集散控制系统原理及应用复习进程
集散控制系统原理及应用(第三版)复习题
集散控制系统复习题一、填空题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。
集散控制系统的主要特点是集中管理和分散控制。
2.TPS和PKS是Honeywell公司的集散控制系统产品，Delta V是Emerson公司的集散控制系统产品，I/A S是Invensys公司的集散控制系统产品。
国产集散控制系统的产品有浙大中控的SUPCON、新华公司的XDPF、国电智深的EDPF等。
3.集散控制系统基本构成由分散过程控制装置、操作管理装置、通信系统组成。
4.分级递接控制系统结构分为多层结构、多级结构、多重结构。
P165.开放系统的标志是可移植性、可操作性、可适宜性和可用性。
6.集散控制系统的分散控制结构表现为组织人事的分散、地域的分散、功能的分散和负荷的分散。
P187.常用的冗余方式有同步运转方式、待机运转方式、后退运转方式和多级操作方式。
8.现场总线是在过程自动化和制造自动化中，实现智能化现场设备与高层设备之间互联的、全数字、串行、双向传输的、多分枝结构的通信系统。
9.现场总线可分为执行器传感器现场总线、设备现场总线和全服务现场总线三类。
10.现总线的特点是开放性、智能化、互操作性、环境适应性和分散控制等。
11.采用现场总线控制系统的主要因素是节省硬件数量和投资、节省安装费用与维护费用、多变量检测和运输、缩短安装时间和投运时间、等。
P2112.现场总线控制系统与传统集散控制系统的相同点包括分散控制集中管理和综合自动化组成部分等；主要差别包括通信和传输的差别和数字传输技术等。
13.影响现场总线实时性的主要因素有现场总线数据传输速率和主战应用程序的大小与复杂程度；主要解决措施包括减少网络通信的吞吐量，保证一旦有通信要求就能够立即实现通信、提高有效通信量、减少通信冲突的发生，保证通信的实时性、采用全双工通信模式和交换式以太网、采用塌缩的通信模型和通信协议、选用合适的现场总线仪表，减少通信量、采用发布方/预约接收方的通信结构、设置优先级、采用虚拟局域网和引入质量服务等。
集散控制系统期末复习大纲
A：信息管理网B：过程控制网C：SBUS-S2D：SBUS-S1
25．WebField JX-300XP系统组态的基本过程包括。
A：总体信息设置B：控制站组态C：操作站组态D：编译E：下载
10、PROFIBUS-PA总线标准是专为（A）设计的。
A、过程自动化 B、继电保护 C、车间级监控及复杂的通信 D、外围设备通信
A：操作站B：工程师站C：现场控制站D：监控计算机
第一章
1．计算机控制系统的工作可归纳为、、等3个步骤P7
2．计算机控制系统由和两大部分组成。P7
3．实时的该念不能脱离具体的过程，一个在线的系统一定是一个实时系统，一个实时控制系统也必定是在线系统。（）P7
4．简述计算机控制系统的组成，并画出系统框图。P7
5
电源机笼
6
电源箱
7
主控卡
8
数据转发卡
9
电流信号输入卡
10
电压信号输入卡
11
热电阻信号输入卡
12
电流信号输出卡
13
开入卡
14
开出卡
15
不冗余端子板
答：
序号
设备名称
型号
数量
备注
1
机柜
1
2
I/O机笼
4
3
HUB
2
4
AC配电箱
1
5
电源机笼
1
6
电源箱
4
7
主控卡
XP243
2
8
数据转发卡
XP233
8
9
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。
集散控制系统原理及其应用 绪论
绪
论
(4)现场控制站
现场控制站通过现场仪表直接与生产过程相连接，采集过程变量信息，并进行转换 和运算等处理，产生控制信号以驱动现场的执行机构，实现对生产过程的控制。
现场控制站可控制多个回路，具有极强的 运算和控制功能，能够自主地完成回路控 制任务，实现反馈控制、逻辑控制、顺序 控制和批量控制等功能。
绪
论
集散控制系统原理及其应用 绪 论
绪
论
绪
论
☞ 集散控制系统是 20 世纪 70 年代中期发展起来的、
以微型计算机技术为基础的、实行集中管理、 分散控制的计算机控制系统。由于该系统在发展
初期以实行 分散控制 为主，因此又称为分散型控制 系统或分布式控制系统(Distributed Control System，
绪
论
