第9章_计算机过程控制系统

2、同等——同等通信网络中，每个网络设备都有要求使用且控制网 络的权力，能够发送或访问其它网络设备的信息。
这种通信方式也称为接力式或令牌式系统，网络的控制权力可 以看作是一个设备到另一个设备的接力或令牌式传递。其特点正好与 主——从系统相反。由于每个网络设备都有权控制网络的数据通信， 控制权该由哪个设备占用、占用多长时间以及网络上通信的类别等实 现起来既复杂又困难，优点是一个或几个设备发生故障时，并不影响 整个通信网络的正常运行。 二、通信网络的组成 集散控制系统的通信网络主要由两部分组成，即传输电缆（或其他媒介） 和接口设备。传输电缆有同轴电缆、双股电缆、屏蔽双绞线、光缆等；接口 设备通常称为键路接口单元，或称调制－解调器、网络适配器等。
9.1.2.2 过程管理级：
集散控制系统的过程管理级是为实现集中操作和统一管理而设置的。 其主要设备有操作站和通信设备等。操作站是由通信电缆将分散于生产现 场的过程控制单元（PCU）、过程输入/输出单元（PIU）连接而成，可分 为操作员级和工程师级。
操作站结构框图
XL
的CRT操作员级画面调用示例图
9.2.2 现场总线的通信模型
9.2.2.1 开放系统互连模型（OSI)
9.2.2.2 现场总线的通信模型
1．通信模型的制定原则与一般结构
①不完全OSI模型 ②结构越简单越好 ③不同总线通信模型不同
2．典型现场总线的通信模型
（1）基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）模型
2.总线结构：

在这种结构中所有节点通过接口连接到一条数据 通道（总线）上，节点发送到总线的数据同时被 所有节点所接收，但每个节点只接收以本节点为 目的地址的数据。每次只允许一台设备发送数据， 这样就需要按一定访问方法来决定哪一个节点占 有网络。网络结构简单，系统可大可小，易于扩 展。若某一设备发生故障，不会影响整个系统。 这种结构是目前广泛应用的一种形式。

接口电子设备通常称为链路接口单元（或称调制解调器、网络适配器 等），其的功能是控制数据交换、传送存取等。DCS通信控制的典型功能包 括：误码检验、数据链路控制管理以及与可编程控制器、控制单元或计算机 之间的通信协议的处理等
三、通信网络的拓扑结构 1.星形结构：

右图所示的星形网络结构属于主——从形 式的网络系统。网络中各主、从站之间链 路专用，传输效率高，通信简单。但主站 承担全部信息的协调与传输，一旦发生事 故，系统通信立即中断。
阀位极限
积分极限
报警极限
设定值 比率（Ratio） 偏置
调整常数，增量 （KA） T（K1） T（K2） TD 按需要调整 按需要调整
正常操作方式
串级
自动
9.2 基于现场总线的过程控制系统
9.2.1 现场总线的基本概念
1 、现场总线及其应用。。。 现场总线就是连接智能测量与 控制设备的全数字式、双向传 输、具有多节点分支结构的通 信链路。 2 、现场总线的特点 （1）结构特点：与传统控 制系统的结构对比如图。 （2）技术特点： 1）开放性 2）互可操作性和互用性 3）智能性与功能自治性 4） 结构的高度分散性 5）对现场环境的适应性
9.1 集散控制系统
9.1.1 集散控制系统概述
一、集散控制系统的基本概念 1 、集中型过程计算机控制系统。。。 问题： 1）系统主机过于庞大，一旦出现故障，影响全局，可靠性差； 2）同一台计算机完成多种不同的任务，工作效率低； 3）信息源（检测点）和执行器距离主机远，传输信息的线路费用高； 4）缺乏灵活性与可扩展性。 2 、分散型过程计算机 控制系统。。。 3、 集散型过程计算机 控制系统 集散控制系统的 基本结构由分散控 制装置、集中操作 与管理系统和通信 系统三部分组成。
3.环形网络结构：

网络首尾相连成环形。网络信息的传送是从始发站 经过其余各站最后又回到始发站。数据传输方向可 单向也可双向，环形网络结构简单，挂接或摘除处 理设备容易，但是若节点处理器或数据通道有障碍 时会影响整个系统。
4.复合形网络结构：

