DSC組成機(jī)構(gòu)-基礎(chǔ)知識(shí)

1、2022-7-41 知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)： 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念及其分了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念及其分類類 了解了解DCS的概念、現(xiàn)狀及發(fā)展的概念、現(xiàn)狀及發(fā)展 掌握掌握DCS的基本組成及特點(diǎn)的基本組成及特點(diǎn) 理解理解DCS和和PLC 之間的關(guān)系之間的關(guān)系學(xué)習(xí)目標(biāo)2022-7-421. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 1.1基本概念 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是用計(jì)算機(jī)(通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī))來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。什么是自動(dòng)控制什么是自動(dòng)控制?自動(dòng)控制系統(tǒng)由自動(dòng)控制系統(tǒng)由哪些部分組成哪些部分組成?2022-7-43設(shè)定值設(shè)定值控制器控制器D/A執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象被控對(duì)象A/ D計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)被控變量

2、被控變量-圖1.1 計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測(cè)量變送測(cè)量變送2022-7-44計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理(1)(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 對(duì)測(cè)量變送裝置輸出的信號(hào)對(duì)測(cè)量變送裝置輸出的信號(hào)經(jīng)經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理。轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理。(2)(2)實(shí)時(shí)控制決策實(shí)時(shí)控制決策 對(duì)被控變量的測(cè)量值進(jìn)行分析、對(duì)被控變量的測(cè)量值進(jìn)行分析、運(yùn)算和處理，并按預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算。運(yùn)算和處理，并按預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算。(3)(3)實(shí)時(shí)控制輸出實(shí)時(shí)控制輸出 實(shí)時(shí)地輸出運(yùn)算后的控制信號(hào)，經(jīng)實(shí)時(shí)地輸出運(yùn)算后的控制信號(hào)，經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制任務(wù)。轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完

3、成控制任務(wù)。上述過(guò)程不斷重復(fù)，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。上述過(guò)程不斷重復(fù)，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。可歸納為以下三個(gè)步驟：可歸納為以下三個(gè)步驟：2022-7-45生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)過(guò)程工業(yè)控制機(jī)工業(yè)控制機(jī)圖圖1.2 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)過(guò)程指按生產(chǎn)過(guò)程控制的特指按生產(chǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)它包括硬件和軟件兩機(jī)它包括硬件和軟件兩部分。部分。包括被控對(duì)象，測(cè)量變包括被控對(duì)象，測(cè)量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開(kāi)送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開(kāi)關(guān)等裝置。關(guān)等裝置。1.2.11.2.1硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)2022-7-46接收輸入的指令和工業(yè)接收輸入的指

4、令和工業(yè)對(duì)象的信息，向系統(tǒng)各對(duì)象的信息，向系統(tǒng)各部分發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。部分發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。包括顯示操作臺(tái)、屏幕包括顯示操作臺(tái)、屏幕顯示器顯示器(CRT)或數(shù)碼顯或數(shù)碼顯示器、鍵盤(pán)、打印機(jī)、示器、鍵盤(pán)、打印機(jī)、記錄儀等。記錄儀等。從被控對(duì)象采集的模擬從被控對(duì)象采集的模擬量或數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為量或數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠接收的數(shù)字計(jì)算機(jī)能夠接收的數(shù)字量量生產(chǎn)過(guò)程包括被控對(duì)象，生產(chǎn)過(guò)程包括被控對(duì)象，測(cè)量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開(kāi)關(guān)等裝置。電氣開(kāi)關(guān)等裝置。圖1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖包括磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶，包括磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶，主要用于存儲(chǔ)大量的程主要用于存儲(chǔ)大量的程序和數(shù)據(jù)。序和數(shù)

5、據(jù)。將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果轉(zhuǎn)將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成可以對(duì)被控對(duì)象進(jìn)換成可以對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的信號(hào)。行控制的信號(hào)。2022-7-47工業(yè)控制機(jī)硬件：工業(yè)控制機(jī)硬件：硬件是指計(jì)算機(jī)本硬件是指計(jì)算機(jī)本身及外圍設(shè)備。身及外圍設(shè)備。計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件過(guò)程輸出接過(guò)程輸出接口口計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)過(guò)程輸入接過(guò)程輸入接口口存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器人機(jī)接口人機(jī)接口2022-7-48軟件是指能完成各種功軟件是指能完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和能的計(jì)算機(jī)程序的總和.軟件軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是專門用來(lái)使用和管理計(jì)算機(jī)是專門用來(lái)使用和管理計(jì)算機(jī)的程序，包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控的程序，包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控管理程序、語(yǔ)言處理程序和故

6、管理程序、語(yǔ)言處理程序和故障診斷程序等。障診斷程序等。應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要解決的實(shí)際問(wèn)題而編寫(xiě)解決的實(shí)際問(wèn)題而編寫(xiě)的各種程序。的各種程序。1.2.2 1.2.2 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)2022-7-49計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分級(jí)控制系分級(jí)控制系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)統(tǒng)直接數(shù)字控直接數(shù)字控制系統(tǒng)制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)系統(tǒng)集散型控制集散型控制系統(tǒng)系統(tǒng)1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型計(jì)算機(jī)監(jiān)督控計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)制系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)、控制功根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)、控制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要分為六種控制系統(tǒng)主要分為六種類型類型2022-7-4101

7、.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)承擔(dān)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集采集和和處理處理工作。工作。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測(cè)、處理、記錄以及變量的超限報(bào)警。處理、記錄以及變量的超限報(bào)警。同時(shí)對(duì)變量進(jìn)行累計(jì)和實(shí)時(shí)分析。同時(shí)對(duì)變量進(jìn)行累計(jì)和實(shí)時(shí)分析。2022-7-411DAS系統(tǒng)的特點(diǎn)： 1).用于數(shù)據(jù)采集處理實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程集中監(jiān)視；2).越限報(bào)警，以確保生產(chǎn)安全；3).計(jì)算機(jī)不直接參與控制，用于開(kāi)環(huán)操作指導(dǎo)。2022-7-412計(jì)算機(jī)通過(guò)過(guò)程輸入通道對(duì)變量作巡回檢測(cè)計(jì)算機(jī)通過(guò)過(guò)程輸入通道對(duì)變量作巡回檢測(cè)1.3.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）根據(jù)

