第2章DCS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

第2章DCS的體系結(jié)構(gòu)2023/2/62.1DCS的體系結(jié)構(gòu)形成2.2DCS分層結(jié)構(gòu)中各層的功能2.3DCS的構(gòu)成與聯(lián)系2.4DCS的體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)2.5DCS體系結(jié)構(gòu)典型示例2023/2/62.1DCS的體系結(jié)構(gòu)形成2.1.1中央計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)的形成2.1.2DCS分層體系結(jié)構(gòu)的形成2.1.3DCS的分層體系結(jié)構(gòu)2023/2/62.1.1中央計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)的形成圖2.1專用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)圖2.2中央計(jì)算機(jī)的引入2023/2/6在中央計(jì)算機(jī)上必須完成以下功能：(1)過程監(jiān)測。(2)數(shù)據(jù)采集。(3)報(bào)警和記錄。(4)數(shù)據(jù)存檔。(5)數(shù)據(jù)處理。(6)過程控制。2023/2/62.1.2DCS分層體系結(jié)構(gòu)的形成對于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其兩大應(yīng)用指標(biāo)就是中央計(jì)算機(jī)的處理速度和計(jì)算機(jī)自身的可靠性，存在如下問題。計(jì)算機(jī)的處理速度問題。系統(tǒng)的復(fù)雜性問題。系統(tǒng)維修改造問題。2023/2/6基于這種狀況，必須尋求一種更加可靠的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其方案不外乎有以下兩種。(1)使計(jì)算機(jī)本身更加可靠。(2)引入功能上可替代的集散型控制技術(shù)，以改善系統(tǒng)的可靠性。2023/2/620世紀(jì)60年代末到70年代初，由于低成本的集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了小型、微型計(jì)算機(jī)，使得小型、微型計(jì)算機(jī)的功能更加完善，而且價(jià)格便宜，用這種小型計(jì)算機(jī)來替代中央計(jì)算機(jī)的局部工作，以對在其周圍的裝置進(jìn)行過程監(jiān)測和控制，把這些小型計(jì)算機(jī)叫作第一級計(jì)算機(jī)。用這種小型計(jì)算機(jī)來替代中央計(jì)算機(jī)的局部工作，對在其周圍的裝置進(jìn)行過程監(jiān)測和控制，把這些小型計(jì)算機(jī)叫作第一級計(jì)算機(jī)。而中央只處理中心自動(dòng)化問題和管理方面的問題，從而產(chǎn)生了第二級自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2.3所示，2023/2/6圖2.3二級自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2023/2/6圖2.4具有三層結(jié)構(gòu)模式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2023/2/62.1.3DCS的分層體系結(jié)構(gòu)圖2.5DCS的層次結(jié)構(gòu)DCS按功能分層的層次結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了其分散控制和集中管理的設(shè)計(jì)思想，DCS從下至上依次分為直接控制層、操作監(jiān)控、生產(chǎn)管理層和決策管理層，如圖2.5所示。2023/2/6集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)2023/2/61.現(xiàn)場裝置管理層次的直接控制層(過程控制級)2.過程管理層(操作監(jiān)控層)3.生產(chǎn)管理層(產(chǎn)品管理級)4.決策管理層(工廠總體管理和經(jīng)營管理層)2023/2/62.2DCS分層結(jié)構(gòu)中各層的功能2.2.1直接控制級2.2.2過程管理級2.2.3生產(chǎn)管理級2.2.4工廠經(jīng)營管理級2023/2/6現(xiàn)場級設(shè)備(一般位于被控生產(chǎn)過程設(shè)備的附近)是各類傳感器、變送器和執(zhí)行器。生產(chǎn)過程中的各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)(現(xiàn)場總線變送器)；或者將控制站的輸出信號(hào)(4-20mA電信號(hào)或數(shù)字信號(hào))轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。2.2.1直接控制級（現(xiàn)場控制級）2023/2/6現(xiàn)場級的信息傳遞有三種方式：A、傳統(tǒng)的4-20mA(或者其他類型的模擬量信號(hào))模擬量傳輸方式；B、現(xiàn)場總線的全數(shù)字量傳輸方式；C、在4-20mA模擬量信號(hào)上，疊加上調(diào)制后的數(shù)字量信號(hào)的混合傳輸方式(HART協(xié)議的儀表)。2023/2/6隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸到現(xiàn)場，形成了基于現(xiàn)場總線的全數(shù)字智能裝置，現(xiàn)場信息已經(jīng)成為整個(gè)系統(tǒng)信息中不可缺少的一部分?，F(xiàn)場控制級就是通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)對智能現(xiàn)場裝置與控制系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信，達(dá)到真正的分散型數(shù)字控制系統(tǒng)。2023/2/6現(xiàn)場控制級的功能主要表現(xiàn)：（1）采集現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和處理；（2）直接通過智能現(xiàn)場裝置輸出過程操作命令；（3）實(shí)現(xiàn)真正的分散控制，形成數(shù)字化控制系統(tǒng)；（4）開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，完成與控制級及過程操作管理級的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享，以及對智能現(xiàn)場裝置的組態(tài)；（5）對現(xiàn)場控制級的設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測和診斷。2023/2/6(1)進(jìn)行過程數(shù)據(jù)采集：即對被控設(shè)備中的每個(gè)過程量和狀態(tài)信息進(jìn)行快速采集，使進(jìn)行數(shù)字控制、開環(huán)控制、設(shè)備監(jiān)測、狀態(tài)報(bào)告的過程等獲得所需要的輸入的信息。(2)進(jìn)行直接數(shù)字的過程控制：根據(jù)控制組態(tài)數(shù)據(jù)庫、控制算法模塊來實(shí)施實(shí)時(shí)的過程量(如開關(guān)量、模擬量等)的控制。直接控制層是集散型控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其主要任務(wù)有：2023/2/6(3)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測和系統(tǒng)的測試、診斷：把過程變量和狀態(tài)信息取出后，分析是否可以接受以及是否可以允許向高層傳輸。進(jìn)一步確定是否對被控裝置實(shí)施調(diào)節(jié)；并根據(jù)狀態(tài)信息判斷計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和控制板件的性能(功能)，在必要時(shí)實(shí)施報(bào)警、錯(cuò)誤或診斷報(bào)告等措施。(4)實(shí)施安全性、冗余化方面的措施：一旦發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件或控制板有故障，就立即實(shí)施備用件的切換，保證整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行。2023/2/62.2.2過程管理級在這一層可完成的功能有：(1)優(yōu)化過程控制：根據(jù)過程的數(shù)學(xué)模型以及所給定的控制對象進(jìn)行，優(yōu)化控制只有在優(yōu)化執(zhí)行條件確保的條件下方能達(dá)到，即使在不同策略條件下仍能完成對控制過程的優(yōu)化。(2)自適應(yīng)回路控制：在過程參數(shù)希望值的基礎(chǔ)上，通過數(shù)字控制的優(yōu)化策略。當(dāng)現(xiàn)場條件發(fā)生改變時(shí)，經(jīng)過過程管理級計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理就得到新的設(shè)定值和調(diào)節(jié)值，并把調(diào)節(jié)值傳送到直接過程控制層。(3)優(yōu)化單元內(nèi)各裝置，使它們密切配合：這主要是根據(jù)單元內(nèi)的產(chǎn)品、原材料、庫存以及能源的使用情況，以優(yōu)化準(zhǔn)則來協(xié)調(diào)相互之間的關(guān)系。(4)通過獲取直接控制層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以進(jìn)行單元內(nèi)的活動(dòng)監(jiān)視、故障檢測存檔、歷史數(shù)據(jù)的存檔、狀態(tài)報(bào)告和備用。2023/2/62.2.3生產(chǎn)管理級