12、什么是组态？ 通过专用的软件定义系统的过程就是组态（configuration）。定义过程站各模块的排列位置和 类型的过程叫过程站硬件组态；定义过程站控制策略和控制程序的过程叫控制策略组态；定义 操作员站监控程序的过程叫操作员站组态；定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组 态。 14、什么是PLC? PLC就是可编程逻辑控制器。 15、PLC能用于过程控制吗？ 早期的PLC只是用来完成一些电气逻辑控制和开关量，现在的PLC在性能上，特别是对模拟信 号的处理能力上已经大大提高，因此现在PLC是可以用于过程控制的。 16、什么是模拟量和数字量？ 模拟量是指连续变化的信号（如4~20mA,0~5v）；数字量是只有开关状态的信号。 17、I/O信号是如何分类的？ 常用的I/O信号一般分为：AI、AO、DI和DO。 AI--模拟量输入信号 AO--模拟量输出信号 DI--数字量输入信号 DO--数字量输出信号
集散控制系统原理及应用资料
14
第四阶段（1990年以后）
— DCS以管控一体化出现，在硬件上采用了开放 的工作站，采用了Client/Server的结构，在网络 结构上增加了工厂信息网，并可与互联网联网，在 软件上采用UNIX和X-Windows的图形用户界面，系 统的软件更丰富，一些优化和管理良好的界面的软 件被开发并移植到DCS中
8
典型DCS系统的体系结构
系统网络
控制网络
通讯介质转换
9
10
一、集散控制系统的发展历史
模拟仪表难以胜任生产规模的不断扩大； 仪表技术应适应工业技术发展的要求； 计算机集中控制的风险太大； 系统上下及子系统之间的通信联系要求越来越高。
11
第一阶段（1975年—1980年）
— 代表产品主要有美国Honeywell公司的TDC2000， Baily公司的Network90，Foxboro公司的 Spectrum，日本横河公司的Centum等 — 主要由过程控制单元PCU、数据采集装置DAU、 CRT操作站、监控计算机和数据高速公路HW五部 分组成
功能：生产过程的各种变量通过它转化为操作监 视的数据，操作的各种信息业通过过程控制装置送 到各执行机构，对输入输出量进行A/D,D/A转换以 及滤波等运算 组成：AI AO DI DO PI PO等功能板， CPU、 电源、端子板等。
16
2、操作管理装置
功能：操作员可以通过它能够了解生产过程的运 行状况，并通过它发出操作指令给生产过程
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。
集散控制系统原理及应用何
集散控制系统原理及应用何集散控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是一种应用于工业生产自动化领域的控制系统，它基于微处理器和通信技术，将大规模的控制任务分布到不同的控制器上进行处理，并通过实时通信进行协调和交互。
DCS的核心思想是将控制任务分散在各个子系统中，使得控制系统可以实现分布式、分层和模块化的控制结构。
DCS的基本原理和特点如下：1. 分布式结构：DCS将控制任务分布到不同的控制器上，每个控制器负责一个或多个子系统的控制。
通过分布式结构，DCS可以灵活地应对不同规模和复杂度的工业过程。
2. 分层控制：DCS可根据控制层次的不同，进行层层控制。
通常分为主控制层、过程控制层和执行控制层。
主控制层负责决策和优化，过程控制层负责实时控制和监视，执行控制层负责控制执行。
3. 模块化设计：DCS系统由多个功能模块组成，每个模块负责特定的功能，可以独立地开发、配置和维护。
这种模块化设计使得DCS具备良好的扩展性和可维护性。
4. 实时通信：DCS采用实时通信技术，保证各个控制器之间的数据传输和信息交互的实时性。
这种实时通信可以在控制系统中进行远程监控和远程操作。
DCS的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 工业生产：DCS广泛应用于各种工业生产过程中，例如石化、电力、钢铁、水处理等行业。
DCS可以实现对工业过程的实时控制和监测，提高生产效率和产品质量。
2. 环境监测：DCS系统可以应用于城市环境监测，通过控制和监控空气质量、噪音、水质等参数，实现对环境的实时评估和预警。
3. 城市交通：DCS可以应用于城市交通控制系统，通过实时监控交通流量和信号灯的控制，优化交通流动，减少拥堵和事故的发生。
4. 智能建筑：DCS可以应用于智能建筑系统，通过控制和监测温度、照明、空调等设备，提高建筑的能源利用效率和舒适性。
