集散型控制系统
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。
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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。
集散型控制系统的介绍
集散型控制系统的介绍Whut 笔记集散型控制系统（DCS）也就是所说的分布式控制系统，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。
DCS是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的，我们根据现有的，应用比较广泛的若干种DCS的结构的总结，来说明、分析和比较DCS的结构。
一、“三点一线”式结构DCS自70年代问世以来，很多公司推出了多种不同设计、风格各异的DCS，即是同一厂家，早期的产品与近期的产品也有不少的差异，但是仅管种种DCS千差万别，其核心结构却基本上一致，可将其归纳为“三点一线”式结构。
“一线”是指DCS的骨架计算机网络；“三点”是指联接在网络上的三种不同的类型的节点，分别是：面向被控过程现场的现场I/O控制站；面向操作人员的操作站；面向DCS监督管理人员的工程师站。
一般情况下，一个DCS只需配备一个工程师站，而现场I/O控制站和操作员站的数目则需根据实际需要配置，这三种节点通过系统网络进行联接并互相交换信息，协调各方面的工作，共同完成DCS 的整体功能。
DCS的计算机网络在很多方面的要求实时性网络。
网络需要根据现场通讯实时性的要求，在确定的时限内完成信息的传送。
“确定的时限”是指无论在何种情况下，信息传送度能在这个时限内完成，而这个时限则是根据被空过程的实时性要求确定的。
系统的拓扑结构。
大致可分为星型，总线型和环型三种。
目前应用最广泛的是环网和总线网。
二、DCS的系统网络SNET各种网络解决碰撞的技术:一种是TOKEN RING（对于环型网）或TOKEN PASSING（对于总线型网）方式;另一种解决碰撞的技术是载波侦听与碰撞检测技术，即CSMA/CD 方式.DCS的基础硬件:DCS由三种节点组成：现场I/O控制站、操作员站、和工程师站，通过局域网络互联在一起形成一个系统。
对于局域网来说，所有的节点都没有什么本质的和原则的区别，它们都是具有自己特定的网络地址，都可以通过局域网接收和发送数据。
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。
集散控制系统
3.顺序控制
➢顺序控制：按预定的动作顺序或逻辑，依次执行各 阶段动作程序。
➢顺序控制中可以兼用反馈控制、逻辑控制和输入 / 输出监视等功能。 ➢实现顺序控制的常用方法
●顺序表法 ●程序语言方式 ●梯形图法
➢顺序表法
● 将控制顺序按逻辑关系和时间关系预先编成顺序记
录，存储于管理文件中，然后逐项执行。
(2)测量值跟不再保持原来的 值，而跟踪测量值。
(3)输出值跟踪
➢在手动方式时，使内存单元中 PID 输出值跟踪手操 输出值。 ➢从手动切换到自动时，内存单元中的自动输出数值 与手操输出值相等，切换是无扰动的。
➢在自动方式时，手操器的输出值是始终跟踪控制器 的自动输出值的。
显示
操作
报警
系统组态
系统维护
报告生成
操作站的基本功能分布图
2.4.3
自诊断功能
☞在系统投运前，用离线诊断程序检查各部分的工作状态。
☞系统运行中，各设备不断执行在线自诊断程序。
●一旦发现错误，立即切换到备用设备； ●同时经过通信网络在显示器上显示出故障代码，等待及
时处理；
●故障代码可以定位到卡件板，用户只需及时更换卡件。
➢电源系统的可靠性措施
●每一个现场控制站均采用双电源供电，互为冗余。 ●采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏 蔽层可靠接地，以克服共模干扰的影响。 ●采用交流电子调压器，快速稳定供电电压。 ●配有不间断供电电源 UPS，以保证供电的连续性。 ➢现场控制站内各功能模块所需直流电源一般为±5V、 ±15V(或±12 V)、以及+24V。
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。
浅谈集散型控制系统(全文)
浅谈集散型操纵系统bstrct: this rticle will briefly introduce the concept nd chrcteristics of distributed control system, composition, function nd function of DCS systemKey words: distributed control system; DCS system functionXX：2095-2104(20XX)一．集散型操纵系统的概述1．集散操纵系统（Totl Distributed Contorol System)是以微处理器为基础的集中分散型操纵系统。
集散操纵系统是进行集中治理的，而系统的体系结构是分布式的，总体上是一种分布结构的操纵系统。
自20世纪70年代中期第一套集散操纵系统问世以来，集散操纵系统已经在工业操纵领域得到广泛的应用。
目前，它作为新一代的工业自动化过程设备，在世界范围呢已被广泛应用于各行各业。