1）具有能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；（2）能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行高速處理與存儲(chǔ)；（3）具有能夠連續(xù)運(yùn)行可冗余的高可靠性系統(tǒng)；（4）能夠長期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并具有優(yōu)良的、高性能的、方便的人機(jī)接口；（5）豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件、過程數(shù)據(jù)收集軟件、人機(jī)接口軟件以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成等工具軟件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集成化。2023/2/62.2.4工廠經(jīng)營管理級在經(jīng)營管理這一層，其典型的功能為：(1)市場分析。(2)用戶信息的收集。(3)訂貨統(tǒng)計(jì)分析。(4)銷售與產(chǎn)品計(jì)劃。(5)合同事宜。(6)接收訂貨與期限監(jiān)測。(7)產(chǎn)品制造協(xié)調(diào)。(8)價(jià)格計(jì)算。(9)生產(chǎn)能力與訂貨的平衡。(10)訂貨的分發(fā)。(11)生產(chǎn)與交貨期限的監(jiān)視。(12)生產(chǎn)，訂貨和合同的報(bào)告。(13)財(cái)政方面的報(bào)告等。2023/2/6圖2.6集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的各層功能2023/2/62.3DCS的構(gòu)成與聯(lián)系2.3.1DCS的基本構(gòu)成2.3.2DCS的軟件構(gòu)成2.3.3DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).2023/2/62.3.1DCS的基本構(gòu)成一個(gè)最基本的DCS應(yīng)包括四個(gè)大的組成部分：至少一臺(tái)現(xiàn)場控制站，至少一臺(tái)操作員站一臺(tái)工程師站(也可利用一臺(tái)操作員站兼做工程師站)，一條系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。2023/2/6集散控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)形式。常見的硬件配置包括下列內(nèi)容：（1）現(xiàn)場控制站的配置：現(xiàn)場控制站的類型和規(guī)模、地域分布；每個(gè)控制站內(nèi)的輸入/輸出卡件種類、數(shù)目以及電源的選擇等。（2）操作員站的配置：操作員站的規(guī)模和數(shù)目，即CRT顯示器尺寸及是否雙屏、主機(jī)型號(hào)、內(nèi)存配置、磁盤容量的配置、打印機(jī)的臺(tái)數(shù)和型號(hào)等。（3）工程師站的配置：機(jī)型、CRT顯示器尺寸、內(nèi)存、硬盤、打印機(jī)等。2023/2/61、控制站

控制站是系統(tǒng)與生產(chǎn)過程之間的接口，位于系統(tǒng)的最底層。控制站的組成（1）CPU（主控制）卡件、（2）輸入/輸出卡件、（3）通訊卡件等各種功能組件、（4）電源、（5）輸入/輸出端子接線板、（6）機(jī)柜及相應(yīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)等組成幾種典型DCS控制站的功能組件結(jié)構(gòu)示意圖

核心部分2023/2/6電源供給單元遠(yuǎn)程I/O連接單元微處理器插件Vnet連接單元電池單元外部接口單元電源分配面板電源I/O端子空氣過濾器風(fēng)扇單元ESB總線連接單元電池單元CS3000/CS1000的現(xiàn)場控制單元結(jié)構(gòu)2023/2/6SIMATICS7-400可編程序控制器2023/2/6eg：臺(tái)泥S7-400可編程控制器2023/2/6SIMATICS7-300可編程序控制器2023/2/6JX-300XP控制站機(jī)籠結(jié)構(gòu)2023/2/6控制站的功能①數(shù)據(jù)采集和控制功能組態(tài)時(shí)生成的各種控制策略、數(shù)據(jù)庫等通過下載到各控制站以及控制站內(nèi)的各個(gè)I／O卡件，進(jìn)行信號(hào)采集、工程量轉(zhuǎn)換、控制運(yùn)算、控制信號(hào)的輸出等。②控制策略的實(shí)現(xiàn)各種在組態(tài)中定義的回路控制算法、順序控制算法、計(jì)算功能均在控制站中實(shí)現(xiàn)。2023/2/6③通信功能控制站的通信功能分為三部分：一是經(jīng)由控制網(wǎng)絡(luò)與上位操作站及工程師組態(tài)站的通信，將各種現(xiàn)場采集信息發(fā)給操作站，同時(shí)操作站針對現(xiàn)場的操作指令由操作站發(fā)向控制站；二是控制站內(nèi)部的通信功能，完成CPU主控制卡件與各種I/O卡件的信息交換；三是控制站與其他智能設(shè)備的通信。2023/2/6控制站的可靠性①元器件。構(gòu)成DCS的最小單位是元器件。在完成相同功能的元器件之中，盡可能選擇MTBF（平均無故障時(shí)間）時(shí)間長的元器件。盡量選用高集成度的大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)多個(gè)元器件的功能，減少元器件的數(shù)量。②單元級的可靠性設(shè)計(jì)。提高系統(tǒng)各組單元的內(nèi)在可靠性和系統(tǒng)抵抗外部故障因素的能力。③冗余措施。采用了很多冗余備份措施。如控制站的主控制卡的冗余，通訊網(wǎng)絡(luò)的冗余等2023/2/6④故障隔離措施。設(shè)計(jì)中充分地考慮了危險(xiǎn)分散及危險(xiǎn)隔離原則。

⑤迅速排除故障措施。DCS故障是難免的，這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少平均故障修復(fù)時(shí)間，以保證系統(tǒng)故障影響最小。主要方法：自診斷能力；系統(tǒng)的故障指示（運(yùn)行燈、故障燈、網(wǎng)絡(luò)通信燈等）；系統(tǒng)可帶電更換卡件（均可帶電拔插），對系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生任何影響。2023/2/62、操作站和工程師站DCS的操作站（工程師站）顯示并記錄來自各控制單元的過程數(shù)據(jù)，是人與生產(chǎn)過程的操作接口。操作站向用戶提供最佳的操作監(jiān)視接口來控制、管理、監(jiān)視生產(chǎn)過程以及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信息處理和生產(chǎn)過程操作的集中化。2023/2/6工程師站和操作員站2023/2/6（1）操作站的硬件構(gòu)成工控PC機(jī)（IPC）主體、彩色顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、專用控制通訊網(wǎng)卡、操作員鍵盤（工程師鍵盤）、打印機(jī)以及相應(yīng)軟件等，2023/2/6（2）操作站的功能五大類：

