DCS的基本结构及原理

现场级-传感器、变送器、执行器等
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：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进行，将控制站输出的 控制量（ 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。
管理级包含的内容比较广泛，一般来说，它可能是 一个发电厂的厂级管理计算机，也可能是若干个机 组的管理计算机。 它所面向的使用者是厂长、经理、总工程师、值长 等行政管理或运行管理人员。 厂级管理系统的主要任务是监测企业各部分的运行 情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各 种情况，从企业全局利益出发辅助企业管理人员进 行决策，帮助企业实现其规划目标。
管理级-实时监控和日常管理
管理级也可分成实时监控和日常管理两部分。
实时监控是全厂各机组和公用辅助工艺系统的 运行管理层，承担全厂性能监视、运行优化、 全厂负荷分配和日常运行管理等任务，即监控 信息系统（SIS）。 日常管理承担全厂的管理决策、计划管理、行 政管理等任务，即管理信息系统（MIS）。
监控级
监控级的主要设备有操作员站、工程师站、历史站 和计算站等。 操作员站安装在中央控制室。 工程师站、历史站和计算站一般安装在电子设备室。
监控级-操作员站
操作员站是运行员与分散控制系统相互交换 信息的人机接口设备。 运行人员通过操作员站来监视和控制整个生 产过程。 运行人员可以在操作员站上观察生产过程的 运行情况，读出每一个过程变量的数值和状 态，判断每个控制回路是否工作正常，并且 可以随时进行手动/自动控制方式的切换，修 改给定值，调整控制量，操作现场设备，以 实现对生产过程的干预；
分散控制系统结构
基本构成
基本构成由现场级、控制级、监控级、管理层四 级构成。 现场级主要包括各种过程通道卡件或者模块。 控制级包括所有的过程站。 监控级包括工程师站、操作员站、历史站和打印 机等附属设备。 管理级包括管理计算机。 四层中间相应的通信网络由控制网络（Cnet）、 监控网络（Snet）、管理网络（Mnet）三层网 络结构。
监控级-操作员站
另外操作员站还可以打印各种报表，拷贝屏幕上的 画面和曲线等。 为了实现以上功能，操作员站是由一台具有较强图 形处理功能的微型机，以及相应的外部设备组成， 一般配有大屏幕显示器、大屏幕显示装置、打印机、 键盘、鼠标或球标。
监控级-工程师站
工程师站是为了控制工程师对分散控制系统进 行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。 工程师站的另一个作用是对各种设计文件进行 归类和管理，形成各种设计文件，例如，各种 图纸、表格等。 工程师站一般由 PC 机配置一定数量的外部设备 所组成，例如打印机、绘图机等。
分散控制系统信号流程
上层显示 上层指令 系统网络
过程控制设备
过程通道
过程通道
检测仪表
执行机构
功能结构
功能结构
从系统的功能角度上看，分散控制系统是一个多功 能分级控制系统的结构体系，分散控制系统按功能 可划分为经营管理、生产管理、过程管理（监督控 制）、直接控制等四个层次级别。 应用中的DCS系统并非全部具有上述四层功能。大 多数应用系统，目前只配置和发挥到第一层和第二 层中小规模上，少数应用系统使用到第三层功能， 只在大规模的综合控制系统中才应用到全部四层功 能。
DCS有着极大的灵活性
从功能上讲，由一个现场控制站执行多个控制回路 的计算和控制功能更便于这些控制回路之间的协调， 这在模拟仪表系统中是无法实现的。 一个现场控制站应该执行多少个回路的控制，则与 被控对象有关，系统设计师可以根据控制方法的要 求具体安排在系统中使用多少个现场控制站，每个 现场控制站中各安排哪些控制回路。在这方面， DCS有着极大的灵活性。
现场级-信号传输方式
目前现场级的信息传递有三种方式： 一种是传统的 4－20mA（或者其他类型的模 拟量信号）模拟量传输方式； 一种是现场总线的全数字量传输方式； 一种是在 4 － 20mA 模拟量信号上，叠加上调 制后的数字量信号的混合传输方式。 现场信息以现场总线为基础的数字传输是今 后的发展方向。
控制级-数据采集站
数据采集站与现场控制站类似，也接收由现场设备 送来的信号，并对其进行一些必要的转换和处理之 后送到分散型控制系统中的其它部分，主要是监控 级设备中去。 数据采集站接收大量的过程信息，并通过监控级设 备传递给运行人员。 数据采集站不直接完成控制功能，这是它与现场控 制站的主要区别。 电子间一般不再独立设置，更多为远程I/O站。
系统组成
三站一线：工程师站、操作员站、现场控制站、系统网络
工程师站
对DCS进行进行离线的配置、组态工作和在线的系 统监督、控制、维护的网络接点。 主要功能：提供对DCS进行组态，配置工作的工具 软件，并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络 上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工 程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定， 使DCS随时处在最佳的工作状态之下。
DCS和仪表控制系统的区别
首先，DCS是基于数字技术的，除了现场的变送和 执行单元外，其余均采用数字方式。 而且，DCS的计算单元并不是针对每一个控制回路 设置一个计算单元，而是将若干个控制回路集中在 一起，由一个现场控制站来完成这些控制回路的计 算功能。 这样的结构形式不只是为了成本上的考虑。 一个控制站执行多个回路控制的结构形式，是由于 DCS的现场控制站有足够的能力完成多个回路的控 制计算。
现场控制站
现场控制站是DCS的核心。 对现场I/O处理并实现直接数字控制（DDC）功能 的网络节点。 系统主要的控制功能由它来完成。系统的性能、可 靠性等重要指标也都要依靠现场控制站保证。 其设计、生产及安装都有很高的要求。 分散控制系统中的主要任务执行者。
