DCS集散控制系統(tǒng)

1、第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識1第2章集散控制系統(tǒng)基 礎(chǔ) 知 識第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識2 集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 集散控制系統(tǒng)的軟件體系集散控制系統(tǒng)的軟件體系 集散控制系統(tǒng)的基本功能集散控制系統(tǒng)的基本功能 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識32.1 2.1 集散控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集散控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要集散控制系集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的的特征特征縱向分層縱向分層橫向分散橫向分散設(shè)

2、備分級設(shè)備分級網(wǎng)絡(luò)分層網(wǎng)絡(luò)分層按照功能，集散按照功能，集散控制系統(tǒng)設(shè)備分控制系統(tǒng)設(shè)備分為四級為四級現(xiàn)場控制級現(xiàn)場控制級過程控制級過程控制級過程管理級過程管理級經(jīng)營管理級經(jīng)營管理級與四級設(shè)備與四級設(shè)備對應的四層對應的四層網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識4圖圖2.1 集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識51.現(xiàn)場控制級 典型的現(xiàn)場控制級設(shè)備典型的現(xiàn)場控制級設(shè)備各類各類傳感器傳感器

3、各類各類變送器變送器各類各類執(zhí)行器執(zhí)行器現(xiàn)場控制級設(shè)備的主要任務現(xiàn)場控制級設(shè)備的主要任務 完成過程完成過程數(shù)據(jù)采集與處理。數(shù)據(jù)采集與處理。 直接輸出操作命令、直接輸出操作命令、實現(xiàn)分散控制。實現(xiàn)分散控制。 完成與上級設(shè)備的完成與上級設(shè)備的數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享。，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識62.過程控制級過程控制級主要設(shè)備：過程控制級主要設(shè)備：過程控制站、數(shù)據(jù)采集站和現(xiàn)場總過程控制站、數(shù)據(jù)采集站和現(xiàn)場總線服務器線服務器等。等。過程控制站過程控制站產(chǎn)生控制作用。產(chǎn)生控制作用。可以實現(xiàn)可以實現(xiàn)反饋控制、邏輯控制、順序控制和批量控制反饋控

4、制、邏輯控制、順序控制和批量控制等功等功能。能。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7數(shù)據(jù)采集站數(shù)據(jù)采集站 接收大量的非控制過程信息接收大量的非控制過程信息； 不直接完成控制功能。不直接完成控制功能?，F(xiàn)場總線服務器現(xiàn)場總線服務器 一臺安裝了一臺安裝了現(xiàn)場總線接口卡與現(xiàn)場總線接口卡與DCS監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)接口卡監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)接口卡的計算的計算機。機。過程控制級設(shè)備的主要功能采集過程數(shù)據(jù)，進行采集過程數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理；對生產(chǎn)過程進行對生產(chǎn)過程進行監(jiān)測和控制；監(jiān)測和控制；現(xiàn)場設(shè)備及現(xiàn)場設(shè)備及 I/O I/O 卡件的卡件的自診斷；自診斷；與過程管理級進行與過程管理級進行數(shù)據(jù)

5、通信。數(shù)據(jù)通信。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識83.過程管理級過程管理級的主要設(shè)備：過程管理級的主要設(shè)備：操作站、工程師站和監(jiān)控計操作站、工程師站和監(jiān)控計算機算機等。等。操作站操作站 操作人員與操作人員與DCS相互交換信息的相互交換信息的人機接口設(shè)備；人機接口設(shè)備； DCS的核心的核心顯示、監(jiān)視、操作和管理顯示、監(jiān)視、操作和管理裝置。裝置。工程師站工程師站 對對DCS進行進行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護配置、組態(tài)、調(diào)試、維護。監(jiān)控計算機監(jiān)控計算機 實現(xiàn)實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制；對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制； 機組機組運行優(yōu)化和性能計算，先進控制策略的實現(xiàn)等。運行優(yōu)化和性能計算，先進控

6、制策略的實現(xiàn)等。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識9過程管理級設(shè)備的主要功能 對生產(chǎn)過程進行對生產(chǎn)過程進行監(jiān)測和控制；監(jiān)測和控制； 對對DCSDCS進行進行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護配置、組態(tài)、調(diào)試、維護 ； 對各種設(shè)計文件進行對各種設(shè)計文件進行歸類和管理歸類和管理 。 實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制，故障檢測和數(shù)據(jù)存檔。監(jiān)督控制，故障檢測和數(shù)據(jù)存檔。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識104.經(jīng)營管理級 經(jīng)營管理級的設(shè)備可能是經(jīng)營管理級的設(shè)備可能是廠級管理計算機廠級管理計算機，也可能是，也可能是若干個若干個生產(chǎn)裝置的管理計算機生產(chǎn)裝置的管理計算機

7、。廠級管理系統(tǒng)廠級管理系統(tǒng)的主要功能是的主要功能是監(jiān)視企業(yè)各部門的運行情監(jiān)視企業(yè)各部門的運行情況。況。管理計算機管理計算機的要求是的要求是具有能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反具有能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應的實時操作系統(tǒng)。應的實時操作系統(tǒng)。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識11經(jīng)營管理級設(shè)備的主要功能經(jīng)營管理級設(shè)備的主要功能 監(jiān)視監(jiān)視企業(yè)各部門的運行情況企業(yè)各部門的運行情況 ； 實時監(jiān)控實時監(jiān)控承擔全廠性能監(jiān)視、運行優(yōu)化、全廠負荷分配承擔全廠性能監(jiān)視、運行優(yōu)化、全廠負荷分配和日常運行管理等任務和日常運行管理等任務 ； 日常管理日常管理承擔全廠的管理決策、計劃管理、行政管理等承擔全廠的

8、管理決策、計劃管理、行政管理等任務任務 。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識122.2 集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要控制站控制站包括包括現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)采集站等。站等。機柜機柜電源電源控制計算機控制計算機其他部件其他部件操作站操作站一般分為一般分為操作員站和工程操作員站和工程師站師站 。操作臺操作臺 微處理機系統(tǒng)微處理機系統(tǒng)圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備 操作鍵盤和鼠標操作鍵盤和鼠標 打印輸出設(shè)備等打印輸出設(shè)備等冗余技術(shù)冗余技術(shù)冗余方式冗余方式：多重化多重化自動備用和手動備自動備用和手動備用。用。 冗余措施冗余措施：通信網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)冗余、絡(luò)冗余

