集散控制系统综合讲解
简述建筑设备集散式控制系统结构
简述建筑设备集散式控制系统结构一、引言建筑设备集散式控制系统是指将建筑内各类设备的控制集中管理的一种系统。
它通过集中控制器、传感器、执行器和通信网络等组成，实现对建筑内各种设备的统一控制和管理。
本文将从集散式控制系统的结构角度进行详细介绍。
二、集散式控制系统的组成1. 集中控制器集中控制器是整个集散式控制系统的核心，它负责汇集各个子系统的数据和指令，并进行处理和分发。
集中控制器通常采用高性能的工控计算机或嵌入式系统，具备强大的数据处理和通信功能。
2. 子系统子系统包括建筑内的各类设备，如空调系统、照明系统、电梯系统等。
每个子系统都有相应的传感器和执行器，用于感知环境和执行控制指令。
传感器负责采集环境参数，如温度、湿度、光照等，而执行器则负责控制设备的开关、调节等操作。
3. 通信网络通信网络是集散式控制系统中各个组件之间的桥梁，用于传输数据和指令。
通常采用现场总线或以太网等常见通信协议，以保证数据的可靠传输和实时性。
4. 监控与操作界面监控与操作界面是用户与集散式控制系统交互的窗口，通过它可以对系统进行监控、设置和操作。
常见的监控与操作界面有触摸屏、计算机终端和手机APP等。
三、集散式控制系统的工作原理1. 数据采集与传输各个子系统的传感器负责采集环境参数，并将数据传输给集中控制器。
传感器可以采用模拟信号或数字信号输出，集中控制器通过通信网络获取这些数据，并进行处理和存储。
2. 控制指令下发集中控制器根据采集到的数据和预设的控制策略，生成相应的控制指令。
这些指令通过通信网络发送给各个子系统的执行器，执行器根据指令进行相应的操作，如调节设备状态、开关设备等。
3. 系统监测与故障诊断集散式控制系统具备实时监测和故障诊断能力，能够对各个子系统的运行状态进行实时监测，并通过报警或日志记录等方式提醒用户。
一旦发现故障或异常情况，系统可以自动进行故障诊断，并尝试进行自动恢复或报警处理。
4. 数据存储与分析集中控制器负责对采集到的数据进行存储和分析，以便用户进行历史数据查询和分析。
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。
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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。
集散控制系统
Cnet
基本 控制单元
M 常规仪表
过程控制站
通信 接口
基本 控制单元
基本 控制单元
Cnet
基本 控制单元
Fnet
现场总线仪表
数据采集站
通信 接口
数据输入 输出单元
数据输入 输出单元
Cnet
数据输入 输出单元
常规仪表
过程控制站的系统结构
过程控制站
通信 接口
基本 控制单元
基本 控制单元
Cnet
基本 控制单元
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1.3 集散控制系统的硬件结构
管理 计算机
管理 计算机
Mnet
运行员 操作站
运行员 操作站
Snet
运行员 操作站
工程师 工作站
计算站
过程控制站
通信 接口
基本 控制单元
基本 控制单元
Cnet
基本 控制单元
M 常规仪表
过程控制站
通信 接口
基本 控制单元
基本 控制单元
Cnet
基本 控制单元
Fnet
现场总线仪表
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1.1.2 控制级
控制级主要由过程控制站和数据采集站构成。一般在实际 应用中，把过程控制站和数据采集站集中安装在位于主控 室后的电子设备室中。过程控制站接收由现场设备，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。
现场级设备一般位于被控生产过程的附近。典型的现场级 设备是各类传感器、变送器和执行器。它们将生产过程中 的各种物理量转换为电信号，例如将4~20mA的电信号(一 般变送器)或符合现场总线协议的数字信号(现场总线变送 器)，送往控制站或数据采集站；或者将控制站输出的控制 器信号(4~20mA的电信号或现场总线数字信号)转换成机械 位移，带动调节机构，实现对生产过程的控制。
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。
集散控制系统-集散控制系统概述电子教案
集散控制系统概述每当我们走进现代化的工厂或者从电视中总能看到这样的场景。
这是哪里呢？为什么这么干净整洁？为什么与传统的操作室有如此大的区别？这就是我们采用了集散控制系统之后的中央控制室。
现代化的工厂不光涉及生产控制问题还面临管理问题。
集散控制系统正是随着过程控制要求以及管理问题日益复杂应运而生的一种综合控制系统。
目前在电力、冶金、石化等行业都获得了广泛的应用。