A、畫面（窗口）操作監(jiān)視功能、

B、系統(tǒng)操作支持功能、

C、數(shù)據(jù)收集和處理功能、

D、開放數(shù)據(jù)接口功能

E、系統(tǒng)維護(hù)功能。2023/2/6（A）畫面（窗口）操作監(jiān)視功能以生產(chǎn)過程的日常操作與監(jiān)視為主，通過一系列建立的操作監(jiān)視畫面或窗口，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的運(yùn)行、操作、監(jiān)視、控制、報(bào)表等運(yùn)作。在操作站的畫面體系中，分為標(biāo)準(zhǔn)畫面、用戶畫面和信息畫面三大類。DCS生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品各不相同，但是以下畫面是每個(gè)DCS操作站必不可少。2023/2/6①主控畫面：通過空間實(shí)現(xiàn)不同畫面之間相互切換2023/2/62023/2/6②曲線畫面：用曲線方式反映過程變量的變化狀態(tài)。2023/2/6報(bào)警一覽：按報(bào)警出現(xiàn)的時(shí)間順序顯示各儀表的過程報(bào)警信息。2023/2/6調(diào)整畫面：通過對該窗口的操作實(shí)現(xiàn)回路組態(tài)參數(shù)的修改、PID參數(shù)整定以及工作方式的改變等一系列操作。2023/2/6（B）系統(tǒng)操作支持功能由命名系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、操作臺(tái)組合及超級窗口、以及實(shí)時(shí)和歷史報(bào)表等功能組成。2023/2/6（C）數(shù)據(jù)收集和處理功能收集并保存各種數(shù)據(jù)信息，通過打印機(jī)或文件輸出。2023/2/6（D）開放數(shù)據(jù)接口功能DCS支持開放數(shù)據(jù)接口，通過DDE或OPC接口使不具有操作站功能的上位系統(tǒng)以及通用應(yīng)用畫面隨時(shí)獲取DCS各種實(shí)時(shí)的過程控制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成。2023/2/6（E）系統(tǒng)維護(hù)功能該功能用來診斷DCS系統(tǒng)和運(yùn)行維護(hù)，并時(shí)刻顯示操作下的系統(tǒng)狀態(tài)，以及系統(tǒng)的歷史操作記錄和位號(hào)操作記錄的瀏覽等。2023/2/6工程師站工程師站作為DCS中的一個(gè)特殊功能站，其主要作用是對DCS進(jìn)行應(yīng)用組態(tài)。應(yīng)用組態(tài)是DCS應(yīng)用過程當(dāng)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過其使DCS成為針對具體控制應(yīng)用的可運(yùn)行控制系統(tǒng)裝置。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置的DCS系統(tǒng)中，都配有一臺(tái)專用的工程師站。2023/2/6系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：

DCS的另一個(gè)重要的組成部分是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是連接系統(tǒng)各個(gè)站的橋梁。由于DCS是由各種不同功能的站組成的，這些站之間必須實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能，因此系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能，特別是網(wǎng)絡(luò)的通信規(guī)約，關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信的效率和系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)早期的DCS在現(xiàn)場檢測和控制執(zhí)行方面仍采用了模擬式儀表的變送單元和執(zhí)行單元，在現(xiàn)場總線出現(xiàn)以后，這兩個(gè)部分也被數(shù)字化，因此DCS將成為一種全數(shù)字化的系統(tǒng)。2023/2/6高層管理網(wǎng)絡(luò)

目前DCS已從單純的低層控制功能發(fā)展到了更高層次的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)督控制、生產(chǎn)管理等全廠范圍的控制、管理系統(tǒng)，因此再將DCS看作是儀表系統(tǒng)已不符合實(shí)際情況，從當(dāng)前的發(fā)展看，DCS更應(yīng)該被看成是一個(gè)計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)，其中包含了全廠自動(dòng)化的豐富內(nèi)涵。由于網(wǎng)絡(luò)，特別是高層網(wǎng)絡(luò)的靈活性，使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出非常大的靈活性2023/2/62.3.2DCS的軟件構(gòu)成軟件跟隨硬件被分成現(xiàn)場控制站軟件、操作員站軟件和工程師站軟件，同時(shí)，還有運(yùn)行于各個(gè)站的網(wǎng)絡(luò)軟件，作為各個(gè)站上功能軟件之間的橋梁。2023/2/6DCS軟件系統(tǒng)按照DCS硬件劃分，分為控制站軟件、操作員站軟件和工程師站軟件，以及運(yùn)行于各個(gè)站的網(wǎng)絡(luò)軟件。2023/2/6DP（ET200M）DP（ET200M）AS（S7417-4）OS（

裝有WinCC的PC）AS（S7414-3）MPI/PROFIBUS/Ind.EthernetPROFIBUS-DP操作和監(jiān)控自動(dòng)化-調(diào)節(jié)-控制-監(jiān)控-發(fā)信號(hào)分布式過程信號(hào)轉(zhuǎn)換傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)總線DP總線ES（PC）IMIMS7ONLINE工程師站操作員站現(xiàn)場控制站2023/2/61.現(xiàn)場控制站軟件現(xiàn)場控制站軟件的最主要功能是完成對現(xiàn)場的直接控制，這里面包括了回路控制、邏輯控制、順序控制和混合控制等多種類型的控制。為了實(shí)現(xiàn)這些基本功能，在現(xiàn)場控制站中應(yīng)該包含以下主要的軟件。(1)現(xiàn)場I/O驅(qū)動(dòng)，其功能是完成過程量的輸入/輸出。其動(dòng)作包括對過程輸入/輸出設(shè)備實(shí)施驅(qū)動(dòng)，以具體完成輸入輸出工作。(2)對輸入的過程量進(jìn)行預(yù)處理，如工程量的轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一計(jì)量單位、剔除各種因現(xiàn)場設(shè)備和過程I/O設(shè)備引起的干擾和不良數(shù)據(jù)、對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化補(bǔ)償及規(guī)范化處理等，總之是要盡量真實(shí)地用數(shù)字值還原現(xiàn)場值并為下一步的計(jì)算做好準(zhǔn)備。2023/2/6(3)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在現(xiàn)場控制站內(nèi)的本地?cái)?shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)可作為原始數(shù)據(jù)參與控制計(jì)算，也可通過計(jì)算或處理成為中間變量，并在以后參與控制計(jì)算。所有本地?cái)?shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)(包括原始數(shù)據(jù)和中間變量)均可成為人機(jī)界面、報(bào)警、報(bào)表、歷史、趨勢及綜合分析等監(jiān)控功能的輸入數(shù)據(jù)。(4)進(jìn)行控制計(jì)算，就是根據(jù)控制算法和檢測數(shù)據(jù)、相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到實(shí)施控制的量。(5)通過現(xiàn)場I/O驅(qū)動(dòng)，將控制量輸出到現(xiàn)場。2023/2/62.操作員站軟件操作員站軟件的主要功能是人機(jī)界面，即HMI的處理，其中包括圖形畫面的顯示、對操作員操作命令的解釋與執(zhí)行、對現(xiàn)場數(shù)據(jù)和狀態(tài)的監(jiān)視及異常報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)的存檔和報(bào)表處理等。為了上述功能的實(shí)現(xiàn)，操作員站軟件主要由以下幾個(gè)部分組成。2023/2/6(1)圖形處理軟件，該軟件根據(jù)由組態(tài)軟件生成的圖形文件進(jìn)行靜態(tài)畫面(又稱為背景畫面)的顯示和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的顯示及按周期進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。(2)操作命令處理軟件，其中包括對鍵盤操作、鼠標(biāo)操作、畫面熱點(diǎn)操作的各種命令方式的解釋與處理。(3)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的趨勢曲線顯示軟件。(4)報(bào)警信息的顯示、事件信息的顯示、記錄與處理軟件。(5)歷史數(shù)據(jù)的記錄與存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)儲(chǔ)及存檔軟件。(6)報(bào)表軟件。(7)系統(tǒng)運(yùn)行日志的形成、顯示、打印和存儲(chǔ)記錄軟件。2023/2/63.工程師站軟件工程師站軟件可分為兩個(gè)大部分，其中一部分是在線運(yùn)行的，主要完成對DCS系統(tǒng)本身運(yùn)行狀態(tài)的診斷和監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)通過工程師站上的CRT屏幕給出詳細(xì)的異常信息，如出現(xiàn)異常的位置、時(shí)間、性質(zhì)等。工程師站軟件的最主要部分是離線態(tài)的組態(tài)軟件，這是一組軟件工具，是為了將一個(gè)通用的、對多個(gè)應(yīng)用控制工程有普遍適應(yīng)能力的系統(tǒng)，變成一個(gè)針對某一個(gè)具體應(yīng)用控制工程的專門系統(tǒng)。2023/2/6在工程師站上，要做的組態(tài)定義主要包括以下方面。(1)系統(tǒng)硬件配置定義，包括系統(tǒng)中各類站的數(shù)量、每個(gè)站的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、各個(gè)現(xiàn)場I/O站的I/O量配置(如各種I/O模塊的數(shù)量、是否冗余、與主控單元的連接方式等)及各個(gè)站的功能定義等。(2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的定義，包括現(xiàn)場物理I/O點(diǎn)的定義(該點(diǎn)對應(yīng)的物理I/O位置、工程量轉(zhuǎn)換的參數(shù)、對該點(diǎn)所進(jìn)行的數(shù)字濾波、不良點(diǎn)剔除及死區(qū)等處理)以及中間變量點(diǎn)的定義。(3)歷史數(shù)據(jù)庫的定義，包括要進(jìn)入歷史數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的周期、各個(gè)數(shù)據(jù)在歷史數(shù)據(jù)庫中保存的時(shí)間及對歷史庫進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)(即將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到磁帶、光盤等可移動(dòng)介質(zhì)上)的周期等。2023/2/6(4)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的趨勢顯示、列表及打印輸出等定義。(5)控制算法的定義，其中包括確定控制目標(biāo)、控制方法、控制周期及定義與控制相關(guān)的控制變量、控制參數(shù)等。(6)人機(jī)界面的定義，包括操作功能定義(操作員可以進(jìn)行哪些操作、如何進(jìn)行操作等)、現(xiàn)場模擬圖的顯示定義(包括背景畫面和實(shí)時(shí)刷新的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù))及各類運(yùn)行數(shù)據(jù)的顯示定義等。(7)報(bào)警定義，包括報(bào)警產(chǎn)生的條件定義、報(bào)警方式的定義、報(bào)警處理的定義(如對報(bào)警信息的保存、報(bào)警的確認(rèn)、報(bào)警的清除等操作)及報(bào)警列表的種類與尺寸定義等。(8)系統(tǒng)運(yùn)行日志的定義，包括各種現(xiàn)場事件的認(rèn)定、記錄方式及各種操作的記錄等。(9)報(bào)表定義，包括報(bào)表的種類、數(shù)量、報(bào)表格式、報(bào)表的數(shù)據(jù)來源及在報(bào)表中各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的運(yùn)算處理等。(10)事件順序記錄和事故追憶等特殊報(bào)告的定義。2023/2/64.各種專用功能的節(jié)點(diǎn)及其相應(yīng)的軟件