5. 制造业：DCS在制造业中可以用于生产线的控制和监测，提高生产效率和产品质量。
集散型控制系统(免费)
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: 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 接口, 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, 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, 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、 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。 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, 方法, 程控制组态采用CAD方法,使其更直观方便, 实现自整定功能。 实现自整定功能。
分散控制系统（DCS）是采用标准化、模块化和系列化的设计， 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： 以下特点： 自主性 协调性 在线性与实时性 高可靠性 适应性、 适应性、灵活性和可扩充性 友好性
集散控制系统的特点
集散控制系统的组成
分散过程控制级（DDC） 分散过程控制级（DDC） 计算机监督控制级（SCC） 计算机监督控制级（SCC） 生产管理级（MIC） 生产管理级（MIC） 管理 计算机 局部网络（LAN） 局部网络（LAN） 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 至其他局域网 网间 连接器
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, 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、 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。 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、 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、 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、 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, 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。 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、 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。 制和批量控制功能。
集散控制系统复习总结资料(可编辑修改word版)
试题库一、填空1. 1975 年，世界上第一套集散控制系统由 美国霍尼韦尔 公司首先向市场推出，其型号是 T DC2000 。
2. 操作站的基本功能包括 显示 、 操作 、 报警、 系统组态 、 系 统 维护 和 报 告 生成 。
3. OSI 参考模型的七层分别是 物理层 、 链路层 、 网络层 、 传 送层 、 会话层、 表示层 、 应 用层 。
4. TDC3000 系统中，一条 LCN 网最多可连 40 个模块，通过扩大器可连 645 个模块。
5. CS3000 系统主要由 操作站、 现场控制站 、 工程师站 、 通信总线 和 通信网关 等部分组成。
6 .MACS 现场控制站由 控制机笼 、 主控制器 、 电源模块 、 智能 I /O 模块 、端子模块 、 通 信 网络 、 控 制 机柜 等部分组成。
7. 现场总线是一种 数字式 、 双向传输 、 多分支机构 和 计算机局域网络 的底层控制网络。
8. 典型的现场总线有 FF 现场总线 、 P r o f i b u s 现场总线 、 C o n t r o l N e t 现场总线 、 CAN 现场总线 、 HART 现场总线9. 现场总线的基本设备有 现场总线变送器 、 温度变送器 、 电流-现场总线转换器 和 现场总线-电流变换器 等。
