从DCS到SDCS的进化

SDCS分布式监控系统（Smart Distributed Control System）是一种由DCS集散控制系统发展而来的工业过程控制系统。它具有过程控制系统DCS、FCS之外的，分布，自主的特点。

SDCS是基于现场设备、现场总线、现场控制、局域网的化监控系统。它以现场设备层为核心，实现由小及大，自下而上的监控系统，将现场设备与模块相结合，现场控制与系统联网控制相结合，以太网络和现场总线相结合，实现现场设备传感器的数字化，现场数据和控制的实时化，工业控制和管理的系统化，适用于工矿企业的重要生产设备的监控。

SDCS一条现场总线将现场传感器、控制装置、执行机构等设备连成系统，可随时增减，具有现场控制单元，实现现场控制，接入局域网实现多台设备或生产线的联网系统控制。

SDCS具有现场控制的特点，所有的现场监控单元都具有数据采集处理功能的程序来实现，控制现场监控装置。现场设备的监控，不依赖于网络的上位机。

SDCS具备自主分布的特点，用户在设备上安装组态模块，使用总线式网络串联，就近接入传感器和控制器，无需配置地址，配置控制点表，系统自动识别模块，无需硬件配置设计，现场用户和设备制造商技术人员即可设计配置监控设备和系统。

SDCS具备自主式的组态方式，根据用户选择的系统进线向导化的配置，使用模块化的图元积木式搭建系统，无需编程，方便了用户自主设计自动化控制系统、组网和维护。

与DCS、FCS的综合对比

实现方案	SDCS分布式控制系统	DCS集散控制系统	FCS现场总线式控制系统
可靠性	每个单元可单独工作，不依赖于上位机逻辑或核心CPU逻辑，多种安装方式，实现任意设备的分散控制	设备控制单元无法脱离上位机和网络独立工作，必须配置高度的冗余和后备系统，系统复杂，难以实现危险分散。	每个单元具备独立工作的能力，但总体功能依赖于网络，网络通讯的速率和质量直接影响系统的运行。
开放性	可接入多个厂家的设备，包含输入，输出信号，各种协议，自定义协议等。	只能使用同一厂家的设备	总线搭建完成后，用户可选择兼容此网络和协议的设备，但有一定局限性。
拓展性	可拓展控制单元，系统自动分配地址，无需开放授权和设置地址，无需编程。	在有授权的情况下可实现一定程度的拓展，但需要设置地址，二次编程。	在有授权的情况下可实现一定程度的拓展，但需要设置地址，二次编程。
兼容性	采用GD-BUS总线，兼容RS485和CAN总线，协议内容完全公开。	协议由厂家定制，不开放或有限度开放。	FF,CAN,Profibus,CC-Link,Ethernet等协议内容公开，但使用多级结构，网络构建复杂，调试，维护工作量大。
投资成本	在设备就地安装，总线式布线，无需配置控制柜，减少人力成本和时间成本。	成本高，需要完善的设计和复杂的调试过程	价格高，需建设网络，耗费大量人力和时间。

• SCZ组态控制站

SCZ组态控制站内置双核工控主板和10寸工业液晶显示器，它嵌入定制的管理软件，用户可以搭建需求的功能，如现场组态，运行监视，数据采集，数据趋势曲线，故障事件记录，报表打印。适合多台设备构成的整体控制系统，也可对单台设备进行控制。

• SCF智能控制分站

SCF控制分站内置32位高性能ARM处理器，可对现场数据进行处理和分析。无需编程，可加载预制的数据处理算法和控制功能，如流量积算，纯流量积算，智能PID控制，模糊控制等，适合于就地搭建局部控制系统。

• SCM自组态采集控制器

SCM自组态采集控制器可接入常见的开关量和模拟量，内嵌多种传感器驱动程序，即插即用，如电压，电流，热电阻，频率等，实现单独控制量的运算，工艺流程的自定义，适合接入多路不同信号类型的传感器、执行器。



• SCZ组态控制站



SCZ组态控制站是现场集控系统的核心，内置工控机，可对设备或多台设备进行监控，它通过总线和其它SCF分站、SCM自组态采集控制器进行通信，通过内置的10寸显示屏，显示设备的运行情况。


主要参数

监控主板	采用工控主板，配置定值的I/O接口板，实现数据采集，数据处理等功能。
显示屏	采用10寸65K色显示屏，分辨率达到1024*768可实现丰富的色彩显示。
8位可编程多功能按键	8位可编程多功能按键，F1-F8，可完成翻页、输入、切换等多种自动控制功能。
6位自定义快捷操作按钮	6个自定义快捷操作按钮，K1-K6,可对设备进行启动，停止操作或自动、手动、检修、试验模式等的切换操作。
4*5防水操作键盘	配合预装输入法，可进行汉字、英语的输入。

