DCS基礎(chǔ)學(xué)習(xí)課程課件（一）33

集散控制系統(tǒng)2022/11/161第一章概述§1.1集散控制系統(tǒng)的基本概念一、概念集散控制系統(tǒng)：以微處理器為基礎(chǔ)的采用分散控制、集中顯示和操作的新一代控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)又叫“分散控制系統(tǒng)”、“分布式控制系統(tǒng)”。英文：“Distributedcontrolsystem”簡(jiǎn)寫(xiě)成“DCS”二、集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展歷程

國(guó)外情況：

基地式儀表室內(nèi)遠(yuǎn)傳控制

DDC DCS(第一代)

DCS(第二代局域網(wǎng))DCS(第三代開(kāi)放性)DCS(第四代信息與集成)

國(guó)內(nèi)情況：

八十年代初，全套引進(jìn)；八十年代末DCS制造開(kāi)始起步；到九十年代，迅速發(fā)展壯大。2022/11/162DCS的發(fā)展

◆

第一階段（1975年—1980年）

—代表產(chǎn)品主要有美國(guó)Honeywell公司的TDC2000，Baily公司的Network90，F(xiàn)oxboro公司的Spectrum，日本橫河公司的Centum等

—主要由過(guò)程控制單元PCU、數(shù)據(jù)采集裝置DAU、CRT操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)高速公路HW五部分組成

2022/11/163◆

第二階段（1980年—1985年）

—主要代表產(chǎn)品有Honeywell公司的TDC3000，日本橫河公司的CentumA，B，D等

—主要由局部網(wǎng)絡(luò)LAN、多功能控制器MC、增強(qiáng)型操作站EOS、通用操作站US、網(wǎng)間連接器GW、系統(tǒng)管理模塊SMM和主計(jì)算機(jī)HC七部分組成

2022/11/164◆

第三階段（1985年—1990年）

—DCS向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制擴(kuò)展，將過(guò)程控制、監(jiān)督控制和管理調(diào)度進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，并且加強(qiáng)斷續(xù)系統(tǒng)功能，采用專家系統(tǒng)和開(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MAP標(biāo)準(zhǔn)，以及硬件上的諸多新技術(shù)，從而克服了自動(dòng)化孤島問(wèn)題

—典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TDCS3000，日本橫河公司的Centum-XL，Bailey的INFI-90等2022/11/165◆第四階段（1990年以后）

—DCS以管控一體化出現(xiàn)，在硬件上采用了開(kāi)放的工作站，采用了Client/Server的結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上增加了工廠信息網(wǎng)，并可與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，在軟件上采用UNIX和X-Windows的圖形用戶界面，系統(tǒng)的軟件更豐富，一些優(yōu)化和管理良好的界面的軟件被開(kāi)發(fā)并移植到DCS中

—典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TPS控制系統(tǒng)，日本橫河公司的Centum-CS控制系統(tǒng)，F(xiàn)oxboro公司的I/AS50/51系統(tǒng)等—CISC------RISC(complex/reducedinstructionsetcomputer)2022/11/166二、DCS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)DCS系統(tǒng)有三大部分組成：1、分散過(guò)程控制裝置功能：生產(chǎn)過(guò)程的各種變量通過(guò)它轉(zhuǎn)化為操作監(jiān)視的數(shù)據(jù)，操作的各種信息業(yè)通過(guò)過(guò)程控制裝置送到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)輸入輸出量進(jìn)行A/D,D/A轉(zhuǎn)換以及濾波等運(yùn)算組成：AIAODIDOPIPO等功能板，CPU、電源、端子板等2、操作管理裝置功能：操作員可以通過(guò)他了解生產(chǎn)能夠過(guò)程的運(yùn)行狀況，并通過(guò)它發(fā)出操作指令給生產(chǎn)過(guò)程組成：人機(jī)界面等3、通信系統(tǒng)功能：在分散過(guò)程控制裝置與操作管理裝置之間完成數(shù)據(jù)交換和傳遞組成：線纜和接口2022/11/1672022/11/168