8、變量，按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算根據(jù)變量，按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算其結(jié)果經(jīng)過(guò)輸出通道，作用到控制對(duì)象。其結(jié)果經(jīng)過(guò)輸出通道，作用到控制對(duì)象。模擬量輸入模擬量輸入微微型型計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)模擬量輸出模擬量輸出生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出顯示顯示打印打印磁盤(pán)磁盤(pán)磁盤(pán)磁盤(pán)2022-7-413采用計(jì)算機(jī)代替模擬儀表控制，只要采用計(jì)算機(jī)代替模擬儀表控制，只要改變改變程序程序就可以對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，因此計(jì)算機(jī)就可以對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，因此計(jì)算機(jī)可以控制幾百個(gè)回路，并可以對(duì)上下限進(jìn)行監(jiān)可以控制幾百個(gè)回路，并可以對(duì)上下限進(jìn)行監(jiān)視和報(bào)警。視和報(bào)警。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，干擾頻繁，直接威脅

9、著計(jì)算機(jī)的可靠工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，干擾頻繁，直接威脅著計(jì)算機(jī)的可靠運(yùn)行。因此，必須采取抗干擾措施。運(yùn)行。因此，必須采取抗干擾措施。1.3.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）2022-7-414DDC特點(diǎn) 1).進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理報(bào)警，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理報(bào)警，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程集中監(jiān)視；程集中監(jiān)視；2).計(jì)算機(jī)直接參與控制，實(shí)現(xiàn)過(guò)程閉環(huán)控制；計(jì)算機(jī)直接參與控制，實(shí)現(xiàn)過(guò)程閉環(huán)控制；3).一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以替代多臺(tái)一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以替代多臺(tái)PID模擬控制器，模擬控制器，實(shí)現(xiàn)多回路的控制，并易引入復(fù)雜控制算法和實(shí)現(xiàn)多回路的控制，并易引入復(fù)雜控制算法和方式，由軟件編程實(shí)現(xiàn)即可，無(wú)需增加硬件設(shè)方式，由軟件編程實(shí)現(xiàn)即可

10、，無(wú)需增加硬件設(shè)備；備；4).顯示控制集中，危險(xiǎn)也集中（一旦計(jì)算顯示控制集中，危險(xiǎn)也集中（一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓），對(duì)系統(tǒng)的可機(jī)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓），對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求較高?？啃砸筝^高。2022-7-4151.3.3計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC)DDCDDC級(jí)微機(jī)完成生產(chǎn)過(guò)程的直接數(shù)字控制；級(jí)微機(jī)完成生產(chǎn)過(guò)程的直接數(shù)字控制；SCCSCC級(jí)微機(jī)進(jìn)級(jí)微機(jī)進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算，產(chǎn)生最優(yōu)化設(shè)定值。行優(yōu)化分析計(jì)算，產(chǎn)生最優(yōu)化設(shè)定值。用數(shù)字控制儀器代替，再配以輸用數(shù)字控制儀器代替，再配以輸入采樣器、入采樣器、A/DA/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器、輸出掃描器，便

11、是器、輸出掃描器，便是SCCSCC加數(shù)字加數(shù)字控制器的控制器的SCCSCC系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)。當(dāng)SCCSCC計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由數(shù)字控制器獨(dú)立出現(xiàn)故障時(shí)，由數(shù)字控制器獨(dú)立完成控制任務(wù)，比較安全可靠。完成控制任務(wù)，比較安全可靠。2022-7-416SCC特點(diǎn) 1）DDC直接與過(guò)程相連，實(shí)現(xiàn)過(guò)程直接數(shù)字控制，直接與過(guò)程相連，實(shí)現(xiàn)過(guò)程直接數(shù)字控制，要求要求DDC級(jí)實(shí)時(shí)性好可靠性高環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；級(jí)實(shí)時(shí)性好可靠性高環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)； 2）SCC級(jí)計(jì)算機(jī)也稱上位機(jī)，它根據(jù)級(jí)計(jì)算機(jī)也稱上位機(jī)，它根據(jù)DDC級(jí)提供的級(jí)提供的生產(chǎn)過(guò)程狀況和已定的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行優(yōu)化分析生產(chǎn)過(guò)程狀況和已定的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算，輸

12、出最優(yōu)設(shè)定值計(jì)算，輸出最優(yōu)設(shè)定值SP，交與，交與DDC級(jí)執(zhí)行。級(jí)執(zhí)行。SCC計(jì)算機(jī)承擔(dān)高級(jí)控制和管理任務(wù)，要求數(shù)據(jù)處理功計(jì)算機(jī)承擔(dān)高級(jí)控制和管理任務(wù)，要求數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)存儲(chǔ)量大運(yùn)行速度快。能強(qiáng)存儲(chǔ)量大運(yùn)行速度快。 3）SCC為兩級(jí)控制，系統(tǒng)的可靠性較為兩級(jí)控制，系統(tǒng)的可靠性較DDC高。即一高。即一旦旦SCC計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，DDC計(jì)算機(jī)仍能獨(dú)立完成計(jì)算機(jī)仍能獨(dú)立完成任務(wù)；而任務(wù)；而DDC計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，則由計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，則由SCC計(jì)算機(jī)替計(jì)算機(jī)替代代DDC計(jì)算機(jī)完成控制任務(wù)。計(jì)算機(jī)完成控制任務(wù)。2022-7-4171.3.4分級(jí)控制系統(tǒng)分級(jí)控制系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中既存在控制問(wèn)題，也存

13、在大生產(chǎn)過(guò)程中既存在控制問(wèn)題，也存在大量的管理問(wèn)題。量的管理問(wèn)題。 由若干臺(tái)微處理器或微機(jī)分別承擔(dān)部分控制由若干臺(tái)微處理器或微機(jī)分別承擔(dān)部分控制任務(wù)，代替了集中控制的計(jì)算機(jī)。任務(wù)，代替了集中控制的計(jì)算機(jī)。 這種系統(tǒng)的特點(diǎn)這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是將控制功能分散，用多臺(tái)是將控制功能分散，用多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別完成不同的控制功能，管理則采用集計(jì)算機(jī)分別完成不同的控制功能，管理則采用集中管理。中管理。2022-7-418 (3) (3)工廠集中控制級(jí)工廠集中控制級(jí) 它可根據(jù)上它可根據(jù)上級(jí)下達(dá)的任務(wù)和本廠情況，制定生級(jí)下達(dá)的任務(wù)和本廠情況，制定生產(chǎn)計(jì)劃、安排本廠工作、進(jìn)行人員產(chǎn)計(jì)劃、安排本廠工作、進(jìn)行人員調(diào)配及各車間