10. PROFIBUS 现场总线的组态软件是 STEP7 。
11. 计算机控制系统由 工业控制机 和 生 产 过程 两大部分组成。
12. 计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为 工业控制机控制系统 、 PLC 控制 和 单片机控制 。
13. 集散控制系统是 计算机技术、 显 示 技术 、 通 信 技术 和 、 控制技术相结合的产物。
14. 计算机网络的拓扑结构主要有 总线型 、 星型 、 环型 、 树型 和 网 状型 。
15. JX-300X 集散控制系统控制站卡件有 主控制卡 、 数据转发卡 和 I /O 卡 。
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。
DCS第一章集散控制系统基本原理与其应用
值SV进行比较、运算，将结果以数字信号DS2的形式
输出，经D/A转换器后输出模拟信号AS2去控制执行器。
1.3.1 输入信号处理
• ➢为了实现计算机对生产过程的控制，需要将被控对 象的各种测、控变量按要求的方式送入计算机，以便 运算和处理。
• ➢被控对象所提供的信息是纷繁复杂的，其种类、性 质及大小等各不相同，因此需要通过某种装置将生产 过程中的各种被测变量转换成计算机能够接受的信号， 这种在计算机与生产过程之间，起着信号转换并向计 算机传送信息的装置称之为输入通道。输入通道的信 号处理包括数字量输入信号处理和模拟量输入信号处 理。
散的信息集中起来，进行集中的监视和操作，并实现高级
复杂规律的控制。其结构如图1.7所示。
• ➢集散控制系统是一种典型的分级分布式控制结构。 • ➢监控计算机通过协调各控制站的工作，达到过程的
动态最优化。控制站则完成过程的现场控制任务。 • ➢操作台是人机接口装置，完成操作、显示和监视任
务。 • ➢数据采集站用来采集非控制过程信息。集散控制系
式。
• 1.1.2 硬件系统
•
计算机控制系统由工业控制机和生产过程
两大部分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特
点和要求而设计的计算机（一般是微机或单片机），
它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象，
测量变送、执行机构、电气开关等装置。计算机控制
系统的组成如图1.2所示。
图1.2 计算机控制系统的组成框图
而易举的事。
•
由于DDC系统中的计算机直接承担控制任
务，所以要求实时性好、可靠性高和适应性强。为了
充分发挥计算机的利用率，一台计算机通常要控制多
个回路，那就要求合理地设计应用软件，使之不失时
集散控制系统原理及其应用
第6章 其他集散控制系统简介
6.2.1 MACS系统的组成
图6.3 系统结构示意图
(1)网络
第6章 其他集散控制系统简介
控制层的数据通信网络称为控 制网络(CNET)。控制网络采用 监操P化系员r系控作o统站f统网员ib网和各络站u络系s个、(工M用统I高-业/N于服O级现E实务模T计场)现器块实算总工与及现站线程现智工与与师场能程系自站控设师统动制、备站服站操、之作 务连间等接器。数通的据信互、.连资. 源的互连、共享及打印
4.画面建立软件
☞画面建立软件(FoxDraw)用于 对过程操作流程画面和有关的操 ☞画面的数据作可、与调过整程画变面量进进行组态，支持三 行连接。对维目的标画属面性显的示动。态变 量，它也允许操作员控制的像 按钮等设备图形显示在画面上。
图6.2 压缩机控制
第6章 其他集散控制系统简介
5.报警管理软件
第6章 其他集散控制系统简介
第6章 其他集散控制系统
第6章 其他集散控制系统简介
知识点：
学 习 目
●掌握I/A S系统系统的组成 ●了解I/A S系统所采用的通信网络
标 ●掌握I/A S系统硬件结构及各部分的作用
●了解I/A S系统软件的作用
●掌握MACS系统的组成及各部分的作用
●熟习现场控制站的构成及特点
图6.1 I/A S 系统构成
2.应用处理器
第6章 其他集散控制系统简介
应用处理器(AP)使用是对外部 大容量存储设备执行有关的应 用功能。
图6.1 I/A S 系统构成Fra bibliotek.应用工作站处理器
第6章 其他集散控制系统简介
应用工作站处理器(AW) 承担网 络上的服务器的功能，又能作 为一个人机界面.