三、開(kāi)放系統(tǒng)1、可移植性不同DCS廠家的軟件、程序、數(shù)據(jù)及人員可以相互借用，互相移植，到第四代硬件都可以移植。另外以職業(yè)帶來(lái)了安全方面的隱患。如，橫河公司的R3用富士公司的PROCESION代為I/O單元。2、互操作性網(wǎng)絡(luò)的連接，使數(shù)據(jù)互通，資源共享。現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)化后，符合標(biāo)準(zhǔn)地各種檢測(cè)、變送和執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品可以互換和替代。第四代表現(xiàn)最明顯。3、可適宜性無(wú)論在運(yùn)行的軟件版本高低都可以互通、匹配，就是說(shuō)應(yīng)用新的同時(shí)不可能把舊的廢掉。4、可得到性也就是容易得到，由于各制造廠的產(chǎn)品具有統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，就可以根據(jù)需要選擇產(chǎn)品。2022/11/169§1.2集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)一、集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

A：DCS的基本特點(diǎn)：集中管理，分散控制

B：

與模擬儀表相比較的特點(diǎn)：連接方便，容易更改，顯示方式靈活，內(nèi)容多樣，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大。

C:與DDC比較：具有操作監(jiān)督方便，危險(xiǎn)分散，功能分散等優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)上又是遞階分級(jí)的二、分級(jí)遞階控制（畫(huà)圖）集散控制系統(tǒng)在水平與垂直方向都是分級(jí)的，如圖：操作站/工程師站/管理員站通信系統(tǒng)

控制站

控制站

現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)