9、、操作站冗操作站冗余余、現(xiàn)場控制現(xiàn)場控制站站冗冗余余、電源冗余、輸、電源冗余、輸入入/ /輸出模塊冗余。輸出模塊冗余。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識132.2.1 2.2.1 現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站主要設(shè)備：主要設(shè)備：現(xiàn)場控制單元?，F(xiàn)場控制單元。主要任務：主要任務：進行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實施閉環(huán)反饋進行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制?？刂?、順序控制和批量控制。用戶可以用戶可以根據(jù)不同的應用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單根據(jù)不同的應用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元元以構(gòu)成現(xiàn)場控制站。以構(gòu)成現(xiàn)場控制站。以面向連續(xù)生產(chǎn)的以面向連續(xù)生產(chǎn)

10、的過程控制為主，順序邏輯控制為輔過程控制為主，順序邏輯控制為輔，構(gòu)成，構(gòu)成一個可以實現(xiàn)多種復雜控制方案的現(xiàn)場控制站一個可以實現(xiàn)多種復雜控制方案的現(xiàn)場控制站; 以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主的現(xiàn)場控制站；的現(xiàn)場控制站；構(gòu)成對構(gòu)成對大批量過程信號進行總體信息采集大批量過程信號進行總體信息采集的現(xiàn)場控制站。的現(xiàn)場控制站。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識141.機柜 現(xiàn)場控制站機柜中央控制室機柜間機柜間機柜組有了現(xiàn)場控制站，生產(chǎn)過程控制的安全性和可靠性都很容易得到保證第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識15現(xiàn)場控制單元多層I/O卡件箱

11、電源單元通信接口接線端子板機柜正面（前面）機柜背面（后面）現(xiàn)場控制站機柜第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識162.電源電源系統(tǒng)的可靠性措施電源系統(tǒng)的可靠性措施 每一個現(xiàn)場控制站均采用每一個現(xiàn)場控制站均采用雙電源供電，互為冗余雙電源供電，互為冗余。 采用采用超級隔離變壓器超級隔離變壓器，將其初級、次級線圈間的屏蔽，將其初級、次級線圈間的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響。層可靠接地，以克服共模干擾的影響。采用采用交流電子調(diào)壓器交流電子調(diào)壓器，快速穩(wěn)定供電電壓。，快速穩(wěn)定供電電壓。配有配有不間斷供電電源不間斷供電電源 UPS，以保證供電的連續(xù)性。，以保證供電的連續(xù)性?，F(xiàn)場控制

12、站內(nèi)各現(xiàn)場控制站內(nèi)各功能模塊所需直流電源功能模塊所需直流電源一般為一般為5V、15V(或或12 V)、以及、以及+24V。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識17增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性措施增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性措施給主機供電與給現(xiàn)場設(shè)備供電的電源要在給主機供電與給現(xiàn)場設(shè)備供電的電源要在電氣上隔離電氣上隔離，以，以減少相互間的干擾減少相互間的干擾 。 采用采用冗余的雙電源方式冗余的雙電源方式給各功能模塊供電。給各功能模塊供電。一般由統(tǒng)一的主電源單元將交流電變?yōu)橐话阌山y(tǒng)一的主電源單元將交流電變?yōu)?24V 直流電供給柜直流電供給柜內(nèi)的直流母線，然后內(nèi)的直流母線，然后通過通過

13、DC-DC 轉(zhuǎn)換方式將轉(zhuǎn)換方式將 24V 直流電直流電源變換為子電源所需的電壓。源變換為子電源所需的電壓。主電源一般采用主電源一般采用 1:1 冗余配冗余配 置，置，而子電源一般采用而子電源一般采用 N:1 冗冗余配置。余配置。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識183.控制計算機 控制器電源單元I/O卡件現(xiàn)場總線接口卡件導軌控制計算機控制計算機第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識19控制計算機一般是由控制計算機一般是由 CPUCPU、存儲器、輸入、存儲器、輸入 / / 輸出通道輸出通道等基本部分組成。等基本部分組成。(1)CPU(1)CPU 用以實現(xiàn)用以實

14、現(xiàn)算術(shù)運算和邏輯運算算術(shù)運算和邏輯運算。可以可以執(zhí)行復雜的先進控制算法執(zhí)行復雜的先進控制算法，如自動整定、預測控，如自動整定、預測控制、模糊控制和自適應控制等。制、模糊控制和自適應控制等。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識20(2)(2)存儲器存儲器 控制計算機的存儲器分為控制計算機的存儲器分為RAMRAM和和ROMROM。在控制計算機中在控制計算機中 ROM ROM 占有較大的比例占有較大的比例。由于控制計算機在正常工作時運行的是一套固定的程由于控制計算機在正常工作時運行的是一套固定的程序，序，DCS中大都采用了中大都采用了程序固化的辦法。程序固化的辦法。在冗余控制計算

15、機系統(tǒng)中，還特別設(shè)有在冗余控制計算機系統(tǒng)中，還特別設(shè)有雙端口隨機存雙端口隨機存儲器儲器RAM RAM ，其中存放有，其中存放有過程輸入輸出數(shù)據(jù)、設(shè)定值和過程輸入輸出數(shù)據(jù)、設(shè)定值和PIDPID參數(shù)等參數(shù)等。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識21(3)總線 總線是總線是將現(xiàn)場控制站內(nèi)部各單元連接起來將現(xiàn)場控制站內(nèi)部各單元連接起來的通信介質(zhì)。的通信介質(zhì)。 (4)輸入/輸出通道 模擬量輸入模擬量輸入/輸出輸出(AI/AO)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入/輸出輸出(SI/SO)數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入/輸出輸出(DI/DO)脈沖量輸入通道脈沖量輸入通道 (PI) 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章

16、集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識22模擬量輸入輸出通道模擬量輸入輸出通道(AI/AO)(AI/AO) 模擬量輸入通道模擬量輸入通道(AI)(AI)模擬量輸入通道模擬量輸入通道(AI)(AI)將來自將來自在線檢測儀表和變送器在線檢測儀表和變送器的的連續(xù)性模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號連續(xù)性模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給送給CPUCPU進行處理。進行處理。模擬量輸出通道模擬量輸出通道(AO)(AO) 模擬量輸出通道模擬量輸出通道(AO)(AO)一般一般將計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)將計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為換為4-20mADC(4-20mADC(或或1-5VDC) 1-5VDC) 的連續(xù)直流信號的連續(xù)直流信號，用于，用

