從DCS到SDCS的進化

SDCS分布式監(jiān)控系統(tǒng)（Smart Distributed Control System）是一種由DCS集散控制系統(tǒng)發(fā)展而來的工業(yè)過程控制系統(tǒng)。它具有過程控制系統(tǒng)DCS、FCS之外的，分布，自主的特點。

SDCS是基于現(xiàn)場設(shè)備、現(xiàn)場總線、現(xiàn)場控制、局域網(wǎng)的化監(jiān)控系統(tǒng)。它以現(xiàn)場設(shè)備層為核心，實現(xiàn)由小及大，自下而上的監(jiān)控系統(tǒng)，將現(xiàn)場設(shè)備與模塊相結(jié)合，現(xiàn)場控制與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制相結(jié)合，以太網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線相結(jié)合，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備傳感器的數(shù)字化，現(xiàn)場數(shù)據(jù)和控制的實時化，工業(yè)控制和管理的系統(tǒng)化，適用于工礦企業(yè)的重要生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控。

SDCS一條現(xiàn)場總線將現(xiàn)場傳感器、控制裝置、執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)備連成系統(tǒng)，可隨時增減，具有現(xiàn)場控制單元，實現(xiàn)現(xiàn)場控制，接入局域網(wǎng)實現(xiàn)多臺設(shè)備或生產(chǎn)線的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制。

SDCS具有現(xiàn)場控制的特點，所有的現(xiàn)場監(jiān)控單元都具有數(shù)據(jù)采集處理功能的程序來實現(xiàn)，控制現(xiàn)場監(jiān)控裝置�，F(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控，不依賴于網(wǎng)絡(luò)的上位機。

SDCS具備自主分布的特點，用戶在設(shè)備上安裝組態(tài)模塊，使用總線式網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)，就近接入傳感器和控制器，無需配置地址，配置控制點表，系統(tǒng)自動識別模塊，無需硬件配置設(shè)計，現(xiàn)場用戶和設(shè)備制造商技術(shù)人員即可設(shè)計配置監(jiān)控設(shè)備和系統(tǒng)。

SDCS具備自主式的組態(tài)方式，根據(jù)用戶選擇的系統(tǒng)進線向?qū)Щ�的配置，使用模塊化的圖元積木式搭建系統(tǒng)，無需編程，方便了用戶自主設(shè)計自動化控制系統(tǒng)、組網(wǎng)和維護。

與DCS、FCS的綜合對比

實現(xiàn)方案	SDCS分布式控制系統(tǒng)	DCS集散控制系統(tǒng)	FCS現(xiàn)場總線式控制系統(tǒng)
可靠性	每個單元可單獨工作，不依賴于上位機邏輯或核心CPU邏輯，多種安裝方式，實現(xiàn)任意設(shè)備的分散控制	設(shè)備控制單元無法脫離上位機和網(wǎng)絡(luò)獨立工作，必須配置高度的冗余和后備系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，難以實現(xiàn)危險分散。	每個單元具備獨立工作的能力，但總體功能依賴于網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通訊的速率和質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的運行。
開放性	可接入多個廠家的設(shè)備，包含輸入，輸出信號，各種協(xié)議，自定義協(xié)議等。	只能使用同一廠家的設(shè)備	總線搭建完成后，用戶可選擇兼容此網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議的設(shè)備，但有一定局限性。
拓展性	可拓展控制單元，系統(tǒng)自動分配地址，無需開放授權(quán)和設(shè)置地址，無需編程。	在有授權(quán)的情況下可實現(xiàn)一定程度的拓展，但需要設(shè)置地址，二次編程。	在有授權(quán)的情況下可實現(xiàn)一定程度的拓展，但需要設(shè)置地址，二次編程。
兼容性	采用GD-BUS總線，兼容RS485和CAN總線，協(xié)議內(nèi)容完全公開。	協(xié)議由廠家定制，不開放或有限度開放。	FF,CAN,Profibus,CC-Link,Ethernet等協(xié)議內(nèi)容公開，但使用多級結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建復(fù)雜，調(diào)試，維護工作量大。
投資成本	在設(shè)備就地安裝，總線式布線，無需配置控制柜，減少人力成本和時間成本。	成本高，需要完善的設(shè)計和復(fù)雜的調(diào)試過程	價格高，需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，耗費大量人力和時間。