在新一代較大規(guī)模的DCS中，針對不同功能設(shè)置了多個(gè)專用的功能節(jié)點(diǎn)，如為了解決大數(shù)據(jù)量的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)請求服務(wù)，設(shè)置了服務(wù)器；為了處理大量的報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)，設(shè)置了專門的歷史站，等等。這樣的結(jié)構(gòu)，有效地分散了各種處理的負(fù)荷，使各種功能能夠順利實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的，每種專用的功能節(jié)點(diǎn)上，都要運(yùn)行相應(yīng)的功能軟件。而所有這些節(jié)點(diǎn)也同樣使用網(wǎng)絡(luò)通信軟件實(shí)現(xiàn)與其他節(jié)點(diǎn)的信息溝通和運(yùn)行協(xié)調(diào)。2023/2/65.DCS軟件結(jié)構(gòu)的演變和發(fā)展由于軟件技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，以硬件的劃分決定軟件體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)已逐步讓位于以軟件的功能層次決定軟件體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。從軟件的功能層次看，系統(tǒng)可分為以下三個(gè)層次。(1)直接控制層軟件——完成系統(tǒng)的直接控制功能。(2)監(jiān)督控制層軟件——完成系統(tǒng)的監(jiān)督控制和人機(jī)界面功能。(3)高層管理軟件——完成系統(tǒng)的高層生產(chǎn)調(diào)度管理功能。這三個(gè)層次的軟件分別具有自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和圍繞各自數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理程序，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)層次的功能。2023/2/62.3.3DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.DCS的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對系統(tǒng)設(shè)計(jì)有實(shí)際意義的，有兩種，一種是共享傳輸介質(zhì)而不需中央節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，如總線型網(wǎng)絡(luò)和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)；另一種是獨(dú)占傳輸介質(zhì)而需要中央節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，如星形網(wǎng)絡(luò)。2023/2/6共享傳輸介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生資源競爭的問題，這將降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅埽⑶倚枰^復(fù)雜的資源占用裁決機(jī)制；而中央節(jié)點(diǎn)的存在又會(huì)產(chǎn)生可靠性問題，因此在選擇系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求進(jìn)行合理的取舍。在共享傳輸介質(zhì)類的網(wǎng)絡(luò)中，常用的資源占用裁決機(jī)制有兩種，一種是確定的傳輸時(shí)間分配機(jī)制，另一種是隨機(jī)的碰撞檢測和規(guī)避機(jī)制。2023/2/6在確定的傳輸時(shí)間分配機(jī)制中，主要采用兩種方法進(jìn)行時(shí)間的分配：一種是采用令牌(Token)傳遞來規(guī)定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間。令牌以固定的時(shí)間間隔在各個(gè)節(jié)點(diǎn)間傳遞，只有得到令牌的節(jié)點(diǎn)才能夠傳輸數(shù)據(jù)，這樣就可以避免沖突，也使各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有相同的機(jī)會(huì)傳輸數(shù)據(jù)；另一種是根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)號(hào)分配時(shí)間槽(TimeSlot)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)只在自己的時(shí)間槽內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，這種方法要求網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)必須進(jìn)行嚴(yán)格的時(shí)間同步，以保證時(shí)間槽的準(zhǔn)確性。2023/2/6隨機(jī)碰撞檢測和規(guī)避機(jī)制的最典型例子就是以太網(wǎng)，這是一種非平均分配時(shí)間的傳輸機(jī)制，即搶占資源的傳輸方式。各個(gè)節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)前必須先進(jìn)行傳輸介質(zhì)的搶占，如果搶占不成功則轉(zhuǎn)入規(guī)避機(jī)制準(zhǔn)備再次搶占，直至得到資源，在傳輸完成后撤銷對介質(zhì)的占用，而對占用介質(zhì)時(shí)間的長短并不做強(qiáng)制性的規(guī)定。2023/2/6隨著以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，總線型的以太網(wǎng)逐步演變成了星形結(jié)構(gòu)，即將原來的傳輸介質(zhì)占用方式由共享變成了獨(dú)占，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化解決了傳輸介質(zhì)資源的占用沖突問題，為以太網(wǎng)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)鋪平了道路，而帶來的問題是網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了中央節(jié)點(diǎn)，這個(gè)中央節(jié)點(diǎn)成為網(wǎng)絡(luò)可靠性的瓶頸。2023/2/62.DCS的網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)通信軟件擔(dān)負(fù)著在系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間溝通信息、協(xié)調(diào)運(yùn)行的重要任務(wù)，因此其可靠性、運(yùn)行效率信息傳輸?shù)募皶r(shí)性等對系統(tǒng)的整體性能至關(guān)重要。在網(wǎng)絡(luò)軟件之中，最關(guān)鍵的是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這里指的是高層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，即應(yīng)用層的協(xié)議。由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)得好壞直接影響到系統(tǒng)的性能，因此各個(gè)廠家對此都花費(fèi)了大量的時(shí)間進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，并且各個(gè)廠家都分別有自己的專利技術(shù)。2023/2/62.4DCS的體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)2.4.1信息集成化2.4.2控制功能的進(jìn)一步分散化2023/2/62.4.1信息集成化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是連接系統(tǒng)各個(gè)站的橋梁。由于DCS是由各種不同功能的站組成的，這些站之間必須實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能。因此，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能，特別是網(wǎng)絡(luò)的通信規(guī)約，關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信的效率和系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。對于一個(gè)完整的系統(tǒng)來說，不僅要完成各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，更重要的是通過數(shù)據(jù)的傳輸實(shí)現(xiàn)所需的功能，這就必須要注重?cái)?shù)據(jù)所攜帶的信息以及這些信息的表達(dá)方式。也就是說，在網(wǎng)絡(luò)通信中，更加重要的是信息內(nèi)容，這是OSI模型的高層，即第七層協(xié)議所要解決的問題。2023/2/62.4.2控制功能的進(jìn)一步分散化早期的儀表控制系統(tǒng)是由基地式儀表構(gòu)成的。所謂基地式儀表，是指控制系統(tǒng)(即儀表)與被控對象在機(jī)械結(jié)構(gòu)上是結(jié)合在一起的而且儀表各個(gè)部分，包括檢測、計(jì)算、執(zhí)行及簡單的人機(jī)界面等都做成一個(gè)整體，就地安裝在被控對象之上。DDC將所有控制回路的計(jì)算都集中在主CPU中，這引起了可靠性問題和實(shí)時(shí)性問題。2023/2/6從儀表控制系統(tǒng)的角度看，DCS的最大特點(diǎn)在于其具有傳統(tǒng)模擬儀表所沒有的通信功能。那么從計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的角度看，DCS的最大特點(diǎn)則在于它將整個(gè)系統(tǒng)的功能分成若干臺(tái)不同的計(jì)算機(jī)去完成，各個(gè)計(jì)算機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互相之間的協(xié)調(diào)和系統(tǒng)的集成。2023/2/62.5DCS體系結(jié)構(gòu)典型示例2.5.1TDC-3000型集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.5.2Centum-XL系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.5.3I/ASeries系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.5.4INFI-90系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.5.5MACS的體系結(jié)構(gòu)2.5.6