17、于控制各種執(zhí)行機構(gòu)?？刂聘鞣N執(zhí)行機構(gòu)。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識23開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入/ /輸出通道輸出通道(SI/SO)(SI/SO) 開關(guān)量輸入通道開關(guān)量輸入通道(SI)(SI)主要用來采集各種主要用來采集各種限位開關(guān)、限位開關(guān)、繼電器繼電器 或電磁閥連動觸點的開、關(guān)狀態(tài)或電磁閥連動觸點的開、關(guān)狀態(tài)，并輸入至計，并輸入至計算機。算機。開關(guān)量輸出通道開關(guān)量輸出通道(SO)(SO)主要用于控制主要用于控制電磁閥、繼電器、電磁閥、繼電器、指示燈、聲光報警器指示燈、聲光報警器等只具有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。等只具有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。脈沖輸入通道脈沖輸入通道(PI)(

18、PI) 脈沖輸入通道脈沖輸入通道(PI)(PI)將將現(xiàn)場儀表（如渦輪流量計現(xiàn)場儀表（如渦輪流量計等）輸出的為脈沖信號等）輸出的為脈沖信號處理后送入計算機。處理后送入計算機。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識242.2.2 2.2.2 操作站操作站嵌入型臺式操作站 桌面型操作站信息報警站工程師站 控制站 顯示器 標準鍵盤 主機 操作站主機柜 工作臺 中央控制室設(shè)備中央控制室設(shè)備第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識25 DCS DCS 操作站一般分為操作站一般分為操作員站和工程師站操作員站和工程師站兩種兩種。工程師站主要是工程師站主要是技術(shù)人員與控制系統(tǒng)的人

19、機接口技術(shù)人員與控制系統(tǒng)的人機接口，可以，可以對應用系統(tǒng)進行監(jiān)視。對應用系統(tǒng)進行監(jiān)視。工程師站為用戶提供了一個靈活的、功能齊全的工作平工程師站為用戶提供了一個靈活的、功能齊全的工作平臺，臺，通過組態(tài)軟件來實現(xiàn)用戶所要求的各種控制策略通過組態(tài)軟件來實現(xiàn)用戶所要求的各種控制策略。有些小型有些小型DCSDCS的的工程師站可以用一個操作員站代替工程師站可以用一個操作員站代替。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識26 操作臺操作臺 微處理機系統(tǒng)微處理機系統(tǒng) 外部存儲設(shè)備外部存儲設(shè)備 圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備 操作鍵盤和鼠標操作鍵盤和鼠標 打印輸出設(shè)備打印輸出設(shè)備DCS DCS 操作站

20、主要設(shè)備操作站主要設(shè)備操作站設(shè)備操作站設(shè)備第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識272.2.3 2.2.3 冗余技術(shù)冗余技術(shù)1. 1. 冗余方式冗余方式冗余技術(shù)冗余技術(shù)多重化自動備用多重化自動備用簡易的手動備用簡易的手動備用后退運轉(zhuǎn)后退運轉(zhuǎn)同步運轉(zhuǎn)同步運轉(zhuǎn)待機運轉(zhuǎn)待機運轉(zhuǎn)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識28同同 步步 運運 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)雙重化配置雙重化配置輸入輸入輸出輸出輸入輸入輸出輸出三重化配置三重化配置第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識29同步運轉(zhuǎn)方式同步運轉(zhuǎn)方式讓兩臺或兩臺以上的設(shè)備或部件同步運行，進行相同讓兩臺或兩臺以上的設(shè)備或部件同步

21、運行，進行相同的處理，并的處理，并將其輸出進行核對將其輸出進行核對。兩臺設(shè)備同步運行，兩臺設(shè)備同步運行，只有當它們的輸出一致時，才作只有當它們的輸出一致時，才作為正確的輸出，為正確的輸出，這種系統(tǒng)稱為這種系統(tǒng)稱為“雙重化系統(tǒng)雙重化系統(tǒng)”(Dual System)。三臺設(shè)備同步運行，三臺設(shè)備同步運行，將三臺設(shè)備的輸出信號進行比較，將三臺設(shè)備的輸出信號進行比較，取兩個相等的輸出作為正確的輸出值，取兩個相等的輸出作為正確的輸出值，這就是設(shè)備的這就是設(shè)備的三重化設(shè)置，三重化設(shè)置，第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識30待機運轉(zhuǎn)方式待機運轉(zhuǎn)方式同時配備兩臺設(shè)備，同時配備兩臺設(shè)備，使一臺

22、設(shè)備處于待機備用狀態(tài)。使一臺設(shè)備處于待機備用狀態(tài)。當工作設(shè)備發(fā)生故障時，啟動待機設(shè)備來保證系統(tǒng)正當工作設(shè)備發(fā)生故障時，啟動待機設(shè)備來保證系統(tǒng)正常運行。這種方式稱為常運行。這種方式稱為1:1 的備用方式的備用方式。對于對于N臺同樣設(shè)備，采用一臺待機設(shè)備的備用方式就稱臺同樣設(shè)備，采用一臺待機設(shè)備的備用方式就稱為為 N:1 備用備用。待機運行方式是待機運行方式是 DCS 中主要采用的冗余技術(shù)中主要采用的冗余技術(shù)。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識31后退運轉(zhuǎn)方式后退運轉(zhuǎn)方式使用多臺設(shè)備，在正常運行時，使用多臺設(shè)備，在正常運行時，各自分擔各種功能運各自分擔各種功能運行行。當其中之一

23、發(fā)生故障時，其他設(shè)備當其中之一發(fā)生故障時，其他設(shè)備放棄其中一些不重放棄其中一些不重要的功能，進行互相備用要的功能，進行互相備用。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識32簡易的手動備用方式簡易的手動備用方式采用采用手動操作手動操作方式實現(xiàn)對方式實現(xiàn)對自動控制自動控制方式的方式的備用備用。當當自動方式自動方式發(fā)生發(fā)生故障時故障時，通過，通過切換成手動工作方式切換成手動工作方式，來保持系統(tǒng)的控制功能。來保持系統(tǒng)的控制功能。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識332.冗余措施 通信網(wǎng)絡(luò)的冗余：通信網(wǎng)絡(luò)的冗余：采用采用一備一用一備一用的配置的配置。操作站操作站的的冗

