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第三版(黎冰著)课后答案下载
集散控制系统原理及应用第三版（黎冰著）课后答案下载《集散控制系统原理及应用》是xx年化学工业出版社出版的图书，作者是何衍庆。
以下是要与大家分享的集散控制系统原理及应用第三版（黎冰著），供大家参考!
本书讨论了集散控制系统的有关工程应用问题，介绍了五种典型集散控制系统产品及其在工业生产过程中的实际应用例子，主要涉及集散控制系统的现状和开展趋势、系统构成、采用的控制算法、系统选型和评估、系统操作和显示、数据通信以及集散控制系统的工程设计等，每章后附有思考题，以提示读者本章的重点。
本书对集散控制系统的选型、设计、评估和应用操作和一定的实用价值。
本书可作为自动控制专业的本科生和研究生的教材，也可作为从事集散控制系统应用开发的科技人员和系统工程设计人员的参考书。
为便于读者学习，在《集散控制系统原理及应用(第3版)》每章后附有思考题，同时在书末还列出了大量的选择题和填充题，供读者复习。
《集散控制系统原理及应用(第3版)》对集散控制系统的选型、工程设计、系统评估和应用操作都有一定的实用价值。
《集散控制系统原理及应用(第3版)》是自动化专业、检测仪表和控制装置专业本专科学生的教材，可供工业生产过程控制领域和设计部门的工程技术人员、设计人员和安装、维护人员作为参考书，也可作为相关专业师生的参考教材。
集散控制系统原理及应用一书讨论集散控制系统的有关工程应用问题，介绍了五种典型集散控制系统产品及其在工业生产过程中的实际应用实例，主要涉及集散控制系统的现状和开展趋势、系统
构成、控制算法、系统选型和评估、数据通信、人机界面的工程设计、组态、安装和维护等内容。
1.
2.。
集散控制系统原理及应用答案
填充题和选择题答案一、填充题1.微处理器，集中管理和分散控制2.Honeywell，Emerson，Invensys，浙大中控的SUPCON、新华公司的XDPF、国电智深公司的EDPF等3.分散过程控制装置、操作管理装置和通信系统4.多层结构、多级结构和多重结构5.可移植性、可操作性、可适宜性和可用性6.组织人事的分散、地域的分散、功能的分散、负荷的分散7.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.智能化现场设备，高层设备，互连的，全数字、串行、双向传输的、多分支结构9.执行器传感器现场总线、设备现场总线和全服务现场总线10.开放性、智能化、互操作性、环境适应性、分散控制11.节省硬件数量和投资、节省安装费用和维护费用、多变量检测和传输、缩短安装时间和投运时间、消除模拟仪表通信的瓶颈现象、增大用户对产品的选择性12.分散控制和集中管理，综合自动化的组成部分；通信和传输的差别，数字传输技术13.现场总线数据传输速率、主站应用程序的大小和复杂程度；减少网络通信的吞吐量，保证一旦有通信要求就能立即实现通信、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等14.采用全数字通信技术、标准化功能模块与标准化的功能模块应用进程、系统测试技术的标准化、故障自诊断，状态传递，故障时输出设置、冗余和容错技术、智能诊断和管理技术、故障隔离技术等15.标准化、OPC技术、设备描述技术16.由17.可靠性、易操作性、可组态性、可扩展性、实时性、环境适应性、开放性和经济性18.可靠度、平均无故障时间MTBF、到发生故障的平均时间MTTF、故障率19.（1，2）表决系统20.机器、零件或系统是否被设计得很容易维修、进行维修的技术人员的维修和判断技能、维修所需的备品备件供应情况。
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(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。
集散控制系统原理及应用学习资料
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。
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。
集散控制系统原理及其应用
A/ D
执行机构
图1.1 计算机闭环控制系统结构图
计算机控制系统的工作原理 可归纳为以下三个步骤：
什么是实时控制?
(1)实时数据采集 对测量变送装置输出的信号经 A/D转换后进行处理。
(2)实时控制决策 对被控变量的测量值进行分析、 运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。
(3)实时控制输出 实时地输出运算后的控制信号，经 D/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。
概貌显示画面
仪表面板显示画面
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时间轴
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消隐全 部曲线
报警显示画面
故障诊断画面
调整画面
本章小结
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，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。
计算机监督控 制系统
根据应用特点、控制功 能和系统结构，计分算级机控制系 控制系统主要分为六种统
类型
直接数字控
制系统 计算机控制系统
集散型控制 系统
数据采集系 统
现场总线控制 系统
1.2.1 数据采集系统
计算机承担数据的采集和处理工作。
数据采集系统对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、 处理、记录以及变量的超限报警。 同时对变量进行累计和实时分析。
1.2.5 集散控制系统
采集非控制 过程信息
协调各控制站的工作 达到过程的动态最优化
人机接口装置， 完成操作、显 示和监视任务
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。
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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。
感谢您的观看
THANKS
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(DCS)基础培训课件
当前集散控制系统面临的挑战和机遇
与其他系统的集成和互操作性 面临的机遇
工业4.0和智能制造的推动
当前集散控制系统面临的挑战和机遇
云计算、大数据等技术的应用 市场需求增长和定制化服务的机会
发展趋势预测：智能化、网络化等方向
智能化
01
02
利用人工智能和机器学习技术提高系统自适 应性和智能化水平
实现故障预测和自主维护，减少人工干预
在楼宇自动化领域，DCS可用 于楼宇照明、空调、安防等系
统的集中管理和控制。
CHAPTER 02
硬件组成与功能实现
控制器类型及其特点
01
02
03
PLC型控制器
采用可编程逻辑控制，适 用于中小型控制系统，具 有编程灵活、易于维护等 特点。
专用控制器
针对特定控制需求设计， 具有高性能、高可靠性等 特点，适用于大型和复杂 控制系统。
实时曲线显示
将采集到的数据以曲线形式实时 展曲线查询
提供历史曲线查询功能，可查看 过去一段时间内的数据变化趋势
。
报表生成与打印
根据用户需求生成各类报表，如 日报、周报、月报等，并支持打
印功能。
CHAPTER 05
系统集成与调试维护方法
DCS与其他系统集成策略探讨
执行情况检查与记录
阐述如何对DCS系统维护保养的执行情况进行检查和记录，包括保养计划的执行情况、保 养效果的评估等方面的内容。同时，强调建立完善的维护保养档案的重要性。
CHAPTER 06
发展趋势与新技术应用前景
当前集散控制系统面临的挑战和机遇
面临的挑战 系统复杂性和维护成本增加
对安全性和可靠性的更高要求
混合型控制器
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
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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。