适用于分级管理和控制系统。与星形结构 相比，由于通信线路总长度较短，故成本 低，易推广，但结构较星形复杂。网络中 任一节点或连线的故障均影响其所在支路 网络的正常工作。
TDCS-3000系统构成框图
9.1.3 集散控制系统的通信网络
一、通信网络的形式 集散控制系统的通信网络一般采用两种基本形式，即主－从形式 和同等－同等形式。
1、主——从通信网络系统。其中主站一般是微型计算机或大型工作站，负责 处理网络设备之间的网络通信指挥任务；从站或称从属设备，多为现场控制 设备如可编程控制器、现场控制站等。 在主——从通信网络中，主站采用独立访问每个从属设备的方式，实现主设 备和被访问从属设备之间的数据传送，从属设备之间不能直接通信 主——从网络具有整体控制网络通信的优点，缺点是整个系统内的通信全部 依赖于主站。
中型集散控制系统。。。
大型集散控制系统。。。
MOPS，MOPL－操作站； PLC－可编程控制器； SC—信号变换器； MEXU—I／O扩展单元； MFCD—现场控制单元；
AIWS－人工智能站,ECMP—计算机,ENGS-工程师 站, EOPS—中央操作站, PRIN—打印 机,COPY—拷贝机,COPYSY—局部操作站, CFCSZ／PFCS—现场控制站,CFCD／EFCD—双重 化控制站, YEWCOM－9000－管理计算机, CFMSZ／CFCDI—现场监视站 CFBSZ—高分散控
（6）采用面向过程的语言， 操作使用简单方便 过程控制单元的功能图
四、集散控制系统的主要类型
（1）按集散控制系统的发展历程划分 第一代智能控制系统。。。 第二代智能控制系统。。。
第三代智能控制系统。。。
（2）按集散控制系统的规模划分
小型集散控制系统。。。
ULFU－通信接口单元 UFCH－现场控 制单元 UFMH—现场监视单元 CNN—信号变换器 YS－80—数字调节器 ULDU－盘装 式仪表
3．现场总线通信方式的实现
说明： 微处理器CPU实现数据链路层和应用层的功能； 通信控制单元实现物理层的功能，完成信息帧的编码和解码、帧校验、 数据的发送与接收； 媒体访问单元的主要功能是发送与接收符合现场总线规范的信号。
目前现场总线通信模型众多，妨碍了现场总线技术的发展。依靠市场 的力量，发展共同遵从的统一的现场总线标准规范模型，真正形成开放 互连的现场总线网络系统，是大势所趋。几种可能的解决方案为： 1）各种现场总线统一到1～2种，这种可能性几乎很小； 2）采用已经是通用的国际标准以太网（Ethernet）、TCP/IP等协议，并 解决它在工业控制中应用存在的有关问题。既便这样，它也不可能全部 占领自动化市场； 3）开发所有现场总线的通用接口（如计算机的USB接口一样），这样做虽 然成本很高，但比较可行，因为它能保证各公司的利益。
9.1.3 集散控制系统的软件及组态
1、集散控制系统的软件配置 基于主计算机的软件配置。。。 基于控制设备的软件配置。。。
2．控制算法的组态 （1）组态字的构成。。。 （2）组态步骤 ： 1）画出控制系统框图； 2）画出组态字功能图。 3）确定各槽路的有关特征，填 写组态数据表 ；
DCS应用软件组态是在系统硬件和系统软 件的基础上，用软件组态方式将系统提供 的功能块连接起来达到过程控制的要求。 例如模拟控制回路的组态是将模拟输 入卡与选定的控制算法连接起来，再通过 模拟输出卡将控制输出的结果送到执行器。

监督级、工程师级等
3．组态举例 某加热炉燃料流量与出料温度组成 的串级调节系统流程图（如下）：
组态字功能图
组态数据表
Slot编号 调节器 CONF CONF＋HI CONF＋LO CONF＋HI＋LO 量程 0％ 100％ LO HI LO HI LO HI （SP） 1 FC 0113 1120 1001 1011 0kg／h 1000kg／h －6. 9％ 106. 9％ －5. 00％ +105. 00％ 600kg／h 800kg／h Slot2输出 100％ （Bias） 0 2 TC 0101 2123 1610 0010 0℃ 200℃ 20％ 80％ 30％ 70％ －10％ ＋5％ 120℃ 100％ 0
集散控制系统的结构及相互关系
二、集散控制系统的功能
（1）数据采集功能。。。 （2）监视操作功能。。。 （3）过程控制功能。。。
三、集散控制系统的特点
（1）功能分散
1）分散信 5）分散供电 （2）信息综合与集中管理
（3）局域网通信技术
（4）高可靠性 （5）构成灵活与扩展方便
9.1.2.3 生产管理与经营管理级 集散控制系统的过程控制级和过程管理级实现了生产装置或生产过程的 集中操作和分散优化控制，而生产管理和经营管理级则对整个企业的生产和 经营实现最优化管理。
LCN为局部控制网络; US为通用操作站; CG、HG、PG、UG为 通信网络连接器; CM为计算模件; BC为基本控制器; RBC为备用基本控制器; RCD为备用控制器指挥器; AM为应用模件; MC为多功能控制器; HM为历史模件; RMC为备用多功能控制器; RMCD为备用多功能控制器指挥器; PIU为过程接口单元; LOS为局部操作站。
9.1.2 集散控制系统的递阶结构
集散控制系统结构自下而上可分为过程控制级、过程管理级、 生产管理级和经营管理级。 9.1.2.1 过程控制级 1.过程控制单元（PCU）的硬件结构 （1）基于微型机的硬件结构。。。 （2）I／O与通用卡硬件结构。。。
（3）串行通信总线+模件结构。。。 （4）节点工作站结构。。。
（5）过程控制单元的主要功能： ①反馈控制功能；②顺序控制功 能； ③批量控制功能；④数据采集与 处理功能； ⑤数据通讯功能；⑥本地操作与 监视功能。
2.过程接口单元（PIU)的硬件结构 在工业生产过程控制中，将完成非控制变量的采集或直接输出的装 置称为过程接口单元（PIU），过程接口单元按输入信号的种类、采集速 度的大小与使用的现场将其分为三类：HLPIU ， LLPIU ，LEPIU 。上述 三种类型的通用部分通用卡文件夹（CCFA）结构如下：