24、余冗余：采用采用工作冗余工作冗余的方式的方式?，F(xiàn)場控制現(xiàn)場控制站的站的冗余冗余：有的采用有的采用 1:1 冗余冗余，也有的采用也有的采用N:1 冗余冗余。采用無中斷自動切換方式采用無中斷自動切換方式。電源的冗余：電源的冗余：除了除了 220V 交流供電外交流供電外，還還采用采用了了鎳鎘鎳鎘電電池、鉛鈣電池以及干電池池、鉛鈣電池以及干電池等多級掉電保護措施。等多級掉電保護措施。輸入輸入/輸出模塊的冗余：部分輸出模塊的冗余：部分重要卡件重要卡件采用采用 1:1 冗余冗余。DCS軟件軟件還采用了還采用了信息冗余技術(shù)信息冗余技術(shù)。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識342.3 集散控

25、制系統(tǒng)的軟件體系本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要軟件體系軟件體系組態(tài)軟件、控制層軟件和監(jiān)控軟件的功能組態(tài)軟件、控制層軟件和監(jiān)控軟件的功能第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識35DCS軟件主要分為：軟件主要分為： 組態(tài)軟件、控制層軟件、監(jiān)控軟件組態(tài)軟件、控制層軟件、監(jiān)控軟件（1）組態(tài)軟件：安裝于工程師站。完成系統(tǒng)控制層軟件和監(jiān)）組態(tài)軟件：安裝于工程師站。完成系統(tǒng)控制層軟件和監(jiān)控軟件的組態(tài)功能。控軟件的組態(tài)功能。 根據(jù)根據(jù)實際生產(chǎn)過程控制的需要實際生產(chǎn)過程控制的需要，預先將預先將DCS所提供的硬所提供的硬件設(shè)備和軟件功能模塊組織起來件設(shè)備和軟件功能模塊組織起來，以完成特定的任務。，以完成

26、特定的任務。 要做的組態(tài)主要包括：要做的組態(tài)主要包括：l硬件配置硬件配置l數(shù)據(jù)庫組態(tài)數(shù)據(jù)庫組態(tài)l控制算法組態(tài)控制算法組態(tài)l流程顯示及操作畫面組態(tài)流程顯示及操作畫面組態(tài)l報表組態(tài)報表組態(tài)l編譯和下裝編譯和下裝第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識36（2）控制層軟件：特指運行于現(xiàn)場控制站的）控制層軟件：特指運行于現(xiàn)場控制站的控制器中的軟件，針對控制對象，完成控制控制器中的軟件，針對控制對象，完成控制功能。功能。其基本功能：其基本功能：I/O數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)組織管理、控制運算及數(shù)據(jù)組織管理、控制運算及I/O數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)的輸出。第第2 2章集散控

27、制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識37（3）監(jiān)控軟件）監(jiān)控軟件 指操作員站或工程師站上的軟件，主要完指操作員站或工程師站上的軟件，主要完成操作人員所發(fā)出的各個命令的執(zhí)行、圖形成操作人員所發(fā)出的各個命令的執(zhí)行、圖形與畫面的顯示、報警信息的顯示處理、對現(xiàn)與畫面的顯示、報警信息的顯示處理、對現(xiàn)場各類檢測數(shù)據(jù)的集中處理。場各類檢測數(shù)據(jù)的集中處理。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識382.4 集散控制系統(tǒng)的基本功能本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要控制站的基本功能控制站的基本功能 反饋控制反饋控制邏輯控制邏輯控制順序控制順序控制批量控制批量控制數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信操作

28、站的基本功能操作站的基本功能 顯示顯示操作操作報警報警組態(tài)組態(tài)系統(tǒng)維護系統(tǒng)維護報告生成報告生成 自診斷功能自診斷功能 離線自診斷離線自診斷 在線自診斷在線自診斷 顯示故障代碼顯示故障代碼定位定位故障卡故障卡件件 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識391.反饋控制2.4.1 2.4.1 現(xiàn)場控制站的基本功能現(xiàn)場控制站的基本功能反饋控制反饋控制輸入處理輸入處理控制運算控制運算回路組態(tài)回路組態(tài)輸出處理輸出處理報警處理報警處理反饋控制功能分布圖反饋控制功能分布圖第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識40(1)(1)輸入信號處理輸入信號處理模擬輸入信號處理模擬輸入信號

29、處理合理性檢驗合理性檢驗零偏零偏修修正正 規(guī)格化規(guī)格化 工程量變換工程量變換 非線性非線性處理處理 開方開方運算運算 補償運算補償運算 脈沖序列的瞬時值變換及累計脈沖序列的瞬時值變換及累計第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識41對于對于數(shù)字信號數(shù)字信號狀態(tài)報警及輸出方式處理。狀態(tài)報警及輸出方式處理。對對于于脈沖序列脈沖序列瞬時值變換及累積計算瞬時值變換及累積計算。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識42報警類型報警類型 儀表異常儀表異常報警報警、絕對值報警絕對值報警、偏差報警偏差報警、速率速率報警以及累計值報警報警以及累計值報警等等。報警限值報警限值 為了

30、實現(xiàn)預報警為了實現(xiàn)預報警，DCS中通常還設(shè)置了多重報中通常還設(shè)置了多重報警限警限，如上限、上上限、下限、下下限等。如上限、上上限、下限、下下限等。 報警優(yōu)先級報警優(yōu)先級 報警優(yōu)先級參數(shù)報警優(yōu)先級參數(shù) 報警鏈中斷參數(shù)報警鏈中斷參數(shù) 最高報警選擇參數(shù)最高報警選擇參數(shù) (2)(2)報警處理報警處理第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識43(3)(3)控制運算控制運算常規(guī)常規(guī) PID 微分先行微分先行PID積分分離積分分離開關(guān)控制開關(guān)控制時間比例式開關(guān)控制時間比例式開關(guān)控制信號選擇信號選擇比率設(shè)定比率設(shè)定常 用 算 法時間程序設(shè)定時間程序設(shè)定 Smith 預估控制預估控制多變量解耦控制

31、多變量解耦控制一階滯后運算一階滯后運算超前超前-滯后運算滯后運算其他運算等其他運算等第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識44(4) 控制回路組態(tài)根據(jù)控制策略的需要，根據(jù)控制策略的需要，將一些功能模塊通過軟件連接將一些功能模塊通過軟件連接起來起來，構(gòu)成檢測回路或控制回路。，構(gòu)成檢測回路或控制回路。溫度與壓力串級控制系統(tǒng)回路組態(tài)圖溫度與壓力串級控制系統(tǒng)回路組態(tài)圖第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識45(5)輸出信號處理輸出開路檢驗輸出開路檢驗輸出上下限檢驗輸出上下限檢驗輸出變化率限幅輸出變化率限幅模擬輸出模擬輸出開關(guān)輸出開關(guān)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度輸出 第第2