今天我们就来学习集散控制系统的基础知识。
那我们又有新的疑问了，什么样的系统是集散控制系统？它与传统控制系统相比又有哪些特征呢？一、集散控制系统的定义集散控制系统简称DCS，也叫“分散控制系统”。
它是以微处理器为基础，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设计原则的一种控制系统。
主要特征就是集中管理和分散控制。
它的集中管理体现在：采用了DCS之后，操作和管理人员只要坐在操作站或管理计算机前就能完成大部分的监视、操作、协调和管理工作。
它的分散控制体现在：控制部分可以分为若干个、相对独立的子控制机构，这些机构在各自的范围内各司其职，互不干涉，各自完成自己的控制目标。
二、DCS的组成及各部分功能不同厂家生产的DCS组成各不相同，主要包括五个部分，分别是过程控制单元、过程接口单元、操作站、管理计算机和数据通信网络。
1.过程控制单元（现场控制站）过程控制单元，又叫现场控制站，是由许多功能分散的卡件按照一定的顺序安装在机柜中，接收现场传感器、变送器送来的信号，按照预定的控制规律进行运算，将运算结果作为控制信号，送回到现场的执行器中去。
它是DCS的核心部分，对生产过程进行闭环控制，可以控制数十个回路，还可以进行批量或者顺序控制。
2.过程接口单元（数据采集站）过程接口单元，又叫数据采集站，是为生产过程中的非控制变量设置的数据采集装置，它接收大量由现场设备送来的非控制过程信息，经转换和处理后送到操作站，供操作人员监控。
从外观上看它与过程控制单元一样，不同之处在于它实现的是开环监测，不直接完成控制功能。
集散控制系统-
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《计算机控制技术》
9.1 集散控制系统的发展过程与概念
DCS英文直译为“分散控制系统”。“集散控制系 统”是按中国人习惯理解而称谓的，集散控制系统的 主要特征是它的集中管理和分散控制。
它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中 的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式， 同时也为正在发展的先进过程控制系统提供了必要的 工具和手段。
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《计算机控制技术》
9.2 DCS体系结构
从DCS的层次结构考察硬件构成，最低级是与生产 过程直接相连的过程控制级。在不同的DCS中，过程控 制级所采用的装置结构形式大致相同，但名称各异，如 过程控制单元、现场控制站、过程监测站、基本控制器、 过程接口单元等，在这里，我们统称现场控制单元FCU。
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《计算机控制技术》
1- DCS的分散过程控制级
智能调节器
– 以微处理器技术为基础的智能调节器（如单回路、 多回路智能调节器）由于具有数据通信功能，因此 在DCS的分散过程控制级也得到了广泛的应用。
– 智能调节器是一种数字化的过程控制仪表，其外表 类似于一般的盘装仪表 。
– 智能调节器不仅可接受4～20mA，DC电流信号输 入的设定值，还具有异步通信接口RS－422／485、 RS－232等，可与上位机连成主从式通信网络，接 受上位机下传的控制参数，并上报各种过程参数。
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《计算机控制技术》
9.2 集散控制系统的体系结构
• ③综合信息管理级
• 这一级由管理计算机、办公自动化系统、工厂自动化服务系统构 成，从而实现整个企业的综合信息管理。综合信息管理主要包括 生产管理和经营管理。
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。
仪表DCS集散控制系统介绍
仪表DCS集散控制系统介绍集散控制系统（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。
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。
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。
《DCS集散控制系统》课件
其他领域的应用
电力系统：发电、输电、变电、配电等 环节
石油化工：炼油、化工、天然气等环节
冶金行业：钢铁、有色金属等环节
交通领域：铁路、公路、航空、港口等 环节
环保领域：污水处理、大气污染控制等 环节
建筑领域：楼宇自动化、智能建筑等环 节
Part Six
DCS集散控制系统 的设计与实施
系统设计原则与方法
特点：人机界面友 好，操作简便
应用：广泛应用于 工业自动化、电力 、石化等领域
