计算机过程控制系统第2章PPT课件
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第2章 集散型控制系统（DCS）导论
2.1 DCS的基本概念 2.2 DCS的结构组成及特点 2.3 DCS的网络通信技术 2.4 DCS的网络存取控制技术 2.5 DCS的组态 2.6 DCS的可靠性 2.7 DCS的常用控制算法
2.1 DCS的基本概念
集散型控制系统又称分布式控制系统，是计算机技术 (Computer)、通信技术(Communication)、图形显示技术 (CRT)、控制技术(Control)(简称4C技术)相融合的产物。 它是通过某种通信网络将现场控制站、操作员站、工程师 站联系起来，共同完成分级控制、集中管理的综合控制系 统。它的基本设计思想是危险分散、控制功能分散、而操 作和管理集中。美国HoneyWell公司于1975年11月成功推出 了第一套DCS——TDC2000型集散控制系统。
广播子网的特点：所有节点共享单一的通信媒体，任 何一个节点发出的信息都能直接被所有节点接收到，而不 需经过中间节点的转接，又称多点共享。广播子网有无线 和有线两种传播方式。其中总线网和环形总线网是有线广 播子网的常见拓扑结构，如图2-4所示。
图2-4 广播子网拓扑结构
2.3.3 通信介质
通信介质又称传输介质或信道，是指连接网上各节点 之间的物理信号通路。常见的通信介质有双绞线、同轴电 缆和光缆三种。图2-5所示为部分通信介质。
高速数据通路(Data HiWay，HW)，是一种具有高速通信 能力的信息总线。一般由双绞线、同轴电缆或光导纤维 组成。
2.2.2 DCS的特点
与一般的计算机控制系统相比，多层分级、合作自治 结构形式的DCS具有以下特点：
高可靠性 灵活的扩展性 完善的自主控制性 完善的通信网络
2.3 DCS的网络通信技术
2.2 DCS的结构组成及特点
2.2.1 DCS的结构组成
集散型控制系统的基本结构如图2-1所示。它由过程 控制单元、数据采集器、CRT操作站、监控计算机以及高速
数据通路等五部分组成。
图2-1 DCS的基本结构
DCS的结构组成
过程控制单元(Process Control Unit，PCU)，又称现 场控制站或基本控制器，它是DCS的核心部分。
码（又称为码元）的中间有一个跳变。例如由低电平跳到高电平表示
数字“0”，由高电平跳到低电平表示数字“1”，接收端可以依据跳
变
信
号
来同步，并分离出数字信号；
差分曼切斯特编码的编码规则是：若码元为“1”，则其前半个码 元
的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；若码元为“0”，则其
数字数据的数字信号传送
1.双绞线 把两根平行导线按一定节距绞合在一起， 外面包裹金属箔屏蔽层的信号线称为双绞线，如图2-5a所 示。
2.同轴电缆 由内导体、用于固定内导体的电介质绝 缘层、外屏蔽导体和外绝缘层构成。如图2-5b所示。
3.光缆 光缆的内芯是由两层折射率不同的SiO2拉制 而成的光导纤维，外面敷有一层覆层，在覆层外面也有一 层光导纤维。如图2-5c所示。
数字数据的数字信号传送
常用的实现数字数据的数字信号传送的3种编码方式是不归零制编
码(NRZ)、曼彻斯特(Manchester)编码和差分曼彻斯特编码，如图2-7
所示。
不归零制编码是利用低电平表示二进制数“0”、高电平表示二进 制
数“1”来实现对数字数据的编码。
曼切斯特编码又称为归零制编码（RZ），它是在每一位二进制代
图2-2 计算机网络
通信子网----点对点子网
通信子网分为点对点子网和广播子网两种。 点对点子网的特点：每一条通信链路只连接一对节点。 点对点子网又称存储转发子网。点对点子网的拓扑结构主 要有全连接、星形连接、环形连接、树形连接以及不规则 连接等形式，如图2-3所示。
图2-3 点对点子网拓扑结构
通信子网----广播子网
数据采集器(Data Acquisition Unit，DAU)，又称过程 接口单元(Process Interface Unit，PIU)， 它是为生 产过程中存在的非控制变量设置的采集装置。
CRT操作站，是DCS与外界联系的人机接口装置。它有操 作员键盘和工程师键盘之分。
监控计算机，又称管理计算机(Manger Computer，MC)， 也称上位机，是DCS的主机，它综合监视DCS的各单元。
2.3.2 网络结构及其特点
计算机网络结构就是“拓扑 结构”。它是指网络的节点与主 机之间实现互连的方式，如图
2-2所示。其中方框代表网络中 的计算机，又称主机；圆圈代表 主机与通信线路之间的接口，又 称节点；节点之间的通信线路称 为通信链路。通常把节点和通信 链路的集合统称为通信子网，而 把所有主机统称为资源子网。
图2-7 数字信号的编码
2.3.5 数据传输中的差错控制
数据传输系统的基本任务就是高效、无差错地传送数 据，但任何传输信道（或传输过程）都会存在一定程度的
噪声或干扰，导致接收端收到的二进制数据序列R与发送端 发送出来的二进制数据序列C不一致，即产生“差错”。
引起差错的噪声有两类：一类是由分子热运动引起的 白噪声；另一类是由来自各种电磁干扰引起的冲击噪声。
2.3.1 计算机网络的定义
计算机网络是将地理位置不同，而且具有独立功能的 多个计算机系统，通过通信设备和线路将它们连接起来， 由功能完善的网络软件(网络协议、信息交换方式、控制 程序和网络操作系统)实现网络资源(硬件、软件、信息) 共享的系统。
从所覆盖的地域范围大小来分类，计算机网络可划分 为远程网、局部网和分Байду номын сангаас式多处理机三类。远程网的传输 距离可达数千米以上，分布式多处理机的传输距离仅限于 几米以内，而局部网的传输距离介于两者之间，约几百米 到几千米。
a）双绞线
b）同轴电缆
c）光缆
图2-5 通信介质
2.3.4 数据通信
通信的目的就是传输信息(如语言、文字、数码、符 号、图像等)。传输信息的实体就是数据，它分为数字数 据和模拟数据两种。传输数据的载体称为信号，它分为模 拟信号和数字信号。信息的传送有4种组合形式，分别为：
模拟数据的模拟信号传送 模拟数据的数字信号传送 数字数据的模拟信号传送 数字数据的数字信号传送
2.1 DCS的基本概念 2.2 DCS的结构组成及特点 2.3 DCS的网络通信技术 2.4 DCS的网络存取控制技术 2.5 DCS的组态 2.6 DCS的可靠性 2.7 DCS的常用控制算法
2.1 DCS的基本概念
集散型控制系统又称分布式控制系统，是计算机技术 (Computer)、通信技术(Communication)、图形显示技术 (CRT)、控制技术(Control)(简称4C技术)相融合的产物。 它是通过某种通信网络将现场控制站、操作员站、工程师 站联系起来，共同完成分级控制、集中管理的综合控制系 统。它的基本设计思想是危险分散、控制功能分散、而操 作和管理集中。美国HoneyWell公司于1975年11月成功推出 了第一套DCS——TDC2000型集散控制系统。
广播子网的特点：所有节点共享单一的通信媒体，任 何一个节点发出的信息都能直接被所有节点接收到，而不 需经过中间节点的转接，又称多点共享。广播子网有无线 和有线两种传播方式。其中总线网和环形总线网是有线广 播子网的常见拓扑结构，如图2-4所示。
图2-4 广播子网拓扑结构
2.3.3 通信介质
通信介质又称传输介质或信道，是指连接网上各节点 之间的物理信号通路。常见的通信介质有双绞线、同轴电 缆和光缆三种。图2-5所示为部分通信介质。
高速数据通路(Data HiWay，HW)，是一种具有高速通信 能力的信息总线。一般由双绞线、同轴电缆或光导纤维 组成。
2.2.2 DCS的特点
与一般的计算机控制系统相比，多层分级、合作自治 结构形式的DCS具有以下特点：
高可靠性 灵活的扩展性 完善的自主控制性 完善的通信网络
2.3 DCS的网络通信技术
2.2 DCS的结构组成及特点
2.2.1 DCS的结构组成
集散型控制系统的基本结构如图2-1所示。它由过程 控制单元、数据采集器、CRT操作站、监控计算机以及高速
数据通路等五部分组成。
图2-1 DCS的基本结构