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。
集散控制的原理及应用
集散控制的原理及应用什么是集散控制集散控制（Decentralized Control）是一种在分布式系统中使用的控制方法。
它是一种分散决策的方式，通过在系统中各个节点上进行局部决策，实现整体的协调与控制。
集散控制的目标是通过最小的中央控制器来实现复杂的系统控制，在分布式系统中具有很高的可扩展性和可靠性。
集散控制的原理集散控制的原理基于分布式系统的思想，它将系统分为多个自治节点，并通过在各个节点之间进行通信以实现协调与控制。
每个节点都具有一定的决策能力，并通过与其他节点的交互来达成共识。
集散控制通过将系统的控制任务分散到各个节点，避免了单点故障，提高了系统可靠性和可扩展性。
集散控制的原理可以简化为以下几个步骤： 1. 系统分解：将系统分解为多个自治节点。
每个节点负责执行特定的任务。
2. 节点决策：每个节点根据自身的输入和状态进行决策，并执行相应的操作。
3. 信息交互：节点之间通过通信方式传递信息，共享各自的状态和决策结果。
4. 协调与控制：节点根据接收到的信息进行协调和控制，实现整体的目标。
集散控制的应用集散控制广泛应用于各个领域的分布式系统中。
下面列举了一些典型的应用场景：工业控制系统在工业控制系统中，集散控制可以实现对生产线的协调和控制。
每个机器或设备都可以作为一个节点，通过集散控制实现整个生产线的优化和调度。
例如，通过集散控制可以将订单和生产计划分发到各个节点，使得生产线始终保持高效运转。
智能交通系统在智能交通系统中，集散控制可以实现对交通信号灯的协调和控制，以及实时交通流量监测和调整。
每个交通信号灯可以作为一个节点，通过集散控制算法实现交通流量的最优调度，提高道路的通行效率。
能源管理系统在能源管理系统中，集散控制可以实现对能源生产和消费的协调和控制。
每个能源设备（例如风力发电机、太阳能电池板等）可以作为一个节点，通过集散控制算法实现能源的优化分配和利用，提高能源的利用效率。
分布式计算系统在分布式计算系统中，集散控制可以实现对计算资源的协调和控制。
集散控制系统(复习)
2) 冗余电缆
思考题：
根据下面的配置要求，画出PKS系统的结 构图。 • 1条容错以太网，（都采用冗余配置） • 1台过程服务器，2台操作站，1台ACE， 2套冗余的混合控制器C200，1个FSC， • I/O控制网络节点有2台A-B公司的PLC和 2台HPM I/O。
过程服
操作
操作
• FF\Profibus\DeviceNet\ControlNet等现场总 线设备
• 数字视频管理站（DVM） • 故障安全控制器FSC\SCADA设备以及集成的
TPS、TDΒιβλιοθήκη 2000、TDC3000等分散控制装置。
1、功能强大，安全可靠的控制器 - C200
FTE
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• 可同时实现: 连续回路控制, 逻辑连锁控制, 和顺序控 制
Experion PKS（Honeywell）
• 分散过程控制装置 C200\C300混合控制器、输入输出子系统和 现场总线设备。
• 集中操作和管理装置 过程服务器、操作站、应用控制环境等
• 通信系统 容错以太网和ControlNet现场总线。
Experion PKS 全貌图
移动 终端
www
商务集成 服务器 eServer
• 数字传输技术。FCS将DCS的优点集中，控 制功能更完善，操作更方便，组态更容易。 FCS与DCS的一个重要区别是采用数字传输 技术代替模拟传输技术。
• 综合自动化的组成部分。用于过程控制的重 要装置，与其他的过程控制和管理装置如紧 急停车系统、可编程逻辑控制系统、制造执 行系统、先进控制系统等，一起组成综合自 动化系统。
• 要尽快地研究和建立我国FCS（现场总线控 制系统）的体系结构。
集散控制系统原理及应用控制算法和控制组态
①需要积分外反馈来防止积分饱和 ②常规仪表控制系统移植时，需根据控制系统的要求，选用合适的控制方案 ③采用具有逻辑规律的比值控制系统
集散控制系统原理及应用控制算法和控制组态
3. 集散控制系统实现复杂控制系统的注意事项 ➢分程控制
①采用不同工作范围的控制阀，控制组态与常规仪表实施相同 ②采用相同工作范围的标准控制阀，在集散控制系统中分别计算各阀输入，并分送两 个输出模块
