集散控制系统
集散控制系统
集散控制系统特点集散控制系统（DCS）是一种以微处理器为基础的分散型综合控制系统，DCS系统综合了计算机技术、网络通讯技术、自动控制技术、冗余及自诊断技术，采用了多层分级的结构，适用现代化生产的控制与管理需求，目前已成为工业过程控制的主流系统。
集散控制系统把计算机、仪表和电控技术融合在一起，结合相应的软件，可以实现数据自动采集、处理、工艺画面显示、参数超限报警、设备故障报警和报表打印等功能，并对主要工艺参数形成了历史趋势记录，随时查看，并设置了安全操作级别，既方便了管理，又使系统运行更加安全可靠。
其特点有：1、基于现场总线思想的I/O总线技术2、先进的冗余技术、带电插拔技术po3、完备的I/O信号处理4、基于客户/服务器应用结构5、WindowsNT平台,以太网,TCP/IP协议6、OPC服务器提供互连7、Web浏览器风格,ActiveX控件支持8、ODBC,OLE技术,实现信息,资源共享9、高性能的过程控制单元。
10、支持标准现场总线11、Internet/Intranet应用支持北京宝控科技有限公司信息中心郑重声明：宝控网()转载作品均注明出处，本网未注明出处和转载的，是出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。
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1、各自技术发展的起源计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。
硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。
集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。
PLC 是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。
集散控制系统原理及应用()课件
某智能建筑中的楼宇自控系统案例
总结词
节能减排、提升居住体验
详细描述
智能建筑中的楼宇自控系统通过对建筑内的空调、照明、电梯等设备进行集中管理和智 能控制，实现了节能减排的目标。该系统通过实时监测室内外环境参数，自动调节设备 运行状态，提高了居住和工作环境的舒适度，提升了人们的居住和工作体验。同时，该
在集散控制系统的实施过程中，可能存在 与其他系统的兼容性问题，需要进行充分 的测试和调试。
05
CATALOGUE
集散控制系统的未来发展
技术创新
人工智能与机器学习
在集散控制系统中应用人工智能和机器学习技术，实现自适应控 制和优化决策。
5G通信技术
利用5G高速、低延迟的通信特性，提升集散控制系统实时数据传 输和处理能力。
边缘计算
将计算能力下沉到设备端，实现实时数据处理和快速响应，提高系 统性能和稳定性。
应用拓展
工业物联网
推动集散控制系统与工业 物联网的融合，实现设备 间的互联互通和数据共享 。
智能制造
结合智能制造需求，拓展 集散控制系统在生产流程 、质量检测等方面的应用 。
新能源领域
应用于风能、太阳能等新 能源领域，实现能源的分 布式管理和优化调度。
系统还能有效降低建筑能耗，减少对环境的影响。
THANKS
感谢观看
过程，优化生产效果。
挑战分析
技术难度
成本投入
集散控制系统的设计和实施需要专业的技 术支持，对技术人员的要求较高。
集散控制系统的建设需要较大的资金投入 ，包括硬件设备、软件购置、人员培训等 方面的费用。
维护管理
兼容性问题
由于集散控制系统涉及多个设备和模块， 其维护和管理具有一定的复杂性，需要专 业的维护团队进行支持。
DCS集散控制系统
☞与四级设备对应的四层网络 ●现场网络 ●控制网络 ●监控网络 ●管理网络
图2.1 集散控制系统的体系结构
现场网络
控制网络
监控网络
管理网络
1.现场控制级
➢典型的现场控制级设备 ●各类传感器 ●各类变送器 ●各类执行器 ➢现场控制级设备的主要任务 ●完成过程数据采集与处理。 ●直接输出操作命令、实现分散控制。 ●完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。
●常规 PID ●微分先行PID ●积分分离 ●开关控制 ●时间比例式开关控制 ●信号选择 ●比率设定
常 用 算 法
●时间程序设定 ● Smith 预估控制 ●多变量解耦控制 ●一阶滞后运算 ●超前-滞后运算 ●其他运算等
(4) 控制回路组态
➢根据控制策略的需要，将一些功能模块通过软件连接起来，构成检测回路或控制回路。
（2）控制层软件：特指运行于现场控制站的控制器中的软件，针对控制对象，完成控制功能。 其基本功能：I/O数据的采集、数据预处理、数据组织管理、控制运算及I/O数据的输出。
