在此期間世界各國相繼推出了自己的第一代DCS-計課件

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集散控制系統(tǒng)ThedistributedControlSystem機(jī)電工程學(xué)院

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集散控制系統(tǒng)ThedistributedC1第10章

集散控制系統(tǒng)

第一節(jié)集散控制系統(tǒng)概述第二節(jié)集散控制系統(tǒng)的控制站第三節(jié)集散控制系統(tǒng)的操作站第四節(jié)集散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)第五節(jié)DCS與FCS的集成技術(shù)第10章集散控制系統(tǒng)

第一節(jié)集散控制系統(tǒng)概述2集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem簡稱DCS）也叫分散型控制系統(tǒng)。它是利用計算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。是由計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT技術(shù)、圖形顯示技術(shù)及人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的。它是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機(jī)控制系統(tǒng)，是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。在系統(tǒng)功能方面，集散控制系統(tǒng)（DCS）和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法上卻完全不同。集散控制系統(tǒng)（DistributedControl3第一節(jié)集散控制系統(tǒng)概述

一、控制網(wǎng)絡(luò)的特點在生產(chǎn)過程中，最先采用的是常規(guī)模擬式調(diào)節(jié)儀表組成的過程控制系統(tǒng)，它具有可靠性高、價廉、便于維護(hù)和操作等優(yōu)點，但是，模擬式調(diào)節(jié)儀表控制系統(tǒng)難于實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律的控制，難于實現(xiàn)集中操作和顯示，難于實現(xiàn)各分系統(tǒng)之間的通信、協(xié)調(diào)，并且缺乏靈活性。第一節(jié)集散控制系統(tǒng)概述一、控制網(wǎng)絡(luò)的特點4隨著生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得中央控制室的儀表數(shù)量越來越多，這大大地增加了操作人員的勞動強(qiáng)度。并且大規(guī)模的生產(chǎn)過程對可靠性也提出了更高的要求。因為一個大型企業(yè)一旦由于控制系統(tǒng)的故障，使得設(shè)備停機(jī)將造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失和重大的人身安全事故。

直到上世紀(jì)70年代開始，隨著計算機(jī)技術(shù)的日漸成熟，大規(guī)模集成電路及微處理器的誕生后，人們開始思考是否能將“危險分散”。就是原來靠一臺大計算機(jī)完成的“艱巨”任務(wù)，能否用幾十臺微處理來完成？這樣的話，即使某一處理器壞了，也不至于會“牽一發(fā)而動全身”，從而使危險系數(shù)大大降低。答案是肯定的。至此DCS就誕生了。經(jīng)過20多年的發(fā)展，DCS已經(jīng)成為一種十分成熟的控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域隨著生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得中央控制室的儀表數(shù)量5DCS系統(tǒng)將若干臺微機(jī)分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計算機(jī)監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機(jī)集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機(jī)聯(lián)系差以及單臺微型計算機(jī)控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險性三方面的分散。DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中起著重要的作用，它綜合了計算機(jī)，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。DCS系統(tǒng)將若干臺微機(jī)分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通6二、集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。二、集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過7二、集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2.第二代集散控制系統(tǒng)

3.第三代集散控制系統(tǒng)

4.第四代集散控制系統(tǒng)二、集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2.81.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

1975年Honeywell公司推出的TDC2000集散控制系統(tǒng)是一個具有許多微處理器的分級控制系統(tǒng),以分散的控制設(shè)備來適應(yīng)分散的過程對象,并將它們通過數(shù)據(jù)高速公路與基于CRT的操作站相連接,互相協(xié)調(diào),一起實施實時工業(yè)過程的控制和監(jiān)測,實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的功能分散,負(fù)荷分散從而危險性也分散。在此期間世界各國相繼推出了自己的第一代DCS。

1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1975年Honeywe91.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖10-1第一代集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖10-1第一代集散控制系統(tǒng)基101.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(1)現(xiàn)場控制站也稱為過程控制單元(PCU)或基本控制器(BC)，現(xiàn)場控制站是集散控制系統(tǒng)的基本部件，它是由微處理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)、I/O接口、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、通信接口、內(nèi)部總線、電源等組成。