集散控制系统原理及应用控制算法和控制组态 6. 集散控制系统实现优化控制
➢确定操作优化的过程变量：目标函数；运行变量；
➢确定约束条件：采用乘法、除法器引入非线性； ➢确定优化算法：迭代次数越少、解空间搜索率越低、解空间越小，则优化算法越好 ➢建立过程数学模型：机理建模；根据输入输出数据建模；混合建模；
集散控制系统原理及应用控制算法和控制组态
Байду номын сангаас4. 集散控制系统实现先进控制系统的注意事项
➢时滞补偿控制
①采用史密斯时滞预估补偿控制：模型精度；时滞环节的实现； ②增益自适应补偿控制：采用乘法、除法器引入非线性； ③观测补偿控制：方案选择；观测器选择；控制器选择；参数整定； ➢模糊控制 ①模糊集表示；运算；模糊控制器设计 ②提供模糊控制功能块，可方便地调用 ➢预测控制 ①确定预测模型；参考轨线；反馈校正和滚动优化 ②提供预测控制功能块，可方便地调用 ➢神经网络控制 ①人工神经元；激活函数；人工神经网络；
集散控制系统原理及应用控制算法和控制组态 三、现场总线控制系统的模块
1. 模块类型和参数：
集散控制系统原理及应用控制算法和控制组态 三、现场总线控制系统的模块 1. 模块类型和参数： 资源模块和参数 转换器模块和参数 功能模块
集散控制系统及其应用
• 偏校正时，常设定一漂移限值，超过该值， 状态字中“零偏超出故障”置位，并发出 报警。但这个零偏读数仍用来进行零点校 正。
• 6.工程量变换
• 上位机或操作站需显示或打印时,还应将 规格化的数据转换成工程量单位值y,它按式 （1－2）进行计算。
•
M（x-x0）
（1） 报警类型 报警类型通常可分为绝 对值报警，偏差报警，速率报警以及累计值
• 报警。
• 绝对值报警：参与直接与规定的工程量 上、下限幅值进行比较，高于上限或低于 下限，即进行报警。
• 偏差报警：按参数与目标值的偏差大小 进行报警。
• 速率报警：为了反映过程变换的平稳情 况，设置了“显著变化限报警”。每次测 量结果与前次值相比，变化超出此限即报 警。
列的报警，如果全部报警必然使操作管理 人员提供流量报警信号使报警信号简洁明 了。而且实际操作过程中，被切断的那些 报警信息，仍可在报警日志中记录和显示。
• 3 ) 最高报警选择参数：当某个数据点的几 个报警参数同时处于报警状态时，最高报 警选择参数会确定最危险的那一个报警参 数，在报警画面中显示。这种情况常见于 同时组态了PV值报警、PV变化率报警、 PV坏值报警的场合。
集中监视、操作、管理和分散控制的一种 全新的分步式计算机控制系统。
DCS自20世纪70年代问世以来，发展异 常迅速，目前，它作为新一代工业自动化 过程控制设备，在世界范围内被广泛应用 于石油、化工、冶金、纺织、电、食品等 工业，我国在石油、化工、冶金与电力等 行业也已普遍推广应用。随着现代化工业 的飞跃发展、生产装置的规模不断扩大、 生产技术及工艺过程愈趋复杂，常规模拟 仪表存在难以克服的弊病：首先是控制功
• 对每一条温度,只需8s检测一次8s检测一 次。
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集散控制系统原理及应用集散控制系统原理及应用题型：填空 51*1′；解答；综合；计算复习范围：1、集散控制系统有什么优点？为什么集散控制系统要分散控制，集中管理？答：集散控制系统，与模拟电动仪表比较，它具有连接方便、采用软连接方法时控制策略更改容易、显示方式灵活、显示内容多样、数据储存量大等优点；与计算机集中控制系统比较，它具有操作监督方便、危险分散、功能分散等优点。
分散控制为了分散危险，集中管理为了便于操作管理。
2、开放系统的主要特点是什么？集散控制系统为什么是开放系统？答：开放系统是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，这些标准可为各种应用系统的标准平台提供软件的可移植性、系统的互操作性、信息资源管理的灵活性和更大的用户可选择性。
集散控制系统的开放性表现在下列方面：○1可移植性；○2可操作性；○3可适应性；○4可用性；3、集散控制系统的发展方向是什么？信息化和集成化与集散控制系统的关系是怎样的？答：向上整合企业信息网，管控一体化；向下集成现场总线控制系统，全数字化控制、解决控制系统的“孤岛”现象。
4、现场总线控制系统与集散控制系统之间是如何统一在分散控制、集中管理的特点的？5、目前，无线连接是否能够替代现场总线？还存在什么问题？答：不能。
6、网络化指什么？答：网络化分为工业以太网和仪表网络化。