（3）监控软件 指操作员站或工程师站上的软件，主要完成操作人员所发出的各个命令的执行、图形与画面的显示、报警信息的显示处理、对现场各类检测数据的集中处理。
➢待机运转方式 ●同时配备两台设备，使一台设备处于待机备用状态。 ●当工作设备发生故障时，启动待机设备来保证系统正常运行。这种方式称为1:1 的备用方式。 ●对于N台同样设备，采用一台待机设备的备用方式就称为 N:1 备用。 ●待机运行方式是 DCS 中主要采用的冗余技术。
➢后退运转方式 ●使用多台设备，在正常运行时，各自分担各种功能运行。 ●当其中之一发生故障时，其他设备放弃其中一些不重要的功能，进行互相备用。
集散控制系统及应用
集散控制系统及应用集散控制系统属于一种分布式控制系统，它是由多台计算机或控制设备组成的网络，用于协同完成某个复杂的控制任务。
集散控制系统的主要目的是实现多设备的互联互通，提高整个系统的运行效率，增强系统的可靠性和适应性。
下面将对集散控制系统的基本原理和应用进行详细的介绍。
一、集散控制系统的基本原理集散控制系统的基本原理是采用分布式的思想，将一个大系统分割为多个子系统，并将这些子系统分布在不同的计算机或设备上。
每个子系统都有自己的控制器和传感器，可以实现独立的控制和监测功能。
同时，这些子系统通过网络进行通信，互相交换数据和协调工作，以实现整个系统的统一控制。
集散控制系统的基本原理包括以下几个方面：1. 分布式架构：集散控制系统采用分布式架构，将一个大系统划分为多个子系统，并将这些子系统分布在不同的计算机或设备上。
这种架构可以提高整个系统的灵活性和可扩展性。
2. 网络通信：集散控制系统中的子系统通过网络进行通信，可以实现实时的数据传输和控制指令的传递。
这样可以使系统的响应速度更快，同时可以实现远程控制和监测功能。
3. 数据交互：集散控制系统中的子系统可以实现数据的共享和交互。
通过共享数据，各个子系统可以协同工作，实现系统的统一控制。
4. 高可靠性：集散控制系统中的每个子系统都是相互独立的，即使一个子系统发生故障，不会影响整个系统的运行。
这样可以提高系统的可靠性和稳定性。
二、集散控制系统的应用集散控制系统具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 工业控制：集散控制系统可以用于工业生产中的自动化控制。
例如，在自动化生产线上，可以将不同的工作站作为子系统，通过集散控制系统进行控制和协调，实现生产线的整体控制和监测。
2. 智能建筑：集散控制系统可以用于智能建筑的控制和管理。
例如，在智能楼宇系统中，可以将空调、照明、安防等子系统连接在一起，通过集散控制系统进行统一控制。
这样可以提高建筑的能源利用效率和安全性。
集散控制(示例及应用)
系统安全稳定性的挑战与解决方案
挑战
集散控制系统需要保证安全稳定运行， 避免因系统故障或异常导致的生产事 故和安全问题。
解决方案
采用冗余技术和容错技术，实现关键控 制设备的备份和故障转移。同时，加强 系统的监控和维护，定期进行预防性检 查和测试，确保系统稳定可靠。
系统维护与升级的挑战与解决方案
挑战
集散控制系统采用分布式控制方式，将整个 系统划分为多个子系统，每个子系统具有独 立的控制功能，能够独立完成一定的控制任 务。
集中管理
信息共享
集散控制系统通过网络实现信息共享，各 子系统之间能够实时交换数据和信息，提 高整个系统的信息利用率和控制精度。
集散控制系统通过中央计算机系统实现集 中管理，对各个子系统进行统一监控、调 度和管理，确保整个系统的协调运行。
集散控制系统的控制策略
01
反馈控制
集散控制系统采用反馈控制策略，通过比较实际输出值与设定值之间的
偏差，调整控制参数，使输出值逐渐逼近设定值，达到预定的控制目标。
02 03
前馈控制
集散控制系统还采用前馈控制策略，根据输入信号的变化趋势，提前调 整控制参数，减小输出值与设定值之间的偏差，提高系统的动态响应性 能。
集散控制系统可以对电网进行 实时监控和调度，确保电力供
应的稳定和安全。
发电厂监控
集散控制系统可以对发电厂进 行全面监控，确保发电设备的
正常运行和发电效率。
智能抄表
集散控制系统可以实现智能抄 表，提高抄表效率和准确性，
降低人工成本。
分布式能源管理
集散控制系统可以对分布式能 源进行集中管理和调度，提高
能源利用效率。
集散控制系统的维护和升级需要专业的技术支持和经验丰富的工程师，同时需要保证系统的连续稳定运行。
集散型控制系统介绍
集散型控制系统介绍什么是集散型控制系统？集散型控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是一种用于监控和控制工业过程的自动化系统，它由多个分布在整个工厂或工业设施的控制单元组成。