随着现代化工业的飞跃进展、生产规模的不断扩大、生产技术大意机工艺过程越来越复杂，越来越多的仪表和操纵工程师已经认识到集散操纵系统必将成为流程工业的主流自动操纵系统之一。
在计算机继承制造系统（Computer Integrted Mnufcturing System,CIMS)或计算机集成过程系统(Computer Integrted Process System,CIPS)中，集散操纵系统将发挥其各方面的优势。
2．集散操纵系统的主要特点是一个由过程操纵级和过程监控级组成的以通信XX络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communiction)、显示(CRT)和操纵(Control)等4C技术，其基本思想是分散操纵、集中操作、分级治理、配置灵活、组态方便。
DCS具有以下特点：(1)高可靠性由于DCS将系统操纵功能分散在各台计算机上实现，系统结构采纳容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。
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简答题
1.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？答：集散型控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是以多台微处理器为基础的集中分散型控制系统。
世界上第一台实现集中管理和分散控制的新型计算机控制系统TDC2000型集散控制系统于1975年由美国Honeywell公司推出。
设计思想是“集中管理、分散控制”，所谓集中管理，就是把整个生产过程的全部操作、显示集中在同一个操作站进行；而分散控制就是用多个微处理器来分散承担生产过程的控制，每个微处理器只控制少量回路。
2.简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能。
答：按照DCS各组成部分的功能分布，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（Field Network，Fnet）、控制网络（Control Network，Cnet）、监控网络（Supervision Network，Snet）和管理网络（Management Network，Mnet）。
（1）现场控制级的典型设备是各类传感器、变送器和执行器。
现场控制级设备直接与生产过程相连，是DCS的基础。
它的主要功能为三个方面。
一是完成过程数据采集与处理；二是直接输出操作命令、实现分散控制；三是完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享；四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。
（2）过程控制级主要由过程控制站、数据采集站和现场总线接口等构成。
主要功能表现在一是采集过程数据，进行数据转换与处理；二是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；三是现场设备及I/O 卡件的自诊断；四是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。
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
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。
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。
集散式控制系统(DCS)开发及应用方案(一)
集散式控制系统（DCS）开发及应用方案一、实施背景随着工业4.0的到来，产业结构逐渐向智能化、自动化、信息化方向发展。
在此背景下，企业越发重视生产过程的优化与控制。
传统的手动控制和集中式控制系统已无法满足现代工业生产的需求，因此开发集散式控制系统（DCS）成为产业发展的必然趋势。
二、工作原理集散式控制系统（DCS）是一种分布式控制系统，它将控制功能分散到多个智能节点，实现多点控制。
每个智能节点都具备独立的处理能力，可以自主完成局部控制任务，同时又通过通信网络相互连接，实现信息共享和全局控制。
这种系统结构提高了控制效率，降低了控制风险，并可以根据实际生产需求进行灵活的配置和扩展。
三、实施计划步骤1.需求分析：明确控制对象和控制要求，分析现有设备和工艺流程，为系统设计提供依据。
2.系统设计：根据需求分析结果，设计系统的硬件架构、软件功能和网络拓扑结构。
3.硬件选型与配置：选择合适的处理器、传感器、执行器等硬件设备，并配置到相应的智能节点上。
4.软件开发：编写控制算法、数据处理和通信协议等软件程序，实现系统的各项功能。
5.系统集成与调试：将各个智能节点连接起来，进行系统集成和调试，确保系统的稳定性和可靠性。
6.用户培训与文档编写：对用户进行操作培训，编写用户手册和维修手册等文档资料。
7.项目验收与推广：完成项目验收，收集用户反馈，对系统进行持续优化和推广。
四、适用范围集散式控制系统（DCS）适用于各种工业生产领域，如石油化工、电力、制药、食品加工等。
