DCS集散控制系统学习教程

幻灯片1第二章集散控制系统（D C S）幻灯片22.1D C S的形成、发展和特点2.1.1D C S的概念集散控制系统（D i s t r i b u t e d C o n t r o l S y s t e m）亦称分布式控制系统（简称D C S），是结合多种先进技术而形成的，对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种控制技术，是随着现代大型工业生产自动化的不断发展和过程控制要求的日益复杂应运而生的一种综合控制系统，是完成过程控制、过程管理的现代化设备。

幻灯片3国外称集散控制系统是4C技术的产物。

这4C就是指控制技术（C o n t r o l）、计算机技术（C o m p u t e r）、通信技术（C o m m u n i c a t i o n）、和C R T（C a t h o d e R a y T u b e）技术。

D C S 既不同于分散的仪表控制，又不同于集中式计算机控制系统，是4C技术相互渗透发展而产生的。

幻灯片42.1.2D C S的发展情况过程控制设备的发展历史，大概有以下几个阶段：30年代——机械式仪表现场操作；40年代——大型气动式仪表控制室操作；50年代——气动单元组合仪表控制室操作；60年代——电动单元组合仪表；70年代——集散控制系统。

即经过了就地分散控制――模拟仪表集中控制――计算机集中控制――计算机分散控制（D C S）几个阶段。

集散控制系统从诞生之日起，已经历了三代，目前的第四代正在发展之中。

幻灯片5●D C S开创期：1975～1980年●代表产品：H o n e y w e l l，T D C2000●F O X B O R O，S p e c t r u m●B a i l y，N-90●恒河，C E N T U M这些第一代的集散控制系统以微处理器为基础的过程控制单元，实现多种控制功能算法，并实现分散控制；采用带显示器的操作站，与过程控制单元分离，实现集中监视、集中操作、信息综合管理；采用较先进的冗余通信系统、用同轴电缆作为传输媒质，实现控制单元与操作站的通信，已具有D C S的基本特点（即分散控制，集中管理），是D C S的雏形。

幻灯片6●D C S成长过渡期：1980～1985年●代表产品：未变●第二代的主要特点是在原来产品的基础上进行改进，进一步提高可靠性并扩展和增强了功能。

●其特点是采用模块化、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；新开发的多功能过程控制站、增强型操作站采用了16位C P U及高分辨率C R T技术；通信系统已采用局域网络（从主从式的星形变为总线网络或环网通信），使系统通信范围扩大，同时数据传输速率也大大提高；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。

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。

幻灯片7●D C S完善期：80年代中后期●代表产品：H o n e y w e l l，T D C3000●F O X B O R O，I/A S E R I E S●B a i l y，I N F I-90●M o o r e，P A C S这阶段的特点是向开放式、标准化方向发展：实现了开放式的系统通信，向上能与M A P和E t h e r n e t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，并与不同制造商的产品能进行数据通信；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能实现可靠的实时数据通信。

幻灯片8●开放系统是第三代集散控制系统主要特征。

根据X/O P E N协会的定义，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，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可选择性。

●开放系统的基本特征如下：●可移植性（p o r t a b i l i t y）●互操作性（i n t e r o p e r a b i l i t y）●可适宜性（s c a l a b i l i t y）可得到性（a v a i l a b i l i t y）幻灯片9●D C S管控一体化时期：90年代初至今●代表产品：●H o n e y w e l l，T P S系统（T o t a l P l a n t S y s t e m）●P K S系统(P r o c e s s k n o w l e d g e S y s t e m)●F O X B O R O，I/A’S50/51系列控制系统I n v e n s y s●横河，C E N T U M－C S●A B B，A D V A N T系统O C S开放控制系统当今的D C S是生产过程控制系统与信息管理系统紧密结合的“管控一体化”的新一代集散型控制系统。

由于工厂、企业的信息集成和管理已经提到一定的高度，D C S系统的功能已不再只局限于生产过程的控制，在整个工厂、集团公司的管理中，D C S也能发挥相应的作用。

幻灯片10D C S发展趋势：向上发展：即向计算机集成制造系统（C I M S：C o m p u t e r I n t e g r a t e d M a n u f a c t u r i n g S y s t e m）、计算机集成过程系统（C I P S：C o m p u t e r I n t e g r a t e d P r o d u c t i o n S y s t e m）等信息化集成化系统发展。

向下发展：即向现场总线控制系统发展（F C S：F i e l d b u s C o n t r o l S y s t e m），把系统控制能力移到现场，使得控制得到最终的分散，减少了输入输出的接口，减少了机柜的空间和附属设备。