每个控制单元负责特定的控制功能，并与其他单元进行通讯和协同工作。
DCS系统的主要目标是实现工业生产的高效率和高可靠性。
DCS系统的特点1.模块化设计：DCS系统由多个独立的模块组成，每个模块具有特定的功能，并可以根据需要进行添加或移除。
这种模块化设计使得DCS系统更加灵活和可扩展。
2.分布式架构：DCS系统的控制单元分布在整个工厂或设施的各个区域，通过网络进行通讯。
这种分布式架构使得系统更加稳定，并且可以更好地应对设备故障或通讯中断的情况。
3.实时监控：DCS系统可以实时监控工业过程中的各种参数和状态，包括温度、压力、流量等。
监控数据可以通过图形界面直观地展示给操作员，帮助他们进行决策和调整。
4.集中管理：DCS系统通过中央控制台进行集中管理，操作员可以通过该控制台对各个控制单元进行配置和控制。
集中管理使得系统维护和管理更加简便，并且可以提高工作效率。
5.数据记录与分析：DCS系统可以记录和存储工业过程中的各种数据，如生产数据、报警记录等。
这些数据可以用于后续的分析和决策，帮助工厂或设施提高生产效率和质量。
DCS系统的应用领域DCS系统广泛应用于各个工业领域，特别是对于那些需要高度自动化和精确控制的工艺过程来说，DCS系统是不可或缺的工具。
下面是一些常见的DCS系统应用领域：•电力行业：DCS系统被用于发电厂和电网的控制和监测，可以实现对电力设备的远程操作和维护。
•石油和化工：DCS系统在炼油、化工生产和储运过程中起到关键作用，可以提高生产效率和安全性。
•制造业：DCS系统可以应用于各种制造过程的控制和监控，如汽车制造、钢铁生产等。
•水处理：DCS系统可以用于水处理厂的运行和监测，实现对水质和水压的控制。
DCS简介
DCS(集散控制系统)简介集散控制系统简称DCS，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。
它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。
其主要特征是它的集中管理和分散控制。
目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。
DCS通常采用分级递阶结构，每一级由若干子系统组成，每一个子系统实现若干特定的有限目标，形成金字塔结构。
可靠性是DCS发展的生命，要保证DCS的高可靠性主要有三种措施：一是广泛应用高可靠性的硬件设备和生产工艺；二是广泛采用冗余技术；三是在软件设计上广泛实现系统的容错技术、故障自诊断和自动处理技术等。
当今大多数集散控制系统的MTBF可达几万甚至几十万小时。
1.集散控制系统的发展趋势近年来，在DCS关联领域有许多新进展，主要表现在如下一些方面。
(1)系统功能向开放式方向发展传统DCS的结构是封闭式的，不同制造商的DCS之间难以兼容。
而开放式的DCS将可以赋予用户更大的系统集成自主权，用户可根据实际需要选择不同厂商的设备连同软件资源连入控制系统，达到最佳的系统集成。
这里不仅包括DCS与DCS的集成，更包括DCS与PLC、FCS及各种控制设备和软件资源的广义集成。
(2)仪表技术向数字化、智能化、网络化方向发展工业控制设备的智能化、网络化发展，可以促使过程控制的功能进一步分散下移，实现真正意义上的“全数字”、“全分散”控制。
另外，由于这些智能仪表具有的精度高、重复性好、可靠性高，并具备双向通信和自诊断功能等特点，致使系统的安装、使用和维护工作更为方便。
(3)工控软件正向先进控制方向发展广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向，主要包括先进控制、过程优化、信息集成、系统集成等软件的开发和产业化应用。
在未来，工业控制软件也将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。
(4)系统架构向FCS方向发展单纯从技术而言，现阶段现场总线集成于DCS可以有三种方式：①现场总线于DCS系统I/O总线上的集成――通过一个现场总线接口卡挂在DCS的I/O总线上，使得在DCS控制器所看到的现场总线来的信息就如同来自一个传统的DCS设备卡一样。
集散控制系统
集散控制系统集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS 系统。
该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。
集散控制系统一般有以下四部分组成：1）场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。