• SCZ組態(tài)控制站

SCZ組態(tài)控制站內(nèi)置雙核工控主板和10寸工業(yè)液晶顯示器，它嵌入定制的管理軟件，用戶可以搭建需求的功能，如現(xiàn)場組態(tài)，運行監(jiān)視，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)趨勢曲線，故障事件記錄，報表打印。適合多臺設(shè)備構(gòu)成的整體控制系統(tǒng)，也可對單臺設(shè)備進行控制。

• SCF智能控制分站

SCF控制分站內(nèi)置32位高性能ARM處理器，可對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行處理和分析。無需編程，可加載預(yù)制的數(shù)據(jù)處理算法和控制功能，如流量積算，純流量積算，智能PID控制，模糊控制等，適合于就地搭建局部控制系統(tǒng)。

• SCM自組態(tài)采集控制器

SCM自組態(tài)采集控制器可接入常見的開關(guān)量和模擬量，內(nèi)嵌多種傳感器驅(qū)動程序，即插即用，如電壓，電流，熱電阻，頻率等，實現(xiàn)單獨控制量的運算，工藝流程的自定義，適合接入多路不同信號類型的傳感器、執(zhí)行器。



• SCZ組態(tài)控制站



SCZ組態(tài)控制站是現(xiàn)場集控系統(tǒng)的核心，內(nèi)置工控機，可對設(shè)備或多臺設(shè)備進行監(jiān)控，它通過總線和其它SCF分站、SCM自組態(tài)采集控制器進行通信，通過內(nèi)置的10寸顯示屏，顯示設(shè)備的運行情況。


主要參數(shù)

監(jiān)控主板	采用工控主板，配置定值的I/O接口板，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理等功能。
顯示屏	采用10寸65K色顯示屏，分辨率達到1024*768可實現(xiàn)豐富的色彩顯示。
8位可編程多功能按鍵	8位可編程多功能按鍵，F(xiàn)1-F8，可完成翻頁、輸入、切換等多種自動控制功能。
6位自定義快捷操作按鈕	6個自定義快捷操作按鈕，K1-K6,可對設(shè)備進行啟動，停止操作或自動、手動、檢修、試驗?zāi)Ｊ降鹊那袚Q操作。
4*5防水操作鍵盤	配合預(yù)裝輸入法，可進行漢字、英語的輸入。

功能特點

簡單易用	內(nèi)置工控主板，嵌入SC-Viewer運行版組態(tài)軟件，運行在Windows系統(tǒng)平臺上，視窗化操作，直觀易用。
操作便捷	通過可編程的按鍵和快捷操作按鈕，使操作人員對設(shè)備的操作更加便捷，對設(shè)備的監(jiān)控信息掌握更加快捷。
接口豐富	內(nèi)部含2路以太網(wǎng)接口，4路RS485接口和2路CAN接口。
IP6X級防水防塵設(shè)計	適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，密封達到P65級。
插接設(shè)計	對下通信總線和供電總線采用插接設(shè)計，提高監(jiān)控系統(tǒng)的實施效率。
內(nèi)置電源轉(zhuǎn)換	標配220V輸入，內(nèi)置電源轉(zhuǎn)換模塊，本安型需搭配本安電源使用。



• SCF控制分站



SCF控制分站是在現(xiàn)場進行顯示在控制的設(shè)備，它可串聯(lián)在總線中，將下層SCM自組態(tài)采集控制器的數(shù)據(jù)集中處理并顯示，向上接入SCZ組態(tài)控制站中。適合在設(shè)備就近處配置局部的控制系統(tǒng)，或在多臺設(shè)備的聯(lián)合控制系統(tǒng)中，作為局部控制分站。


主要參數(shù)

