楼宇自动化计算机控制系统之集散控制系统

楼宇自动化计算机控制系统之集散控制系统
由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术和人机接口技术相互发展、相互渗透而产生的，既不同于分散的仪表控制系统，又不同于集中式计算机控制系统，而是吸收了两者的优点，发展起来的一门系统工程技术，具有很强的生命力和显著的优越性。

集散控制系统已经在工业控制领域得到广泛的应用。

集散型计算机控制系统的结构是一个分布式系统。

从整体逻辑结构上讲，是一个分支树结构，这与工业生产过程的行政管理结构相一致。

按系统结构进行垂直分解，它分为过程控制级、控制管理级和生产管理级。

各级既相互独立又相互联系，每一级有可按水平分解成若干子集。

从功能分散看，纵向分散意味着不同级的设备有不同的功能，如实时控制、实时监视、生产过程管理等。

横向分散则意味在相同级上的设备有类似功能。

按照这种思想设计集散控制系统的硬件和软件，就是要贯彻既集中又分散的原则。

集散控制系统概括起来由集中操作管理部分、分散过程控制部分、和通信部分组成。

集中操作管理部分又可分为工程师站、操作员站和管理计算机。

工程师站主要用于组态和维护，操作员站用于监视和操作，管理计算机用于全系统的信息管理和优化控制。

分散过程控制部分按功能分为控制站、监测站，用于控制监测。

通信部分连接集散控制系统各个分布部分，完成数据指令及其他信息的传递。

集散控制系统软件是有实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件、和各种应用软件组成。

使用组态软件这一工具，就可生成用户所要求的实用系统。

集散型计算机控制系统具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点。

集散控制系统是由分散过程控制装置、操作管理装置、通信系统三大部分组成。

（1）分散过程控制装置
分散过程控制装置是集散控制系统与生产过程间的界面，生产过程中的各种过程变量通过分散过程控制装置转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通过分散过程控制装置传送到执行机构。

在分散过程控制装置内，进行模拟量和数字量的相互转换，完成控制算法的各种运算，对输入与输出量进行有关的软件滤波及其他运算。

（2）操作管理装置
操作管理装置是操作人员与集散控制系统间的界面，操作人员通过操作管理装置了解生产过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产过程。