14、的協(xié)調(diào)，并及時(shí)向上調(diào)配及各車間的協(xié)調(diào)，并及時(shí)向上級(jí)報(bào)告。級(jí)報(bào)告。 (4) (4)企業(yè)管理級(jí)企業(yè)管理級(jí) 制定長(zhǎng)期發(fā)展現(xiàn)制定長(zhǎng)期發(fā)展現(xiàn)劃、生產(chǎn)銷計(jì)劃，發(fā)命令至各工廠，劃、生產(chǎn)銷計(jì)劃，發(fā)命令至各工廠，并接受反饋信息，實(shí)現(xiàn)全企業(yè)的總并接受反饋信息，實(shí)現(xiàn)全企業(yè)的總調(diào)度。調(diào)度。 （2)2)車間監(jiān)督級(jí)車間監(jiān)督級(jí)(SCC(SCC級(jí)級(jí)) ) 它根據(jù)它根據(jù)廠級(jí)計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令和通過(guò)裝置廠級(jí)計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令和通過(guò)裝置控制級(jí)獲得的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，進(jìn)行控制級(jí)獲得的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，進(jìn)行最優(yōu)化控制。最優(yōu)化控制。 (1)(1)裝置控制級(jí)裝置控制級(jí)(DDC(DDC級(jí)級(jí)) ) 對(duì)生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行直接控制，使所控制的過(guò)程進(jìn)行直接控制

15、，使所控制的生產(chǎn)過(guò)程在最優(yōu)工作狀況下工作。生產(chǎn)過(guò)程在最優(yōu)工作狀況下工作。2022-7-4191.3.5集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 協(xié)調(diào)各控制站的工作協(xié)調(diào)各控制站的工作達(dá)到過(guò)程的動(dòng)態(tài)最優(yōu)化達(dá)到過(guò)程的動(dòng)態(tài)最優(yōu)化人機(jī)接口裝置，人機(jī)接口裝置，完成操作、顯完成操作、顯示和監(jiān)視任務(wù)示和監(jiān)視任務(wù)集散控制系統(tǒng)是分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)是分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。完成過(guò)程的現(xiàn)完成過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)控制任務(wù)場(chǎng)控制任務(wù)實(shí)現(xiàn)了地理上和功能上分散的控制，將各個(gè)分散的信息集中實(shí)現(xiàn)了地理上和功能上分散的控制，將各個(gè)分散的信息集中起來(lái)，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作。起來(lái)，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作。采集非控制采集非控制過(guò)程信息過(guò)程信息2022-7-420

16、 集散控制系統(tǒng)是一種典型的集散控制系統(tǒng)是一種典型的分級(jí)分布分級(jí)分布式控制式控制結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 集散控制系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制控制算法先進(jìn)、精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)算法先進(jìn)、精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護(hù)又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。方便的優(yōu)點(diǎn)。 集散控制系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)集散控制系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，系統(tǒng)是積木式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)靈活，可律，系統(tǒng)是積木式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)靈活，可大可小，易于擴(kuò)展。大可小，易于擴(kuò)展。2022-7-421DCS特點(diǎn)：1）.采用分散控制集中操作分級(jí)管理分而自采用分散控制集中操作分級(jí)管理分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)

17、計(jì)原則，大大提高了系統(tǒng)的可治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則，大大提高了系統(tǒng)的可靠性；靠性；2）.采用了采用了4C技術(shù)：技術(shù)：ComputerControlCommunication及及CRT；3）.由下而上形成多級(jí)控制結(jié)構(gòu)：過(guò)程控制級(jí)集由下而上形成多級(jí)控制結(jié)構(gòu)：過(guò)程控制級(jí)集中監(jiān)控級(jí)生產(chǎn)管理級(jí)；中監(jiān)控級(jí)生產(chǎn)管理級(jí)；4）.采用網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)各級(jí)間的信息傳遞采用網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)各級(jí)間的信息傳遞。2022-7-4221.3.6 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)(FCS)，是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)，采用工，是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)，采用工作站作站- -現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式

18、?，F(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)字執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字控制功能模塊現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字控制功能模塊服務(wù)器服務(wù)器工作站工作站現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字傳感器現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字傳感器2022-7-4232022-7-424FCS系統(tǒng)特點(diǎn)：1）采用一對(duì)）采用一對(duì)N的設(shè)備連接方式成本低。的設(shè)備連接方式成本低。2）實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。）實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。3）開(kāi)放性與互操作性簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的集成。）開(kāi)放性與互操作性簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的集成。4）信息綜合，組態(tài)靈活。）信息綜合，組態(tài)靈活。2022-7-4252022-7-4262 2 DCS的發(fā)展與基本組成的發(fā)展與基本組成集散控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)是 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 70 70 年

19、代中期發(fā)展起來(lái)的年代中期發(fā)展起來(lái)的、以以微處理器為基礎(chǔ)的微處理器為基礎(chǔ)的、實(shí)行集中管理、分散控制、實(shí)行集中管理、分散控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)在發(fā)展初期以實(shí)行。由于該系統(tǒng)在發(fā)展初期以實(shí)行分散控制分散控制為主，因此又稱為分散型控制系統(tǒng)或分布式為主，因此又稱為分散型控制系統(tǒng)或分布式控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(Distributed Control System(Distributed Control System，DCS)DCS)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱為為集散系統(tǒng)集散系統(tǒng)或或DCSDCS。2022-7-4272022-7-428 TPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2022-7-4292022-7-430集散控制系

20、統(tǒng)是控制技術(shù)集散控制系統(tǒng)是控制技術(shù) (Control)(Control)、計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù) (Computer)(Computer)、通信技術(shù)通信技術(shù) (Communication)(Communication)、陰極射陰極射線管線管(CRT)(CRT)圖形顯示技術(shù)和圖形顯示技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Network)(Network)相結(jié)合相結(jié)合的產(chǎn)物的產(chǎn)物，是一種操作顯示集，是一種操作顯示集中、控制功能分散、采用分中、控制功能分散、采用分級(jí)分層體系結(jié)構(gòu)、局部網(wǎng)絡(luò)級(jí)分層體系結(jié)構(gòu)、局部網(wǎng)絡(luò)通信的計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)，通信的計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)，其目的在于控制或控制管理其目的在于控制或控制管理一個(gè)工

21、業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或工廠。一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或工廠。2022-7-431集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)自自問(wèn)世問(wèn)世以來(lái)以來(lái)，發(fā)展異常迅速發(fā)展異常迅速 , ,幾經(jīng)更新?lián)Q代，技術(shù)幾經(jīng)更新?lián)Q代，技術(shù)性能日臻完善，并以性能日臻完善，并以其技術(shù)先進(jìn)、性能可其技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、構(gòu)成靈活、操作靠、構(gòu)成靈活、操作簡(jiǎn)便和價(jià)格合理的特簡(jiǎn)便和價(jià)格合理的特點(diǎn)，贏得了廣大用戶，點(diǎn)，贏得了廣大用戶，巳被廣泛應(yīng)用于石油、巳被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金和化工、電力、冶金和輕工等工業(yè)領(lǐng)域。輕工等工業(yè)領(lǐng)域。 2022-7-4322.1集散控制系統(tǒng)產(chǎn)生的背景 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 60 60 年代初，人們開(kāi)始將電子計(jì)算機(jī)用于過(guò)程控年代初，