幻灯片112.1.3D C S的特点D C S集散控制是一个以通信网为纽带的集中显示、操作、管理、控制相对分散的多级计算机网络控制系统，由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成。

D C S具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等特点。

幻灯片12●分级递阶系统●垂直方向：至少分为两级——操作管理级和过程控制级。

水平方向：相互谐调的分级，把数据向上传送到管理级，同时接收操作管理级的指令，各个水平分级之间相互进行数据交换。

幻灯片13●分散控制●集中：D D C，一旦计算机出现故障，将造成过程操作的全部瘫痪。

分散：不仅是分散控制，还包含其它含义，如人员分散，地域分散，功能分散，设备分散，操作分散等。

目的是使危险分散，提高设备的可利用率。

幻灯片14●自治和谐调性●D C S上各工作站独立自主地完成分配给自己的规定任务，具有控制功能分散，危险分散的特点，提高了系统的可靠性。

各站的容量可扩充，配套软件随时可组态加载，是一个能独立运行的高可靠性子系统。

各自独立的部分通过实时高可靠的工业控制局部网络传送各种信息并协调工作，实现整个系统的信息共享；根据系统的特性对各个工作站进行协调控制，从而完成控制系统的总体功能和优化控制。

幻灯片15●友好性●D C S的人机接口和软件面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员，操作方便，显示直观，了解生产状况直观。

D C S软件采用实用而简捷的人机会话系统,C R T高分辨率交互图形显示,复合窗口技术,画面丰富,纵观、控制、调整、趋势、流程图、回路一览、批量控制、计量报表、操作指导画面、菜单功能等均具有实时性。

平面密封式薄膜操作键盘、触摸式屏幕、鼠标器、跟踪球等操作设备使其更便于操作。

幻灯片16●适应性、灵活性和可扩充性●D C S的硬件和软件采用开放式、标准化和模块化设计，系统为积木式结构，具有灵活的配置，可适应不同用户的需要。

当工厂根据生产需要改变生产工艺和流程时，可改变系统的某些配置和控制方案，通过组态软件，进行一些填写表格式的操作即可实现。

幻灯片17●在线性与实时性通过人机接口和I/O接口，D C S对过程对象的数据进行实时采集、处理、记录、监视、操作控制，并包括对系统结构和组态回路的在线修改、局部故障的在线维护等，提高了系统的可用性。

幻灯片18●可靠性高可靠性、高效率和高可用性是D C S的生命力所在，系统在设计阶段就采用了一系列可靠性设计技术。

如：容错设计、冗余设计（硬件双重化）、在线故障排除设计以及一系列抗干扰措施，使系统的可靠性得到了全面的提高。

幻灯片192.1.4国内D C S的发展情况D C S问世于1975年，生产厂家主要集中在美、日、德等国。

我国从70年代中后期起，首先以大型进口设备成套引入国外的D C S，首批有化纤、乙烯、化肥等项目。

当时，我国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）的D C S基本全部进口。

80年代初期在引进、消化和吸收的同时，开始了研制国产化D C S的技术攻关。

幻灯片20近十几年来，特别是“九五”以来，我国D C S系统研发和生产发展很快，崛起了一批优秀企业，但国外D C S产品在国内市场中占有率还较高，其中主要是H o n e y w e l l和恒河公司的产品。

今后几年，D C S作为自动化仪表行业主要产品的地位不会动摇。

幻灯片212.2D C S的体系结构2.2.1D C S的体系结构概述D C S的结构是一个分布式系统，从整体逻辑结构上讲，是一个分支树结构。

其纵向结构分为过程控制级、控制管理级和生产管理级三级递阶结构。

整个系统由3部分构成，即集中管理部分、分散控制监测部分和网络通信部分。

幻灯片22D C S体系结构示意图：幻灯片23D C S系统层次化结构的形成，经历了20世纪60年代的中央计算机集中控制，20世纪70年代的两级自动化控制结构和其后的三层计算机控制系统三个阶段。

右图为三级计算机控制系统图。

幻灯片24D C S系统的体系结构按功能通常分为四级，第一级为直接控制级，第二级为过程管理级，第三级为产品管理级，第四级为经营管理级。

各级之间通过通信网络相连，各级内部各站或单元由本级的通信网络进行通信联系。

幻灯片25D C S系统的功能分层图：幻灯片262.2.2D C S体系结构的各层功能D C S体系结构的各级功能，总体上可用下图表示：幻灯片27●直接控制级（过程控制级）在这一级上，过程控制计算机直接与现场各类装置（变送器、执行器、记录仪等）相连，对所连接的装置实施检测与控制，同时接收上层来的管理信息，并向上层传递装置的特性数据和采集到的实时数据。