DCS集散控制系统详解-上

分散控制系统（DCS）知识讲解

分散控制系统技术规范（硬件与软件）

一、总则

1、DCS系统功能：模拟量控制(MCS)，锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、顺序控制(SCS)和数据采集(DAS)，以满足各种运行工况的要求，确保机组安全、高效运行。

2、DCS应由分散处理单元、数据通讯系统和人机接口组成。

3、DCS系统应易于组态，易于使用，易于扩展。

4、DCS的设计应采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，使其具有高度的可靠性。系统内任一组件发生故障，均不应影响整个系统的工作。

5、系统的参数、报警和自诊断功能应高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统应在功能和物理上适当分散。

6、DCS应采取有效措施，以防止各类计算机病毒的侵害和DCS 内各存贮器的数据丢失。

7、整个DCS的可利用率至少应为99．9％。

二、硬件要求

1、一般要求

（1）系统使用以微处理器为基础的分散型的硬件。

（2）所有模件均应是固态电路，标准化、模件化和插入式结构。

（3）模件的编址不应受在机柜内的插槽位置所影响，而是在机柜内的任何插槽位置上都应能执行其功能。

2、处理器模件

（1）处理器模件应各司其职(功能上应分离)，以提高系统可靠性．处理器模件应使用I／O 处理系统采集的过程信息采完成模拟控制和数字控制．

（2）处理器模件带有LED自诊断、显示。

（3）处理器模件若使用随机存取存储器(RAM)，则应有电池作数据存储的后备电源，电池的更换不应影响模件的工作。

（4）某一个处理器模件故障，不应影响其它处理器模件的运行。此外，数据通讯总线故障时，处理器模件应能继续运行。

集散控制系统第1章(1-3课时)课件

典型结构
特点：
1）增加上层网络，加入管理功能；
2）体系结构标准化； 3）采用标准化网络； 4）组态标准化； 5）大部分产品标准化。
4.新一代DCS系统
特点：
1)采用现场总线技术；
2)设备数字化；
1.4 几种计算机控制系统与DCS的比较
PLC控制系统功能和应用目标离散控制为主、兼连续控制、批量控制 SCADA 监督控制 PC based 可实现多种功能，多应用于低成本场合
几个问题：
1）编程语言的选择。机器语言、汇编语言、高级语言、组态语言 2）应用程序设计步骤程序设计、编译、调试、改进 3）应用程序设计方法模块化、结构化
4.系统调试
1）硬件调试 2）软件调试 3）软硬件统调 4）现场调试运行
1.3 集散控制系统概述 1.3.1 集散控制系统的概念
集散控制系统的完整定义：
第1章绪论
什么是分布式控制系统？分布式控制系统，也称为集散控制系统，简称DCS，是计算机控制系统的一种结构形式，具有分散控制、集中管理、分层结构的特点。它的技术基础是：自动控制理论、计算机技术以及数据通信、微电子、仪器仪表…
课程意义：
1、分布式控制系统是现代自动化控制系统的一种重要形式，广泛应用于石油、化工、钢铁、冶金、建材、电力、机械制造、楼宇自动化等行业，具有很强的实用性，也是当今工业自动化应用的主流。

DCS控制系统介绍

DCS控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是一种基于现代技术的集散控制系统，它主要应用于工业生产和制造领域，用于控制和监控生产过程中各项参数和设备，以实现自动化生产。

DCS控制系统由多个分布在各个生产单元的控制器组成，这些控制器之间通过网络进行信息传输和数据交换，实现对整个生产过程的控制和监控。每个控制器负责管理一定范围的生产设备和参数，通过与传感器、执行器等设备连接，实现对生产过程的监测和控制。

DCS控制系统的核心是集中管理系统，它由工程师对整个生产系统进行规划、设计和编程，定义各种控制策略和逻辑，以实现生产过程的自动化控制。集中管理系统可以实时监测各个控制器的运行状态，收集和处理生产数据，为决策提供支持，确保生产过程的顺利进行。