输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。
这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。
比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。
它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。
在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。
拿军队来举例的话，可以形容为最底层的士兵。
它们只要能准确地服从命令，并且准确地向上级汇报情况即完成使命。
至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。
由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。
2）过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。
生产工艺的调节都是靠它来实现。
比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。
上面说到现场控制级是“士兵”，那么给它发号施令的就是过程控制级了。
它接受现场控制级传来的信号，按照工艺要求进行控制规律运算，然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。
集散控制系统名词解释
集散控制系统名词解释
集散控制系统：
集散控制系统是一种复杂的控制系统，主要应用于有关的反馈控制和数据采集，是一系列用于自动控制的技术的总和。
它由一系列控制设备、软件和系统组成，可以实现综合管理和控制，以确保机器和系统的良好运行。
它可以实现电力设备、信息技术设备和设备的多种组合，以实现集中控制和数据采集的功能。
集散控制系统的控制模型可以分为两种：集中控制和分散控制。
集中控制是将所有设备和系统集中控制在一起，将控制和监控设备联系在一起，使它们有效地运行。
集中控制的优势在于控制设备的效率高，在短时间内可以改变设备的配置，即便在遥控控制时也能有效的实现控制。
分散控制的模型指的是将控制和监控系统分布在网络的各处，通过通讯技术进行数据的采集和分析，以实现集中控制的效果。
分散控制的优势在于，设备分布在各地，操作更加方便，数据传递更加快速，有利于实现更高效地工作环境。
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集散控制系统
集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。
是相对于集中式控制系统而言的一种新型的计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通信（communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其设计原则是分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调，大大提高了系统的可靠性。
DCS由上而下形成多级控制结构，即过程控制级、集中监控级和生产管理级，采用网络方式实现各级间的信息传递。
DCS既不同于分散的常规仪表控制系统，又不同于集中式计算机控制系统，而是吸收了两者的优点，在它们的基础上发展起来的一门系统工程技术，具有很强的生命力和显著地优越性。
1975年12月，美国霍尼韦尔（HoneyWell）公司推出TDC-2000集散控制系统，成为最早提出集散控制系统设计思想的开发商。
从而开始了DCS的初创阶段（1975-1980）这个时期的系统的特点是：比较注重控制功能的实现，系统的设计重点是现场控制站；系统的人机界面功能则相对较弱，在实际中只用CRT操作站进行现场工况的监视，使得提供的信息也有一定的局限；在功能上更接近仪表控制系统；各个厂家的系统均由专有产品构成，包括高速数据通道、现场控制站、人机界面工作站及各类功能性的工作站等，不仅系统的购买价格高，系统的维护运行成本也高。
可以说，DCS的这个时期是超利润时期，其应用范围也受到一定的限制。
第二阶段（1980-1985）是DCS的成熟期。
这一时期的DCS系统最大的特点是引入了局域网作为系统骨干，按照网络节点的概念组织过程控制站、中央操作站、系统管理站及网关，使得系统的规模、容量进一步增加，系统的扩充有更大的余地，也更加方便在功能上，这个时期的DCS逐步走向完善，除回路控制外，还增加了顺序控制、逻辑控制等功能，加强了系统管理站的功能，可实现一些优化控制和生产管理。
