1第10章 集散控制系统The distributed Control System机电工程学院机电工程学院曹凤曹凤计算机控制系统计算机控制系统第10章 集散控制系统 第一节 集散控制系统概述第二节 集散控制系统的控制站第三节 集散控制系统的操作站第四节 集散控制系统的通信网络第五节 DCS与FCS的集成技术计算机控制系统计算机控制系统 集散控制系统（Distributed Control System简称DCS）也叫分散型控制系统。它是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。 它是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，集散控制系统（DCS）和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。计算机控制系统计算机控制系统第一节 集散控制系统概述 一、控制网络的特点 在生产过程中，最先采用的是常规模拟式调节仪表组成的过程控制系统，它具有可靠性高、价廉、便于维护和操作等优点，但是，模拟式调节仪表控制系统难于实现复杂控制规律的控制，难于实现集中操作和显示，难于实现各分系统之间的通信、协调，并且缺乏灵活性。计算机控制系统计算机控制系统 随着生产过程规模的不断扩大，使得中央控制室的仪表数量越来越多，这大大地增加了操作人员的劳动强度。并且大规模的生产过程对可靠性也提出了更高的要求。因为一个大型企业一旦由于控制系统的故障，使得设备停机将造成非常大的经济损失和重大的人身安全事故。 直到上世纪70年代开始，随着计算机技术的日渐成熟，大规模集成电路及微处理器的诞生后，人们开始思考是否能将“危险分散”。就是原来靠一台大计算机完成的“艰巨”任务，能否用几十台微处理来完成？这样的话，即使某一处理器坏了，也不至于会“牵一发而动全身”，从而使危险系数大大降低。答案是肯定的。至此DCS就诞生了。 经过20多年的发展，DCS已经成为一种十分成熟的控制技术，广泛应用于各种工业领域计算机控制系统计算机控制系统 DCS系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。 DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用，它综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。 计算机控制系统计算机控制系统二、集散控制系统的基本结构 从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。计算机控制系统计算机控制系统二、集散控制系统的基本结构1.第一代集散系统的基本结构2.第二代集散控制系统3.第三代集散控制系统4.第四代集散控制系统计算机控制系统计算机控制系统1.第一代集散系统的基本结构 19751975年年HoneywellHoneywell公司推出的公司推出的TDC2000TDC2000集散控制系统是一个集散控制系统是一个具有许多微处理器的分级控制系统具有许多微处理器的分级控制系统, ,以分散的控制设备来适应分以分散的控制设备来适应分散的过程对象散的过程对象, ,并将它们通过数据高速公路与基于并将它们通过数据高速公路与基于CRTCRT的操作站的操作站相连接相连接, ,互相协调互相协调, ,一起实施实时工业过程的控制和监测一起实施实时工业过程的控制和监测, ,实现了实现了控制系统的功能分散控制系统的功能分散, ,负荷分散从而危险性也分散。在此期间世负荷分散从而危险性也分散。在此期间世界各国相继推出了自己的第一代界各国相继推出了自己的第一代DCSDCS。 计算机控制系统计算机控制系统1.第一代集散系统的基本结构图10-1第一代集散控制系统基本结构框图计算机控制系统计算机控制系统1.第一代集散系统的基本结构(1)现场控制站也称为过程控制单元(PCU)或基本控制器(BC)，现场控制站是集散控制系统的基本部件，它是由微处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、I/O接口、A/D、D/A转换、通信接口、内部总线、电源等组成。