（3）通信系统
分散过程控制装置与操作管理装置之间需要一个桥梁来完成数据之间的传递和交换，这就是通信系统。

（4）集散控制系统结构特征
集散控制系统是由一些微处理器、计算机组成的子系统合成的大系统。

它的结构具有递阶控制结构、分散控制结构和冗余化结构的特征。

递推控制结构又相互关联的子系统组成，他们各自的特性以及它们之间的关联决定了集散控制系统的特性。

由于各子系统之间需要相互交换信息，因此需要一个协调者负责此工作。

它对各子系统的控制按一定的优先和从属关系来实现。

他们形成金字塔式的结构。

同一级的各决策子系统可同时对下级施加作用，同时又受上级干预。

子系统可通过上级互相交换信息。

因此，称集散控制系统具有递阶控制结构。

递阶控制结构具有经典结构所不具备的特点，主要包括如下：
①系统结构灵活容易改变，系统容量可扩大缩小。

②控制功能强，除了直接控制外，还有优化控制、自学习、自组织和自适
应等功能。

③降低了信息存储量、计算量，减少了计算时间。

④可设置备用子系统，降低成本，提高可靠性。

⑤各级的智能化将进一步提高系统性能。

分散控制结构是针对集中控制可靠性差而提出的。

与递阶控制系统不同的是分散控制系统结构是一个自治的闭环结构。

它的结构可以是水平型、垂直型、以及复合型。

垂直型又称阶层型，是以上下为基础的结构，下位向左右方向扩大，形成金字塔形。

系统的通信发生在上下位之间，其主导权由上位掌握对下位设备的动作有监视和进行调整的权限；水平型是对等的分散子系统以自我管理为基础的系统结构。

在通信系统中，这些子系统具有平等的地位；
复合型把水平型和垂直性结合起来，各子系统各自管理的同时，形成上下阶层关系。

各子系统有较强的独立性，上位系统的故障不影响下位子系统间的数据交换和各自的功能，正常工作时，上位监视和支持下位工作。

集散控制系统大多采用复合型分散控制结构。

冗余化结构提高了系统的可靠性，集散控制系统在重要设备，对全系统有影响的公共设备上采用冗余结构。

应对冗余增加的投资和系统停工造成的损失进行权衡比较，考虑合适的冗余结构方式。

（5）集散控制系统的典型结构
最新结构的集散控制系统的典型结构采用模块化控制站+宽带局域网+信息综合管理系统的形式。

通过宽带网络，可以在很广的地域内应用。

通过现场总线，系统可与现场智能仪表通信和操作，是一类开放的、系统互联的和具有互操作性的系统，是第三代集散控制系统的典型结构。

现场控制站
集散型计算机控制系统的一个突出优点是系统的硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力哦。

硬件系统是通过通信网络系统将不同数目现场控制站、操作员站、工程师站连接起来，共同完成各种采集、控制、显示操作和管理功能。

在不同的集散控制系统中，现场控制站可分为功能齐全的现场控制站、仅具有数据采集功能的监测站、仅具有顺序控制功能的顺序控制站等。

模块化的结构还允许在上述各种过程站中根据不同它的可靠性指标采用冗余机构。

对
于现场控制站，从可编程逻辑控制器，到单片机组成的小型控制采集装置，再有诸如STD和工业PC等小型工控机到各种16位和32位总线型工控机系统都是可选的现场控制站系统。

现场控制站与操作站通过通信网络相连接，而与过程的输入、输出信号线可能有数百条之多。

为减少信号电缆长度，以减少长距离传输的干扰、提高可靠性，并降低系统造价，现场控制站一般均放置在靠近过程装置的地方。

为适应工业生产环境，各厂家对其产品均进行加固处理，使其具有防尘防潮防电磁干扰、抗冲击振动及耐高低温等恶劣环境的能力。

操作员站
（1）中心计算机站的功能
集散型控制系统的中心计算机站提供了集中监视、对现场直接操作、系统生成以及诊断等功能。

他是几个部分的统称，其主要部分是操作员站和工程师站。

操作员站由大屏幕监视器、控制计算机以及操作员键盘组成。

一个集散控制系统中可以配置多个操作员站，一般这些操作员站是相互冗余的。

此外，中心计算机站还有一个网关，并通过它与一个功能更强的计算机相连，以便实现高级的控制和管理功能。

有些系统它还配备一个工程师站，用来生成目标系统的参数等。

当然，为了节省投资，工程师站可以用一个操作员站来代替。

中心计算机应完成以下基本功能。

①过程显示和控制；
②现场数据的收集和恢复显示；
③级间通信；
④系统诊断；
⑤系统配置和参数生成；
⑥仿真调试等；
（2）操作员站的功能
集散控制系统的操作员站应显示以下几个方面的内容：①模拟流程和总貌显示②过程状态③特殊数据记录④趋势显示⑤统计结果显示⑥历史数据显示⑦生产状态显示等.
(3)操作员站的组成
操作员站由处理机系统\显示设备\操作键盘\打印设备\存储设备和固定这些设备的操作台.
结论
通过对智能建筑楼宇自动化这门课的学习，使我深刻认识感受到现代新兴
科学技术理论及其实践性的在系统工程生产应用的重要性，随着人类社会的不断向前进发展，会有不断的更加智能化、更加人性化、更加高端化的旨在服务于智能建筑的控制系统诞生。

控制系统是自动化整套系统的运行核心，对整套系统具有标志性的意义，所以我选择了以这个方向作为这门课的最后的论文题目。