集散系统
集散控制系统应用现状及其发展
集散控制系统应用现状及其发展
集散控制系统（DCS）是由多个控制器、感知器、设备、通信模块等多个分散节点，通过网络连接在一起，组成了一个用于控制工业、化工、能源等领域自动化生产过程的高级控制系统。
其应用现状和未来发展趋势如下：
1.应用现状：DCS已被广泛应用于自动控制领域，可实现对生产过程的全面监控和控制，提高了生产效率和质量。
在大型石化、冶金、电力等行业，DCS 占据了组态设计、开发调试、运行管理等重要位置。
2.技术趋势：目前，DCS系统正朝着智能化和高可靠性方向发展。
其中，智能化表现为更为先进的算法和软件实现了对温度、压力、液位等关键参数的更为准确计算和控制；高可靠性是指旨在实现对关键装置和设备的全方面监控和预测，以提高安全和生产效率。
3.微型化趋势：随着物联网技术的迅速发展，DCS正朝着网络化、可编程、微型化的方向发展。
正如工业互联网的发展趋势之一，DCS将更加智能化，涵盖物理模型、数学模型和算法等多种技术手段，同时也更加智能、集成、可编程。
4.统一化趋势：DCS系统逐渐实现多厂商、多设备之间的互联互通，即实现了统一化。
这不仅可以降低投资成本，同时也方便了维护和管理，降低了操作风险。
5.智慧化趋势：DCS系统正在向智慧化方向发展。
通过对生产数据的采集和分析，可以实现对生产过程的预测和优化，进而提高自动化生产效率，降低生产成本。
集散控制系统（DCS）作为工业自动化控制领域的核心技术之一，始终处于不断发展与创新的过程中，未来将以更为智能化、微型化、统一化和智慧化等形式，助力实现工业自动化智能化转型升级。
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（Distribution Control System，简称DCS）是一种基于计算机网络的自动化控制系统，用于集中控制和监视复杂的工业过程。
它由许多分布在整个工厂或工艺中的控制单元组成，这些控制单元通过网络互连，在一起协同工作，以实现对整个过程的控制。
集散控制系统的原理是通过采集和传递数据，实现对过程的实时监测和控制。
它主要包括以下几个组成部分：1. 传感器和执行器：用于采集过程变量和控制信号。
传感器将过程中的物理量转换成电信号，例如温度、压力、流量等。
执行器根据控制信号执行一定的操作，例如开关、调节阀等。
2. 控制单元：集散控制系统中最核心的部分，由计算机硬件和软件组成。
控制单元负责采集、处理和分析传感器采集的数据，在此基础上生成控制信号，并通过执行器将其发送给控制对象。
3. 通信网络：用于连接不同的控制单元，实现数据的传输和共享。
通信网络可以是以太网、现场总线等。
通过网络连接，各个控制单元之间可以实现数据的共享和协同工作。
4. 人机界面：提供人机交互的界面，使操作人员能够直观地监视过程状态、进行操作和维护。
人机界面通常采用图形化显示，包括监视画面、报警提示、操作按钮等。
集散控制系统的应用非常广泛。
它可以用于石油化工、电力、水处理、冶金等工业领域的各种生产过程的控制和监测。
具体应用包括：1. 石油化工：集散控制系统可以用于炼油、化工生产等领域。
通过实时监测和控制温度、压力、流量等参数，可以保证工艺过程的稳定运行。
2. 电力系统：集散控制系统可以用于电力发电和配电系统的监控和控制。
通过集中管理各个发电单元、调度用电负荷，可以实现电力系统的高效运行。
3. 水处理：集散控制系统可以用于水处理过程中的污水处理、给水处理、制水等。
通过实时监测和控制水质、水流等参数，可以提高水处理的效率和质量。
4. 冶金：集散控制系统可以用于冶金工业中的钢铁生产、铸造等过程的控制。
通过实时监测和控制温度、压力、流量等参数，可以保证冶金过程的稳定性和产品质量。
集散控制系统
集散控制系统一个典型的DCS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：现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。
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。
简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能
一、简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能（画出通用结构图、各部分硬件组成和实现的功能）答：按照DCS各组成部分的功能分布，所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。
与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。
1）现场控制级设备的任务主要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；完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。
2）过程控制级的主要功能是采集过程数据，进行数据转换与处理；对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；现场设备及I/O 卡件的自诊断；与过程操作管理级进行数据通信。
3）过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。
操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管理装置。
工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。
工程师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种图样、表格等。
监控计算机的主要任务是实现对生产过程的监督控制，如机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。
根据产品、原材料库存以及能源的使用情况，以优化准则来协调装置间的相互关系，以实现全企业的优化管理。
4）经营管理级是全厂自动化系统的最高一层。
主要功能是监视企业各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。
它从系统观念出发，从原料进厂到产品的销售，市场和用户分析、定货、库存到交货，生产计划等进行一系列的优化协调，从而降低成本，增加产量，保证质量，提高经济效益。
（集散控制系统的体系结构图）集散控制系统的硬件结构控制站，进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。
IO柜
一、集散系统的概念。
集散就是指整个生产过程的全部操作、显示集中在同一个操作规程台进行。
分散控制就是有多个微处理机分散承担生产过程的控制，每个微处理机只控制少量回路。
集散系统是集中监视、操作、管理和分散控制。
二、集散系统的构成。
由过程控制装置、数据采集装置、人—机接口装置、监控计算机和通信系统等5个基本组成部分。
（一）、过程控制装置（控制站）1、组成及作用：过程控制装置是由微处理机、内部总线、接口和过程通道几部分组成。
它是现场控制站，它可以控制一个或多个回路，具有较强的运算能力和多种控制能力。
2、各部分的组成（1）微处理机：它是过程控制的核心。
它主要由微处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM）和输入/输出接口组成。
它存储各种程序和数据，根据过程通道输入的过程信息进行相应的处理、分析、运算和判断，产生所需的控制信息，并通过过程通道和现场控制仪表作用于被控对象。
（2）过程通道：又分为过程输入通道及输出通道，它是过程控制装置与生产过程之间信息传递和变换的桥梁。
过程输入通道把传感器或变送器输出的信息变换成微处理机所能接受识别的代码，而输出通道则把微处理器输出的控制命令和数据变换成执行器所接受的控制信号，以实现对生产过程的控制。
过程输入通道包括模拟量输出通道、开关量输出通道及脉冲量输出通道等。
内部总线连接了微处理器、存储器、过程通道接口和通信接口等部分。
（3）接口：它是微处理器与外界交换信息的通道。
它是过程通道，外部设备与微处理器总线的信息交换部件。
（二）、数据采集装置（检测量站）作用：它是采集非控制变量信息，进行数据处理，经通信系统送给人—机接口装置或监控计算机。
（三）、人—机接口装置（操作站）人—机接口装置是由微处理机、CRT显示器、键盘、大容量外部存储器、打印机和硬拷贝机等组成，它是人和机器系统与外界联系的窗口。
集散系统的人—机接口装置一般采用16位或32位微处理器。
CRT显示器和微处理器构成智能显示装置，它以分级显示的方式反映生产过程的运行状态。
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基于集中控制和分散执行的控制系统。
它通过将任务分配给不同的子系统执行，从而实现对整个系统的控制和监测。
集散控制系统的原理是将需要控制的对象分为若干个子系统，每个子系统由一个独立的控制单元负责控制。
这些控制单元通过通信网络进行相互连接和信息交换，从而实现系统的集中控制。
在集散控制系统中，有两种常见的通信方式：点对点通信和总线通信。
点对点通信是指每个子系统之间通过独立的通信线路进行信息传输，而总线通信则是通过一个共享的通信总线将所有子系统连接起来。
无论采用哪种通信方式，集散控制系统的目标都是实现对系统各个部分的控制和监测。
集散控制系统在工业自动化领域有广泛的应用。
例如，在工厂生产线上，可以将生产任务划分为若干个子系统，每个子系统负责一部分工序的控制。
通过集散控制系统，可以实现对整个生产线的协调和监测，提高生产效率和质量。
另外，集散控制系统在能源管理和交通控制等领域也有应用。
在能源管理方面，可以将能源供给和消耗划分为若干个子系统，通过集散控制系统进行能源的分配和监测，从而提高能源利用效率。
在交通控制方面，可以将交通信号灯、交通监控等划分为不同的子系统，通过集散控制系统实现对交通流量的调度和控制，提升交通运行效率和安全性。
总之，集散控制系统通过将系统任务分配给不同的子系统执行，
实现对整个系统的控制和监测。
它在工业自动化、能源管理和交通控制等领域都具有广泛的应用前景。
集散系统(DCS)在磨矿作业中的应用
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另外 ， 过 检测 分 级 电 流 ， 通 即检 测 分 级 返 砂 比 ， 调 整磨 机 工作 状 态 。 当磨 机 工 作 处 于 正 常 状 态 时 ， 分 级返 砂 比相 当稳 定 ， 当磨 机 有胀 肚 趋 势时 ， 级 返 分 砂 增 大 ， 级 电 流 随之 增加 ， 过 电 流变 送 器调 节磨 分 通
的系 统 累积误 差 。
１ 自动 控 制 原 理
球 磨 机 的 主要技 术 指 标包 括 ： 台时处 理 量 、 矿 磨 浓 度 、 浓 度 和粒 度 ， 些 指 标 除 了受 原 矿 性 质 、 溢 这 原 矿粒 度 影 响 以外 ， 排矿 水 量 、 返砂 水 量 、 球荷 球 比 、
维普资讯
２０ ０ ２年 第 ６期
有 色金 属 （ 选矿 部 分）
・４ ・ ３
集 散 系 统 （ Ｃ 在 磨 矿 作 业 中 的 应 用 Ｄ Ｓ）
王彩 霞 黄 新 伟 张 立征
摘 要 ： 简要介 绍夏甸金矿磨矿 自动控 制系统 ， 该系统 可 自动控制磨矿量 、 浓度及分 级浓度 ， 磨矿 提高 了选矿技
术经济指标 。
关键 词 ： ； 磨矿 自动控制
中图分类号 ： Ｄ ２ ． Ｔ ９１ ４
文献标 识码 ： Ａ
文 章编号 ：５ ３ ４４２０ ）６ ０ ３ ０ ０ １ —３２ （０２０ —０４ — ２
招 远 夏 甸 金 矿 始 建 于 １８ ９ １年 ， 选 规 模 为 采 ６ ０／ ， 产黄 金 ２万 两 。２０ ０ ｔｄ 年 ０ ０年 ９月 安 装 了磨 矿 自动控 制 系统 ， 经过 一 年多 的运行 ， 果 良好 。 效
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。
百度百科（DCS）
DCS求助编辑百科名片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。
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，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。
目录数字蜂窝系统分布式控制系统基本介绍形态组成具体含义发展历史第一阶段第二阶段第三阶段特点介绍高可靠性开放性灵活性易于维护协调性控制功能齐全DCS的结构国内外应用分散控制系统流程工业CIMS主要厂家相关问答相关控制系统总述PLCFCS系统差异应用差异发展前景结论下坡缓速控制（DCS)记录仪（超小型DCS）数字蜂窝系统分布式控制系统基本介绍形态组成具体含义发展历史第一阶段第二阶段第三阶段特点介绍高可靠性开放性灵活性易于维护协调性控制功能齐全DCS的结构国内外应用分散控制系统流程工业CIMS主要厂家相关问答相关控制系统总述PLCFCS系统差异应用差异发展前景结论下坡缓速控制（DCS)记录仪（超小型DCS）展开编辑本段数字蜂窝系统DCS （Digital Cellular System ）数字蜂窝系统简称DCS ，常见于手机频率。
如DCS1800 编辑本段分布式控制系统基本介绍首先，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。
集散系统
二、场总线控制系统FCS(feildbus control system) DCS未来发展的趋势 1、现场总线
现场总线的应用在仪器仪表业带来一场深刻的变革，将传统的信 号、通信、系统标准河自控系统的体系结构、设计方法，安装调试 等也将带来新的思路。
2、现场基金会FF
1994年成立10月成立，120成员单位，中国有冶金部自动化研
第二章
集散控制系统构成
§2.1 集散控制系统的构成方式
• 集散控制系统的基本构成： • 分散过程控制装置；集中操作和管理系统；通信系 统 • 分散过程控制装置：有多回路控制器、单回路控制器、多 功能控制器、可编程控制器和数据采集装置组成，它相当 于现场控制级及过程控制级，实现与生产过程的连接 • 集中操作和管理系统：有操作站、工程师站、服务器、管 理机和外部设备，相当于车间操作管理级及全厂优化调度 管理级。 • 通信系统：是实现集散控制系统各级之间数据通信的桥 梁
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
集散控制系统原理及应用 第三版
何衍庆 黄海燕 黎 冰 编著
授课：刘福荣
学习集散控制系统的目标
• 学习散控制系统的目的意义 • 学习集散控制系统的用途 • 集散控制系统的讲述的主要内容
集散控制系统原理及应用
第1章 概述
第2章 集散控制系统构成 第3章 集散控制系统性能评估 第4章 集散控制系统的控制算法和控制组态 第5章 集散控制系统的工程设计
• 开放系统
1、可移植性
不同DCS厂家的软件、程序、数据及人员可以相互借用，互相移植，到第 四代硬件都可以移植。另外以职业带来了安全方面的隐患。如，横河
公司的R3用富士公司的PROCESION代为I/O单元。
2、互操作性 网络的连接，使数据互通，资源共享。现场总线标准化后，符合标准地 各种检测、变送和执行机构产品可以互换和替代。第四代表现最明显。 3、可适宜性 无论在运行的软件版本高低都可以互通、匹配，就是说应用新的同时 不可能把旧的废掉。
集散控制系统总结
1.1DCS定义：以多台微处理器为核心，采用控制功能分散，显示操作集中，兼顾分而自治和综合协调原则设计的新一代仪表控制系统。
（distributed control system）基地式仪表一单元式仪表一组件组装式仪表模拟仪表的局限性：1 ）生产规模大型化，中控室表盘愈来愈长，难于实现集中监视和操作。
2）各控制系统的通信联系困难。
3）难于实现分级控制，难于实现全厂的综合管理。
4）难于实现复杂规律的控制。
预估、自适应、模糊、最优…5 ）系统变更困难。
1.2DCS的五个发展阶段，各阶段技术特征：1）集中计算机控制阶段2）计算机与模拟仪表混合式分散控制阶段3）第一代集散系统：实现分散控制，引入网络通信技术，加强可靠性设计。
4）第二代集散系统：以实现分散控制为主，实现全系统的信息管理。
引入先进的局部网络技术。
5）第三代集散系统：局部网络采用MAP协议或其他工业通信协议，智能向现场方向延伸，尚未成熟。
1.3分散控制系统的四个层次，自下而上为：1）现场级：包括各类传感器、变送器和执行器（安装在被控生产过程附近）2）控制级：包括过程控制站（PCU）和数据采集站（DAU ）（安装在主控室后的电子设备室中）3）监控级：包括运行员操作站（安装在中央控制室）、工程师工作站和计算站（安装在电子设备室）4）管理级：包括厂级管理计算机或是若干个机组的管理计算机。
可分为实时监控和日常管理两部分。
1.4各个站的功能：1）现场级设备：将生产过程中的各种物理量转换为电信号。
或符合现场总线协议的数字信号，送往控制站或数据采集站，或者将控制站输出的控制量转换成机械位移，带动调节机构，实现对生产过程的控制。
现场级的信息传递三种方式：传统的4-20mA模拟量传输方式；现场总线的全数字量传输方式；在4-20mA的模拟量信号上，叠加调制后的数字量信号的混合传输方式。
现场信息以现场总线为基础的全数字传输是今后的发展方向。
2）过程控制站：接受由现场设备，如传感器、变送器来的信号，按照一定的控制策略计算出所需的控制量，并送回到现场的执行器中去，过程控制站可以同时完成连续控制、顺序控制或逻辑控制功能，也可能仅完成其中的一种控制功能。
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。
集散控制系统概述
1．CIMS的概念及由来
CIMS即计算机集成制造系统，是基于 1973年美国Joseph Harrington博士在其博士 论文《Computer Integrated Manufacturing》 中首次提出的CIM（Computer Integrated Manufacturing——计算机集成制造）的概念
集散控制系统
教师：李琦
控制科学与工程学院
第一章 概述
绪论
第一节 集散控制系统的概念
第二节 集散控制系统的特点
第三节 集散控制系统的展望
一、DCS的产生
1. 1930年初期-分散控制
直接作用式气动执行器；控制装置安装在被控过程附 近，每个回路有单独控制器；运行人员分布在全厂各 处；适用于规模不太大、工艺过程不太复杂的企业。
一、信息化和扁平化 一个方向是向下发展：向CIMS计算机集成制造系统、 CIPS计算机集成生产系统发展。系统包括ERP （Enterprise resource planning)和MES （Manufacturing Execution System）。
另一个方向是向下发展：向FCS（Fieldbus Control System）现场总线控制系统发展。
集中控制系统的概念:单机系统，用一台计算机对
多个对象或设备进行集中管理和集中控制。
控制 计算机
基本 控制 过程 1
基本 控制 过程 2
基本 控制 过程 3
基本 控制 过程 4
基本 控制 过程 5
2、分散控制系统
多机系统，多台计算机分别控制不同的对象或设备， 各自构成子系统，各子系统间有通信或网络互联的 关系。
采样周期
1/3s 1/3s 1/3s 1s 1S 0.2S
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。
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集散系统
一、集散系统定义
集散系统实质上是一种分散型自动化系统，又称做以微处理机为基础的分散综合自动化系统。
集散系统具有分散监控和集中综合管理两方面的特征，而更将"集"字放在首位，更注重于全系统信息的综合管理。
80年代以来，集散系统逐渐取代常规仪表，成为工业自动化的主流。
工业自动化不仅体现在工业现场，也体现在企业事务行政管理上。
集散系统的发展及工业自动化的需求，导致了一个更庞大、更完善的计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）的诞生。
集散系统一般分为三级：过程级、监控级和管理信息级。
集散系统是将分散于现场的以微机为基础的过程监测单元、过程控制单元、图文操作站及主机（上位机）集成在一起的系统。
它采用了局域网技术，将多个过程监控、操作站和上位机互连在一起，使通信功能增强，信息传输速度加快，吞吐量加大，为信息的综合管理提供了基础。
因为CIMS具有提高生产率、缩短生产周期等一系列极具吸引力的优点，所以已经成为未来工厂自动化的方向。
二、集散系统特点
（1）功能齐全
集散系统可以完成从简单的单回路控制到复杂的多变量模型优化控制；可以执行从常规的PID运算到SMITH预估，三阶矩阵乘法等各种运算；可以进行连续的反馈控制，也可以进行间断的顺序控制，逻辑控制，可以实现监控，显示，打印，报警，历史数据存储等日常的全部操作要求。
（2）人/机联系好，实现了集中监控和管理
操作人员通过CRT和操作键盘，可以监控全部生产装置以及整个工厂的生产情况，按预定的控制策略组成各种不同的控制回路，并调整回路的任一常数，而且还可以对机电设备进行各种控制，从而实现了真正的集中操作和监控管理。
（3）系统扩展灵活
集散系统采用模块式结构，用户可根据需要方便地扩大或缩小系统的规模，或改变系统的控制级别。
集散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。
（4）安全可靠性高
由于采用了多微处理机的分散控制结构，危险性分散，系统中的关键设备采用双重或多重冗余，还设有无中断自动控制系统和完善的自诊断功能，使系统的平均无故障时间MTBF达到105天，平均修复时间MTTR为 10-2天，整个系统的利用率A达到99.9999%。
（5）安装调试简单
集散系统的各模件都安装在标准机架内，模件之间采用多芯电缆，标准化接插件连接，与过程的连接采用规格化端子板，到中控室操作站只需敷设同轴电缆进行数据传递，所以布线量大大减少，安装工作量仅为常规仪表的1/2-1/3。
系统调试采用专用的调试软件，使调试时间仅为常规仪表的1/2。
（6）具有良好的性能价格比
在性能上集散系统技术先进，功能齐全，可靠性高，适用于多级递阶管理控制。
在价格方面，目前在国外80个控制回路的生产过程采用集散系统的投资已与采用常规仪表相当。
规模越大，单位回路投资将更低。
三、TDC3000集散控制系统在氨合成系统中的应用
1.合成塔床层温度的主要干扰
1.1 合成塔进口氨含量
在分离能力一定的情况下，塔进口氨含量主要决定于氨蒸发器出口循环气温度。
根据有关资料和实际经验，经动态测试氨蒸发器出口循环气温度每变化 1 ℃时，塔内触媒温度最大变化，敏点变化8 ℃，热点变化 5 ℃，而且测量滞后。
如果分离不净，将导致合成塔垮温。
1.2 氢氮比
它是仅次于负荷变化的一项主要干扰。
测量存在严重纯滞后，纯滞后时间长达20 min 以上，而且具有累积特性。
本工段无法控制。
1.3 加减负荷
对于氨合成的生产，加减量机会多，干扰的阶跃特征非常明显，干扰影响非常大。
它是系统的主要干扰，它对系统的干扰比气质大。
负荷增加，温度上升；负荷减少，温度下降。
而且负荷变化，影响升降温速率。
1.4 循环量
循环量一般把它当成一种调节手段，而非一种干扰。
但是人为改变循环量，则会对系统造成干扰。
循环量改变空速，空速大，则移出的热量多，温度下降。
反之，温度上升。
一般情况下，通过调节近路阀来改变循环量大小。
1.5 有害气体
CO+CO2进入工段前不得大于50 PPM。
超过指标将导致触媒中毒，如切气则造成负荷大幅度波动。
CH4和Ar 具有累积特性，必须适时放空。
1.6 催化剂活性
随着触媒的使用，其活性逐渐下降，热点位置下降。
不同的触媒，不同的使用条件，下降的规律不同。
2. TDC3000 系统构成