它适用于大型生产线和复杂工艺流程的控制，同时也可以用于小型工厂和实验室的自动化控制。
五、创新要点1.分布式架构：采用分布式控制系统结构，将控制功能分散到多个智能节点上，提高了系统的可靠性和灵活性。
2.智能节点自治：每个智能节点具有独立的处理能力，可以自主完成局部控制任务，降低了对中心控制器的依赖。
3.信息共享与全局控制：通过通信网络实现信息共享和全局控制，提高了生产过程的协调性和一致性。
集散型控制系统介绍
集散型控制系统介绍12020年4月19日本答案仅供参考。
第1章绪论1.1 什么是过程计算机控制系统?它由哪几部分组成?经过具体示例说明。
答:它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成,以实现生产过程闭环控制的系统,它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。
例如温度控制系统。
1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型?答:计算机控制工业生产过程一般有五种类型:操作指导控制系统;直接数字控制系统;监督控制系统;集散控制系统;现场总线控制系统。
1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分?各部分是怎样互相联系的?其中过程通道有几种基本22020年4月19日类型?它们在系统中起什么作用?答:计算机控制系统的硬件一般包括:主机、外部设备、过程输入输出设备。
两个过程通道,一个是输入通道,另一个为输出过程通道。
输入过程通道包括:A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入;DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。
输出过程通道包括:D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出;DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。
1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成?答:直接数字控制系统的硬件主要有计算机(主机)、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。
如下图所示。
32020年4月19日42020年4月19日1.5 数字PID 控制算法有几种形式?各有什么特点?答:数字PID 控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。
PID 位置式根据偏差计算阀门的位置,PID 增量式根据偏差计算阀门的变化;PID 速度式根据偏差变化程度计算阀门的变化。
1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。
答:模拟PI 控制算法为])(1)([)(0⎰+=tI p dt t e T t e k t u 其中,p k ----比例增益I T ----积分时间常数在采样周期相当短暂时,用矩形法近似代替积分项∑⎰=≈ki t i Te dt t e 00)()(,其中T 为采样周期,k 为采样序号。
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。
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现场总线（Fieldbus）的概念
•现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的
自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总 线。
•现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备
作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自 动控制功能的网络系统与控制系统。
现场总线的分类
•基金会现场总线（FF）:主要用于过程自动化、楼宇自动化 •PROFIBUS: 有全球最多的供货厂商数；国际化、开放式、不
依赖于设备生产商的现场总线标准；ห้องสมุดไป่ตู้泛适用于各种自动化领域。
•LonWorks:是以单个分散的、数字化、智能化的测量 •CAN (Control Area Network): 低成本，高互连；特别适合
传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统
缺点：
•信息集成能力不强： 控制器获取信息量有限，大量的数据如
设备参数、故障及故障纪录等数据很难得到。底层数据不全、信 息集成能力不强，不能完全满足CIMS系统对底层数据的要求。
•系统不开放、可集成性差、专业性不强：不同厂家产品之
间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差。这种系统很少留出 接口，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺 流程、配方等集成到通用系统中去。