仪表网络化是实现工业控制网络的关键，网络化仪表除具有常规仪表各种功能外，还带有通信功能，可以通过通信线路直接实现与计算机联网通信，仪表网络化系统不受时间和地域限制，安装简单方便，数据传输稳定可靠。
7、功能安全指什么？答：按照IEC61508定义的功能安全为：与受控设备（EUC）或受控设备的控制系统（或过程）有关的整体安全的组成部分，它决定于电气/电子/可编程设备（E/E/PE）安全相关系统、其他技术安全相关系统和外部风险降低设施功能的正确执行。
8、试述集散控制系统的基本构成和各层的主要功能答：集散控制系统都由三大基本部分组成：即分散过程控制装置部分、集中操作管理系统部分、通信系统部分。
现场控制级：实时采集过程数据，将数据转换为现场总线数字信号；输出过程操纵命令，实现对过程的操纵和控制；进行直接数字控制；完成与过程装置控制级的数据通信；对现场控制级设备进行监控和诊断。
过程装置控制级：实时采集过程数据，进行数据转换和处理；数据的监视和存储；实施连续、离散、批量、顺序和混合控制的运算，并输出控制作用；数据和设备的自诊断，数据通信。
车间操作管理级：数据显示和记录；过程操作；数据存储和压缩归档；系统组态、维护和优化运算；数据通信；报表打印和操作画面硬拷贝。
全厂优化调度管理级：优化控制；协调和调度各车间生产计划和各有关部门的关系；主要数据显示、存储和打印；数据通信。
9、什么是递阶控制系统？它主要有哪些结构？说明他们的特点。
答：递阶控制系统是金字塔结构，同一级的各决策子系统可同时对其下级系统施加作用，同时又受到上级的干预，子系统可通过上级相互交换信息。
主要包括分层结构：按系统中决策的复杂性分级；多级结构：为减少同一级的各子系统之间的信息的交换和决策的冲突，在分散的各决策子系统上添加一级协调级，用于下级决策的协调和信息的交换；多重结构：是指用一组模型从不同角度对系统进行描述的多级结构。
10、为什么说集散控制系统是递阶控制系统？答：集散控制系统是金字塔结构，同一级的各决策子系统可同时对其下级系统施加作用，同时又受到上级的干预，子系统可通过上级相互交换信息。
所以说集散控制系统是递阶控制系统。
11、分散控制系统主要是什么分散？集散控制系统为什么是分散控制系统？答：分散控制系统主要表现为下列几个方面：○1组织人事的分散；○2地域的分散；○3功能的分散；○4负荷的分散。
大多数集散控制系统采用复合型分散控制结构，它是水平和垂直型的结合，各子系统各自管理的同时，形成上下阶层关系。
各子系统有较复杂的独立性，上位系统的故障不影响下位子系统间的数据交换和各自的功能。
12、冗余化结构有什么有点和缺点？集散控制系统中常采用哪些冗余方式？答：集散控制系统的冗余方式主要有：○1同步运转方式；○2待机运转方式；○3后退运转方式；○4多级操作方式。
13、常用的集散控制系统有哪些结构类型？不同制造商的集散控制系统在结构上有什么区别吗？答：集散控制系统的产品结构类型如下：○1模件化控制站+与MAP兼容的宽带、载带局域网+信息综合管理系统；○2分散过程控制装置+局域网+信息管理系统；○3分散过程控制站+高速数据公路+数据站+上位机；○4可编程控制器（PLC）+通信系统+操作管理站；○5单（多）回路控制器+通信系统+操作管理站。
不管采用哪种类型，集散控制系统都有三大基本部分。
14、以某一集散控制系统为例，说明集散控制系统的构成。
答：Experion PKS系统包括：分散过程控制装置：包括C200和C300混合控制器，输入输出子系统、现场总线设备；操作和管理装置：包括服务器、操作占、数字视频管理站DVM、应用控制环境ACE、eSERVER；通信系统：包括第0层（现场总线层）、第一层、第二层、第三层、DMZ层、第四层、容错以太网、ControlNet现场总线；Experion PKS系统软件等构成。
15、现场总线控制系统构成与传统集散控制系统构成的主要区别是什么？答：○1分散控制、集中管理：集散控制系统分散尚不够彻底，分散到设备或者装置级，现场总线控制系统将基础控制分散到现场级；○2数字传输技术：现场总线控制技术采用数字传输技术代替模拟传输技术；○3通信传输的差别：集散控制系统传输的信号是4~20mA模拟信号，采用HART协议仪表的传输采用混合传输，即4~20mA模拟信号加数字信号，而现场总线传输的信号是数字信号。
