基于网络的过程计算机控制系统
DCS系统控制组态仿真软件的设计和实现
DCS系统控制组态仿真软件的设计和实现DCS系统（分布式控制系统）是一种基于计算机网络的现代工业自动化控制系统，它通过连接和集成各种智能设备和传感器，实现对工业过程的实时监测、控制和优化。
DCS系统控制组态仿真软件是一种用于设计和验证DCS系统控制策略的工具。
本文将重点介绍DCS系统控制组态仿真软件的设计和实现。
一、DCS系统控制组态仿真软件的设计目标1.提供友好的图形用户界面，方便用户进行系统配置和仿真实验的操作；2.具备强大的模型和仿真引擎，能够对复杂的DCS系统进行准确的仿真；3.支持多种控制算法和策略的设计与验证；4.具备数据采集和分析功能，方便用户对仿真结果进行分析和优化；5.支持多用户和多项目的管理，方便团队合作和项目追溯。
二、DCS系统控制组态仿真软件的实现方法实现DCS系统控制组态仿真软件可以采用以下方法：1.采用面向对象的软件设计方法，将DCS系统中的各个设备和控制模块抽象为对象，并建立对象之间的关系和交互；2.使用图形编程技术，设计可视化界面，提供丰富的组态元素库，支持用户灵活地配置和布置控制系统；3.建立仿真引擎，采用适当的数学模型和算法，对DCS系统进行准确的仿真计算；4.提供开放的接口和数据格式，支持与其他软件的集成和数据交换；5.实现网络通信功能，支持多用户之间的远程协作和共享。
三、DCS系统控制组态仿真软件的关键技术在设计和实现DCS系统控制组态仿真软件时，需要运用以下关键技术：1.图形编程技术：包括界面设计、图形绘制、交互操作等；2.数据模型技术：包括数据结构设计、对象关系映射等；3.控制算法技术：包括PID控制、模糊控制、优化算法等；4.仿真计算技术：包括数学模型建立、仿真引擎实现等；5.网络通信技术：包括客户端/服务器架构、远程访问、数据传输等。
四、DCS系统控制组态仿真软件的应用场景1.工业过程优化：通过仿真和优化控制策略，改进和优化工业过程的性能；2.设备选型和配置：通过仿真和验证不同设备和配置的性能，选择最佳的设备和配置方案；3.故障诊断和维护：通过仿真和故障分析，帮助用户找到故障原因并进行及时维修；4.操作培训和安全培训：通过模拟实际工作场景，提供操作培训和安全培训的环境。
网络化控制系统..
网络化控制系统——理论、技术及工程应用（第一讲）第一章网络化控制系统概论1.1网络化控制系统的产生与发展随着计算机技术和网络通信技术的不断发展，工业控制系统也发生了重大的变革。
网络化控制系统（Networked Control System, NCS）应运而生，其主要标志就是在控制系统中引入了计算机网络，从而使得众多的传感器、执行器、控制器等主要功能部件能够通过网络相连接，相关的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，避免了点对点专线的铺设，而且可以实现资源共享、远程操作和控制，增加了系统的灵活性和可靠性（工程技术大系统：大型工业联合企业// 电力系统、水源系统、能源系统、交通系统、邮电系统、通信系统、大型计算机网、生产协作网等）。
在控制系统中使用网络并不是一个新的想法，它可以追溯到20世纪70年代末期集散控制系统（Distributed Control System, DCS）的诞生。
DCS将控制任务分散到若干小型的计算机控制器（也叫现场控制站）中，每个控制器采用直接数字控制（Direct Digital Control，DDC）的控制结构处理部分控制回路，而在控制器与控制器、控制器与上位机（操作员站或工程师站）之间建立了计算机控制网络，这种控制结构使得操作员在上位机中能够对被控制系统的实时运行状态进行监控，某个控制回路的控制策略的设计也可以在上位机中组态完成，通过控制网络下载到对应的控制器中实时运行。