西門子SIMATICPCS7的體系結(jié)構(gòu)2023/2/62.5.1TDC-3000型集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖2.10TDC-3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2023/2/61.TDC-3000有3種通信鏈路(1)局部控制網(wǎng)絡(luò)(LCN)是TDC-3000的主干網(wǎng)，令牌存取通信控制方式，符合IEEE802.4，傳輸速率5Mbit/s，總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過計(jì)算機(jī)接口與DECnet/Ethernet相連，與DEC-VAX系統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)系構(gòu)成綜合管理系統(tǒng)；與個(gè)人計(jì)算機(jī)構(gòu)成范圍更廣泛的計(jì)算機(jī)綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而將工廠所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)聯(lián)系成為一體，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制、優(yōu)化管理的目的。(2)萬能控制網(wǎng)絡(luò)(UCN)是1988年開發(fā)的以MAP為基礎(chǔ)的雙重化實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，令牌傳送載帶總線網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率為5Mbit/s，支持32個(gè)冗余設(shè)備，應(yīng)用層采用RS-511標(biāo)準(zhǔn)。(3)數(shù)據(jù)高速公路(DH)是第一代集散控制系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，采用串行、半雙工方式工作，優(yōu)先存取和定時(shí)詢問方式控制，傳輸介質(zhì)為75Q-同軸電纜，傳輸速率為250Kbit/s，DH上設(shè)置了一個(gè)通信指揮器(HTD)來管理通信。任何DH之間的通信必須由HTD指揮，必須從HTD獲得使用DH的權(quán)利。2023/2/62.TDC-3000提供三個(gè)不同等級的分散控制(1)以過程控制設(shè)備(如PM、LM以及DH上各設(shè)備)為基礎(chǔ)，并對控制元件進(jìn)行控制的過程控制級。(2)先進(jìn)的控制級包括比過程控制級更加復(fù)雜的控制策略和控制計(jì)算，通常稱為工廠級。(3)最高控制級提供用于高級計(jì)算的技術(shù)和手段，例如適用于復(fù)雜控制的過程模型，過程最優(yōu)控制及線性規(guī)劃等稱為聯(lián)合級。2023/2/63.TDC-3000的過程控制站TDC-3000的過程控制站包括：基本控制器(BC)、多功能控制器(MC)、先進(jìn)多功能控制器(AMC)、邏輯控制器、過程控制器、邏輯管理站(LM)、過程管理站(PM)、單回路控制器(KMM)和可編程控制器(PLC)等。2023/2/64.TDC-3000有四種CRT操作站(1)萬能操作站(US)是全系統(tǒng)的窗口，是綜合管理的人機(jī)接口。(2)增強(qiáng)型操作站(EOS)是TDC-2000CRT操作站的改進(jìn)型。(3)本地批量操作站(LBOS)主要用于小系統(tǒng)。(4)新操作站(.US)使用開放的X-Window技術(shù)，操作員能夠同時(shí)觀察工廠息、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和過程控制數(shù)據(jù)。2023/2/65.TDC-3000在LCN上掛接多種模件(1)萬能操作站(US)。(2)歷史模件(HM)可以收集和存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)。(3)應(yīng)用模件(AM)用于連續(xù)控制、邏輯控制、報(bào)警處理和批量歷史收集，等等。其控制策略可用標(biāo)準(zhǔn)算法。此外，還有優(yōu)化用工具軟件包：回路自整定軟件包、預(yù)測控制軟件包、實(shí)時(shí)質(zhì)量控制軟件包(SPQC)、過程模型和優(yōu)化軟件包等。(4)可編程邏輯控制接口(PLCG)。(5)計(jì)算機(jī)接口(CG)提供與其他廠家如DEC、IBM、HP等主計(jì)算機(jī)之間的連接。(6)網(wǎng)絡(luò)接口模件(NM)提供UCN和LCN之間的連接。(7)數(shù)據(jù)公路接口(HG)將數(shù)據(jù)公路(DH)與LCN相連。2023/2/62.5.2Centum-XL系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖2.11Centurm-XL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2023/2/61.通信網(wǎng)絡(luò)為三層(1)局域網(wǎng)絡(luò)，它有兩個(gè)LAN系統(tǒng)。①SV-NET系統(tǒng)，按MAP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，傳輸速率為10Mbit/s，可連接節(jié)點(diǎn)(機(jī)器臺(tái)數(shù))100個(gè)，傳送標(biāo)準(zhǔn)距離500m，與光適配器一起使用最長可達(dá)5.5km。②Ethernet系統(tǒng)，以適應(yīng)通信的開放化、網(wǎng)絡(luò)化。(2)數(shù)據(jù)公路，Centum-XL稱為HF總線，雙重化結(jié)構(gòu)，傳輸介質(zhì)為8D-V電纜，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榭偩€型，控制方式為無主令牌傳送，符合PROWAYC標(biāo)準(zhǔn)，傳送速率為1Mbit/s，可接32個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)，標(biāo)準(zhǔn)傳送距離為lkm，和光通信系統(tǒng)一起使用最長距離可達(dá)10km。(3)RL總線：是HXL連接分散設(shè)置的操作站和控制單元的通信總線，可以雙重化，傳輸介質(zhì)為同軸電纜，令牌傳輸方式，傳輸速率為1Mbit/s，傳輸標(biāo)準(zhǔn)距離為lkm，使用光適配器時(shí)最長可達(dá)15km。2023/2/62.操作站(EOPS)采用32位微處理器是為了掌握住整個(gè)工廠的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行必要操作的集中化控制的高性能人機(jī)接口，具有卓越的流程圖機(jī)能，復(fù)合窗口等畫面顯示功能，可監(jiān)視16000個(gè)工位點(diǎn)，2300點(diǎn)趨勢點(diǎn)記錄，300個(gè)流程圖畫面，調(diào)出速度為1秒。2023/2/63.過程控制級是由現(xiàn)場控制站和現(xiàn)場監(jiān)測站所構(gòu)成，它具有反饋控制、順序控制、批量控制、算術(shù)運(yùn)算及監(jiān)視等機(jī)能?，F(xiàn)場控制站(EFMS)和雙重化現(xiàn)場控制站(EFCD)，采用32位微型計(jì)算機(jī)，可執(zhí)行80個(gè)控制回路，順序控制786點(diǎn)的接點(diǎn)輸入/輸出，在1s內(nèi)完成。現(xiàn)場監(jiān)測站(EFMS)主要是為了進(jìn)行溫度信號(hào)的直接收集和監(jiān)視的監(jiān)視裝置。不要信號(hào)變送器，最多可收集255點(diǎn)熱電偶，測溫電阻和mv信號(hào)等。2023/2/64.工程技術(shù)站(ENGS)