(2)現(xiàn)場監(jiān)視站也稱過程接口單元PIU或數(shù)據(jù)采集單元DAU

(3)CRT操作站是系統(tǒng)中最主要的人-機(jī)接口，主要由CRT顯示器、微型計算機(jī)、鍵盤、外存、打印機(jī)等組成。

(4)監(jiān)控計算機(jī)是集散控制系統(tǒng)的主計算機(jī)，也稱為上位機(jī)。

(5)數(shù)據(jù)傳輸通道亦稱數(shù)據(jù)高速公路(DHW)，是系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，一般由通信電纜和高速通道控制器(HTD)組成。1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(1)現(xiàn)場控制站也稱為過程控制112.第二代集散控制系統(tǒng)

第二代產(chǎn)品在原來產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高了可靠性,新開發(fā)的多功能過程控制站、增強(qiáng)型操作站、光纖通信等更完善了DCS。其基本結(jié)構(gòu)由六部分組成,即局域網(wǎng)絡(luò)、多功能現(xiàn)場控制站、增強(qiáng)型操作站、主計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接器和系統(tǒng)管理站等。第二代產(chǎn)品的特點是采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,數(shù)據(jù)通信向標(biāo)準(zhǔn)化遷移,板級模塊化,單元結(jié)構(gòu)化,使之具有更強(qiáng)適應(yīng)性和可擴(kuò)充性?？刂乒δ芨油晟?它能實現(xiàn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、順序控制和批量控制功能。2.第二代集散控制系統(tǒng)第二代產(chǎn)品在原來產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,12圖10-2第二代集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖2.第二代集散控制系統(tǒng)圖10-2第二代集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖2.第二代集散控制132.第二代集散控制系統(tǒng)(1)局部網(wǎng)絡(luò)又稱局部網(wǎng)(LAN)，是系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，由傳輸介質(zhì)(如同軸電纜、雙絞線、光纜等)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成。

(2)節(jié)點工作站從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度上講，局部網(wǎng)的節(jié)點都可稱為節(jié)點工作站，這里所講的節(jié)點工作站專指過程控制站。

(3)中央操作站它是系統(tǒng)的主操作站，是全系統(tǒng)人-機(jī)聯(lián)系窗口，可以對整個系統(tǒng)的信息進(jìn)行綜合管理。

(4)系統(tǒng)管理站也稱為系統(tǒng)管理模件(SMM)，主要作用是加強(qiáng)全系統(tǒng)的管理功能。

(5)主計算機(jī)也稱管理計算機(jī)。

(6)網(wǎng)間連接器(GW)它是局部網(wǎng)絡(luò)與其子網(wǎng)絡(luò)或其他工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的接口裝置，起著通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器、協(xié)議翻譯器或系統(tǒng)擴(kuò)展器的作用。2.第二代集散控制系統(tǒng)(1)局部網(wǎng)絡(luò)又稱局部網(wǎng)(LAN)，143.第三代集散控制系統(tǒng)

第三代產(chǎn)品開發(fā)了高一層次的信息管理系統(tǒng)。其共同特點是:實現(xiàn)了開放式的系統(tǒng)通信,向上能與MAP和Ethernet接口,或者通過網(wǎng)間連接器與其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系,構(gòu)成復(fù)合管理系統(tǒng);向下支持現(xiàn)場總線,它使得過程控制或車間的智能變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間實現(xiàn)可靠的實時數(shù)據(jù)通信。過程控制組態(tài)采用CAD方法,使其更直觀方便,實現(xiàn)自整定功能。3.第三代集散控制系統(tǒng)第三代產(chǎn)品開發(fā)了高一層次的信息153.第三代集散控制系統(tǒng)圖10-3第三代集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖3.第三代集散控制系統(tǒng)圖10-3第三代集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)164.第四代集散控制系統(tǒng)