DCS的结构组成
过程控制单元(Process Control Unit，PCU)，又称现 场控制站或基本控制器，它是DCS的核心部分。
码（又称为码元）的中间有一个跳变。例如由低电平跳到高电平表示
数字“0”，由高电平跳到低电平表示数字“1”，接收端可以依据跳
变
信
号
来同步，并分离出数字信号；
差分曼切斯特编码的编码规则是：若码元为“1”，则其前半个码 元
的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；若码元为“0”，则其
数字数据的数字信号传送
1.双绞线 把两根平行导线按一定节距绞合在一起， 外面包裹金属箔屏蔽层的信号线称为双绞线，如图2-5a所 示。
2.同轴电缆 由内导体、用于固定内导体的电介质绝 缘层、外屏蔽导体和外绝缘层构成。如图2-5b所示。
3.光缆 光缆的内芯是由两层折射率不同的SiO2拉制 而成的光导纤维，外面敷有一层覆层，在覆层外面也有一 层光导纤维。如图2-5c所示。
数字数据的数字信号传送
常用的实现数字数据的数字信号传送的3种编码方式是不归零制编
码(NRZ)、曼彻斯特(Manchester)编码和差分曼彻斯特编码，如图2-7
所示。
不归零制编码是利用低电平表示二进制数“0”、高电平表示二进 制
数“1”来实现对数字数据的编码。
曼切斯特编码又称为归零制编码（RZ），它是在每一位二进制代
图2-2 计算机网络
通信子网----点对点子网
通信子网分为点对点子网和广播子网两种。 点对点子网的特点：每一条通信链路只连接一对节点。 点对点子网又称存储转发子网。点对点子网的拓扑结构主 要有全连接、星形连接、环形连接、树形连接以及不规则 连接等形式，如图2-3所示。
图2-3 点对点子网拓扑结构
通信子网----广播子网
数据采集器(Data Acquisition Unit，DAU)，又称过程 接口单元(Process Interface Unit，PIU)， 它是为生 产过程中存在的非控制变量设置的采集装置。
CRT操作站，是DCS与外界联系的人机接口装置。它有操 作员键盘和工程师键盘之分。
监控计算机，又称管理计算机(Manger Computer，MC)， 也称上位机，是DCS的主机，它综合监视DCS的各单元。
2.3.2 网络结构及其特点
计算机网络结构就是“拓扑 结构”。它是指网络的节点与主 机之间实现互连的方式，如图
2-2所示。其中方框代表网络中 的计算机，又称主机；圆圈代表 主机与通信线路之间的接口，又 称节点；节点之间的通信线路称 为通信链路。通常把节点和通信 链路的集合统称为通信子网，而 把所有主机统称为资源子网。
图2-7 数字信号的编码
2.3.5 数据传输中的差错控制
数据传输系统的基本任务就是高效、无差错地传送数 据，但任何传输信道（或传输过程）都会存在一定程度的
噪声或干扰，导致接收端收到的二进制数据序列R与发送端 发送出来的二进制数据序列C不一致，即产生“差错”。
引起差错的噪声有两类：一类是由分子热运动引起的 白噪声；另一类是由来自各种电磁干扰引起的冲击噪声。
2.3.1 计算机网络的定义
计算机网络是将地理位置不同，而且具有独立功能的 多个计算机系统，通过通信设备和线路将它们连接起来， 由功能完善的网络软件(网络协议、信息交换方式、控制 程序和网络操作系统)实现网络资源(硬件、软件、信息) 共享的系统。
从所覆盖的地域范围大小来分类，计算机网络可划分 为远程网、局部网和分Байду номын сангаас式多处理机三类。远程网的传输 距离可达数千米以上，分布式多处理机的传输距离仅限于 几米以内，而局部网的传输距离介于两者之间，约几百米 到几千米。
a）双绞线
b）同轴电缆
c）光缆
图2-5 通信介质
2.3.4 数据通信
通信的目的就是传输信息(如语言、文字、数码、符 号、图像等)。传输信息的实体就是数据，它分为数字数 据和模拟数据两种。传输数据的载体称为信号，它分为模 拟信号和数字信号。信息的传送有4种组合形式，分别为：
模拟数据的模拟信号传送 模拟数据的数字信号传送 数字数据的模拟信号传送 数字数据的数字信号传送