16、常用分散过程控制装置的主要构成有哪几类？其构成特点是什么？答：分散过程控制装置的构成有以下几类：○1整体式结构的构成：整体式分散过程控制装置的构成采用回路控制器为主的形式，常采用盘装仪表方式，各仪表之间为分散结构，各自独立操作；○2分离式结构的构成：分离式分散过程装置的构成采用垂直分层的形式，常用语大规模的应用。
它的操作接口在上层操作管理级；○3冗余系统的构成：整体分散过程控制装置自身带操作器；○4现场总线控制系统的构成：现场总线控制系统中，分散过程控制装置由控制器、现场总线和现场总线智能仪表组成。
采用分离式的结构，由现场总线主设备经一根现场总线对挂接到该现场总线的设备进行调度和管理，完成现场级的控制功能。
17、集散控制系统的操作管理装置的主要构成有哪些？其构成特点是什么？答：○1集散控制系统的操作站vb；○2集散控制系统的工程师站；○3集散控制系统的操作管理站。
18.试述可靠性的定义。
广义可靠性和狭义可靠性的主要区别是什么？答；可靠性指机器、零件或系统。
在规定工作条件下，在规定时间内具有正常工作性能的能力。
狭义的可靠性指一次性使用的机器、零件或系统的使用寿命。
广义的可靠性是指可修复的机器、零件或系统，在使用中不发生故障，一旦发生故障又易修复，使之具有经常使用的性能，广义可靠性包含可维修性。
集散控制系统的可靠性指广义的可靠性。
19；衡量可靠性的指标主要有哪些？假设单机系统的有效读为99.9%，用这样的系统组成冗余的双机系统，其有效度可达到多少？答；○1可靠度、○2平均无故障时间MTBF、○3到发生故障的平均时间MTTF ○4故障率20；集散控制系统是可修复系统么？可修复系统是指什么可修复？通常，集散控制系统的MTBF可达多大的数量级？答；○1是○2硬件和软件可修复21 提高可靠性的途径有哪些？在硬件和软件放方面各有什么措施？答；○1有效地利用以前的经验。
○2尽可能减少零件件数，尤其是故障率高的零件数。
○3采用标准化的产品。
○4检查、调试和互换容易实现。
○5零件的互换性好。
○6采用可靠性特殊设计方法，例如可靠度分配技术、冗余设计技术、漂移设计技术、极安全设计技术、可靠性预测等。
22；集散控制系统中，通常对哪些部件、系统要采用冗余结构？23；什么是易操作性？它包含哪些内容？答；集散控制系统的易操作性包括操作透明度、易操作性、容错技术、安全性。
集散控制系统易操作性是一个使用性能指标，它与集散控制的整体性能有密切关系。
24；容错技术和冗余技术有什么不同？容错以太网和冗余以太网在应用时各有什么特点？答；。
○1这里讨论的容错技术与为提高系统可靠性采用的容错技术稍有区别。
后者主要指系统中某部分故障时，系统仍能够正常运行或降级运行。
前者则指系统运行中由于误操作时，系统仍能正常运行。
○2冗余技术是高级的可靠性设计技术。
冗余设计并不是简单地从故障设备切换到冗余设备，它需要硬件、软件和通信等部件的相互协调才能实现。
25；集散控制系统的安全措施指什么？答；○1用户识别和确认○2通信网络的安全性○3功能安全。
26；可组态性是什么？为什么在集散控制系统中用功能模块或算法实现控制策略的组态？要完成一个单回路控系统的组态至少要使用哪几类功能模块？画出组态框图。
答；集散控制系统的可组态性是使用性能指标。
27；如何评价集散控制系统的可组态性？对过程控制画面组态有什么要求？答；它与集散控制系统本身具有的组态软件、高级控制算法的特点、采用的共享数据库性能、系统程序、应用程序和运算速度等有关，也与组态人员的操作技能有关。
对以给定的控制系统结构，所选集散控制系统能否实施这样的系统结构；当控制方式、控制方案变化时，该系统能否按照需要的方式过渡，这些都是可组态性应考虑的问题。
28：什么是集散控制系统的可扩展性？主要表现在哪里？答：○1集散控制系统分散过程控制装置的机柜或机架内有足够空间增加输入输出卡件。
这些卡件是同一系统产品。
此外，CPU应有能力对增加的卡件和相应的控制算法进行处理。
○2集散控制系统的许多设备通过通信网络进行联系，在生产发展需要时应能方便地增加设备或删除设备。
○3集散控制系统通信网络可随生产的发展或联网的要求而扩展延伸。
○4集散控制系统是全开放结构，它允许符合开放系统互联网络协议的其他厂商集散控制系统与其通信，也允许其他本身连接到其他厂商的集散系统中。
这里，包括现场总线上挂接的现场智能仪表。
29：对集散控制系统的实时性应从哪些方面考虑？答：○1.通信速率○2媒体存取控制○3减小无效通信量○4实时控制的数据结构和多任务应用软件。
30：集散控制系统选型时主要考虑哪些性能指标？答：○1可靠性○2易操作性○3可组态性○4可扩展性○5实时性○5环境适应性○6开放性○7经济性。