核心CPU	內(nèi)置32位高性能ARM處理器。
顯示屏	選用3.5寸、320*240分辨率的彩色液晶顯示器。
通訊接口	紅外接口：遙控器操作。 GDBUS接口：用于數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)，兼容RS485和CAN總線。 選配對上以太網(wǎng)接口：在無SCZ控制站的總線中，實現(xiàn)現(xiàn)場的監(jiān)控數(shù)據(jù)收發(fā)，完成監(jiān)控功能。
數(shù)據(jù)處理精度	處理模擬量、頻率量精度≤5‰

功能特點

采集功能	內(nèi)置32位高性能ARM處理器，保證了算法的執(zhí)行和大容量數(shù)據(jù)的處理能力。
控制算法	內(nèi)置控制算法和多種常見的自動控制流程，如皮帶，水泵控制流程，水位PID控制，溫度PID控制等算法
兼容協(xié)議	包含常見工業(yè)控制協(xié)議，如Modbus-RTU，Modbus-ASCCII，CAN2.0，CANOpen301等。
殼體設(shè)計	一體化機身設(shè)計，達到P65級密封殼體，適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。
操控功能	操作界面由6位紅外遙控器完成。



• SCM自組態(tài)采集控制器



SCM自組態(tài)采集控制器可單獨1路使用，也可多個組態(tài)單元模塊組合成多路使用，各個組態(tài)單元模塊之間為鏈式插接，接入GDBUS通訊總線中，可按照現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控點類型和數(shù)量進行組態(tài)。


組態(tài)單元模塊介紹

無源開入量	無源開入量輸入模塊采集開入量接點信號，判斷設(shè)備的狀態(tài)，如開關(guān)的分、合，到位等，適合無源開出傳感器，執(zhí)行設(shè)備的信號接入。
有源開入量	有源開入量輸入模塊采集有源的開關(guān)量接點信號，判斷設(shè)備的狀態(tài)，如設(shè)備的分、合、斷線等，適合有源開出信號量的傳感器接入，可判斷傳感器信號的分、合、斷線三種信號。
電流輸入量	電流型采集模塊采集的電力信號范圍為0-20mA,可適配常見的4-20mA電流，0-10mA電流信號。
頻率輸入量	模塊采集0-2000HZ的傳感器輸出信號。
電壓輸入量	電壓型模擬量采集模塊采集0-10V的傳感器輸出信號，可接入常見的0-5VDC，0-10VDC，1-5VDC信號，內(nèi)置工程量變換斷線報警、上下限報警等功能。
無源開出量	無源開出量模塊通過繼電器提供無源的常開和常閉空節(jié)點，用于控制設(shè)備或開關(guān)的動作，作為現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備的信號驅(qū)動。
熱電阻輸入量	熱電阻采集模塊可采集常見的工業(yè)熱電阻信號，如PT100，K型，J型，E型等常見溫度傳感器，可實現(xiàn)斷線報警，上下限報警等功能。

功能特點

數(shù)據(jù)處理功能	每個組態(tài)單元，均具備獨立MCU芯片，可完成相關(guān)數(shù)據(jù)的采集處理。常用的數(shù)據(jù)處理如：簡單數(shù)學(xué)運算、時間段平均、極值、峰值濾波、積分、微分運算、工程量變換、流量積算等。
控制程序	每個組態(tài)單元都可以編程，進線相關(guān)的控制，如對模擬量數(shù)據(jù)的上下限報警，故障輸出。
自動適應(yīng)地址	采集單元組成SCM采集控制器后，無需人工分配節(jié)點地址，系統(tǒng)自動識別設(shè)備標號，完成地址適配。

數(shù)據(jù)采集修正功能

自動修正	內(nèi)部有環(huán)境溫度檢測模塊，識別環(huán)境溫度，進行軟件補償。
手動修正	運行10%差值范圍內(nèi)采集值與預(yù)校準值得校準功能。
內(nèi)部采集單元熱插拔	采集單元可進線熱插拔，可在不影響設(shè)備運行的情況下進線故障模塊的調(diào)換。
低功耗的運行	開關(guān)量模塊功耗≤2.5W，模擬量模塊功耗≤5W。