系统网络
网络拓扑结构：星型、环型、总线型等 网络协议：TCP/IP、Modbus等 网络设备：交换机、路由器、防火墙等 网络管理：监控、配置、故障诊断等
硬件设备选型与配置
控制器：选择合适的控制器类型和型号，如PLC、DCS等 输入输出设备：选择合适的输入输出设备，如传感器、执行器等 通信设备：选择合适的通信设备，如网络交换机、路由器等 电源设备：选择合适的电源设备，如UPS、电源模块等 安全设备：选择合适的安全设备，如防火墙、安全网关等 辅助设备：选择合适的辅助设备，如显示器、键盘等
Part Four
DCS集散控制系统 的软件功能
控制算法与策略
控制算法：PID控制、模糊控制、神经网络控制等 控制策略：集中控制、分散控制、混合控制等 控制目标：提高系统稳定性、准确性、实时性等 控制效果：降低能耗、提高生产效率、减少故障率等
数据采集与处理
数据采集：从现场设备中 获取实时数据，如温度、 压力、流量等
报警功能：当系统 出现异常时，自动 报警并提示操作人 员
操作功能：提供手 动、自动等多种操 作方式，方便操作 人员控制设备
数据记录与分析： 记录系统运行数据 ，便于分析设备运 行情况，优化控制 策略。
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柜顶风扇 接线端子
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卡件实例图
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电源
交流电源：
交流电源经过集散系统的电盘的断路器给系统供电， 保证现场控制站供电系统高效、稳定、无干扰。
❖ 每一现场控制站场均用双相交流电源供电， 两相互为冗余。
❖ 如果附近有经常开关的大功率用电设备，应 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。这样能很好的隔离共 模干扰。
❖ 对控制连续性要求特别高的场合，应装设不 间断供电电源UPS 。
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电源
柜内直流稳压电源： 统一的主电源单元将交流电整流成直流电（一 般为24V）供给柜内直流母线。各层机架内设 有子电源单元，将母线上送来的单一直流电压 转变成机架所需的各种电压（+5V、± 12V、 ± 15V等）。 主控电源采用1：1冗余配置。 子电源单元采用1：1或N：1冗余配置
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JX-300X系统的基本结构
JX-300XDCS系统的结构是一个分布式系统。其 逻辑结构为树结构。按系统结构进行垂直分解：
各级既相互独立由相互联系。 每一级又水平分解成若干子集。
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JX-300X系统的基本结构
生产管理级 管理计算机
中央操作台
过程管理级
LAN局域网
过程变量(参数) 操作的各种信息
特征：
过程控制装置
操作监视的数据 执行机构
能适应恶劣的工业生产过程环境
分散控制
实时性好
独立性强
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过程控制级
过程控制级功能 生产过程的数据采集、反馈控制、顺序控制、
批量控制等。在其内部完成：A/D转换，各种控制算法 的运算，对模拟量进行滤波及工程单位转换，将采集 到的实时数据通过网络送到操作员(工程师)站或其他 I/O站。 过程控制级装置 多回路控制器 单回路控制器 多功能控制器 可编程逻辑控制器 数据采集装置
0—10V的电压信号送入A/D板。 采用差动放大器，并且每一路 都串接了滤波器。 ❖ A/D插板：信号调节器输入的多路模拟信号，按CPU的指令逐一 转变为数字量送给CPU。DCS多用12位A/D转换器。时间在100微 秒左右。每块A/D插板输入8—64路模拟信号
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模拟量输出通道（AO）
输出4—20mA或0—10mA的直流电流信号。 组成： D/A插板 输出端子板 柜内电缆
D/A插板 每板可提供4—8路模拟输出，精度有8位、12位几种。
输出负载能力一般要求小于500欧。
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开关量输入/输出通道（SI/SO）
I/O卡件的信息。
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单 元 机 笼
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I/O I/O