22、人們開(kāi)始將電子計(jì)算機(jī)用于過(guò)程控制，試圖利用計(jì)算機(jī)所具有的能執(zhí)行復(fù)雜運(yùn)算、處理速度快、制，試圖利用計(jì)算機(jī)所具有的能執(zhí)行復(fù)雜運(yùn)算、處理速度快、集中顯示操作、易于通信、易于實(shí)現(xiàn)多種控制算法、易于改集中顯示操作、易于通信、易于實(shí)現(xiàn)多種控制算法、易于改變控制方案、控制精度高等特點(diǎn)，來(lái)克服常規(guī)模擬儀表的局變控制方案、控制精度高等特點(diǎn)，來(lái)克服常規(guī)模擬儀表的局限性。限性。 一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制著幾十甚至幾百個(gè)回路，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制著幾十甚至幾百個(gè)回路，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、操作、報(bào)警、控制和管理等功能都集中在這臺(tái)計(jì)算的監(jiān)視、操作、報(bào)警、控制和管理等功能都集中在這臺(tái)計(jì)算機(jī)上。機(jī)上。 一旦計(jì)算機(jī)一旦計(jì)算機(jī)的公共

23、部分發(fā)生故障時(shí)的公共部分發(fā)生故障時(shí)，輕則造成裝置或整個(gè)輕則造成裝置或整個(gè)工廠停工廠停工，工，重則導(dǎo)致設(shè)備的損壞甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸等惡性事重則導(dǎo)致設(shè)備的損壞甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸等惡性事故故，這就是所謂，這就是所謂“危險(xiǎn)集中危險(xiǎn)集中”。2022-7-4332022-7-434而采用一臺(tái)計(jì)算機(jī)工作、而采用一臺(tái)計(jì)算機(jī)工作、另一臺(tái)計(jì)算機(jī)備用的雙機(jī)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)備用的雙機(jī)雙工系統(tǒng)，或采用常規(guī)儀雙工系統(tǒng)，或采用常規(guī)儀表備用方式，雖可提高控表備用方式，雖可提高控制系統(tǒng)的可靠性，但成本制系統(tǒng)的可靠性，但成本太高，太高，如果工廠的生產(chǎn)規(guī)如果工廠的生產(chǎn)規(guī)模不大模不大，則經(jīng)濟(jì)性更差則經(jīng)濟(jì)性更差，用戶難以接受。因此，有用戶

24、難以接受。因此，有必要吸收常規(guī)模擬儀表和必要吸收常規(guī)模擬儀表和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并且克服它們的弱點(diǎn)，利并且克服它們的弱點(diǎn)，利用各種新技術(shù)和新理論，用各種新技術(shù)和新理論，研制出新型的控制系統(tǒng)。研制出新型的控制系統(tǒng)。 2022-7-43520 20 世紀(jì)世紀(jì) 70 70 年代初，大規(guī)模集成電路的問(wèn)世及微處理年代初，大規(guī)模集成電路的問(wèn)世及微處理器的誕生，為新型控制系統(tǒng)的研制創(chuàng)造了物質(zhì)條件。器的誕生，為新型控制系統(tǒng)的研制創(chuàng)造了物質(zhì)條件。同時(shí)，同時(shí)，CRT CRT 圖形顯示技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，為圖形顯示技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，為新型控制系統(tǒng)的研制提供了技術(shù)條件，現(xiàn)代控制

25、理論新型控制系統(tǒng)的研制提供了技術(shù)條件，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展為新型控制系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)的發(fā)展為新型控制系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。和技術(shù)指導(dǎo)。根據(jù)根據(jù)“危險(xiǎn)分散危險(xiǎn)分散”的設(shè)計(jì)思想，過(guò)去由的設(shè)計(jì)思想，過(guò)去由一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)完成的功能，現(xiàn)在可以由幾十臺(tái)甚至一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)完成的功能，現(xiàn)在可以由幾十臺(tái)甚至幾百臺(tái)微處理機(jī)來(lái)完成。幾百臺(tái)微處理機(jī)來(lái)完成。各微處理機(jī)之間可以用通信各微處理機(jī)之間可以用通信網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，從而構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，從而構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。2022-7-436系統(tǒng)中的一臺(tái)微處理機(jī)只需控制幾個(gè)至幾十個(gè)回路，即系統(tǒng)中的一臺(tái)微處理機(jī)只需控制幾個(gè)至幾十個(gè)回

26、路，即使某一微處理機(jī)發(fā)生故障，只影響它所控制的少數(shù)回路，使某一微處理機(jī)發(fā)生故障，只影響它所控制的少數(shù)回路，而不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，從而在很大程度上使危而不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，從而在很大程度上使危險(xiǎn)分散。險(xiǎn)分散。這種新型控制系統(tǒng)采這種新型控制系統(tǒng)采用多用多臺(tái)臺(tái)彩色圖形顯示器監(jiān)視彩色圖形顯示器監(jiān)視著過(guò)著過(guò)程和系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了程和系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了操作和操作和信息綜合管理的集中，信息綜合管理的集中，利利用通信用通信系統(tǒng)系統(tǒng)將各微機(jī)連接起來(lái)將各微機(jī)連接起來(lái)，按控制功能或按區(qū)域按控制功能或按區(qū)域?qū)⑽⑻幚頇C(jī)進(jìn)行分散配置將微處理機(jī)進(jìn)行分散配置，實(shí)行分散控制，增強(qiáng)了全系，實(shí)行分散控制，增強(qiáng)了全系

27、統(tǒng)的統(tǒng)的安全可靠安全可靠性。性。 2022-7-437 1975 1975 年年 12 12 月月，美 國(guó) 霍 尼 威 爾美 國(guó) 霍 尼 威 爾 (Honeywell) (Honeywell) 公司公司正式向市場(chǎng)推出了正式向市場(chǎng)推出了世界上第一世界上第一套套集散集散控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)TDC-TDC-2 0 0 02 0 0 0 （ T o t a l T o t a l D i s t r i b u t e d D i s t r i b u t e d Control 2000Control 2000）系統(tǒng)系統(tǒng)，成為，成為最早提最早提出集散控制系統(tǒng)設(shè)出集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的計(jì)思想的開(kāi)發(fā)商。開(kāi)