32、2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識462.邏輯控制根據(jù)輸入變量的狀態(tài)，根據(jù)輸入變量的狀態(tài)，按邏輯關(guān)系進行的控制按邏輯關(guān)系進行的控制。在在DCS中，由中，由邏輯功能模塊邏輯功能模塊實現(xiàn)邏輯控制功能。實現(xiàn)邏輯控制功能。邏 輯 控 制 功 能與與 ( AND )或或 ( OR )非非 ( NO )異或異或 ( XOR )連接連接 ( LINK )進行延時進行延時 ( ON DELAY )停止延時停止延時 ( OFF DELAY )觸發(fā)器觸發(fā)器 ( FLIP - FLOP) 脈沖脈沖 ( PULSE )第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識473.順序控制順序控制：順序控制

33、：按按預定預定的動作順序的動作順序或邏輯或邏輯，依次執(zhí)行各階，依次執(zhí)行各階段動作程序段動作程序。順序控制中可以順序控制中可以兼用反饋控制、邏輯控制和輸入兼用反饋控制、邏輯控制和輸入 / 輸出輸出監(jiān)視監(jiān)視等功能。等功能。實現(xiàn)順序控制的常用方法實現(xiàn)順序控制的常用方法順序表法順序表法程序語言方式程序語言方式梯形圖法梯形圖法第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識48順序表法順序表法將控制順序按邏輯關(guān)系和時間關(guān)系將控制順序按邏輯關(guān)系和時間關(guān)系預先編成順序記錄預先編成順序記錄，存儲于管理文件中存儲于管理文件中，然后逐項執(zhí)行然后逐項執(zhí)行。程序語言方式程序語言方式通過語言編程來實現(xiàn)順序控制通過

34、語言編程來實現(xiàn)順序控制。梯形圖法梯形圖法（梯形邏輯控制語言梯形邏輯控制語言）由繼電器邏輯電路圖演變而來的一種由繼電器邏輯電路圖演變而來的一種解釋執(zhí)行程序解釋執(zhí)行程序的的設(shè)設(shè)計語言計語言。隨著隨著 DCS 的發(fā)展的發(fā)展，已出現(xiàn)了已出現(xiàn)了梯形邏輯與連續(xù)控制算法梯形邏輯與連續(xù)控制算法相結(jié)合相結(jié)合的復合控制功能。的復合控制功能。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識494.批量控制根據(jù)工藝要求，將根據(jù)工藝要求，將反饋控制與邏輯、順序控制結(jié)合起反饋控制與邏輯、順序控制結(jié)合起來來，使一個間歇式生產(chǎn)過程得到合格產(chǎn)品的控制。，使一個間歇式生產(chǎn)過程得到合格產(chǎn)品的控制。反饋控制的報警信號反饋控制

35、的報警信號回路狀態(tài)信號回路狀態(tài)信號模擬信號的比較、判斷、運算結(jié)果模擬信號的比較、判斷、運算結(jié)果順序控制的條件信號順序控制的條件信號第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識50回路的切換回路的切換參數(shù)的變更參數(shù)的變更設(shè)定值的調(diào)整設(shè)定值的調(diào)整控制算法的變更控制算法的變更控制方案的變更控制方案的變更由順序控制轉(zhuǎn)換為反饋控制的條件由順序控制轉(zhuǎn)換為反饋控制的條件第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識515.輔助功能(1)控制方式選擇手動手動( MAN ) 自動自動( AUT ) 串級串級( CAS ) 計算機計算機( COMP ) (2)測量值跟蹤在手動方式時，使本回路的設(shè)

36、定值不再保持原來的值，在手動方式時，使本回路的設(shè)定值不再保持原來的值，而跟蹤測量值。而跟蹤測量值。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識52(3)輸出值跟蹤在手動方式時，使內(nèi)存單元中在手動方式時，使內(nèi)存單元中 PID 輸出值跟蹤手操輸輸出值跟蹤手操輸出值。出值。從手動切換到自動時，從手動切換到自動時，內(nèi)存單元中的自動輸出數(shù)值與內(nèi)存單元中的自動輸出數(shù)值與手操輸出值相等，手操輸出值相等，切換是無擾動的。切換是無擾動的。 在自動方式時，在自動方式時，手操器的輸出值手操器的輸出值是始終是始終跟蹤跟蹤控制器的控制器的自動輸出值自動輸出值的。的。從自動切換到手動時，從自動切換到手動時，手操

37、器的輸出值與手操器的輸出值與PID的輸出值的輸出值相等，相等，切換是無擾動的。切換是無擾動的。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識532.4.2 2.4.2 操作站的基本功能操作站的基本功能操作站的操作站的基本功能基本功能顯示顯示報警報警系統(tǒng)維護系統(tǒng)維護報告生成報告生成操作操作系統(tǒng)組態(tài)系統(tǒng)組態(tài)操作站的基本功能分布圖操作站的基本功能分布圖第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識541. 1.顯示顯示 它以模擬方式、數(shù)字方式及趨勢曲線實時顯示每個控制回路它以模擬方式、數(shù)字方式及趨勢曲線實時顯示每個控制回路的測量值的測量值(PV)、設(shè)定值、設(shè)定值(SV)及控制輸出值

38、及控制輸出值(MV)。 在顯示器上，工藝設(shè)備和控制設(shè)備等的各種狀態(tài)等能以字符在顯示器上，工藝設(shè)備和控制設(shè)備等的各種狀態(tài)等能以字符方式、模擬方式、圖形及色彩等多種方式顯示出來。方式、模擬方式、圖形及色彩等多種方式顯示出來。2. 2.操作操作 操作站可對全系統(tǒng)每個控制回路進行操作，對設(shè)定值、控操作站可對全系統(tǒng)每個控制回路進行操作，對設(shè)定值、控制輸出值、控制算式中的常數(shù)值、順控條件值和操作值進行調(diào)制輸出值、控制算式中的常數(shù)值、順控條件值和操作值進行調(diào)整，對控制回路中的各種操作方式整，對控制回路中的各種操作方式 ( 如手動、自動、串級、計算如手動、自動、串級、計算機、順序手動等機、順序手動等 ) 進行