是專司工程技術(shù)機(jī)能，包括系統(tǒng)生成、機(jī)能諸如系統(tǒng)構(gòu)成定義，各種站的機(jī)能組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、應(yīng)用機(jī)能ECMP計(jì)算機(jī)程序編制工作條件，自行文件、測試支援等；系統(tǒng)維修機(jī)能諸如系統(tǒng)維護(hù)、保養(yǎng)、遠(yuǎn)程維護(hù)保養(yǎng)、維護(hù)保養(yǎng)履歷管理。5.ECMP計(jì)算機(jī)站

ECMP計(jì)算機(jī)站采用32位超級微型計(jì)算機(jī)是實(shí)行品種管理、運(yùn)算處理(數(shù)加工/最佳化運(yùn)算)和上位機(jī)的通信接口機(jī)能以及控制系統(tǒng)固有的實(shí)時(shí)應(yīng)用機(jī)能的系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算機(jī)。2023/2/62.5.3I/ASeries系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖2.12I/ASeries系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖2023/2/61.I/ASeries的通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)四層結(jié)構(gòu)I/ASeries的主干是現(xiàn)代化的局域網(wǎng)絡(luò)——寬帶局域網(wǎng)絡(luò)和載帶局域網(wǎng)絡(luò)，采用國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的開放系統(tǒng)互連OSI通信規(guī)程與MAP協(xié)議兼容，使它能集成不同廠商的產(chǎn)品和系統(tǒng)。(1)帶局域網(wǎng)絡(luò)：是全系統(tǒng)的主干，它可延伸15km，向下連接64個(gè)載帶局域網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率為10Mbit/s。(2)載帶局域網(wǎng)絡(luò)：可掛接100個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳輸速率為5Mbit/s，傳輸介質(zhì)為軟性同軸電纜，最長距離為2km，幾個(gè)載帶局域網(wǎng)絡(luò)可以向上連接到寬帶局域網(wǎng)絡(luò)上，形成一個(gè)更大的系統(tǒng)。I/ASeries的節(jié)點(diǎn)是由節(jié)點(diǎn)總線與所連接的工作站所組成。2023/2/6(3)節(jié)點(diǎn)總線：傳輸介質(zhì)為軟性同軸電纜，通信規(guī)程符合IEEE802.3，傳輸速率為10Mbit/s，最長距離為300m，可掛接32個(gè)工作站，這些工作站包括應(yīng)用處理器、控制處理器、工作站處理器、節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展器、載帶接口(DCLI)、個(gè)人計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)間連接器(連接Spectrum系統(tǒng))控制處理器通過現(xiàn)場總線掛接現(xiàn)場總線組件。(4)現(xiàn)場總線：傳輸介質(zhì)為雙絞線，是一種單主站共用線串行數(shù)據(jù)通信總線，它遵從EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率為268.75Kbit/s。現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)交換均由主站啟動(dòng)，所連接的現(xiàn)場總線組件都被視為從站。2023/2/62.I/ASeries的硬件現(xiàn)場總線模件包括模擬I/O模件、數(shù)字I/O模件、觸點(diǎn)I/O模件以及智能變送器接口模件等20多種，適應(yīng)了現(xiàn)場輸入/輸出的各種復(fù)雜要求。所有現(xiàn)場總線模件都帶有單片機(jī)，采集和處理現(xiàn)場來的各種模擬量和數(shù)字量信號(hào)，也包括智能變送器來的信號(hào)；轉(zhuǎn)換和輸出控制信號(hào)，對現(xiàn)場來的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，對事故序列進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)梯形邏輯控制?，F(xiàn)場總線模件采用CMOS電子元器件，表面安裝技術(shù)和環(huán)境保護(hù)技術(shù)，具有自診斷功能和冗余技術(shù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。各種工作站包括以下幾個(gè):2023/2/6(1)控制處理器(CP)：可處理60個(gè)回路，實(shí)現(xiàn)用戶所需的連續(xù)控制、梯形邏輯控制和順序控制。(2)操作站處理器(WP)：是為用戶與系統(tǒng)功能間提供一個(gè)交互作用的環(huán)節(jié)，可完成各種顯示、操作和組態(tài)功能。彩色CRI分辨率為640×480，帶觸摸屏幕，鼠標(biāo)，跟蹤球操作器、字母數(shù)字鍵和組合式鍵盤，每個(gè)組合式鍵盤由帶報(bào)警確認(rèn)鍵的基本單元以及三塊任意組合的報(bào)警指示鍵盤和數(shù)字鍵盤組成。2023/2/6(3)通信處理器(COMP)：把網(wǎng)絡(luò)中其他站來的打印信息如系統(tǒng)出錯(cuò)、過程報(bào)警、報(bào)表，文件和彩色圖像，按優(yōu)先等級打印。報(bào)警信息優(yōu)先級最高，將立即響應(yīng)。它還起著在網(wǎng)絡(luò)中與遠(yuǎn)程站或上位機(jī)的通信功能。(4)應(yīng)用處理器(AP)：起著系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理、文件請求、數(shù)據(jù)庫管理、歷史數(shù)據(jù)及畫面調(diào)用等作用。配有豐富的系統(tǒng)管理軟件、組態(tài)軟件和高級應(yīng)用軟件。執(zhí)行各種應(yīng)用功能如實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)、應(yīng)用信息、系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的組態(tài)。2023/2/63.I/ASeries的軟件(1)系統(tǒng)軟件采用國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。操作系統(tǒng)為UNIX+VRTX。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為IN-FORMIX。網(wǎng)絡(luò)軟件與MAP兼容。(2)控制軟件包：提供30多種功能模塊，集連續(xù)控制、梯形邏輯控制和順序控制于一身?？梢詫?shí)現(xiàn)常規(guī)PID控制、采樣控制、非線性控制、前饋控制、超馳控制、串級等各種先進(jìn)復(fù)雜的控制方案，并為順序或批量控制中設(shè)備控制和聯(lián)鎖構(gòu)成了一個(gè)理想的混合使用基礎(chǔ)。控制軟件包提供的EXACT自整定功能是人工智能在過程控制中的實(shí)際應(yīng)用，它始終對過程動(dòng)態(tài)的變化提供最好的響應(yīng)。2023/2/6(3)組態(tài)軟件包括；系統(tǒng)組態(tài)程序、綜合控制組態(tài)程序、畫面組態(tài)軟件、報(bào)警鍵盤組態(tài)功能和歷史數(shù)據(jù)庫組態(tài)功能。它是生成實(shí)用系統(tǒng)的有力工具。(4)人機(jī)接口軟件包：包括窗口，漸進(jìn)菜單。各種畫面顯示明了，操作方便，組態(tài)靈活，而且提供用戶要求的特殊操作環(huán)境，以保證全廠信息的安全訪問。(5)離線應(yīng)用軟件包：包括數(shù)據(jù)證實(shí)程序、生產(chǎn)模型程序、物理性能庫、過程優(yōu)化程序、電子表格、性能計(jì)算庫和數(shù)學(xué)庫等。為用戶更好地應(yīng)用DCS優(yōu)化產(chǎn)和優(yōu)化管理提供了途徑。2023/2/62.5.4INFI-90系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖2.13INFI-90系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2023/2/6(1)INFI-90采用先進(jìn)的微處理器(33MHzMotorola68020和68030)、CRT圖形顯示技術(shù)、高速安全通信技術(shù)和現(xiàn)代控制理論，形成了以過程控制站(PCU)、操作員接口站(OIS)、操作管理顯示站和計(jì)算機(jī)接口站(CIU)與其他計(jì)算機(jī)通信設(shè)備為基礎(chǔ)，作到物理位置分散、系統(tǒng)功能分散、控制功能分散以及操作顯示管理集中的過程控制、過程決策管理的大型智能網(wǎng)絡(luò)。2023/2/6(2)INFI-90的通信結(jié)構(gòu)分四層，它是能單獨(dú)進(jìn)行配置、保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)。①第一層網(wǎng)絡(luò)為INFI-NET中央環(huán)，可帶載250個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳輸速率為10Mbit/s。②第二層網(wǎng)絡(luò)有兩類：