28、發(fā)商。 圖圖1-6 TDC-30001-6 TDC-3000系統(tǒng)構(gòu)成圖系統(tǒng)構(gòu)成圖2022-7-4382.2集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成綜觀各種集散控制系統(tǒng)，盡管其品種規(guī)格繁多，設(shè)計(jì)綜觀各種集散控制系統(tǒng)，盡管其品種規(guī)格繁多，設(shè)計(jì)風(fēng)格各異，但大多數(shù)都包含有分散過(guò)程控制裝置、集風(fēng)格各異，但大多數(shù)都包含有分散過(guò)程控制裝置、集中操作管理裝置和通信系統(tǒng)等三大部分。分散過(guò)程控中操作管理裝置和通信系統(tǒng)等三大部分。分散過(guò)程控制裝置是制裝置是DCSDCS與生產(chǎn)過(guò)程聯(lián)系的接口，按其功能又可分與生產(chǎn)過(guò)程聯(lián)系的接口，按其功能又可分為現(xiàn)場(chǎng)控制站（簡(jiǎn)為現(xiàn)場(chǎng)控制站（簡(jiǎn)稱稱控制控制站站）和數(shù)據(jù)采集站等。）和數(shù)據(jù)采集站等。 圖圖 1-

29、5 CENTUM CS 1-5 CENTUM CS 系統(tǒng)外觀圖系統(tǒng)外觀圖 2022-7-439集中操作管理裝置是人與集中操作管理裝置是人與DCSDCS聯(lián)系的接口，按其功能又聯(lián)系的接口，按其功能又可分為操作員工作站（簡(jiǎn)可分為操作員工作站（簡(jiǎn)稱操作站稱操作站）、工程師工作站）、工程師工作站（簡(jiǎn)（簡(jiǎn)稱稱工程師工程師站站）和監(jiān)控計(jì)算機(jī)（又）和監(jiān)控計(jì)算機(jī)（又稱稱上位機(jī)）等。上位機(jī)）等。通信系統(tǒng)（又通信系統(tǒng)（又稱稱通信網(wǎng)絡(luò)）是通信網(wǎng)絡(luò)）是DCSDCS的中樞，它將的中樞，它將DCSDCS的的各部分連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)整體。因此，操作員站、工各部分連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)整體。因此，操作員站、工程師站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控

30、制站、數(shù)據(jù)采集站和通程師站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站和通信系統(tǒng)等是構(gòu)成信系統(tǒng)等是構(gòu)成DCSDCS的最基本部分，如圖的最基本部分，如圖1 1 所示。所示。 圖圖1 集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 2022-7-440(1)操作站操作站是操作人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)操作站是操作人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行顯示、監(jiān)視、操作程進(jìn)行顯示、監(jiān)視、操作控制和管理的主要設(shè)備?？刂坪凸芾淼闹饕O(shè)備。操作站提供了良好的人機(jī)操作站提供了良好的人機(jī)交互界面，用以實(shí)現(xiàn)集中交互界面，用以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和信息管理等監(jiān)視、操作和信息管理等功能。功能。在有的小在有的小DCS中，中，操作站兼有工程師站的功操作站兼有工程師站

31、的功能，在操作站上也可以進(jìn)能，在操作站上也可以進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)和維護(hù)的部分行系統(tǒng)組態(tài)和維護(hù)的部分或全部工作?；蛉抗ぷ?。 2022-7-441(2)(2)工程師站工程師站工程師站用于對(duì)工程師站用于對(duì)DCS進(jìn)進(jìn)行離線的組態(tài)工作和行離線的組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制與維護(hù)。制與維護(hù)。工程師能工程師能夠借助于組態(tài)軟件對(duì)夠借助于組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行離線組態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)行離線組態(tài)，并在并在DCS在線運(yùn)行時(shí)，在線運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視通信可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視通信網(wǎng)絡(luò)上各工作站的運(yùn)網(wǎng)絡(luò)上各工作站的運(yùn)行情況。行情況。2022-7-442(3)監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)收集系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)收集系統(tǒng)

32、中各單元的數(shù)據(jù)信各單元的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)學(xué)模息，根據(jù)數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化控制指型和優(yōu)化控制指標(biāo)進(jìn)行后臺(tái)計(jì)算、標(biāo)進(jìn)行后臺(tái)計(jì)算、優(yōu)化控制等，它優(yōu)化控制等，它還用于全系統(tǒng)信還用于全系統(tǒng)信息的綜合管理。息的綜合管理。 2022-7-443(4)現(xiàn)場(chǎng)控制站 現(xiàn)場(chǎng)控制站可控現(xiàn)場(chǎng)控制站可控制多個(gè)回路，具有極強(qiáng)制多個(gè)回路，具有極強(qiáng)的運(yùn)算和控制功能，能的運(yùn)算和控制功能，能夠自主地完成回路控制夠自主地完成回路控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)反饋控制、任務(wù)，實(shí)現(xiàn)反饋控制、邏輯控制、順序控制和邏輯控制、順序控制和批量控制等功能。批量控制等功能。 現(xiàn)場(chǎng)控制站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表直接與生產(chǎn)過(guò)程相連接，采集過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表直接與生產(chǎn)過(guò)程相連接，采

33、集過(guò)程變量信息，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換和運(yùn)算等處理，產(chǎn)生控制信號(hào)以驅(qū)程變量信息，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換和運(yùn)算等處理，產(chǎn)生控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。2022-7-444現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜2022-7-445APM機(jī)柜 2022-7-446(5)數(shù)據(jù)采集站數(shù)據(jù)采集站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表直接與生產(chǎn)過(guò)程儀表直接與生產(chǎn)過(guò)程相連接，對(duì)過(guò)程非控相連接，對(duì)過(guò)程非控制變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集制變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，并對(duì)實(shí)時(shí)和預(yù)處理，并對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工。數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工。為為操作站提供數(shù)據(jù)，實(shí)操作站提供數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的監(jiān)視和信現(xiàn)對(duì)過(guò)程的監(jiān)視和信息存儲(chǔ)；為控制回路息存

34、儲(chǔ)；為控制回路的運(yùn)算提供輔助數(shù)據(jù)的運(yùn)算提供輔助數(shù)據(jù)和信息。和信息。 2022-7-447(6)(6)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)連接通信系統(tǒng)連接DCSDCS的各操作站、工程師站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、的各操作站、工程師站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制站、數(shù)據(jù)采集站等部分，傳遞各工作站之間的數(shù)控制站、數(shù)據(jù)采集站等部分，傳遞各工作站之間的數(shù)據(jù)、指令及其他信息，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作，據(jù)、指令及其他信息，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息資源的共享。從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息資源的共享。 2022-7-448綜上所述，操作站、工綜上所述，操作站、工程師站和監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)程師站和監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成了成了DCSDCS的人機(jī)接口，用