39、切換。對報警限設(shè)定值、順控定時器及計進行切換。對報警限設(shè)定值、順控定時器及計數(shù)器的設(shè)定值進行修改和再設(shè)定。數(shù)器的設(shè)定值進行修改和再設(shè)定。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識553. 3.報警報警 操作站以畫面方式、色彩操作站以畫面方式、色彩 ( 或閃光或閃光 ) 方式、模擬方式、數(shù)方式、模擬方式、數(shù)字方式及音響信號方式對各種變量的越限和設(shè)備狀態(tài)異常進行字方式及音響信號方式對各種變量的越限和設(shè)備狀態(tài)異常進行各種類型的報警。各種類型的報警。4. 4.系統(tǒng)組態(tài)系統(tǒng)組態(tài) DCS實際應用于生產(chǎn)過程控制時，需要根據(jù)設(shè)計要求，預實際應用于生產(chǎn)過程控制時，需要根據(jù)設(shè)計要求，預先將硬件設(shè)備和各

40、種軟件功能模塊組織起來，以使系統(tǒng)按特定先將硬件設(shè)備和各種軟件功能模塊組織起來，以使系統(tǒng)按特定的狀態(tài)運行，這就是系統(tǒng)組態(tài)。的狀態(tài)運行，這就是系統(tǒng)組態(tài)。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識56 應用組態(tài)軟件用來建立功能模塊，包括輸入模塊、輸出模應用組態(tài)軟件用來建立功能模塊，包括輸入模塊、輸出模塊、運算模塊、反饋控制模塊、邏輯控制模塊、順序控制模塊塊、運算模塊、反饋控制模塊、邏輯控制模塊、順序控制模塊和程序模塊等，將這些功能模塊適當?shù)慕M合，而構(gòu)成控制回路，和程序模塊等，將這些功能模塊適當?shù)慕M合，而構(gòu)成控制回路，以實現(xiàn)各種控制功能。以實現(xiàn)各種控制功能。 應用組態(tài)方式有填表式、圖形式、

41、窗口式及混合式等。應用組態(tài)方式有填表式、圖形式、窗口式及混合式等。 組態(tài)過程是先系統(tǒng)組態(tài)，后應用組態(tài)。組態(tài)主要針對過程控組態(tài)過程是先系統(tǒng)組態(tài)，后應用組態(tài)。組態(tài)主要針對過程控制級和過程管理級。制級和過程管理級。 設(shè)備組態(tài)的順序是自上而下，先過程管理級，后過程控制級；設(shè)備組態(tài)的順序是自上而下，先過程管理級，后過程控制級； 功能組態(tài)的順序恰好相反，先過程控制級，后過程管理級。功能組態(tài)的順序恰好相反，先過程控制級，后過程管理級。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識575. 5.系統(tǒng)維護系統(tǒng)維護 當系統(tǒng)中的某設(shè)備發(fā)生故障時，一方面立刻切換到備用設(shè)備，當系統(tǒng)中的某設(shè)備發(fā)生故障時，一方面立

42、刻切換到備用設(shè)備，另一方面經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸報警信息，在操作站上顯示故障信息，另一方面經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸報警信息，在操作站上顯示故障信息，蜂鳴器等發(fā)出音響信號，督促工作人員及時處理故障。蜂鳴器等發(fā)出音響信號，督促工作人員及時處理故障。6. 6.報告生成報告生成 根據(jù)生產(chǎn)管理需要，操作站可以打印各種班報、日報、操根據(jù)生產(chǎn)管理需要，操作站可以打印各種班報、日報、操作日記及歷史記錄，還可以拷貝流程圖畫面等。作日記及歷史記錄，還可以拷貝流程圖畫面等。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識582.4.32.4.3自診斷功能自診斷功能在在系統(tǒng)投運前系統(tǒng)投運前，用用離線診斷程序檢查離線診斷程序檢查各

43、部分各部分的的工作狀態(tài)工作狀態(tài)。系統(tǒng)運系統(tǒng)運行行中中，各設(shè)備不斷執(zhí)行各設(shè)備不斷執(zhí)行在線自診斷程序在線自診斷程序。一旦發(fā)現(xiàn)錯誤一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，立，立即切換到備用設(shè)備即切換到備用設(shè)備；同時經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)在顯示器上同時經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)在顯示器上顯示出故障代碼，顯示出故障代碼，等待及時等待及時處理處理；故障代碼可以故障代碼可以定位到定位到卡卡件件板板，用戶只需及時用戶只需及時更換卡更換卡件件。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識592.5 數(shù)據(jù)通信技術(shù)本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 通信類型通信類型 傳輸方式傳輸方式 串行傳輸與并行傳輸串行傳輸與并行傳輸 基帶傳輸與寬

44、帶傳輸基帶傳輸與寬帶傳輸異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸 傳輸速率傳輸速率 信息編碼信息編碼 數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)交換方式1. 1.數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 通通 信信 原原 理理 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識60局部網(wǎng)絡(luò)的概念局部網(wǎng)絡(luò)的概念 局部網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)局部網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 網(wǎng)絡(luò)控制方法網(wǎng)絡(luò)控制方法 差錯控制技術(shù)差錯控制技術(shù) 2. 2. 通通 信信 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)3. 3.通信協(xié)議通信協(xié)議通信協(xié)議的概念通信協(xié)議的概念 開放系統(tǒng)互連參考模型開放系統(tǒng)互連參考模型第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識61傳輸速率傳輸速率 信息編碼信息編碼 數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)

45、交換方式 現(xiàn)場總線的國際標準現(xiàn)場總線的國際標準 現(xiàn)場總線通信模型現(xiàn)場總線通信模型 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) HART總線簡介總線簡介 4. 4.現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線簡介 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識622.5.1 2.5.1 數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信計算機或其他數(shù)字裝置與通信介質(zhì)相結(jié)合，實現(xiàn)計算機或其他數(shù)字裝置與通信介質(zhì)相結(jié)合，實現(xiàn)對數(shù)對數(shù)據(jù)信息的傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲和處理據(jù)信息的傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲和處理的通信技術(shù)。的通信技術(shù)。在在DCS中，各單元之間的數(shù)據(jù)信息傳輸就是通過數(shù)據(jù)中，各單元之間的數(shù)據(jù)信息傳輸就是通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)完成的。通信系