安裝方式

安裝方式	導(dǎo)軌式安裝、獨立箱體、嵌入式安裝
防爆形式	地面一般型、井下本安型、地面防爆型
獨立箱體	將SCM自組態(tài)采集控制器分為1路，2路，4路或多路定制的組合，安裝在定制的殼體內(nèi)。
導(dǎo)軌式組合	適合受控設(shè)備或傳感器在就地的控制箱內(nèi)，通過控制箱內(nèi)導(dǎo)軌進行安裝。
嵌入式安裝	針對傳感器進行改造，在傳感器內(nèi)部安裝嵌入式組態(tài)單元模塊，實現(xiàn)采集和數(shù)據(jù)通信輸出。

SDCS的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

SDCS的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)	SDCS系統(tǒng)由決策管理層，現(xiàn)場管理層，現(xiàn)場設(shè)備層三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
決策管理層	由數(shù)據(jù)服務(wù)器，管理服務(wù)器，管理終端等構(gòu)成，依托服務(wù)器和管理終端實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)進行遠程采集、分析、儲存、管理和操作控制、工序控制等。
現(xiàn)場管理層	由組態(tài)控制站構(gòu)成，通過現(xiàn)場總線連接控制分站、采集控制器，實現(xiàn)設(shè)備的現(xiàn)場人機交互、組態(tài)設(shè)置、集控操作和管理，可作為現(xiàn)場設(shè)備的控制核心，或多臺現(xiàn)場設(shè)備的集控中心。
現(xiàn)場設(shè)備層	由控制分站、采集控制器和現(xiàn)場傳感器，執(zhí)行結(jié)構(gòu)等構(gòu)成，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測、控制和管理。

單臺水泵控制系統(tǒng)

SCF組態(tài)分站可作為單臺水泵的智能控制核心，通過SC-Maker開發(fā)版配置軟件，可以載入內(nèi)置的幾套水泵控制程序，通過對水泵的閥門控制，傳感器數(shù)據(jù)采集和啟動，停止設(shè)備的控制，實現(xiàn)排水泵運行。單臺水泵的控制包含以下幾個部分：排水閥門控制、射流總成控制、低壓啟動器控制、電機及水泵狀態(tài)傳感器采集。

排水閥門接入

排水電控閥門的接入一般由4個開入量，3個開出量和一個模擬量實現(xiàn)，通過自組態(tài)采集控制器，接入對應(yīng)的信號量，配合SCF內(nèi)置閥門控制程序，完成排水閥門的控制。

射流總成接入

射流總成由2個電控球閥與2個壓力表組成，每個電控球閥保護2個開入量，2個開出量和1個模擬量，需要配置2臺5路的采集控制器（2DI,2DO,1AI）和1臺2路的采集控制器（2AI）,通過SCF內(nèi)置的射流總成控制程序，實現(xiàn)水泵啟動過程的監(jiān)控。

電機水泵狀態(tài)

電機狀態(tài)采集包含電機的定子溫度、軸承溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測；水泵的狀態(tài)采集包含水泵的軸承溫度、轉(zhuǎn)速平衡盤位移監(jiān)測等。通過在電機副井和水泵附近的自組態(tài)瓷肌控制器，實現(xiàn)水泵及電機的狀態(tài)監(jiān)測。

SDCS系統(tǒng)在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用

針對煤礦設(shè)備的特點，SDCS系統(tǒng)提供相應(yīng)的系統(tǒng)框架，用戶根據(jù)現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、配置相應(yīng)的采集控制設(shè)備，配置就地集控系統(tǒng)或遠程管理系統(tǒng)，實現(xiàn)無人值守，到安全監(jiān)控的目標。

綜采工作面安全監(jiān)測與控制系統(tǒng)

通過SCM采集控制器，將工作面的支架控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載系統(tǒng)、環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)、綜采機控制系統(tǒng)等接入。

排水泵房無人值守系統(tǒng)

根據(jù)井下排水泵房的設(shè)備特點，開發(fā)出適合井下電動閥門，井下船安全的分布式采集控制器，實現(xiàn)了井下排水泵房的無人值守運行。

輸送機監(jiān)控系統(tǒng)

SDCS系統(tǒng)采用總線式的連接結(jié)構(gòu)，通過一條總線連接分布在輸送機沿線的所有采集控制器，利用向?qū)�式的配置軟件，組建監(jiān)控系統(tǒng)。