单 元 机 笼
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机柜结构
机柜内部装有多层机架，安装电源及多种模件 外壳采用金属材料以提供电磁屏蔽。 为保证散热降温，柜内装有风扇。 柜内大多设有温度自动控制装置
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机柜示例
浙大中控JX-300系统 控制站插件箱
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JX-300X系统组成
JX-300X 的基本组成包括工程师站（ES）、操作站（OS）、 控制站（CS）和通讯网络SCnet II。通过在JX-300X 的通讯网络 上挂接总线变换单元（BCU）可实现与JX-100、JX-200、JX-300 系统的互联；在通讯网络上挂接通信接口单元（CIU）可实现JX300X与PLC 等数字设备的连接；通过多功能计算站（MFS）和 相应的应用软件Advantrol-PIMS可实现与企业管理计算机网的信 息交换，实现企业网络（Intranet）环境下的实时数据采集、实 时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录 与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生 成与输出等功能，从而实现整个企业生产过程的管理、控制全集 成综合自动化。
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I/O通道
AI通道 AO通道 SI通道 SO通道
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模拟量输入通道(AI)
一般由端子板、信号调节器、A/D插板、及柜内连接电缆组成。
❖ 端子板：用于连接现场信号电缆，对每一路信号线路提供正负极 两个接线端子及屏蔽层的接地端子。
❖ 柜内电缆：端子板、信号调节器与A/D板之间的信号连接。 ❖ 信号调节器：将各种范围的模拟量输入信号统一转换成0—5V或
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系统硬件
控制站（CONTROL STATION, 简称CS）:
由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元组成
通过不同的硬件配置和软件设置可构成不同功能的控制站
过程控制站PCS
逻辑控制站 LCS
数据采集站DAS
核心部件是主控制卡，它能进行多种过程控制运算和数字
逻辑运算，并能通过下一级通信总线（SBUS)获得各种
工程师操作站 操 作 员 站 监控计算机
网间连接器 网间连接器
高速数据公路
过
程 控 制
DDC直接数 字控制站
级
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数据 采集站
多功能 控制站
可编程逻辑 单回路调节
控制站
控制站
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JX-300X系统的基本结构
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过程控制级（Process Control Unit ）
直接面向生产过程，是系统与过程之间的接口
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I/O通道
在过程控制计算机中，种类最多，数量最大 的是各种I/O接口模件(卡件)。来自过程对象的被 测信号通过输入卡件，进入现场控制站，然后按 一定的算法进行数据处理，并通过输出卡件向执 行设备送出控制或报警等信息。
输入卡件
信号
现场控制站 数据处理
输出卡件
执行 设备
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集散控制系统 综合讲解
系统简介
浙大中控本着不断改进完善系统性能，最大限度地 满足应用需要的原则，充分应用了最新信号处理技术、 高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以 及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先 进控制算法，全面提高了JX-300的功能和性能，使其兼 具了高速可靠的数据输入、输出、运算、过程控制功能 和PLC联锁逻辑控制功能，能适应更广泛更复杂的应用 要求，成为一个全数字化、结构灵活、功能完善的新型 开放式集散控制系统。为区别于早期推出的JX-300系统， 我们称该新型系统为JX-300X。