46、統(tǒng)完成的。通信通信用特定的方法，通過某種介質(zhì)用特定的方法，通過某種介質(zhì)將信息從一處傳輸?shù)搅韺⑿畔囊惶巶鬏數(shù)搅硪惶幍倪^程。一處的過程。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識631.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)組成通信系統(tǒng)組成信號信號發(fā)送裝置發(fā)送裝置接收裝置接收裝置信道信道通信協(xié)議通信協(xié)議圖圖2.2 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識64(1)(1)信號信號 ( (報文報文) )需要傳送的數(shù)據(jù)，由需要傳送的數(shù)據(jù)，由文本、數(shù)字、圖片或聲音文本、數(shù)字、圖片或聲音等及其等及其組合組成。組合組成。(2)(2)發(fā)送裝置發(fā)送裝置 具有作為二進制數(shù)據(jù)

47、源的能力，任何具有作為二進制數(shù)據(jù)源的能力，任何能夠產(chǎn)生和處理能夠產(chǎn)生和處理數(shù)據(jù)的設(shè)備數(shù)據(jù)的設(shè)備。(3)(3)接收裝置接收裝置 能夠接收模擬或數(shù)字形式數(shù)據(jù)的任何功能的設(shè)備能夠接收模擬或數(shù)字形式數(shù)據(jù)的任何功能的設(shè)備。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識65(4)(4)信道信道 信道信道發(fā)送裝置與接收裝置之間的發(fā)送裝置與接收裝置之間的信息傳輸通道信息傳輸通道。信道包括信道包括傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)和有關(guān)的和有關(guān)的中間設(shè)備中間設(shè)備。常用的傳輸介質(zhì)常用的傳輸介質(zhì)雙絞線雙絞線同軸電纜同軸電纜光纜光纜無線電波無線電波微波微波第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識66(5)(5)通

48、信協(xié)議通信協(xié)議 通信協(xié)議是控制數(shù)據(jù)通信的一組通信協(xié)議是控制數(shù)據(jù)通信的一組規(guī)則、約定與標準規(guī)則、約定與標準。通信協(xié)議定義了通信協(xié)議定義了通信的內(nèi)容、格式，通信如何進行、通信的內(nèi)容、格式，通信如何進行、何時進行何時進行等。等。發(fā)送裝置把要發(fā)送的信息送上信道，再經(jīng)過信道將信發(fā)送裝置把要發(fā)送的信息送上信道，再經(jīng)過信道將信息傳輸?shù)浇邮昭b置。息傳輸?shù)浇邮昭b置。信息在傳輸過程中會受到來自通信系統(tǒng)內(nèi)外干擾的影信息在傳輸過程中會受到來自通信系統(tǒng)內(nèi)外干擾的影響。響。通信過程通信過程第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識672. 通信類型模擬通信模擬通信以以連續(xù)模擬信號傳輸信息連續(xù)模擬信號傳輸信息的

49、通信方式。的通信方式。數(shù)字通信數(shù)字通信將將數(shù)字信號進行傳輸數(shù)字信號進行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。的通信方式。?shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息具有一定具有一定編碼、格式和字長編碼、格式和字長的數(shù)字信息。的數(shù)字信息。通信類型通信類型模擬通信模擬通信數(shù)字通信數(shù)字通信第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識683.傳輸方式(l)(l)單工方式單工方式 信息只能沿一個方向傳輸，而不能沿相反方向傳輸。信息只能沿一個方向傳輸，而不能沿相反方向傳輸。(2)(2)半雙工方式半雙工方式 信息可以沿著兩個方向傳輸，但在指定時刻，信息只能信息可以沿著兩個方向傳輸，但在指定時刻，信息只能沿一個方向傳輸。沿一個方向傳輸。(3)(3)

50、全雙工方式全雙工方式 信息可以同時沿著兩個方向傳輸。信息可以同時沿著兩個方向傳輸。 傳輸方式傳輸方式單工單工全雙工全雙工半雙工半雙工第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識69圖圖2.3 信息傳輸方式信息傳輸方式第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識704.串行傳輸與并行傳輸(1)(1)串行傳輸串行傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)逐位依次逐位依次在信道上進行傳輸?shù)姆绞?。在信道上進行傳輸?shù)姆绞健?2)(2)并行傳輸并行傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)多位同時多位同時在信道上進行傳輸?shù)姆绞?。在信道上進行傳輸?shù)姆绞健Ｔ谠贒CS中，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)幾乎全部采用中，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)幾乎全部采用串行傳輸串行傳輸方式。方式。

51、 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識71圖2.4 串行傳輸與并行傳輸(a)串行傳輸；(b)并行傳輸 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識725. 基帶傳輸與寬帶傳輸(1)(1)基帶傳輸基帶傳輸 基帶：電信號所固有的頻帶。基帶：電信號所固有的頻帶?；鶐鬏敚褐苯踊鶐鬏敚褐苯訉㈦娒}沖信號原樣進行傳輸將電脈沖信號原樣進行傳輸。(2)(2)寬帶傳輸寬帶傳輸 載帶傳輸：在信道上傳輸調(diào)制信號。載帶傳輸：在信道上傳輸調(diào)制信號。寬帶傳輸：實現(xiàn)多路信號同時傳輸。寬帶傳輸：實現(xiàn)多路信號同時傳輸。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識736. 6.異步傳輸與同

52、步傳輸異步傳輸與同步傳輸在異步傳輸中，信息在異步傳輸中，信息以字符為單位以字符為單位進行傳輸。進行傳輸。每個信息字符都具有自己的每個信息字符都具有自己的起始位和停止位起始位和停止位。一個字符中的一個字符中的各個位是同步的各個位是同步的，但字符與字符之間的，但字符與字符之間的時間間隔是不確定的。時間間隔是不確定的。在同步傳輸中，信息是在同步傳輸中，信息是以數(shù)據(jù)塊為單位以數(shù)據(jù)塊為單位進行傳輸?shù)?。進行傳輸?shù)?。通信系統(tǒng)中有專門用來使發(fā)送裝置和接收裝置保持同通信系統(tǒng)中有專門用來使發(fā)送裝置和接收裝置保持同步的步的時鐘脈沖時鐘脈沖，使兩者以同一頻率連續(xù)工作，并且保，使兩者以同一頻率連續(xù)工作，并且保持一定的相