主通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)

SDCS系統(tǒng)在主扇通風(fēng)機中的應(yīng)用避免了PLC監(jiān)控技術(shù)將所有數(shù)據(jù)線纜，控制線纜集中的問題，有利于主通風(fēng)機的故障隱患的排查，實現(xiàn)主扇通風(fēng)機的不停風(fēng)倒臺。

膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)

針對膠帶輸送機的監(jiān)控特點，通過分布在輸送機沿線的采集控制器和中心控制站，實現(xiàn)膠帶輸送機的集控運行、故障保護、運行管理等功能。

監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建方式

• 膠帶輸送機沿線部署一條總線，總線可對采集、控制裝置進行供電和通訊。
• 在膠帶輸送機沿線的傳感器可就近接入SCM采集控制器，如卸載機頭部分的堆煤傳感器，裝載處的撕裂傳感器等。
• SCF組態(tài)分站或SCZ組態(tài)主站上，選擇膠帶機控制程序，完成系統(tǒng)構(gòu)建。

技術(shù)特點

• 總線式的拓撲結(jié)構(gòu)，適合膠帶輸送機的設(shè)備特性，采用一根總線對沿線采集，控制裝置供電和網(wǎng)絡(luò)通訊。
• 在設(shè)備副井設(shè)置監(jiān)控采集節(jié)點，節(jié)點數(shù)量完全匹配設(shè)備所需。
• 使用熱插拔技術(shù)，可在不停機的情況下完成維修工作。

配置方式

設(shè)備名稱	SCZ	SCF	SCM	SCM	SCM
數(shù)量	1臺	1臺	每電機1臺	若干	若干
備注	總控制臺	張緊控制系統(tǒng)	沿線拉線跑偏	撕裂堆煤	電機數(shù)據(jù)采集

排水泵房監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)特點

• 總線式的拓撲結(jié)構(gòu)，每臺泵設(shè)置一臺控制分站，互相獨立運行互不干擾，泵房設(shè)置一臺主站，負責(zé)總管路監(jiān)控和各臺水泵的開停。
• 使用SCM采集控制器接入閥門和傳感器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、易于維護。
• 內(nèi)置水泵設(shè)備類型和啟動方式，適合泵房設(shè)備的接入和控制。
• 系統(tǒng)可跟隨設(shè)備遷移，即裝即用，無需二次調(diào)試。
• 分站、采集控制器熱插拔設(shè)計，無需二次編程。

技術(shù)特點

• 總線式的拓撲結(jié)構(gòu)，適合膠帶輸送機的設(shè)備特性，采用一根總線對沿線采集，控制裝置供電和網(wǎng)絡(luò)通訊。
• 在設(shè)備附近設(shè)置監(jiān)控采集節(jié)點，節(jié)點數(shù)量完全匹配設(shè)備所需。
• 使用熱插拔技術(shù)，可在不停機的情況下完成維修工作。

配置方式

設(shè)備名稱	SCZ	SCF	SCM	SCM	SCM
數(shù)量	1臺	每泵1臺	每閥門1臺	每泵1臺	1臺
備注	泵房總控制站	單臺水泵控制	排水閥、射流閥	負壓正壓、電機溫度	總管路壓力流量

主扇通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)特點

• 可以實現(xiàn)雙系統(tǒng)熱備，每個通風(fēng)機的監(jiān)控系統(tǒng)均可獨立運行，在任一系統(tǒng)出現(xiàn)異常故障時，可及時投入備用系統(tǒng)。
• 可加入更多的監(jiān)控點，接入礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
• 協(xié)議接入能力，能夠接入常見工業(yè)協(xié)議、變頻器、電動機保護器，電測模塊等。
• 上位機具備一鍵倒臺預(yù)案配合相關(guān)硬件設(shè)施，實現(xiàn)礦井主扇通風(fēng)機的不停風(fēng)倒臺。

配置方式

設(shè)備名稱	SCZ	SCF	SCM	SCM
數(shù)量	2臺	2臺	4臺	2臺
備注	總控制站	風(fēng)門控制	電機數(shù)據(jù)采集	風(fēng)道氣體數(shù)據(jù)采集