DCS控制系统的分散控制器通常由工控机或PLC等硬件组成，它们负责执行集中管理系统下发的控制策略，控制各种生产设备的运行和参数调节。分散控制器之间可以相互通信，实现对整个生产过程的协调与同步，提高生产效率和质量。

DCS控制系统具有高可靠性和稳定性，通过采用冗余设计和故障恢复机制，可以保证系统在出现故障时快速恢复，确保生产过程的连续性和稳定性。同时，DCS系统可以对生产过程进行实时监测和报警，及时发现并解决问题，保证生产过程的安全性和可靠性。

总的来说，DCS控制系统是一种先进的生产自动化控制系统，具有集中管理、分散控制、多任务处理、模块化设计和高可靠性等特点，可以满

足各种工业生产领域的自动化控制需求，提高生产效率，节约成本，保证生产质量，是工业生产自动化的重要技术手段。

集散控制系统(DCS)简介

DCS，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，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，它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，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。

首先，DCS的骨架——系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。

DCS集散控制系统学习教程

幻灯片1

第二章集散控制系统（D C S）

幻灯片2

2.1D C S的形成、发展和特点

2.1.1D C S的概念

集散控制系统（D i s t r i b u t e d C o n t r o l S y s t e m）亦称分布式控制系统（简称D C S），是结合多种先进技术而形成的，对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种控制技术，是随着现代大型工业生产自动化的不断发展和过程控制要求的日益复杂应运而生的一种综合控制系统，是完成过程控制、过程管理的现代化设备。

幻灯片3

国外称集散控制系统是4C技术的产物。这4C就是指控制技术（C o n t r o l）、计算机技术（C o m p u t e r）、通信技术（C o m m u n i c a t i o n）、和C R T（C a t h o d e R a y T u b e）技术。D C S 既不同于分散的仪表控制，又不同于集中式计算机控制系统，是4C技术相互渗透发展而产生的。

幻灯片4

2.1.2D C S的发展情况

过程控制设备的发展历史，大概有以下几个阶段：30年代——机械式仪表现场操作；40年代——大型气动式仪表控制室操作；50年代——气动单元组合仪表控制室操作；60年代——电动单元组合仪表；70年代——集散控制系统。即经过了就地分散控制――模拟仪表集中控制――计算机集中控制――计算机分散控制（D C S）几个阶段。

集散控制系统从诞生之日起，已经历了三代，目前的第四代正在发展之中。

幻灯片5

●D C S开创期：1975～1980年

集散控制系统(DCS)基础培训课件

当前集散控制系统面临的挑战和机遇
与其他系统的集成和互操作性面临的机遇
工业4.0和智能制造的推动
当前集散控制系统面临的挑战和机遇
云计算、大数据等技术的应用市场需求增长和定制化服务的机会
发展趋势预测：智能化、网络化等方向
智能化
01
02
利用人工智能和机器学习技术提高系统自适应性和智能化水平
实现故障预测和自主维护，减少人工干预
[ 感谢观看 ]
实时曲线显示
将采集到的数据以曲线形式实时展示在DCS系统界面上，便于操
作人员直观了解现场状态。
历史曲线查询
提供历史曲线查询功能，可查看过去一段时间内的数据变化趋势
。
报表生成与打印
根据用户需求生成各类报表，如日报、周报、月报等，并支持打
印功能。
CHAPTER 05
系统集成与调试维护方法
DCS与其他系统集成策略探讨
硬件选型、软件配置、网络通信等方面的考虑。
调试过程中常见问题及解决方法
调试流程与规范
阐述DCS系统调试的基本流程和应遵循的规范，包括调试前的准备工作、调试过程中的注意事项等。
常见调试问题及解决方法
列举在DCS系统调试过程中可能遇到的常见问题，如信号异常、控制逻辑错误等，并提供相应的解决方法。
调试工具与技巧
执行情况检查与记录

第1章_DCS集散控制系统[1]