集散控制系统原理及应用
集散控制系统原理及应用集散控制系统是一种常用的自动化控制系统，广泛应用于各个领域。
本文将从原理和应用两个方面来介绍集散控制系统。
一、集散控制系统的原理集散控制系统是由多个分布在不同位置的控制单元组成的。
每个控制单元负责控制一个或多个设备或过程，通过网络互相连接，实现数据的传输和控制命令的交互。
集散控制系统的核心是集中控制器，它负责接收和处理各个控制单元传来的数据，并根据预设的控制策略来下发控制指令。
集散控制系统的主要特点是分布式控制和集中管理。
分布式控制指的是各个控制单元可以独立运行，具有一定的自主性，可以根据需要进行本地的控制和决策。
集中管理指的是通过集中控制器来进行统一的协调和管理，实现对整个系统的监控和控制。
集散控制系统的通信方式一般采用现场总线技术，如Profibus、Modbus、CAN等。
这些现场总线可以实现高速、可靠的数据传输，满足系统对实时性和可靠性的要求。
此外，集散控制系统还可以与上位机或其他系统进行连接，实现与其他系统的数据交换和共享。
二、集散控制系统的应用集散控制系统广泛应用于工业生产、能源管理、交通运输、环境监测等领域。
以下列举几个常见的应用案例。
1. 工业自动化在工业生产中，集散控制系统可以实现对生产过程的自动化控制。
例如，在汽车制造工厂中，集散控制系统可以对各个生产线上的机器人进行统一的调度和控制，实现整个生产过程的自动化。
2. 水处理在水处理领域，集散控制系统可以实现对水处理设备的监控和控制。
例如，在污水处理厂中，集散控制系统可以实时监测污水的流量、浓度等参数，并根据设定的控制策略来控制化学药剂的投加量，保证污水处理的效果。
3. 电力系统在电力系统中，集散控制系统可以实现对电力设备的监控和调度。
例如，在变电站中，集散控制系统可以监测电力设备的运行状态，并根据电网负荷的变化来调节发电机组的输出功率，保证电网的稳定运行。
4. 智能建筑在智能建筑中，集散控制系统可以实现对建筑设备的集中管理和控制。
集散控制系统
第一章 集散控制系统的基本概念
DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产 物．
DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程 中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可 进行数据交换．操作采用计算机操作站，通过网络与控制 器连接，收集生产数据，传达操作命令．而且，随着计算 机技术的发展，网络技术已经使集散控制系统不仅主要用 于分散控制，而且向着集成管理的方向发展，系统的开放 不仅使不同制造厂商的集散控制系统产品可以互相连接， 而且使得他们可以方便地进行数据的交换，系统的开放也 使第三方的软件可以方便地在现有的集散控制系统上应 用．
络中的每一个站上，最多可连接１０００ 多个站点． FDDI传输介质采用多模光纤时， 两站间不需要中继器，其最大间距为２Ｋ
第二节 集散控制系统的基本结构
CRT/液晶操作站（CRT Operation Station）是 DCS中最主要的人－机接口（另一种人－机 接口是地区层的显示操作面板）． CRT操 作站分运行人员操作站和工程师操作 站．运行人员操作站主要完成各种设备的 启动、停止或操作开关增减及生产的监视 等．工程师操作站主要完成系统组态、软 件开发等．工程师站提供如下系统配置和 组态功能．
第三节 集散控制系统的特点
（２）以微处理器为核心 DCS以微处理器为核 心，操作站、现场控制站都设置了微机，I/O端口、 数据通讯等都设置了数据交换机，它凝聚了计算 机的先进技术，成为应用计算机最完善、最丰富 的领域．它实现了实时记录、逻辑判断、顺控处 理、数据运算处理、自动检测、自动诊断等多方 位的功能，同时根据需要还可以提供各种软件包， 以实现一些特殊的功能．
第二节 集散控制系统的基本结构
集散控制系统
1.集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散型控制系统；是一类集中管理，分散控制的共用控制，共用显示的开放的仪表计算机控制系统；主要特点集中管理和分散控制；分级递阶控制，分散控制，信息管理与集成，自治和协调，开放系统；结构通信系统，操作管理装置和分散过程控制装置组成。
2.分级递阶控制垂直分级至少有两个分级，即操作管理级和过程控制级；水平分级各过程控制级之间是互相协调的分级，它们把数据向上送达操作管理级，同时接受操作管理级的指令，各水平分级之间也进行数据交换；信息结构自下向上逐渐集中，自上而下逐渐分散。