35、的人機(jī)接口，用以完成集中監(jiān)視、操作、以完成集中監(jiān)視、操作、組態(tài)和信息綜合管理等組態(tài)和信息綜合管理等任務(wù)任務(wù)。現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)據(jù)采集站構(gòu)成據(jù)采集站構(gòu)成DCSDCS的過(guò)程的過(guò)程接口，用以完成數(shù)據(jù)采接口，用以完成數(shù)據(jù)采集與處理和分散控制任集與處理和分散控制任務(wù)。務(wù)。通信系統(tǒng)是連接通信系統(tǒng)是連接DCSDCS各部分的紐帶，是實(shí)現(xiàn)各部分的紐帶，是實(shí)現(xiàn)集中管理、分散控制目集中管理、分散控制目標(biāo)的關(guān)鍵。標(biāo)的關(guān)鍵。2022-7-4492.3集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)集散控制系統(tǒng)與常規(guī)模擬儀表及集中型計(jì)算機(jī)控制系集散控制系統(tǒng)與常規(guī)模擬儀表及集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相比，具有十分顯著的特點(diǎn)。統(tǒng)相比，具有十分顯著的特

36、點(diǎn)。 2022-7-450(1)(1)系統(tǒng)構(gòu)成靈活系統(tǒng)構(gòu)成靈活從總體結(jié)構(gòu)上看，從總體結(jié)構(gòu)上看，DCSDCS可分為通信網(wǎng)絡(luò)和工作站兩大部可分為通信網(wǎng)絡(luò)和工作站兩大部分，各工作站通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整分，各工作站通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。工作站采用標(biāo)準(zhǔn)化和系列化設(shè)計(jì)，的系統(tǒng)。工作站采用標(biāo)準(zhǔn)化和系列化設(shè)計(jì)，硬件采用硬件采用積木搭接方式進(jìn)行配置積木搭接方式進(jìn)行配置，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)系統(tǒng)采用組態(tài)方法構(gòu)成各種控制回路采用組態(tài)方法構(gòu)成各種控制回路，很容易對(duì)方案進(jìn)行很容易對(duì)方案進(jìn)行修改。修改。用戶可根據(jù)工程對(duì)象要求用戶可根據(jù)工程對(duì)象要求，靈活方便地?cái)U(kuò)大或

37、靈活方便地?cái)U(kuò)大或縮小系統(tǒng)的規(guī)模?？s小系統(tǒng)的規(guī)模。 2022-7-451(2)(2)操作管理便捷操作管理便捷 DCS DCS的集中監(jiān)控管理裝置無(wú)論采用專用人機(jī)接口系統(tǒng)還的集中監(jiān)控管理裝置無(wú)論采用專用人機(jī)接口系統(tǒng)還是通用是通用PCPC機(jī)系統(tǒng)，操作人員都能通過(guò)顯示器（機(jī)系統(tǒng)，操作人員都能通過(guò)顯示器（CRT or CRT or LCDLCD）和操作鍵盤(pán)及鼠標(biāo)等，方便的監(jiān)視生產(chǎn)裝置乃至整）和操作鍵盤(pán)及鼠標(biāo)等，方便的監(jiān)視生產(chǎn)裝置乃至整個(gè)工廠的運(yùn)行情況，快捷的操控各種機(jī)電設(shè)備；個(gè)工廠的運(yùn)行情況，快捷的操控各種機(jī)電設(shè)備； 技術(shù)人員可按預(yù)定的控制策略組態(tài)不同的控制回路，技術(shù)人員可按預(yù)定的控制策略組態(tài)不同的控制回

38、路，并調(diào)整回路的某些常數(shù)；并調(diào)整回路的某些常數(shù)； 存儲(chǔ)裝置可以保存大量的過(guò)程歷史信息和系統(tǒng)信息，存儲(chǔ)裝置可以保存大量的過(guò)程歷史信息和系統(tǒng)信息，打印機(jī)能打印出各種報(bào)告和報(bào)表，適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)綜打印機(jī)能打印出各種報(bào)告和報(bào)表，適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)綜合管理的要求。合管理的要求。 2022-7-452(3)(3)控制功能豐富控制功能豐富 DCS DCS可以進(jìn)行連續(xù)的反饋控制、間斷的批量控制和順可以進(jìn)行連續(xù)的反饋控制、間斷的批量控制和順序邏輯控制，序邏輯控制，可以完成簡(jiǎn)單控制可以完成簡(jiǎn)單控制和和復(fù)雜的多變量模型復(fù)雜的多變量模型優(yōu)化控制優(yōu)化控制，可以執(zhí)行，可以執(zhí)行 PID PID 運(yùn)算和運(yùn)算和 Smith Sm

39、ith 預(yù)估補(bǔ)償?shù)阮A(yù)估補(bǔ)償?shù)榷喾N控制運(yùn)算，并多種控制運(yùn)算，并具有具有多多種種信號(hào)信號(hào)報(bào)警報(bào)警、安全、安全聯(lián)鎖保護(hù)聯(lián)鎖保護(hù)和自動(dòng)開(kāi)停車和自動(dòng)開(kāi)停車等功能等功能。 (4)(4)信息資源共享信息資源共享 DCS DCS采用局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)采用局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (Local Area Network(Local Area Network，LAN) LAN) 把各把各工作站連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令及其他信息的傳輸，工作站連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令及其他信息的傳輸，使使整個(gè)系統(tǒng)信息整個(gè)系統(tǒng)信息、資源、資源共享。系統(tǒng)通信采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)共享。系統(tǒng)通信采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議議，便于系統(tǒng)間的互連便于系統(tǒng)間的互連，提高了系

40、統(tǒng)的開(kāi)放性。提高了系統(tǒng)的開(kāi)放性。2022-7-453(5)(5)安裝調(diào)試簡(jiǎn)單安裝調(diào)試簡(jiǎn)單 DCS DCS的各單元都安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，模件之間采用多的各單元都安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，模件之間采用多芯電纜、標(biāo)準(zhǔn)化接插件相連；與過(guò)程連接時(shí)采用規(guī)格芯電纜、標(biāo)準(zhǔn)化接插件相連；與過(guò)程連接時(shí)采用規(guī)格化端子板，到中控室操作站只需敷設(shè)同軸電纜進(jìn)行數(shù)化端子板，到中控室操作站只需敷設(shè)同軸電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，所以布線量大為減少，據(jù)傳遞，所以布線量大為減少，便于裝配和更換便于裝配和更換。系。系統(tǒng)采用專用軟件進(jìn)行調(diào)試，并統(tǒng)采用專用軟件進(jìn)行調(diào)試，并具有強(qiáng)大的自診斷功能具有強(qiáng)大的自診斷功能，為故障判別提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)為故障判別提供準(zhǔn)確