53、位關(guān)系。持一定的相位關(guān)系。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識747. 7.傳輸速率傳輸速率信息傳輸速率又稱為比特率，是指信息傳輸速率又稱為比特率，是指單位時間內(nèi)通信系統(tǒng)單位時間內(nèi)通信系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒘克鶄鬏數(shù)男畔⒘?。比特率一般以每秒鐘所能夠傳輸?shù)谋忍財?shù)來表示，記為比特率一般以每秒鐘所能夠傳輸?shù)谋忍財?shù)來表示，記為Rb。信息傳輸速率的單位是信息傳輸速率的單位是比特比特/秒，記為秒，記為 bit/s 或或 bps。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識758.信息編碼信息在通過通信介質(zhì)進行傳輸前必須信息在通過通信介質(zhì)進行傳輸前必須先轉(zhuǎn)換為電磁信先轉(zhuǎn)換為電磁信號。

54、號。將信息轉(zhuǎn)換為信號將信息轉(zhuǎn)換為信號需要對信息進行編碼。需要對信息進行編碼。數(shù)字數(shù)字-模擬編碼模擬編碼：用模擬信號表示數(shù)字信息的編碼。：用模擬信號表示數(shù)字信息的編碼。在模擬傳輸中，發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生一個高頻信號作為基波，在模擬傳輸中，發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生一個高頻信號作為基波，來承載信息信號。來承載信息信號。移動鍵控移動鍵控：將信息信號調(diào)制到載波信號上，這種形式：將信息信號調(diào)制到載波信號上，這種形式的改變稱為調(diào)制的改變稱為調(diào)制 ( 移動鍵控移動鍵控 )，信息信號被稱為調(diào)制信，信息信號被稱為調(diào)制信號。號。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識76數(shù)字信息是通過數(shù)字信息是通過改變載波信號的一個或多

55、個特性改變載波信號的一個或多個特性 ( 振幅、振幅、頻率或相位頻率或相位 )來實現(xiàn)編碼的。來實現(xiàn)編碼的。載波信號是正弦波信號，它有三個描述參數(shù)，載波信號是正弦波信號，它有三個描述參數(shù)，即振幅、即振幅、頻率和相位，頻率和相位，所以相應地也有三種調(diào)制方式，即所以相應地也有三種調(diào)制方式，即調(diào)幅方調(diào)幅方式、調(diào)頻方式和調(diào)相方式。式、調(diào)頻方式和調(diào)相方式。編碼方法編碼方法幅移鍵控幅移鍵控相移鍵控相移鍵控頻移鍵控頻移鍵控第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識77(1)(1)幅移鍵控法幅移鍵控法(Amplitude Shift Keying ，ASK) 用調(diào)制信號的用調(diào)制信號的振幅變化振幅變化來

56、表示二進制數(shù)。來表示二進制數(shù)。例如用高振幅表示例如用高振幅表示 1，用低振幅表示，用低振幅表示 0，如圖，如圖 2.5(a) 所示。所示。(2)(2)頻移鍵控法頻移鍵控法(Frequency Shift Keying ，F(xiàn)SK) 用調(diào)制信號的用調(diào)制信號的頻率變化頻率變化來表示二進制數(shù)的。來表示二進制數(shù)的。例如用高頻率表示例如用高頻率表示 1，用低頻率表示，用低頻率表示 0，如圖，如圖 2.5(b) 所示。所示。(3)(3)相移鍵控法相移鍵控法(Phase shift keying ，PSK ) 用調(diào)制信號的用調(diào)制信號的相位變化相位變化來表示二進制數(shù)。來表示二進制數(shù)。例如用例如用0相位表示相位表

57、示 0，用，用 180相位表示相位表示 1，如圖，如圖 2.5(c) 所所示。示。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識78圖圖2.5 三種調(diào)制方式三種調(diào)制方式第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識799.數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)交換方式線路交換線路交換報文分組交換報文分組交換報文交換報文交換第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識80(1)(1)線路交換方式線路交換方式通信過程通信過程線路建立線路建立數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信線路拆除線路拆除兩個節(jié)點之兩個節(jié)點之間，事先建間，事先建立起一條實立起一條實際的物理連際的物理連接。接。在這條實際在這條實際的

58、物理連接的物理連接上交換數(shù)據(jù)。上交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)交換完數(shù)據(jù)交換完成之后再拆成之后再拆除物理連接。除物理連接。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識81(2)(2)報文交換方式（存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式）報文交換方式（存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式）經(jīng)由中間節(jié)點的經(jīng)由中間節(jié)點的存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。報文交換方式交換的基本數(shù)據(jù)單位是報文交換方式交換的基本數(shù)據(jù)單位是一個完整的報文一個完整的報文；源地址源地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制信息控制信息目的目的地址地址報文的組成報文的組成(3)(3)報文分組交換方式報文分組交換方式 基本數(shù)據(jù)單位是一個基本數(shù)據(jù)單位是一個報文分組報文分組。報文分組是一個完整

59、的報文報文分組是一個完整的報文按順序分割按順序分割開來的比較短開來的比較短的數(shù)據(jù)組。的數(shù)據(jù)組。第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識822.5.2 2.5.2 通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)把分布在不同地點且具有獨立功能的把分布在不同地點且具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)多個計算機系統(tǒng)通過通信設(shè)備和介質(zhì)通過通信設(shè)備和介質(zhì)連接起來連接起來，在功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟，在功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件和協(xié)議的管理下，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的件和協(xié)議的管理下，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的資源共享資源共享。DCS的通信網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)實質(zhì)上上 就是計算機網(wǎng)絡(luò)。就是計算機網(wǎng)絡(luò)。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基

60、礎(chǔ)知識831.局部網(wǎng)絡(luò)的概念局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (Local Area Network(Local Area Network，LAN)LAN)一種一種分布在有限區(qū)域內(nèi)分布在有限區(qū)域內(nèi)的計算機網(wǎng)絡(luò)。的計算機網(wǎng)絡(luò)。將分布在不同地理位置上的將分布在不同地理位置上的多個具有獨立工作能力的計多個具有獨立工作能力的計算機系統(tǒng)連接起來，算機系統(tǒng)連接起來，并配置了網(wǎng)絡(luò)軟件的一種網(wǎng)絡(luò)。并配置了網(wǎng)絡(luò)軟件的一種網(wǎng)絡(luò)。用戶能夠用戶能夠共享網(wǎng)絡(luò)中的所有硬件、軟件和數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)中的所有硬件、軟件和數(shù)據(jù)等資源。等資源。 第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識842.局部網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓撲