计算机控制技术与应用 第10章

数据通信功能：完成分散过程控制级与集中操作监控级之间的信息交换
现场控制站机柜
现场控制单元的基本结构

XL现场控制单元硬件结构：面向总线的结构
RL总线通信（双重化） I/O卡槽 公共卡槽位
M A C 2
M A C 2
L C S
V M 2
P B 5
S T 5
P M 1
N P 5 4
N P 5 4
适合于在恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、 电磁干扰和低电位差干扰；
第五节
DCS与FCS的集成技术
1.现场总线与DCS输入/输出总线的集成 2.现场总线与DCS网络的集成 3.FCS与DCS的集成
第十章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
集散控制系统
集散控制系统概述 集散控制系统的控制站 集散控制系统的操作站 集散控制系统的通信网络 DCS与FCS的集成技术
第一节 集散控制系统概述
集散控制系统（Distributed Control System简称DCS）也 叫分布控制系统。它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。 它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，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，集散控制系统（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。
第三节 集散控制系统的操作站
操作站是操作人员对生产 过程进行显示 、监视、操 作控制和管理的主要设备。 操作站提供了良好的人机 交互界面，用以实现集中 监视、操作和信息管理等 功能。在有的小 DCS 中，操 作站兼有工程师站的功能， 在操作站上也可以进行系 统组态和维护的部分或全 部工作。
工程师站 工程师站用于对 DCS 进行离线的组态工作 和在线的系统监督、 控制与维护。工程师 能够借助于组态软件 对系统进行离线组态， 并在 DCS 在线运行时， 可以实时地监视通信 网络上各工作站的运 行情况。
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2
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第四节 集散控制系统的通信网络
通信系统连接DCS的各操作站、工程师站、监控计算机、 控制站、数据采集站等部分，传递各工作站之间的数 据、指令及其他信息，使整个系统协调一致地工作， 从而实现数据和信息资源的共享。
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DCS各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持。 与一般的局域网不同，DCS中采用的通信网络是用于生产过 程的控制和管理，具有以下特点： 1. 具有快速的实时响应能力，一般办公室自动化计算机局 部网络响应时间为2-6s，而它要求0.01-0.5s； 2. 具有高的可靠性，必须连续、准确运行，数据传送误码 率低于10-8－10-11，系统利用率在99.999%以上；
集散控制系统的发展历史
1975年Honeywell公 司推出的TDC2000集散控 制系统是一个具有许多微 处理器的分级控制系统, 以分散的控制设备来适应 分散的过程对象,并将它 们通过数据高速公路与基 于CRT的操作站相连接,互 相协调,一起实施实时工 业过程的控制和监测,实 现了控制系统的功能分散 ,负荷分散从而危险性也 分散。在此期间世界各国 相继推出了自己的第一代 DCS。
第三代产品开发了高一 层次的信息管理系统。其共 同特点是:实现了开放式的系 统通信, 向上能与MAP和 Ethernet接口,或者通过网间 连接器与其它网络联系,构成 复合管理系统;向下支持现场 总线,它使得过程控制或车间 的智能变送器、执行器和本 地控制器之间实现可靠的实 时数据通信。过程控制组态 采用CAD方法,使其更直观方 便,实现自整定功能。
操作站的基本结构

XL操作站的硬件结构：面向总线的结构
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通用通信卡 通用通信卡 RM81内存卡 LC81/LC82 RL总线接口卡 DP88 显示卡 CP81B/CP81C CPU卡
通用通信卡选件： RS81—RS232C通信卡 HF81—HF总线通信卡 GB83—GP IB 通信卡 EN82—Ethernet通信卡
集散控制系统的现状 当今DCS向综合化、开放化发展。工厂自动化要求 各种设备(计算机、DCS、单回路调节器、PLC等)之间 的通信能力加强,以便构成大系统。
操作员站 打印机
系统网络 SNET
I/O #1
I/O #2
I/O #3
I/O #4
工程 师站
打印机
DCS 结 构 图
第二节 集散控制系统的控制站
当把相应的软件安装在控制装置中，用户可以通过组态方 式自由选用各种功能模块，以便构成控制系统。
控制组态
主要有两种功能不同的控制实现方法： 第一种为CFC，主要用来实现阀门控制、电机控制和测量点监控等功 能。组态以功能块为基础，每个功能块都有一个参数表，可根据实 际工艺要求选择不同的参数，功能块在CFC中的连接直接用鼠标器点 接。 另一种为SFC，主要实现顺序控制。首先画出顺控的顺序图。可选择 顺序、并行分支、交替分支和回路等局部结构。图中用大小两种方 块分别表示步骤 (Step) 和转移条件(Transition)。顺控的顺序图 一旦建立，只需把步骤中要执行的任务和转移条件中的条件写入， 顺控的组态任务即得到完成。 PCS7 中还可采用结构化编程语言 (SCL) 编写功能模块，把过程的 数学模型和优化控制策略编成功能块，供调用。
现场控制站一般是标准的机柜式机构，柜内由电源、总线、 I/O模件、处理器模件、通信模件等部分组成。 一般在机柜的顶部装有风扇组件，其目的是带走机柜内部 电子部件所散发出来的热量；
机柜内部设若干层模件安装单元，上层安装处理器模件和 通信模件，中间安装I/O模件，最下边安装电源组件。
机柜内还设有各种总线，如电源总线，接地总线，数据总 线，地址总线，控制总线等等。 现场控制站的电源不仅要为柜内提供电源，还要为现场检 测器件提供外供电源，这两种电源必须互相隔离，不可共 地，以免干扰信号通过电源回路耦合到I/O通道中去。
P S 3 5
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双重化CPU与电源卡
1. 控制软件包
用于分散过程控制级，为用户提供各种过程控制的功能， 包括：数据采集和处理、控制算法、常用运算公式和控制 输出等功能模块。 由于构成这一级的装置不同，而且即便是同一种装置但厂 家品牌、型号也可能不同，实际上支持这些硬件装置的软 件平台和编程语言都不相同。归纳起来有图形化编程（又 分功能块图、梯形图、顺序功能图），文本化语言（又分 指令表和结构化文本），面向问题的语言（又分填表式和 批处理两种）和通用的高级语言（又分VB、VC等）等多种。
现场控制站的主要功能有六种：
数据采集功能：对过程参数，主要是各类传感变送器的模拟信号进行数 据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线显示、事故报警等。
DDC控制功能：包括接受现场的测量信号，进而求出设定值与测量值的 偏差，并对偏差进行PID控制运算，最后求出新的控制量，并将此控制 量转换成相应的电流送至执行器驱动被控对象。
第二代产品在原来产品的 基础上,进一步提高了可靠性 ,新开发的多功能过程控制站、 增强型操作站、光纤通信等 更完善了DCS。其基本结构由 六部分组成,即局域网络、多 功能现场控制站、增强型操 作站、主计算机、网络连接 器和系统管理站等。第二代 产品的特点是采用模块化、 标准化设计,数据通信向标准 化迁移,板级模块化,单元结 构化,使之具有更强适应性和 可扩充性。控制功能更加完 善,它能实现过程控制、数据 采集、顺序控制和批量控制 功能。
顺序控制功能：通过来自过程状态输入输出信号和反馈控制功能等状态 信号，按预先设定的顺序和条件，对控制的各阶段进行顺序控制。 信号报警功能：对过程参数设置上限值和下限值，若超过上限或下限则 分别进行越限报警；对非法的开关量状态进行报警；对出现的事故进行 报警。信号的报警是以声音、光或CRT屏幕显示颜色变化来表示。 打印报表功能：定时打印报表；随机打印过程参数；事故报表的自动记 录打印。