课程微信公众号: MagtomoLab
1.5 DCS系统组成
工程师站 EWS 操作员站 OWS 数据服务站 DSS 现场控制单元 PCU
课程微信公众号: MagtomoLab
1.5.1 EWS
1. 2. 3. 4. EWS组成系统设备组态控制功能组态操作画面组态
课程微信公众号: MagtomoLab
1、工程师站的组成
硬件系统软件系统工作站
3、编程软件
1、组态软件 2、绘图软件
系统组态建立网络、登记设备、定义信息、分配系统功能应用组态建立功能模块、构建回路、实现控制功能
课程微信公众号: MagtomoLab
2、系统设备组态
操作监控层设备组态
系统取名区域 Area 单元 Unit 点 Point 模块 Module 节点组态分配节点号、登记节点外部设备及冗余方式系统通用信息组态系统标识符、时钟源、操作台数据
课程微信公众号: MagtomoLab
6、标准编程语言
国际电工委员会IEC制订了工业控制5种标准编程语言（ IEC1131-3 ）
1、梯形图（LD）：适合于逻辑控制 Ladder Diagram 2、功能块图（FBD）：适合于典型固定复杂算法控制如 PID调节等。 3、顺序功能图（SFC）：适合于多进程时序混合型复杂控制。 4、指令表（IL）：适合于简单文本自编专用程序。 Instruction List 5、结构化文本（ST）：适合于复杂自编专用程序，如特殊的模型算法。

分散控制系统(DCS)知识讲解

分散控制系统技术规范（硬件与软件）

一、总则

1、DCS系统功能：模拟量控制(MCS)，锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、顺序控制(SCS)和数据采集(DAS)，以满足各种运行工况的要求，确保机组安全、高效运行。

2、DCS应由分散处理单元、数据通讯系统和人机接口组成。

3、DCS系统应易于组态，易于使用，易于扩展。

4、DCS的设计应采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，使其具有高度的可靠性。系统内任一组件发生故障，均不应影响整个系统的工作。

5、系统的参数、报警和自诊断功能应高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统应在功能和物理上适当分散。

6、DCS应采取有效措施，以防止各类计算机病毒的侵害和DCS内各存贮器的数据丢失。

7、整个DCS的可利用率至少应为99．9％。

二、硬件要求

1、一般要求

（1）系统使用以微处理器为基础的分散型的硬件。

（2）所有模件均应是固态电路，标准化、模件化和插入式结构。

（3）模件的编址不应受在机柜内的插槽位置所影响，而是在机柜内的任何插槽位置上都应能执行其功能。

2、处理器模件

（1）处理器模件应各司其职(功能上应分离)，以提高系统可靠性．处理器模件应使用I／O 处理系统采集的过程信息采完成模拟控制和数字控制．

（2）处理器模件带有LED自诊断、显示。

（3）处理器模件若使用随机存取存储器(RAM)，则应有电池作数据存储的后备电源，电池的更换不应影响模件的工作。

（4）某一个处理器模件故障，不应影响其它处理器模件的运行。此外，数据通讯总线故障时，处理器模件应能继续运行。

DCS集散控制系统,原理和功能

DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。

即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，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，它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，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。

首先，DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。

《DCS集散控制系统》课件

DCS集散控制系统在石油化工行业中的应用可以提高生产效率、降低生产成本、提高安全生产水平
DCS集散控制系统在石油化工行业中的应用案例包括：中石化、中石油、中海油等大型石油化工企业。
电力行业
发电厂：DCS集散控制系统在发电厂中的应用广泛，包括锅炉、汽轮机、发电机等设备的控制和监测。
输配电系统：DCS集散控制系统在输配电系统中的应用包括变电站、输电线路、配电网等设备的控制和监测。
THANKS
汇报人：PPT
设计原则：可靠性、安全性、可扩展性、可
维护性
设计方法：模块化设计、分层设计、分布
式设计
设计流程：需求分析、系统设计、详细设计、实施与测
试
设计工具：流程图、数据流图、状态图、
时序图等
系统实施流程与步骤
需求分析：分析用户需求，确定系统功能
系统设计：根据需求分析结果，进行系统
架构设计
特点：人机界面友好，操作简便
应用：广泛应用于工业自动化、电力、石化等领域
系统网络
网络拓扑结构：星型、环型、总线型等网络协议：TCP/IP、Modbus等网络设备：交换机、路由器、防火墙等网络管理：监控、配置、故障诊断等
硬件设备选型与配置
控制器：选择合适的控制器类型和型号，如PLC、DCS等输入输出设备：选择合适的输入输出设备，如传感器、执行器等通信设备：选择合适的通信设备，如网络交换机、路由器等电源设备：选择合适的电源设备，如UPS、电源模块等安全设备：选择合适的安全设备，如防火墙、安全网关等辅助设备：选择合适的辅助设备，如显示器、键盘等