系统网络
是连接系统各个站的桥梁。 由于DCS是由各种不同功能的站组成的，这些站之 间必须实现有效的数据传输，以实现系统总体的功 能。 系统网络的实时性、可靠性和数据通信能力关系到 整个系统的性能，特别是网络的通信规约，关系到 网络通信的效率和系统功能的实现。 DCS得以实现的技术关键。
管理级-管理计算机
对管理计算机的要求是： 能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统及数 据库。 大量数据的高速处理与存储，能够连续运行可冗余 的高可靠性系统，能够长期保存生产数据，并且具 有优良的、高性能的、方便的人机接口，丰富的数 据库管理软件，过程数据收集软件，人机接口软件 以及生产管理系统生成等工具软件，实现整个工厂 的网络化和计算机的集成化。
DCS的特点
因此，DCS中多台计算机的划分有功能上的，也有 控制、监视范围上的。 这两种划分就形成了DCS的“分布”一词的含义。
DCS的特点-数据库
3）数据库 系统总体数据库是分散控制系统的核心，有了这个 总体数据库，分散控制系统才能真正实现资源共享。 各控制站上存在分布式数据库，仅包含各自站所需 要的数据点信息。 通过分散的数据采集和处理，在上位依据总数据库 形成总体数据库，这是分散控制系统的软件核心。
操作员站
处理一切与运行操作有关的人机界面（HIS, Human Interface Station, 或 OI , Operator Interface ,或MMI , Man Machine Interface） 功能的网络节点。
主要功能：为系统的运行操作人员提供人机界面， 使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、 各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等， 并可通过输入设备对工艺过程进行控制和调节，以 保证生产过程的安全、可靠、高效、高质。
在DDC系统中，计算机的功能可分为检测、计算、 控制及人机界面等几大块。
在DCS中，检测、计算和控制由现场控制站的计算 机完成，而人机界面则由操作员站的计算机完成。 这是两类功能完全不同的计算机。
一个系统有多台现场控制站和多台操作员站，每台 现场控制站或操作员站对部分被控对象实施控制或 监视。这种划分是功能相同而范围不同的计算机。
控制级-现场控制站
控制级主要由现场控制站和数据采集站构成。一般 在电厂中，把现场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。
现场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。现场控制站可以同时 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。
DCS网络与互联网的融合
随着网络技术的不断进步，集散控制系统的上层将 与国际互联网Internet融合在一起，而下层将采用 现场总线通信技术，使通信网络延伸到现场。 最终实现: 以现场总线为基础的底层网Infranet 以局域网为基础的企业网Intranet 以广域网为基础的互联网Internet 所构成的三网融合的网络架构。
DCS的特点-分散方式
2）分散方式 从仪表控制系统的角度看，DCS的最大特点在于其 具有传统模拟仪表所没有的通信功能。 从计算机控制系统的角度看，DCS的最大特点则在 于它将整个系统的功能分成若干台不同的计算机去 完成，各个计算机之间通过网络实现互相之间的协 调和系统的集成。
DCS的特点
监控级-历史站
历史站的主要任务是存储过程控制的实时数据，实 时报警，实时趋势等与生产密切相关的数据，用来 进行事故分析，性能优化计算，故障诊断等； 也可以通过历史站实现与外部网络的接口，使外部 网络不直接访问DCS监控网络就可以获得所需要的 数据，即保证了开放性，又保证了安全性。
管理级-管理系统
现场控制站组成
现场控制站的硬件一般都采用专门的工业级计 算机系统。 主要包括两部分：一部分是运算器（即主 CPU）、存储器等组成的计算机单元，称之为 逻辑部分或主控制器；另一部分是现场测量单 元、执行单元的输入输出设备，即过程量I/O或 现场I/O，称为过程通道。
DCS的特点-数字方式
1）数字方式 从系统的结构形式看，DCS确实与仪表控制系统相 类似，它在现场端仍然采用模拟仪表的变送单元和 执行单元，在主控制室端是计算单元和显示、记录、 给定值等单元。 但从实质上DCS和仪表控制系统有着本质的区别。
DCS的基本结构及原理
主要内容
DCS的概念 DCS的结构特点 DCS控制原理 DCS和仪表控制系统的区别
Baidu Nhomakorabea
DCS的概念
DCS：Distributed Control System 英文直译为“分布式控制系统”。由于产品生产厂 家众多，系统设计不尽相同，功能和特点各具千秋， 所以，对产品的命名也各显特色。 国内在翻译时，也有不同的称呼： 分散控制系统（Distributed Control System， 简称 DCS）； 集散控制系统（Total Distributed Control System，简称 TDCS或 TDC）； 分布式计算机控制系统（Distributed Computer Control System，简称DCCS）。
系统网络结构
通信介质
DCS网络
在早期的DCS中，传统的分散控制系统多采用制造 商自行开发的专用计算机网络。 网络的覆盖范围上至用户的厂级管理信息系统，下 至现场控制站的I/O子系统。 系统网络，包括其硬件和软件，都是各个厂家专门 设计的专有产品。
网络技术的发展
近年来，随着技术的发展，分散控制系统的网络有 了长足的进步。很多标准的网络产品陆续推出，特 别是以太网逐步成为事实上的工业标准，越来越多 的DCS厂家直接采用了以太网作为系统网络。