41、的指導(dǎo)，維修迅速。維修迅速。2022-7-454(6)(6)安全可靠性高安全可靠性高 DCS DCS在設(shè)計(jì)、制造時(shí)，采用了多種可靠性技術(shù)。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、制造時(shí)，采用了多種可靠性技術(shù)。系統(tǒng)采用了多微處理機(jī)分散控制結(jié)構(gòu)，某一單元失效時(shí)，采用了多微處理機(jī)分散控制結(jié)構(gòu)，某一單元失效時(shí)，不會(huì)影響其他單元的工作。即使在全局性通信或管理不會(huì)影響其他單元的工作。即使在全局性通信或管理站失效的情況下，局部站仍能維持工作。站失效的情況下，局部站仍能維持工作。 硬件采用冗余技術(shù)，操作站、控制站和通信線路采用硬件采用冗余技術(shù)，操作站、控制站和通信線路采用雙重化等配置方式。軟件采用程序分段、模塊化設(shè)計(jì)雙重化等配置方式。軟

42、件采用程序分段、模塊化設(shè)計(jì)和容錯(cuò)技術(shù)。系統(tǒng)各單元具有強(qiáng)有力的自診斷、自檢和容錯(cuò)技術(shù)。系統(tǒng)各單元具有強(qiáng)有力的自診斷、自檢查、故障報(bào)警和隔離等功能。具有抗干擾能力，對(duì)測(cè)查、故障報(bào)警和隔離等功能。具有抗干擾能力，對(duì)測(cè)量信號(hào)和控制信號(hào)要經(jīng)過(guò)隔離處理，信號(hào)電纜進(jìn)行良量信號(hào)和控制信號(hào)要經(jīng)過(guò)隔離處理，信號(hào)電纜進(jìn)行良好的屏蔽和接地。好的屏蔽和接地。 2022-7-455(7)(7)性能價(jià)格比高性能價(jià)格比高 DCS技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、可靠性高、適應(yīng)能力強(qiáng)。技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、可靠性高、適應(yīng)能力強(qiáng)。規(guī)模越大，平均每個(gè)回路的投資費(fèi)用越省，數(shù)據(jù)、資規(guī)模越大，平均每個(gè)回路的投資費(fèi)用越省，數(shù)據(jù)、資源的共享本身就意味著系統(tǒng)

43、成本的降低。源的共享本身就意味著系統(tǒng)成本的降低。2022-7-4564 4集散控制系統(tǒng)的性能集散控制系統(tǒng)的性能1 1、可靠性、可靠性 最直接方法：總體設(shè)計(jì)時(shí)加入可靠性設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。最直接方法：總體設(shè)計(jì)時(shí)加入可靠性設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。2 2、可操作性、可操作性3 3、實(shí)時(shí)性、實(shí)時(shí)性4 4、環(huán)境適應(yīng)性、環(huán)境適應(yīng)性5 5、經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)濟(jì)性6 6、可擴(kuò)展性、可擴(kuò)展性2022-7-457重要性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)重要性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)(1) 可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì) 可靠性指機(jī)器、零件、系統(tǒng)在規(guī)定的工作條可靠性指機(jī)器、零件、系統(tǒng)在規(guī)定的工作條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)具有正常工作性能的件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)具有正常工作性能的能力。能力。主要由

44、可靠度、主要由可靠度、MTBF 、MTTR 、故障率衡量、故障率衡量(2) 實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)(3) 抗干擾設(shè)計(jì)抗干擾設(shè)計(jì)2022-7-4585 5DCSDCS的選型、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收的選型、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收5.1 選型選型 主要是：選成型產(chǎn)品還是采用主要是：選成型產(chǎn)品還是采用PLC搭建搭建 根據(jù)：模擬量多還是邏輯控制多；根據(jù)：模擬量多還是邏輯控制多； 投資預(yù)算。投資預(yù)算。 若選用成型集散控制系統(tǒng)，還要根據(jù)若選用成型集散控制系統(tǒng)，還要根據(jù)因素確定具體型號(hào)因素確定具體型號(hào)2022-7-4595.2 安裝安裝 安裝前準(zhǔn)備：地基、電源、接地安裝前準(zhǔn)備：地基、電源、接地 5.3 調(diào)試調(diào)試 主要包括：

45、工廠調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試主要包括：工廠調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 (1)工廠調(diào)試：在生產(chǎn)廠專業(yè)人員的指導(dǎo)下，工廠調(diào)試：在生產(chǎn)廠專業(yè)人員的指導(dǎo)下，完成系統(tǒng)的離線調(diào)試。（包括硬件調(diào)試、完成系統(tǒng)的離線調(diào)試。（包括硬件調(diào)試、用戶應(yīng)用軟件調(diào)試）用戶應(yīng)用軟件調(diào)試） 2022-7-460 (2)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是在工廠調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是在工廠調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)的在線調(diào)試。的現(xiàn)場(chǎng)的在線調(diào)試。 注意：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試不允許任何錯(cuò)誤和疏漏。注意：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試不允許任何錯(cuò)誤和疏漏。特別對(duì)于危險(xiǎn)極大的化工生產(chǎn)裝置任何特別對(duì)于危險(xiǎn)極大的化工生產(chǎn)裝置任何差錯(cuò)都會(huì)帶來(lái)意想不到的效果。差錯(cuò)都會(huì)帶來(lái)意想不到的效果。2022-7-461

46、6 6集散控制系統(tǒng)發(fā)展概況集散控制系統(tǒng)發(fā)展概況集散控制系統(tǒng)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)期。集散控制系統(tǒng)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)期。2022-7-462(1)1975(1)1975年至年至19801980年為初創(chuàng)期年為初創(chuàng)期這個(gè)時(shí)期的這個(gè)時(shí)期的DCSDCS基本上由過(guò)程控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、基本上由過(guò)程控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、操作管理裝置、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸通道等部分組操作管理裝置、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸通道等部分組成。這個(gè)時(shí)期成。這個(gè)時(shí)期DCSDCS的技術(shù)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了分散控制，從而的技術(shù)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了分散控制，從而克服集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)高度集中的致命弱點(diǎn)，克服集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)高度集中的