根据氨合成系统的设备及工艺情况，结合TDC3000系统特点，系统配置如下：两个操作站US01，US02，其中US01 组态时为工程师站，退出工程师站后作为操作站；US02作为操作站；LCN 网冗余配置；UCN 网冗余配置；一块历史模块HM；两个网络接口NIM01 和NIM02；一个高性能过程管理站HPM。
Ｉ/０卡件配置如下：高电平输入卡件，8 个卡件，其中 4 个卡件是1∶1 冗余；低 4 个电平输入卡件，模拟输出卡，4 个卡件，1∶1 冗余数字输入卡，1 个卡件；数字输出卡，1 个卡件。
3.重要控制方案
3.1 合成塔温度控制
被控变量的选择，氨合成塔的触媒随着时间会慢慢老化，温度热点也会变化，我们采用多选一模件自动选择热点作为被控变量。
操纵量的选择，合成氨温度调节一般有四种手段：(1)调节透平机进路。
(2)调节合成塔副线。
(3)调节合成塔主线。
(4)系统近路阀。
采用（氨冷温度作为前馈调节+氨合成塔温度调节+CL 程序控制）组成合成塔温度复杂控制系统。
3.2 H2/N2控制
控制合成没有办法控制，造气车间是通过加减氮操作来控制氢氮比的，一般采用改变上下吹加氮时间和吹风回收时间调节加氮量。
上下吹加氮工艺上限制较强，且调节作用弱。
故采用改变吹风段回收时间作为调节手段。
被控变量的选择，合成氨工艺流程长，滞后时间大，经实际测量，滞后时间长达25~45 min，系统响应慢，干扰因素多，采用常规控制方案难以控制，故采用串级调节方案，且主环采用采样调节策略，副环采用新鲜氢控制，克服干扰能力强，大大减小广义对象滞后时间常数。
3.3 氨蒸发器高压气体出口温度超驰调节
这个方案在采用立式氨蒸发器时较好，换热管的排列方式决定了液位能够在大范围内升降，大幅度的改变换热面积能够有效的控制循环气温度，从而控制好合成塔进口氨含量，从而为合成氨温度控制创造良好条件。
在正常情况下，由氨蒸发器高压气体出口温度控制加氨阀；当氨蒸发器液位达到高限时切换到氨蒸发器液位调节系统，以防氨蒸发器气体中带液氨；当氨蒸发器气氨温度过低时，氨蒸发器气体中带液氨可能，切换到氨蒸发器液位调节系统；这样既保证氨蒸发器高压气体出口温度尽可能低，同时又保证氨蒸发器不带液氨。
程序切换通过编制CL 程序来实现。
四、总结
从收集的集散系统资料可以看出，集散系统是一个集分散控制与集中管理于一身的控制方式，其中Honwy Well公司的TDC-3000在集散控制系统这个方面处于领先地位。
而且，随着时代的发展，渐渐形成了以数字信号为基础的先进工业控制技术—现场总线，使集散控制技术进入了一个新的高度。
由于集散控制系统不仅具有很好的可靠性，多功能性，而且人机联系方便，能够完成各类数据的采集与处理以及高级控制，因此将成为现在以及未来自动化的发展方向。
在本篇文章中还列举了TDC3000集散控制系统在氨合成系统中的应用，更加显示了集散控制系统的重要性。
首先，在设计一个集散控制系统时，必须对所要控制的量做一个深入了解，找出可能造成影响的干扰因素，并想出对每一个可能对系统造成的干扰量的减小或消除的方式，并考虑是否要对被控量引入反馈控制调节。
如在氨合成系统中就首先列举了可能对合成塔床层温度造成的干扰因素，通过对干扰因素的了解与分析，才能更好的设计相应的集散控制系统，给出最优方案，便于今后的控制调试与实施。
其次，就是要根据对干扰因素的分析结果以及系统因满足的要求选择合理的集散系统配置方式，实现最优控制，如在氨合成系统中，就是根据了系统的要求以及TDC3000的特点合理的配置了TDC3000集散系统。
最后，也是最关键的一点，就是给出可行的系统控制方案，这一步的关键就在于画出系统的控制关系图，表示出系统的每一步应该经过哪些位置，采用何种技术工序，在氨合成控制系统中就采用了PID调节控制，并引入了反馈环。
而描绘控制流程图正是设计控制系统的关键，通过拟定出相应的控制流程图，能让所有的控制对象经过的站点以及采用的控制技术变得清晰，也是为更好的拟定控制方案做准备。
同时也为今后的系统分析与修改提供了便利。
通过从扰动量分析到最后给出控制方案并实施的过程的了解，使我渐渐懂得一个集散控制系统分析与设计的过程，也让我增长了许多关于集散系统的知识，为今后集散系统的分析与学习奠定了良好的基础。