优点各分级具有各自的分工范围，相互间由上一级协调3.开放系统特点可移植性、可操作性、可适宜性和可用性定义以规范化与实际存在的接口标准为依据而建立的计算机系统，网络系统及相关的通信系统4.各级功能现场控制级采集过程数据，对数据进行数据转换；输出过程操作命令；进行直接数字控制；完成与过程装置控制级的数据通信；对现场控制级的设备进行检测和诊断过程装置控制级采集过程数据，进行数据转换和处理；数据的监视和存储；实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控制作用；数据和设备的自诊断；数据通信车间操作管理级数据显示与记录；过程操作（含组态操作、维护操作）；数据存储和压缩归档；报警、事件的诊断和处理；系统组态、维护和优化处理；数据通信；报表打印和画面硬拷贝车间操作管理级优化控制；协调和调度各车间生产计划和各部门的联系；主要数据的显示、存储和打印；数据通信。
5.分散控制结构表现为组织人事的分散、地域的分散、功能的分散、负荷的分散6.递阶控制结构多层结构：a直接控制层：一般的简单控制b优化控制或监视层：对象数学模型和参数已知，确定直接控制层的控制器的设定值c学习层或自适应层：对实际系统的观测来辨识优化层中所使用的数学模型结构和参数，使模型和实际过程一致。
d自组织层：按系统总控制目标选择下层所用的模型结构、控制策略等。
多级结构：为了减少同一级的各子系统之间信息的交换和决策的冲突，在分散的各决策子系统添加一级协调级。
第一章 集散控制系统概述
☞而采用一台计算机工作、 另一台计算机备用的双机 双工系统，或采用常规仪 表备用方式，虽可提高控 制系统的可靠性，但成本 太高，如果工厂的生产规 模不大，则经济性更差， 用户难以接受。因此，有 必要吸收常规模拟仪表和 计算机控制系统的优点， 并且克服它们的弱点，利 用各种新技术和新理论， 研制出新型的控制中型计算机控制系 统相比，具有十分显著的特点。
(1)系统构成灵活
☞从总体结构上看，DCS可以分为通信网络和工作站两大 部分，各工作站通过通信网络互连起来，构成一个完 整的系统。工作站采用标准化和系列化设计，硬件采 用积木搭接方式进行配臵，软件采用模块化设计，系 统采用组态方法构成各种控制回路，很容易对方案进 行修改。用户可根据工程对象要求，灵活方便地扩大 或缩小系统的规模。
☞20 世纪 70 年代初，大规模集成电路的问世及微处理 器的诞生，为新型控制系统的研制创造了物质条件。 同时，CRT 图形显示技术和数字通信技术的发展，为 新型控制系统的研制提供了技术条件，现代控制理论 的发展为新型控制系统的研制和开发提供了理论依据 和技术指导。根据“危险分散”的设计思想，过去由 一台大型计算机完成的功能，现在可以由几十台甚至 几百台微处理机来完成。各微处理机之间可以用通信 网络连接起来，从而构成一个完整的系统。
☞*集中操作管理装臵是人与DCS联系的接口，按其功能 又可分为操作员工作站（简称操作站）、工程师工作 站（简称工程师站）和监控计算机（又称上位机）等。 通信系统（又称通信网络）是DCS的中枢，它将DCS的 各部分连接起来构成一个整体。因此，操作员站、工 程师站、监控计算机、现场控制站、数据采集站和通 信系统等是构成DCS的最基本部分，如图1 所示。
☞初创期DCS的典型代表有：美国霍尼威尔 (Honeywell) 公 司 的 TDC-2000 ， 福 克 斯 波 罗 (Foxboro) 公 司 的 SPECTRUM，日本横河 (YOKOGAWA) 公司的 CENTUM 及 德国西门子 (Siemens) 公司的 TELEPERM M 等。
集散控制系统原理及应用
该工业自动化生产线采用集散控 制系统实现了生产流程的自动化 控制和智能化管理。
系统还能够根据实际生产需求调 整设备参数和生产计划，提高了 生产效率和产品质量，降低了人 工干预和生产成本。
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发展历程
经历了模拟仪表、工业控制计算机、集中式数字控制系统、集散控 制系统等多个阶段。
发展趋势
随着物联网、云计算、大数据等技术的发展，集散控制系统将向智 能化、网络化、集成化方向发展。
集散控制系统的基本组成
中央计算机系统
包括主控计算机、操作员站、工程师站等， 负责系统的监控、操作和优化。
通信网络
连接中央计算机系统和分散控制单元，实现 数据传输和共享。
通过中央计算机系统实 现生产过程的监控、操 作和优化。
采用多台微处理器分散 控制，提高系统的可靠 性和灵活性。
建立高速通信网络，实 现各节点之间的信息传 输和数据共享。
支持多种通信协议和软 件接口，便于系统集成 和升级。
集散控制系统的历史与发展
起源