集散型控制系统
集散控制系统的概念 集散控制系统的发展历史 集散控制系统的现状 集散控制系统的发展趋势 集散控制系统的特点 集散控制系统的组成 集散控制系统的工作原理 国产化DCS的发展目标
集散控制系统的概念
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。
集散控制系统的功能
发电厂集散控制系统功能覆盖发电 厂机、 炉、电、辅机及电气的 DAS、 FSSS、 MCS（ BMS）、 SCS、 DEH、 ECS。
国产化DCS的发展目标
国产 DCS的研制生产主要有两种模式，一 种是中外合作方式，主要是作外商的代理或进 行产品的售后服务；另一种是依靠自己的力量， 吸收国外先进技术独立自主地研制开发集散控 制系统。
集散控制系统的发展历史
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。
•可靠性不易保证：对于大范围的分布式系统，大量的I/O电缆
及敷设施工，不仅增加成本，也增加了系统的不可靠性。
•可维护性不高：由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线
故障诊断、报警、记录功能不强。另一方面也很难完成现场设备 的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。
现 场 总 线 控 制 系 统
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。
操操操操
操操操
操操操操 SNET
I/O I/O I/O I/O #1 #2 #3 #4
操操 操操
操操操
DCS 结 构 图
网络结构图
PCS3100系统网络结构图
管理 计算机
网间 连接器
局部网络（LAN）
集中操作 监控级
工程师 操作站
操作员 操作站
通信联络
监督 计算机
网间 联络站
分散过程 控制级
现场 控制站
PLC
智能
其他
调节器 测控装置
集散控制系统的工作原理
如上图，分散过程 控制级是DCS的基础，用于直接控制生产 过程。它由各工作站组成，每一工作站分别完成数据采集、 顺序控制或某一被控制量的闭环控制等。分散过程控制级收 集的数据供监控级调用，各工作站接受监控级发送的信息， 并依次而工作，因此局部的故障不会影响整个系统的工作， 从而避免了集中控制系统中“危险集中”缺点。
网络通讯技术：新的通讯技术（FDDI、快速以太网等）， 无线通讯技术。
人机界面工程技术：DCS中引入多媒体技术，包括大显示 屏、摄录像、语言处理。使用先进的软件平台设计操作站和工 程师站人机界面软件。
控制技术：引入或设计自适应、预估、最优、模糊控制等 技术.
系统软件：发展或选用更新型有效的实时多任务操作系统、 网络操作系统和网络数据库。
集散控制系统的特点
分散控制系统（DCS）是采用标准化、模块化和系列化的设计， 具有 以下特点： 自主性 协调性 在线性与实时性 高可靠性 适应性、灵活性和可扩充性
友好性
集散控制系统的组成
▪ 分散过程控制级（DDC） ▪ 计算机监督控制级（SCC） ▪ 生产管理级（MIC）
至其他局域网
综合信息 管理级
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。
集散控制系统的发展趋势 总的发展趋势可体现在如下几个方面:各制 造厂商都在“开放性”上下功夫,力求使自己 的DCS与其他厂商的产品很容易地联网;大力 发展和完善DCS的通信功能,并将生产过程控 制系统与工厂管理系统联结在一起,形成管控 一体的产品;高度重视系统的可靠性,在软件的 设计中采用容错技术;在控制功能中,不断引进 各种先进控制理论,以提高系统的控制性能,如 自整定、自适应、最优、模糊控制等;在系统 规模和结构上,形成由小到大的产品,以适应不 同规模的需求。
可靠性：提高电子元器件的集成度,采用定制IC、集成电源、 工业级CPU卡件,发展现有的容错技术。
产品系列化：形成小型集中式系统,小、中、大型集散控制 系统，以及管理－控制一体化系统的系列化；开发现场安装的 智能化仪表及现场总线通讯技术。
现场总线控制系统
简 化 的
C I M S 网 络 体 系 结 构
国产化DCS今后的发展目标是在计算机技 术、通讯网络技术、信号处理技术、过程控制 技术以及人机界面工程技术等方面达到或超过 国外DCS 90年代中期水平，研制生产出新一 代DCS，进一步推动DCS的国产化进程，在工 业控制领域广泛适用，形成产业规模。要进一 步完成的主要内容包括:
国产化DCS的发展目标
工业设备测控单元互连
•HART (Highway Addressable Remote Transducer):
ISO开放系统互连基本参考模型
监控级的任务是对生产过程进行监视与操作。监控级根据生 产管理级的技术要求，确定分散过程控制级的最优给定量。 监控级能全面地反映各工作站的情况，提供充分的信息，因 此本级的操作人员可以据此直接干预系统的运行。
管理级则是整个系统的中枢，它根据监控级提供的信息及生 产任务的要求，编制全面反映整个系统工作情况的报表，审 核控制方案，选择数据模型，制订最优控制策略，并对下一 级下达命令。
集散控制系统的发展历史
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。