集散控制系统(DCS)导论

03
DCS的主要功能
数据采集与处理
数据采集
DCS通过各种传感器和变送器实时采集现场设备的各种参数，如温度、压力、流量等。
数据处理
采集的数据经过预处理和计算，转化为有价值的信息，用于监控、控制和优化。
实时数据库
DCS具备实时数据库，用于存储和处理数据，保证数据的一致性和实时性。
监控与操作
起源
20世纪70年代，随着计算机技术和自动化技术的发展，DCS开始出现。
初期应用
初期主要应用于石油、化工等连续性生产行业。
发展趋势
随着技术的发展，DCS逐渐向智能化、网络化、集成化方向发展。
DCS的应用领域
石油、化工行业
用于监控和调节各种工艺参数，提高生产效率和产品质量。
电力行业
用于监控和调节电站运行过程中的各种参数，确保电力生产的安全和稳定。
物联网技术的应用
通过物联网技术实现设备间的互联互通，提高生产过程的自动化和智能化水平。
人工智能技术的应用
利用人工智能技术进行故障诊断、预测性维护和优化控制，提高系统的智能化水平。
安全性与可靠性的挑战
网络安全问题
随着DCS与网络的融合，网络安全问题日益突出，需要加强网络安全防护措施，确保系统的安全稳定运行。
资源回收利用
加强资源的回收利用，降低生产过程中的废弃物排放，提高资源利用效率。

DCS系统简介DCS系统

Distributed Control System

分布式控制系统

DCS系统也叫集散型控制系统，自1975年问世以来经历了二十余年的时间。这二十余年间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。所以DCS系统由过去的只应用在少数大型企业的控制系统，发展到电力、石油、化工、制药、冶金等多行业的广泛应用。特别是电力、石化这样的行业?DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed Control System)。它是基于计算机技术（Conputer)、控制技术(Control)、通讯技术(Communication)和图形显示技术(CRT)等４Ｃ技术，通过某种通信网络将分布在工业现场(附近)的现场控制站、检测站和操作控制中心的操作管理站、控制管理站及工程师站等连接起来,共同完成分散控制和集中操作、管理和综合控制的系统。

DCS之前的控制系统

单元组合仪表：采用单元组合仪表的控制系统功能单一,配置也很不灵活,无法完成比较复杂的控制。

集中式的计算机控制系统：这种系统因采用了计算机,其运算速度、数据处理能力和控制功能大大提高。但集中式计算机控制系统有着严重不足,由于系统的一个主机担负着现场数据采集、处理、控制运算、显示、打印和控制操作,这样它的控制或采集规模受限制,性能不宜提高,且危险集中,可靠性低。

早期的DCS系统采用以微处理器为基础的过程控制单元(PROCESS CONTROL UNIT),实现了分散控制 ,有各种控制功能要求的算法,通过组态独立完成回路控制;具有自诊断功能,采用可靠性技术,信号处理采取了抗干扰措施。这些技术特点在现代的DCS 系统中仍存在,另外,还采用带屏幕显示器的操作站与过程控制单元分离,实现集中监视,集中操作,系统信息综合管理,与现场控制分离。在通讯方面采用冗余通信系统,用同轴电缆作传输介质,将过程单元的信息送到操作站和上位计算机,实现了分散控制和集中管理。