20世紀(jì)90年代以后，隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，對控制和管理要求越來越高，出現(xiàn)了以管控一體化為主要特點的第四代集散控制系統(tǒng)。4.第四代集散控制系統(tǒng)20世紀(jì)90年代以后，隨著計17三、TDC-3000集散控制系統(tǒng)簡介圖10-4TDC-3000的基本結(jié)構(gòu)三、TDC-3000集散控制系統(tǒng)簡介圖10-4TDC-318三、TDC-3000集散控制系統(tǒng)簡介(1)通信系統(tǒng)TDC-3000中有若干種通信網(wǎng)絡(luò)。

(2)過程控制單元(控制站)隨著更新?lián)Q代，該系統(tǒng)的過程控制單元的類型逐漸增加。

(3)操作站TDC-3000系統(tǒng)有3類操作站，它們是基本操作站(LBOS)、增強(qiáng)型操作站(EOS)、通用操作站(US)。

(4)其他模件TDC-3000系統(tǒng)在LAN上可以掛接若干模件，比如可以保存數(shù)據(jù)及事件檔案的歷史模件(HM)；相當(dāng)于小型管理機(jī)的計算模件(CM)；具有標(biāo)準(zhǔn)算法和專用控制語言的應(yīng)用模件(AM)等。三、TDC-3000集散控制系統(tǒng)簡介(1)通信系統(tǒng)TDC1920第10章

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集散控制系統(tǒng)

第一節(jié)集散控制系統(tǒng)概述第二節(jié)集散控制系統(tǒng)的控制站第三節(jié)集散控制系統(tǒng)的操作站第四節(jié)集散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)第五節(jié)DCS與FCS的集成技術(shù)第10章集散控制系統(tǒng)

第一節(jié)集散控制系統(tǒng)概述21集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem簡稱DCS）也叫分散型控制系統(tǒng)。它是利用計算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。是由計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT技術(shù)、圖形顯示技術(shù)及人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的。它是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機(jī)控制系統(tǒng)，是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。在系統(tǒng)功能方面，集散控制系統(tǒng)（DCS）和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法上卻完全不同。集散控制系統(tǒng)（DistributedControl22第一節(jié)集散控制系統(tǒng)概述

一、控制網(wǎng)絡(luò)的特點在生產(chǎn)過程中，最先采用的是常規(guī)模擬式調(diào)節(jié)儀表組成的過程控制系統(tǒng)，它具有可靠性高、價廉、便于維護(hù)和操作等優(yōu)點，但是，模擬式調(diào)節(jié)儀表控制系統(tǒng)難于實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律的控制，難于實現(xiàn)集中操作和顯示，難于實現(xiàn)各分系統(tǒng)之間的通信、協(xié)調(diào)，并且缺乏靈活性。第一節(jié)集散控制系統(tǒng)概述一、控制網(wǎng)絡(luò)的特點23隨著生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得中央控制室的儀表數(shù)量越來越多，這大大地增加了操作人員的勞動強(qiáng)度。并且大規(guī)模的生產(chǎn)過程對可靠性也提出了更高的要求。因為一個大型企業(yè)一旦由于控制系統(tǒng)的故障，使得設(shè)備停機(jī)將造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失和重大的人身安全事故。

直到上世紀(jì)70年代開始，隨著計算機(jī)技術(shù)的日漸成熟，大規(guī)模集成電路及微處理器的誕生后，人們開始思考是否能將“危險分散”。就是原來靠一臺大計算機(jī)完成的“艱巨”任務(wù)，能否用幾十臺微處理來完成？這樣的話，即使某一處理器壞了，也不至于會“牽一發(fā)而動全身”，從而使危險系數(shù)大大降低。答案是肯定的。至此DCS就誕生了。經(jīng)過20多年的發(fā)展，DCS已經(jīng)成為一種十分成熟的控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域隨著生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得中央控制室的儀表數(shù)量24DCS系統(tǒng)將若干臺微機(jī)分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計算機(jī)監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機(jī)集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機(jī)聯(lián)系差以及單臺微型計算機(jī)控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險性三方面的分散。DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中起著重要的作用，它綜合了計算機(jī)，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。DCS系統(tǒng)將若干臺微機(jī)分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通25二、集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。二、集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過26二、集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2.第二代集散控制系統(tǒng)