INFI-NET環(huán)，可帶載250個(gè)節(jié)，傳輸速率為10Mbit/s；INFI-90工廠環(huán)；，可帶載63個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳輸速率為500Kbit/s。③第三層網(wǎng)絡(luò)為總線結(jié)構(gòu)，名稱為控制公路(ControlWay)。通信介質(zhì)為經(jīng)過腐蝕的印刷電路板，可帶載32個(gè)站(智能模件)傳輸速率為1Mbit/s，采用無指揮器的自由競爭協(xié)議。④第四層網(wǎng)絡(luò)為總線結(jié)構(gòu)，名稱為受控總線(Slave-11S)，通信介質(zhì)為經(jīng)過腐蝕的印制電路板。它是一個(gè)并行總線，主要支持智能化模件的I/O通道。每個(gè)智能模件可帶載64個(gè)I/O子模件，傳輸速率為500Kbit/s。2023/2/6(3)INFI-90使用無通信指揮器的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，做到環(huán)路上的節(jié)點(diǎn)在通信中的地位是平等的，在同一時(shí)刻，每一節(jié)點(diǎn)均能接受和發(fā)送信息，并且依次傳遞，直至信息回到源節(jié)點(diǎn)。從而提高了環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的利用率、可靠性和可擴(kuò)展性。INFI-90還使用了例外報(bào)告技術(shù)。所謂的“例外報(bào)告”與數(shù)據(jù)信息的有效變化值有關(guān)。一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)被傳送必須是這個(gè)數(shù)據(jù)有“明顯”改變的時(shí)候，這個(gè)明顯改變是用戶設(shè)定的，此參數(shù)稱為“例外死區(qū)”(即無報(bào)告區(qū))。采用例外報(bào)告，減少了不變化數(shù)據(jù)的傳送，因而大大降低了傳送信息量，提高了響應(yīng)速度和系統(tǒng)的安全性。2023/2/6(4)INFI-90硬件結(jié)構(gòu)遵循模件結(jié)構(gòu)的原則，過程控制站有四類模件：通信模件、智能化的多功能處理模件、I/O子模件、電源模件。由這四類模件就可組成適應(yīng)工藝要求的過程控制站，去完成過程控制、數(shù)據(jù)采集、順序控制、批量處理控制以及優(yōu)化等高級控制。(5)INFI-90軟件結(jié)構(gòu)遵循模塊化原則，做到高度模塊化。在MFP的ROM中裝入11大類200種功能碼(標(biāo)準(zhǔn)算法)，用戶可以方便地加入自定義的功能碼。用戶還可以利用工程師站(EWS)，選用適當(dāng)?shù)墓δ艽a，組成各種功能的組態(tài)控制策略，存入BATRAM中。EXPERT-90這一專家系統(tǒng)的引入，構(gòu)成優(yōu)化策略，把過程控制提高到一個(gè)新的水平。2023/2/6(6)INFI-90的OSI操作員接口站是一個(gè)硬件、軟件集于一體化的計(jì)算機(jī)設(shè)備，它支持多種外部設(shè)備，如人機(jī)對話手段、包括觸摸屏幕、球標(biāo)儀、鍵盤圖形及文本打印機(jī)、彩色圖形復(fù)制機(jī)、光盤存儲(chǔ)器。操作員接口站如系列終端是選用DEC公司的VAX計(jì)算機(jī)，運(yùn)行VMS操作系統(tǒng)，能與DECnet/Ethernet通信網(wǎng)絡(luò)連接。(7)INFI-90使用CIU、MPF的對外通道，可以和其他計(jì)算機(jī)、PLC等設(shè)備通信，如IBM、Intel、Compaq、DEC、HP等多種計(jì)算機(jī)。使該系統(tǒng)更具有開發(fā)性以及可用性。2023/2/62.5.5MACS的體系結(jié)構(gòu)圖2.14MACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2023/2/6圖2.15MACS的控制站2023/2/6ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)

2023/2/6IndustrialIT系統(tǒng)是ABB公司最新推出的控制管理一體化系統(tǒng)，其核心設(shè)計(jì)理念是高度集成化的工廠信息，形成了從現(xiàn)場控制到高層經(jīng)營管理的一體化信息平臺(tái)。IndustrialIT系統(tǒng)以控制網(wǎng)絡(luò)為核心，向下連接現(xiàn)場總線型網(wǎng)絡(luò)，向上連接工廠管理網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是其開放性。IndustdallT系統(tǒng)是一個(gè)典型的采用“自頂向下”設(shè)計(jì)方式形成的系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)比較注重標(biāo)準(zhǔn)，特別是有關(guān)信息技術(shù)（IT）的標(biāo)準(zhǔn)，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架上集成各個(gè)方面的產(chǎn)品。這也是很多有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)背景的公司所采取的方法。2023/2/6HOLLIAS系統(tǒng)(4)和利時(shí)公司的HOLLIAS系統(tǒng)

