распределённого управления является результатом технологии «4C», продуктом многодисциплинарного взаимодействия и комплексного развития, а также важным достижением Третьей промышленной революции (развитие компьютеров). [6]

Ход развития
Продвижение

Редактировать

С момента появления систем распределённого управления в середине 1970-х годов они прошли многоэтапное развитие, характерные особенности каждого этапа следующие:

Середина 1970-х годов (первое поколение)
Представительными продуктами являются TDC-2000 компании Honeywell (США), Spectrum системы компании Foxboro, Network-90 системы компании Bailey, Teleperm-M системы компании Siemens (Германия), 900/TX системы компании Hitachi (Япония), CENTUM системы компании Yokogawa и другие. Системы состояли в основном из пяти частей: устройства сбора данных, местные управляющие станции, операционные станции на мониторах CRT, высокоскоростные каналы передачи данных и контрольный компьютер. Продукты этого этапа сохраняли достоинства централизованных компьютерных систем управления, управляющие модули эффективно распределялись, операционные станции на мониторах CRT обладали богатым набором графических изображений, функциями полного оповещения, диагностики и управления всей системой, однако контрольный компьютер выполнял значительную часть административной работы и обработки информации, использовал 8-битные или 16-битные микропроцессоры, связи ограничивались примитивными локальными сетями промышленного управления, специальные протоколы связи ограничивали совместимость систем, некоторые системы не имели функции последовательного управления, технические возможности были ограниченными.