3.第三代集散控制系統(tǒng)

4.第四代集散控制系統(tǒng)二、集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2.271.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

1975年Honeywell公司推出的TDC2000集散控制系統(tǒng)是一個具有許多微處理器的分級控制系統(tǒng),以分散的控制設(shè)備來適應(yīng)分散的過程對象,并將它們通過數(shù)據(jù)高速公路與基于CRT的操作站相連接,互相協(xié)調(diào),一起實施實時工業(yè)過程的控制和監(jiān)測,實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的功能分散,負(fù)荷分散從而危險性也分散。在此期間世界各國相繼推出了自己的第一代DCS。

1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1975年Honeywe281.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖10-1第一代集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖10-1第一代集散控制系統(tǒng)基291.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(1)現(xiàn)場控制站也稱為過程控制單元(PCU)或基本控制器(BC)，現(xiàn)場控制站是集散控制系統(tǒng)的基本部件，它是由微處理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)、I/O接口、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、通信接口、內(nèi)部總線、電源等組成。

(2)現(xiàn)場監(jiān)視站也稱過程接口單元PIU或數(shù)據(jù)采集單元DAU

(3)CRT操作站是系統(tǒng)中最主要的人-機(jī)接口，主要由CRT顯示器、微型計算機(jī)、鍵盤、外存、打印機(jī)等組成。

(4)監(jiān)控計算機(jī)是集散控制系統(tǒng)的主計算機(jī)，也稱為上位機(jī)。

(5)數(shù)據(jù)傳輸通道亦稱數(shù)據(jù)高速公路(DHW)，是系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，一般由通信電纜和高速通道控制器(HTD)組成。1.第一代集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(1)現(xiàn)場控制站也稱為過程控制302.第二代集散控制系統(tǒng)

第二代產(chǎn)品在原來產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高了可靠性,新開發(fā)的多功能過程控制站、增強(qiáng)型操作站、光纖通信等更完善了DCS。其基本結(jié)構(gòu)由六部分組成,即局域網(wǎng)絡(luò)、多功能現(xiàn)場控制站、增強(qiáng)型操作站、主計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接器和系統(tǒng)管理站等。第二代產(chǎn)品的特點是采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,數(shù)據(jù)通信向標(biāo)準(zhǔn)化遷移,板級模塊化,單元結(jié)構(gòu)化,使之具有更強(qiáng)適應(yīng)性和可擴(kuò)充性。控制功能更加完善,它能實現(xiàn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、順序控制和批量控制功能。2.第二代集散控制系統(tǒng)第二代產(chǎn)品在原來產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,31圖10-2第二代集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖2.第二代集散控制系統(tǒng)圖10-2第二代集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖2.第二代集散控制322.第二代集散控制系統(tǒng)(1)局部網(wǎng)絡(luò)又稱局部網(wǎng)(LAN)，是系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，由傳輸介質(zhì)(如同軸電纜、雙絞線、光纜等)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成。

(2)節(jié)點工作站從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度上講，局部網(wǎng)的節(jié)點都可稱為節(jié)點工作站，這里所講的節(jié)點工作站專指過程控制站。

(3)中央操作站它是系統(tǒng)的主操作站，是全系統(tǒng)人-機(jī)聯(lián)系窗口，可以對整個系統(tǒng)的信息進(jìn)行綜合管理。

(4)系統(tǒng)管理站也稱為系統(tǒng)管理模件(SMM)，主要作用是加強(qiáng)全系統(tǒng)的管理功能。

(5)主計算機(jī)也稱管理計算機(jī)。

(6)網(wǎng)間連接器(GW)它是局部網(wǎng)絡(luò)與其子網(wǎng)絡(luò)或其他工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的接口裝置，起著通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器、協(xié)議翻譯器或系統(tǒng)擴(kuò)展器的作用。2.第二代集散控制系統(tǒng)(1)局部網(wǎng)絡(luò)又稱局部網(wǎng)(LAN)，333.第三代集散控制系統(tǒng)

第三代產(chǎn)品開發(fā)了高一層次的信息管理系統(tǒng)。其共同