47、致命弱點(diǎn)，加強(qiáng)了可靠性設(shè)計(jì)。加強(qiáng)了可靠性設(shè)計(jì)。初創(chuàng)期初創(chuàng)期DCSDCS的典型代表有：美國(guó)霍尼威爾的典型代表有：美國(guó)霍尼威爾 (Honeywell) (Honeywell) 公司的公司的 TDC-2000TDC-2000，?？怂共_，?？怂共_ (Foxboro) (Foxboro) 公司的公司的 SPECTRUMSPECTRUM，日本橫河，日本橫河 (YOKOGAWA) (YOKOGAWA) 公司的公司的 CENTUM CENTUM 及及德國(guó)西門子德國(guó)西門子 (Siemens) (Siemens) 公司的公司的 TELEPERM M TELEPERM M 等。等。2022-7-463(2)19

48、80 (2)1980 年至年至 1985 1985 年為成熟期年為成熟期這一時(shí)期的這一時(shí)期的DCS由局部網(wǎng)絡(luò)、多功能過(guò)程控制站、增由局部網(wǎng)絡(luò)、多功能過(guò)程控制站、增強(qiáng)型操作站、主計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)管理站和網(wǎng)間連接器等強(qiáng)型操作站、主計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)管理站和網(wǎng)間連接器等部分組成。部分組成。DCS的技術(shù)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)信息的綜合的技術(shù)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)信息的綜合管理，為此，必然要引入先進(jìn)的局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以加管理，為此，必然要引入先進(jìn)的局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以加強(qiáng)通信系統(tǒng)。強(qiáng)通信系統(tǒng)。 代表產(chǎn)品有：代表產(chǎn)品有：Honeywell 的的 TDC-3000，YOKOGAWA 的的 CENTUM，Taylor 的的 MOD-30

49、0 等。等。 2022-7-464(3)1985 (3)1985 年至年至 1990 1990 年為擴(kuò)展期年為擴(kuò)展期擴(kuò)展期擴(kuò)展期DCSDCS結(jié)構(gòu)的主要變化是局部網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放結(jié)構(gòu)的主要變化是局部網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放型的通信協(xié)議。如采用以開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型為基型的通信協(xié)議。如采用以開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型為基礎(chǔ)的制造自動(dòng)化協(xié)議（礎(chǔ)的制造自動(dòng)化協(xié)議（MAPMAP），或與），或與 MAP MAP 兼容，或其兼容，或其本身就是實(shí)時(shí)本身就是實(shí)時(shí) MAP MAP 局部網(wǎng)絡(luò)。局部網(wǎng)絡(luò)。其他單元無(wú)論是硬件還其他單元無(wú)論是硬件還是軟件都有較大改進(jìn)，但系統(tǒng)的基本組成變化不大。是軟件都有較大改進(jìn)，但系統(tǒng)的基本組成變

50、化不大。擴(kuò)展期擴(kuò)展期DCSDCS的另一種特點(diǎn)是系統(tǒng)的智能向現(xiàn)場(chǎng)延伸，系的另一種特點(diǎn)是系統(tǒng)的智能向現(xiàn)場(chǎng)延伸，系統(tǒng)中引入了智能變送器統(tǒng)中引入了智能變送器 (Smart Transmitters) (Smart Transmitters) 和現(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)總線場(chǎng)總線 (Field Bus) (Field Bus) 技術(shù)。技術(shù)。2022-7-465智能變送器具有數(shù)字通信能力，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與過(guò)程智能變送器具有數(shù)字通信能力，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與過(guò)程控制站或與局部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連接。在控制室或本節(jié)點(diǎn)控制站或與局部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連接。在控制室或本節(jié)點(diǎn)工作站中便可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的智能變送器進(jìn)行調(diào)零、調(diào)量程、工作站中便可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的智能變送器進(jìn)

51、行調(diào)零、調(diào)量程、組態(tài)、自動(dòng)標(biāo)定、自動(dòng)診斷及自動(dòng)排除故障等操作。組態(tài)、自動(dòng)標(biāo)定、自動(dòng)診斷及自動(dòng)排除故障等操作。擴(kuò)展期擴(kuò)展期DCSDCS的代表產(chǎn)品有：的代表產(chǎn)品有：Honeywell Honeywell 的的 TDC-3000/PMTDC-3000/PM，YOKOGAWA YOKOGAWA 的的 CENTUM-XLCENTUM-XL，F(xiàn)oxboro Foxboro 的的 I/A SI/A S，Bailey Bailey Control Control 的的 INFI-90 INFI-90 等。等。2022-7-466AWCPNodebusFieldbusWP操作臺(tái)操作臺(tái)Din FBMLegacy

52、FBM2022-7-467(4) 1990 (4) 1990 年后為新的發(fā)展期年后為新的發(fā)展期 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 90 90 年代以后，隨著年代以后，隨著3C3C技術(shù)特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)技術(shù)特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)控制和管理要求的不斷提高，出現(xiàn)了的快速發(fā)展，對(duì)控制和管理要求的不斷提高，出現(xiàn)了以管控一體化為主要特點(diǎn)的新型集散控制系統(tǒng)。以管控一體化為主要特點(diǎn)的新型集散控制系統(tǒng)。它采它采用了客戶機(jī)用了客戶機(jī) / / 服務(wù)器的結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上增加了工服務(wù)器的結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上增加了工廠信息網(wǎng)廠信息網(wǎng) (Intranet)(Intranet)，并可與，并可與 Internet Internet 連網(wǎng)

53、，計(jì)算連網(wǎng)，計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng) (CIPS) (CIPS) 也開(kāi)始進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。也開(kāi)始進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。DCSDCS的的典型產(chǎn)品有典型產(chǎn)品有 Honeywell Honeywell 公司的公司的 TPS TPS 系統(tǒng)、橫河公司系統(tǒng)、橫河公司的的 CENTUM CS CENTUM CS 系統(tǒng)、系統(tǒng)、 Foxboro Foxboro 公司公司 I/A S 5051 I/A S 5051 系系列控制系統(tǒng)等。列控制系統(tǒng)等。 2022-7-468 從從DCSDCS三十多三十多年的發(fā)展歷史年的發(fā)展歷史中中可以清楚地看到可以清楚地看到，正是計(jì)正是計(jì)算機(jī)技術(shù)算機(jī)技術(shù)、屏幕、屏幕顯示技術(shù)顯示技術(shù)、控制、控制技術(shù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展不斷發(fā)展，才推動(dòng)了才推動(dòng)了DCSDCS的的不斷不斷更新更新?lián)Q代換代。 今后今后 DCS DCS 的發(fā)展仍將繼承集