2023/2/6HOLLIAS系統(tǒng)是一個(gè)典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)分為三個(gè)層次，最底層是各個(gè)裝置的控制、環(huán)境控制及防災(zāi)報(bào)警安全控制等直接控制與自動(dòng)化功能（由控制器、PLC等控制設(shè)備）；中層是各個(gè)裝置的綜合控制室功能（集中監(jiān)視并控制運(yùn)行）；高層是企業(yè)管理和控制（服務(wù)器和管理控制工作站）。裝置和中央控制室之間通過光纖骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接，通信協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP，系統(tǒng)支持OPC等標(biāo)準(zhǔn)信息接口，允許接入多種第三方控制設(shè)備。HOLLIAS采用了多“域”的結(jié)構(gòu)形式，每個(gè)裝置就是一個(gè)“域”（DCS），而多個(gè)域通過骨干網(wǎng)的連接，就形成具備更高層次管理功能的信息系統(tǒng)。2023/2/6自1993年浙江中控推出中國第一套具有1：1熱冗余技術(shù)的控制系統(tǒng)以來，已經(jīng)形成了以WebField為統(tǒng)一品牌的控制系統(tǒng)產(chǎn)品系列，包括JX、ECS、GCS三大系列。不同系列的控制系統(tǒng)，能滿足不同行業(yè)、不同用戶對控制系統(tǒng)的個(gè)性化需求。(5)浙江中控的WebField系列

2023/2/6WebFieldJX-300XP系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖(A)JX系列WebFieldJX-300XPDCS

2023/2/6WebFieldJX-300XP是基于web技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：第一層網(wǎng)絡(luò)是信息管理網(wǎng)Ethernet（用戶可選），用于工廠級的信息傳送和管理，實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道；第二層網(wǎng)絡(luò)是過程控制網(wǎng)SCnetII連接了系統(tǒng)的控制站、操作員站、工程師站、通信接口單元等，是傳送過程控制實(shí)時(shí)信息的通道；第三層網(wǎng)絡(luò)是控制站內(nèi)部I/O控制總線，稱為SBUS控制站內(nèi)部I/O控制總線。JX-300XP具備卓越的開放型，能輕松實(shí)現(xiàn)與多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)和各種異構(gòu)系統(tǒng)的綜合集成。2023/2/6WebFieldESC-100的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖(B)ECS系列WebFieldESC-100系統(tǒng)2023/2/6

WebFieldECS-100控制系統(tǒng)，在繼承JX-300、JX-300XP技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合了最新的現(xiàn)場總線技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)，推出新一代基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)。ECS-100控制系統(tǒng)，采用新型的WEB化體系結(jié)構(gòu)，突破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的層次模型，實(shí)現(xiàn)與多種現(xiàn)場總線的全面兼容以及與第三方異構(gòu)系統(tǒng)的綜合集成?；赪ebonfield結(jié)構(gòu)的公共通訊環(huán)境和信息流，簡化了工業(yè)自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了過程控制的功能和效率，提高了工廠自動(dòng)化的整體性和穩(wěn)定性，并且最終節(jié)省企業(yè)為工業(yè)自動(dòng)化而作出的投資。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系與JX-300XP相同，依然采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即第一層的信息管理網(wǎng)Ethernet（用戶可選）；第二層的過程控制網(wǎng)ScnetII；以及第三層的控制站內(nèi)部I/O控制總線SBUS。2023/2/6WebFieldECS-700大規(guī)模聯(lián)合控制系統(tǒng)是中控全新推出的超大規(guī)模聯(lián)合控制系統(tǒng)。匯集了中控超過5000套的系統(tǒng)使用經(jīng)驗(yàn)，在產(chǎn)品細(xì)節(jié)上追求精致完美。性能特點(diǎn)主要體現(xiàn)：超大規(guī)模系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分域與權(quán)限管理；全廠范圍內(nèi)的多人組態(tài)與組態(tài)同步管理；支持多種現(xiàn)場總線與異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)；故障條件下系統(tǒng)安全狀態(tài)預(yù)設(shè)；基于信息截?cái)嗟脑诰€調(diào)試；單點(diǎn)、單幅程序的在線無擾下載；支持自由量程設(shè)置、超量程表示和輸出；系統(tǒng)部件具有防混插設(shè)計(jì)的快速在線裝卸結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)支持在線升級和擴(kuò)容；基于國際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范設(shè)計(jì)研制，符合CE認(rèn)證要求。2023/2/6GCS-1和GCS-2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(C)GCS系列的GCS-1/GCS-2

2023/2/6WebFieldGCS-1是邏輯控制，兼具模擬量控制、運(yùn)算功能的新型PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)過程控制、順序控制、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程遙控等實(shí)時(shí)任務(wù)。廣泛應(yīng)用于污水處理、環(huán)境工程、城市供水、智能交通、智能樓字、食品加工、熱網(wǎng)監(jiān)控、油田油井監(jiān)控、紡織機(jī)械、建筑材料、石油罐區(qū)等過程，構(gòu)成SCADA系統(tǒng)或者實(shí)現(xiàn)監(jiān)視及控制功能。WebFieldGCS-2秉承“全球最容易使用的DCS”的設(shè)計(jì)理念，是一套集模擬量控制、開關(guān)量控制、批量控制功能于一體的“輕型DCS'’多功能控制系統(tǒng)。2023/2/6GCS-1和GCS-2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.5.6

西門子SIMATICPCS7的體系結(jié)構(gòu)

（批處理熱區(qū)冷端中央控制室本地控制室辦公室本地控制室工程（遠(yuǎn)程服務(wù)SIMATICPCS7SIMATIC控制器SIWAREXMSITRANSPSIPARTDRSIMODRIVEPOSMOSINUMERIKSIMODRIVESIMOVERTMASTERDRIVESSIMATICS7/M7-300SIMODRIVESENSORMICROMASTEROP032SSIMATICHMIPROFIBUSDPPROFIBUSPA1FT6/1FK62023/2/6SIMATICHMI控制器分布式I/O現(xiàn)場通信軟件數(shù)據(jù)管理通信數(shù)據(jù)庫SPSSCADAI/O縱向集成2023/2/6橫向集成AAACCCAABBBB????COROSOP45WinCCSFCTICTICTICTICTICTIC2023/2/6擁有集成過程控制功能的新一代PLC

S7400SIMATIC控制器S7200S7300SIMATICM7SIMATICC7+2023/2/6SIMATICPCS7自動(dòng)控制系統(tǒng)：

S7控制器CPU414-3到417-4H24VDC電源或115/230VAC帶存儲(chǔ)卡的CPU和集成的PROFIBUS-DP

及MPI接口PROFIBUS系統(tǒng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)的通訊處理器另外的通訊處理器，用于PROFIBUSDP的分布式接口或者機(jī)架信息的SM421數(shù)字輸入組態(tài)：模塊，無風(fēng)扇2023/2/6完整的I/O模塊系列SIMATIC分布式I/OS0123456701234567

標(biāo)準(zhǔn)I/O模塊（A類） 具有診斷功能的I/O模塊（B類）

Ex（i）模塊 功能模塊

（例如閉環(huán)控制器和計(jì)數(shù)器）S0123456701234567

2023/2/6SIMATICPCS7自動(dòng)控制系統(tǒng)：

分布式I