20世纪70年代初期，随着计算机和通信技术的发展，集散控制系 统开始出现。
该化工厂采用集散控制系统对生产过程 进行集中监控和分散控制，实现了生产 流程的自动化和智能化。
案例二：某电力企业的集散控制系统应用
详细描述
该电力企业采用集散控制系统对 电网进行实时监测和调控，确保 了电网的稳定运行和安全供电。
通过集散控制系统的数据采集和 传输功能，实现了对电网设备的 远程监控和维护，降低了运维成 本和人力投入。
兼容性问题
不同品牌的集散控制系统之间可能存 在兼容性问题，导致信息互通和数据
共享方面存在障碍。
成本较高
集散控制系统的建设和维护成本较高， 对企业来说是一笔不小的投入。
集散控制系统
集散控制系统(DCS)又名分布式计算机控制系统,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。
DCS系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能。
是完成过程控制、过程管理的现代化设备。
与常规的集中式控制系统相比有如下特点：1．实现了分散控制。
它使得系统控制危险性分散、可靠性高、投资减小、维护方便。
2．实现集中监视、操作和管理。
使得管理与现场分离，管理更能综合化和系统化，3．采用网络通信技术，这是DCS的关键技术，它使得控制与管理都具实时性，并解决系统的扩充与升级问题。
前面讲了DCS系统是集计算机技术、控制技术、网络通信技术和图形显示技术于一体的系统。
那就需要计算机、图形显示技术（软硬件件开发、系统维护），控制技术（系统工程师、硬件接口），网络通信技术（网络通讯技术及协议标准制定）。
a. 计算机、图形显示技术（软硬件件开发、系统维护）:DCS系统的软件技术包括如下方面：用于控制组态的软件和图形监视软件、各DI、DO、AI、AO及专用功能模件的嵌入式操作系统软件及控制、管理软件。
用于完成系统要求的硬件平台，如工程师站计算机系统、操作员站计算机系统、DCS机柜内的通用、专用模件。
所有软件的运算、控制指令必须经过与此相配的硬件系统执行。
b. 控制技术（系统工程师、硬件接口）完成整个控制系统要求的专业化技术知识。
应该熟悉控制对象的工艺过程、特性及要求。
c. 网络通信技术（网络通讯技术及协议标准制定）。
DCS具有一定的通讯手段，为了兼容今后的FCS系统，应具备多种现场通讯手段或通讯转换卡件。
需要熟悉多种通讯协议和接口（集线器、交换器、服务器及光纤通讯、光电转换接口等）。
集散控制系统(DCS)
集散控制系统(DCS)集散控制系统(DCS)，是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节、监视管理的控制技术。
其特点是以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全局的目的。
系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。
集散控制系统一般有四部分组成：（1）过程输入输出装置；（2）过程控制装置；（3）操作接口；（4）数据通讯系统。
集散控制系统也叫分布式控制系统，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（b ps），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。
集散控制系统(DCS)导论
制药行业
用于监控和调节制药生产过程 中的各种参数，确保药品质量 和生产的稳定性。
食品行业
用于监控和调节食品加工过程 中的各种参数，确保食品质量
和生产的卫生安全性。
02
DCS的体系结构
硬件体系结构
操作站
提供人机界面，方便操作员监 控和操作整个系统。
服务器
提供数据存储、备份、恢复等 功能。
现场控制站
负责采集和处理现场数据，执 行控制算法，输出控制信号。
工程师站
用于开发和维护系统，配置系 统参数，组态软件等。
输入输出设备
如传感器、执行器等，用于与 现场设备进行通信。
软件体系结构
系统软件
包括操作系统、数据库管理系统等，是整个 系统的支撑软件。
应用软件
根据具体控制需求开发的专用软件，实现特 定的控制功能。
人机界面技术
总结词
人机界面技术提供操作员与系统之间的交互界面，使操作员能够监控和控制系统的运行。
详细描述
人机界面技术包括图形界面设计、动态数据展示、操作控制、报警处理等功能。它使用计算机显示技 术，以图形、文本、动画等形式展示系统状态和数据，并提供操作工具，如鼠标、键盘等输入设备。
控制算法与策略
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。