2022/11/1610二、分散控控制不僅僅指控控制上的分分散，隨著著生場(chǎng)規(guī)模模越來(lái)越大大操作管理理不可能在在一個(gè)控制制室內(nèi)完成成，因此還還有其他的的含義：如：人員的的分散、地地域的分散散、功能的的分散、危危險(xiǎn)的分散散、及操作作的分散。。三、自治和和協(xié)調(diào)性分散的基礎(chǔ)礎(chǔ)是集散控控制系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)是自治的系統(tǒng)統(tǒng)遞階分級(jí)的的基礎(chǔ)是被被分散的系系統(tǒng)應(yīng)是相互協(xié)調(diào)的系統(tǒng)１、DCS的各組成部部分使各自自為政的自自治系統(tǒng)，，各自完成成各自的功功能，相互互又有聯(lián)系系，數(shù)據(jù)信信息相互交交換，各種種條件相互互制約在系系統(tǒng)的協(xié)調(diào)調(diào)下工作。。２、分散過(guò)過(guò)程控制裝裝置是一個(gè)個(gè)自治的系系統(tǒng)，它完完成數(shù)據(jù)的的采集、信信號(hào)處理、、計(jì)算及輸輸出功能2022/11/1411§1.3集散控制系系統(tǒng)的展望望一、總總述集散控制系系統(tǒng)將向兩兩個(gè)方向發(fā)發(fā)展：一個(gè)是向上上發(fā)展：向向CIMS計(jì)算機(jī)集成成制造系統(tǒng)統(tǒng)，CIPS計(jì)算機(jī)集成成過(guò)程系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)展。另一個(gè)是向向下發(fā)展：：即向FCS現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)發(fā)展二、信息化化集成系統(tǒng)統(tǒng)提供了從現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)到設(shè)備備，從設(shè)備備到車間、、從車間到到工廠、從從工廠到企企業(yè)集團(tuán)的的整個(gè)信息息通道，體體現(xiàn)了信息息的全面性性、準(zhǔn)確性性、實(shí)時(shí)性性和系統(tǒng)性性。１、硬件存貯容量、、傳輸速度度、標(biāo)準(zhǔn)接接口以及操操作環(huán)境都都有了很大大的改變。。２、軟件軟件方面采采用了標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化原則、、實(shí)用性、、安全性、、和性價(jià)比比原則2022/11/1412二、場(chǎng)總線線控制系統(tǒng)統(tǒng)FCS(feildbuscontrolsystem)DCS未來(lái)發(fā)展的的趨勢(shì)1、現(xiàn)場(chǎng)總總線現(xiàn)場(chǎng)總線的的應(yīng)用在儀儀器儀表業(yè)業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)場(chǎng)深刻的變變革，將傳傳統(tǒng)的信號(hào)號(hào)、通信、、系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)河自控系系統(tǒng)的體系系結(jié)構(gòu)、設(shè)設(shè)計(jì)方法，，安裝調(diào)試試等也將帶帶來(lái)新的思思路。2、現(xiàn)場(chǎng)基基金會(huì)FF1994年年成立10月成立，，120成成員單位，，中國(guó)有冶冶金部自動(dòng)動(dòng)化研究所所、北京華華控技術(shù)有有限公司、、中國(guó)儀器器儀表協(xié)會(huì)會(huì)等單位加加入?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總線是在在多臺(tái)智能能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)設(shè)備及自動(dòng)動(dòng)化系統(tǒng)間間的有數(shù)字字化的雙向向的多站通通信連結(jié)而而成的一種種網(wǎng)絡(luò)，取取代了4--20mA模擬信號(hào)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，用于于連結(jié)智能能現(xiàn)場(chǎng)總想想儀表和控制室設(shè)備備的雙向數(shù)數(shù)字多站通通信協(xié)議。。2022/11/1413３、、現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線線的的特特點(diǎn)點(diǎn)①用用戶戶對(duì)對(duì)產(chǎn)產(chǎn)品品的的選選擇擇權(quán)權(quán)增增至至最最大大②消消除除了了4－－20mA模擬擬儀儀表表通通信信的的瓶瓶頸頸現(xiàn)現(xiàn)象象③降降低低現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)安安裝裝費(fèi)費(fèi)用用和和減減少少相相應(yīng)應(yīng)設(shè)設(shè)備備④為為用用戶戶提提供供更更多多功功能能⑤增增強(qiáng)強(qiáng)了了系系統(tǒng)統(tǒng)的的自自治治性性⑥提提高高系系統(tǒng)統(tǒng)的的檢檢測(cè)測(cè)精精度度和和魯魯棒棒性性⑦系系統(tǒng)統(tǒng)組組態(tài)態(tài)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單，，安安裝裝運(yùn)運(yùn)行行和和維維修修方方便便三、、現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線線控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)FCS現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線線控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)將將是是控控制制的的到到最最終終地地分分散散，，它它把把控控制制功功能能移移到到了了現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)沒(méi)沒(méi)了了控控制制站站。。有有人人預(yù)預(yù)計(jì)計(jì)二二十十一一世世紀(jì)紀(jì)的的控控制制是是FCS取代代DCS時(shí)代代。。但但是是，，現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線線研研究究課課題題開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)工工作作還還在在進(jìn)進(jìn)行行之之中中，，一一些些控控制制功功能能和和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)還還不不完完善善，，發(fā)發(fā)展展方方向向拭拭目目以以待待。。2022/11/14142022/11/14152022/11/14162022/11/14172022/11/14182022/11/14192022/11/14202022/11/14212022/11/14222022/11/14232022/11/1424分布式控控制的技技術(shù)發(fā)展展系統(tǒng)硬件件的發(fā)展展◆開(kāi)放結(jié)構(gòu)構(gòu)的工作作站—整體運(yùn)算算速度快快—存貯容量量大—圖形處理理功能強(qiáng)強(qiáng)—良好的安安全保護(hù)護(hù)系統(tǒng)—友好的人人機(jī)界面面2022/11/1425分布式控控制的技技術(shù)發(fā)展展（續(xù)））◆現(xiàn)場(chǎng)總線線—互操作性性—更低的安安裝費(fèi)用用—更低的維維護(hù)費(fèi)用用—有助于維維護(hù)—改進(jìn)功能能2022/11/1426分布式控控制的技技術(shù)發(fā)展展（續(xù)））◆現(xiàn)場(chǎng)總線線—互操作性性—更低的安安裝費(fèi)用用—更低的維維護(hù)費(fèi)用用—有助于維維護(hù)—改進(jìn)功能能2022/11/1427分布式控控制的技技術(shù)發(fā)展展（續(xù)））◆開(kāi)放的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)—Client/Server網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)—標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信接接口◆數(shù)字儀表表綜合化化—數(shù)字儀表表可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)數(shù)據(jù)采采集、控控制功能能運(yùn)算、、操作監(jiān)監(jiān)視、報(bào)報(bào)警和控控制，一一些儀表表還包括括高級(jí)的的控制算算法—采用數(shù)字字儀表可可大大節(jié)節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)接線和和安裝費(fèi)費(fèi)用，現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)號(hào)用同軸軸電纜傳