(2)现场监视站也称过程接口单元PIU或数据采集单元DAU(3)CRT操作站是系统中最主要的人-机接口，主要由CRT显示器、微型计算机、键盘、外存、打印机等组成。(4)监控计算机是集散控制系统的主计算机，也称为上位机。(5)数据传输通道亦称数据高速公路(DHW)，是系统的通信系统，一般由通信电缆和高速通道控制器(HTD)组成。计算机控制系统计算机控制系统2.第二代集散控制系统 第二代产品在原来产品的基础上第二代产品在原来产品的基础上, ,进一步提高了可靠性进一步提高了可靠性, ,新新开发的多功能过程控制站、增强型操作站、光纤通信等更完善开发的多功能过程控制站、增强型操作站、光纤通信等更完善了了DCSDCS。其基本结构由六部分组成。其基本结构由六部分组成, ,即局域网络、多功能现场控即局域网络、多功能现场控制站、增强型操作站、主计算机、网络连接器和系统管理站等。制站、增强型操作站、主计算机、网络连接器和系统管理站等。第二代产品的特点是采用模块化、标准化设计第二代产品的特点是采用模块化、标准化设计, ,数据通信向标准数据通信向标准化迁移化迁移, ,板级模块化板级模块化, ,单元结构化单元结构化, ,使之具有更强适应性和可扩充使之具有更强适应性和可扩充性。控制功能更加完善性。控制功能更加完善, ,它能实现过程控制、数据采集、顺序控它能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制功能制和批量控制功能。计算机控制系统计算机控制系统图10-2第二代集散控制系统基本结构框图2.第二代集散控制系统计算机控制系统计算机控制系统2.第二代集散控制系统(1)局部网络又称局部网(LAN)，是系统的通信系统，由传输介质(如同轴电缆、双绞线、光缆等)和网络节点组成。(2)节点工作站从网络拓扑结构的角度上讲，局部网的节点都可称为节点工作站，这里所讲的节点工作站专指过程控制站。(3)中央操作站它是系统的主操作站，是全系统人-机联系窗口，可以对整个系统的信息进行综合管理。(4)系统管理站也称为系统管理模件(SMM)，主要作用是加强全系统的管理功能。(5)主计算机也称管理计算机。(6)网间连接器(GW)它是局部网络与其子网络或其他工业网络的接口装置，起着通信系统转换器、协议翻译器或系统扩展器的作用。计算机控制系统计算机控制系统3.第三代集散控制系统 第三代产品开发了高一层次的信息管理系统。其共同特点第三代产品开发了高一层次的信息管理系统。其共同特点是是: :实现了开放式的系统通信实现了开放式的系统通信, , 向上能与向上能与MAPMAP和和EthernetEthernet接口接口, ,或或者通过网间连接器与其它网络联系者通过网间连接器与其它网络联系, ,构成复合管理系统构成复合管理系统; ;向下支向下支持现场总线持现场总线, ,它使得过程控制或车间的智能变送器、执行器和本它使得过程控制或车间的智能变送器、执行器和本地控制器之间实现可靠的实时数据通信。过程控制组态采用地控制器之间实现可靠的实时数据通信。过程控制组态采用CADCAD方法方法, ,使其更直观方便使其更直观方便, ,实现自整定功能。实现自整定功能。 计算机控制系统计算机控制系统3.第三代集散控制系统图10-3第三代集散控制系统基本结构框图计算机控制系统计算机控制系统4. 第四代集散控制系统 20世纪90年代以后，随着计算机技术、通信技术、半导体集成技术、控制技术特别是网络技术的快速发展，对控制和管理要求越来越高，出现了以管控一体化为主要特点的第四代集散控制系统。计算机控制系统计算机控制系统三、 TDC-3000集散控制系统简介图10-4TDC-3000的基本结构计算机控制系统计算机控制系统三、 TDC-3000集散控制系统简介(1)通信系统TDC-3000中有若干种通信网络。(2)过程控制单元(控制站)随着更新换代，该系统的过程控制单元的类型逐渐增加。(3)操作站TDC-3000系统有3类操作站，它们是基本操作站(LBOS)、增强型操作站(EOS)、通用操作站(US)。(4)其他模件TDC-3000系统在LAN上可以挂接若干模件，比如可以保存数据及事件档案的历史模件(HM)；相当于小型管理机的计算模件(CM)；具有标准算法和专用控制语言的应用模件(AM)等。