功能特点

简单易用	内置工控主板，嵌入SC-Viewer运行版组态软件，运行在Windows系统平台上，视窗化操作，直观易用。
操作便捷	通过可编程的按键和快捷操作按钮，使操作人员对设备的操作更加便捷，对设备的监控信息掌握更加快捷。
接口丰富	内部含2路以太网接口，4路RS485接口和2路CAN接口。
IP6X级防水防尘设计	适应工业现场的恶劣环境，密封达到P65级。
插接设计	对下通信总线和供电总线采用插接设计，提高监控系统的实施效率。
内置电源转换	标配220V输入，内置电源转换模块，本安型需搭配本安电源使用。



• SCF控制分站



SCF控制分站是在现场进行显示在控制的设备，它可串联在总线中，将下层SCM自组态采集控制器的数据集中处理并显示，向上接入SCZ组态控制站中。适合在设备就近处配置局部的控制系统，或在多台设备的联合控制系统中，作为局部控制分站。


主要参数

核心CPU	内置32位高性能ARM处理器。
显示屏	选用3.5寸、320*240分辨率的彩色液晶显示器。
通讯接口	红外接口：遥控器操作。 GDBUS接口：用于数据的上传和下发，兼容RS485和CAN总线。 选配对上以太网接口：在无SCZ控制站的总线中，实现现场的监控数据收发，完成监控功能。
数据处理精度	处理模拟量、频率量精度≤5‰

功能特点

采集功能	内置32位高性能ARM处理器，保证了算法的执行和大容量数据的处理能力。
控制算法	内置控制算法和多种常见的自动控制流程，如皮带，水泵控制流程，水位PID控制，温度PID控制等算法
兼容协议	包含常见工业控制协议，如Modbus-RTU，Modbus-ASCCII，CAN2.0，CANOpen301等。
壳体设计	一体化机身设计，达到P65级密封壳体，适应恶劣的工业现场环境。
操控功能	操作界面由6位红外遥控器完成。



• SCM自组态采集控制器



SCM自组态采集控制器可单独1路使用，也可多个组态单元模块组合成多路使用，各个组态单元模块之间为链式插接，接入GDBUS通讯总线中，可按照现场设备的监控点类型和数量进行组态。


组态单元模块介绍

无源开入量	无源开入量输入模块采集开入量接点信号，判断设备的状态，如开关的分、合，到位等，适合无源开出传感器，执行设备的信号接入。
有源开入量	有源开入量输入模块采集有源的开关量接点信号，判断设备的状态，如设备的分、合、断线等，适合有源开出信号量的传感器接入，可判断传感器信号的分、合、断线三种信号。
电流输入量	电流型采集模块采集的电力信号范围为0-20mA,可适配常见的4-20mA电流，0-10mA电流信号。
频率输入量	模块采集0-2000HZ的传感器输出信号。
电压输入量	电压型模拟量采集模块采集0-10V的传感器输出信号，可接入常见的0-5VDC，0-10VDC，1-5VDC信号，内置工程量变换断线报警、上下限报警等功能。
无源开出量	无源开出量模块通过继电器提供无源的常开和常闭空节点，用于控制设备或开关的动作，作为现场执行设备的信号驱动。
热电阻输入量	热电阻采集模块可采集常见的工业热电阻信号，如PT100，K型，J型，E型等常见温度传感器，可实现断线报警，上下限报警等功能。

功能特点

数据处理功能	每个组态单元，均具备独立MCU芯片，可完成相关数据的采集处理。常用的数据处理如：简单数学运算、时间段平均、极值、峰值滤波、积分、微分运算、工程量变换、流量积算等。
控制程序	每个组态单元都可以编程，进线相关的控制，如对模拟量数据的上下限报警，故障输出。
自动适应地址	采集单元组成SCM采集控制器后，无需人工分配节点地址，系统自动识别设备标号，完成地址适配。

数据采集修正功能

自动修正	内部有环境温度检测模块，识别环境温度，进行软件补偿。
手动修正	运行10%差值范围内采集值与预校准值得校准功能。
内部采集单元热插拔	采集单元可进线热插拔，可在不影响设备运行的情况下进线故障模块的调换。
低功耗的运行	开关量模块功耗≤2.5W，模拟量模块功耗≤5W。

安装方式

安装方式	导轨式安装、独立箱体、嵌入式安装
防爆形式	地面一般型、井下本安型、地面防爆型
独立箱体	将SCM自组态采集控制器分为1路，2路，4路或多路定制的组合，安装在定制的壳体内。
导轨式组合	适合受控设备或传感器在就地的控制箱内，通过控制箱内导轨进行安装。
嵌入式安装	针对传感器进行改造，在传感器内部安装嵌入式组态单元模块，实现采集和数据通信输出。

SDCS的三层网络结构

SDCS的三层网络结构	SDCS系统由决策管理层，现场管理层，现场设备层三层网络构成
决策管理层	由数据服务器，管理服务器，管理终端等构成，依托服务器和管理终端实现对现场设备的数据进行远程采集、分析、储存、管理和操作控制、工序控制等。
现场管理层	由组态控制站构成，通过现场总线连接控制分站、采集控制器，实现设备的现场人机交互、组态设置、集控操作和管理，可作为现场设备的控制核心，或多台现场设备的集控中心。
现场设备层	由控制分站、采集控制器和现场传感器，执行结构等构成，实现现场设备的监测、控制和管理。

单台水泵控制系统

SCF组态分站可作为单台水泵的智能控制核心，通过SC-Maker开发版配置软件，可以载入内置的几套水泵控制程序，通过对水泵的阀门控制，传感器数据采集和启动，停止设备的控制，实现排水泵运行。单台水泵的控制包含以下几个部分：排水阀门控制、射流总成控制、低压启动器控制、电机及水泵状态传感器采集。

排水阀门接入

排水电控阀门的接入一般由4个开入量，3个开出量和一个模拟量实现，通过自组态采集控制器，接入对应的信号量，配合SCF内置阀门控制程序，完成排水阀门的控制。

射流总成接入

射流总成由2个电控球阀与2个压力表组成，每个电控球阀保护2个开入量，2个开出量和1个模拟量，需要配置2台5路的采集控制器（2DI,2DO,1AI）和1台2路的采集控制器（2AI）,通过SCF内置的射流总成控制程序，实现水泵启动过程的监控。

电机水泵状态

电机状态采集包含电机的定子温度、轴承温度数据监测；水泵的状态采集包含水泵的轴承温度、转速平衡盘位移监测等。通过在电机副井和水泵附近的自组态瓷肌控制器，实现水泵及电机的状态监测。

SDCS系统在煤矿企业中的应用

针对煤矿设备的特点，SDCS系统提供相应的系统框架，用户根据现场的传感器、执行机构、配置相应的采集控制设备，配置就地集控系统或远程管理系统，实现无人值守，到安全监控的目标。

综采工作面安全监测与控制系统

通过SCM采集控制器，将工作面的支架控制系统、转载系统、环境安全监测系统、综采机控制系统等接入。

排水泵房无人值守系统

根据井下排水泵房的设备特点，开发出适合井下电动阀门，井下船安全的分布式采集控制器，实现了井下排水泵房的无人值守运行。

输送机监控系统

SDCS系统采用总线式的连接结构，通过一条总线连接分布在输送机沿线的所有采集控制器，利用向导式的配置软件，组建监控系统。

主通风机监控系统

SDCS系统在主扇通风机中的应用避免了PLC监控技术将所有数据线缆，控制线缆集中的问题，有利于主通风机的故障隐患的排查，实现主扇通风机的不停风倒台。

胶带输送机监控系统

针对胶带输送机的监控特点，通过分布在输送机沿线的采集控制器和中心控制站，实现胶带输送机的集控运行、故障保护、运行管理等功能。

监控系统构建方式

• 胶带输送机沿线部署一条总线，总线可对采集、控制装置进行供电和通讯。
• 在胶带输送机沿线的传感器可就近接入SCM采集控制器，如卸载机头部分的堆煤传感器，装载处的撕裂传感器等。
• SCF组态分站或SCZ组态主站上，选择胶带机控制程序，完成系统构建。

技术特点

• 总线式的拓扑结构，适合胶带输送机的设备特性，采用一根总线对沿线采集，控制装置供电和网络通讯。
• 在设备副井设置监控采集节点，节点数量完全匹配设备所需。
• 使用热插拔技术，可在不停机的情况下完成维修工作。

配置方式

设备名称	SCZ	SCF	SCM	SCM	SCM
数量	1台	1台	每电机1台	若干	若干
备注	总控制台	张紧控制系统	沿线拉线跑偏	撕裂堆煤	电机数据采集

排水泵房监控系统

系统特点

• 总线式的拓扑结构，每台泵设置一台控制分站，互相独立运行互不干扰，泵房设置一台主站，负责总管路监控和各台水泵的开停。
• 使用SCM采集控制器接入阀门和传感器，系统结构简洁、易于维护。
• 内置水泵设备类型和启动方式，适合泵房设备的接入和控制。
• 系统可跟随设备迁移，即装即用，无需二次调试。
• 分站、采集控制器热插拔设计，无需二次编程。

技术特点

• 总线式的拓扑结构，适合胶带输送机的设备特性，采用一根总线对沿线采集，控制装置供电和网络通讯。
• 在设备附近设置监控采集节点，节点数量完全匹配设备所需。
• 使用热插拔技术，可在不停机的情况下完成维修工作。

配置方式

设备名称	SCZ	SCF	SCM	SCM	SCM
数量	1台	每泵1台	每阀门1台	每泵1台	1台
备注	泵房总控制站	单台水泵控制	排水阀、射流阀	负压正压、电机温度	总管路压力流量

主扇通风机监控系统

系统特点

• 可以实现双系统热备，每个通风机的监控系统均可独立运行，在任一系统出现异常故障时，可及时投入备用系统。
• 可加入更多的监控点，接入矿井通风监控系统数据。
• 协议接入能力，能够接入常见工业协议、变频器、电动机保护器，电测模块等。
• 上位机具备一键倒台预案配合相关硬件设施，实现矿井主扇通风机的不停风倒台。

配置方式

设备名称	SCZ	SCF	SCM	SCM
数量	2台	2台	4台	2台
备注	总控制站	风门控制	电机数据采集	风道气体数据采集