DCS大大提高了控制系统的可靠性（和DDC相比较），并实现了集中管理和相对分散控制。
随着处理器体积的减小和价格的降低，带有微处理器的智能传感器和智能执行器出现了，这为控制网络在控制系统中更深层次的应用提供了必要的物质基础，从而在20世纪80年代产生了现场总线控制系统（Fieldbus Control System,FCS）。
FCS作为网络化控制系统的新技术把控制网络一直延伸到了产生现场的控制设备，信号的传输完全数字化，提高了信号的转换精度和可靠性，同时由于FCS的智能仪表（变送器、执行器）带有微处理器，能够直接在生产现场构成控制回路，控制功能也可完全下放，实现了完全的分散控制。
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。
基于网络控制系统的建模方法综述
２ ８—
第１ ６ 期
Ｎ０．１ ６
Ｑ 生
无 线 互联 科 技 ・ 网 络 地 带
ＡｕｇＵＳｔ，２０１ ５
的合理假设， 通过模型 （ １ ） 可得短时延的 ／ Ｎ Ｃ Ｓ 模型：
（ ☆ 十１ ） 州 ＆ ） ＋ｒ ０ （ ： ｒ ，
（ 詹 ） 《 詹 ）
表１ Ｎ ＣＳ 节点状态与网络状态之间的关系
ｙ （ ｔ ） ＝Ｃ ｘ （ ｔ ）
式中 （ ｆ ） Ｒ ， Ａ ， ， 具有适当维数的矩阵。 在后续所有建模 过程中作合理假设， Ｎ Ｃ Ｓ 均满足以下条 件：（ １ ） 传感器采用周期采样时间驱动； 控制器和执行器都采 用事件驱动 。（ ２ ） 系统的时钟同步问题不予考虑 。（ ３ ） 在考虑 时延 问题时暂不考虑网络数据 包的丢包问题。（ ４ ） 网络采 用
步的 指出了相应 的分析 和设 计方 法 。 １ 问题 描 述
Ｎ Ｃ Ｓ 的模型是分析和设计系统 的基础。 在Ｎ Ｃ Ｓ 中， 首先系 统的模型与被控对 象以及网络延时特性有关。 一般情况系Ｎ Ｃ Ｓ 结构如图１ 所示。 其延时一般包括３ 个部分： 表示传感器到 控制器的延时，ｒ 表示控制器到执行器的延时，『 ［ 表示控制 器 中的计 算 延时 。 现 在 的高性 能 处理 器 的处 理 时 间 比ｒ 、
单包传输。（ ５ ） 不考虑噪声干扰问题。 建 立符 合 网络特 性 的控制 系统 模 型是 对其进 行分析和 设 ２ ． １ 短时延的网络控制系统建模 计 的基 础， 但 是 传统 的控 制理 论给 出的系统模 型难 以应用到 网 短时延是指网络延时小于一个采样周期 ， 即： （ 络 控 制系 统 中。 为此 ， 本文针对 网络 控 制系 统 的出现 的不确 定 为采 样周 期 ） ， 短时延 网络 控制信 号时序 如 图２ 所示， 基于前面 短延时、 长时延和丢包建模 问题进行了总结性分析， 同时进一
第一章 计算机控制系统概述
3.按照控制方式分类
按照控制方式的不同，计算机控制系统 可分为开环控制系统和闭环控制系统。
第三节 计算机控制系统中的计算机
（1）一台SCC计算机可监督多台DDC或模拟调节器， 而一台DDC可控制多个回路和参数，使多台DDC或模拟调节 器能协调工作。
（2）当系统中模拟调节器或DDC控制器出了故障，可 用SCC系统代替调节器进行调节，提高了系统的可靠性。
四、集散控制系统
集散控制系统（Total Distributed Control—TDC） 也称为分布式控制系统或分散式控制系统（Distributed Control System—DCS），采用了分散控制、集中操作、 分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，形成具有层 次化体系结构的分级分布式控制。
③实时控制输出：根据控制决策，适时地 对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
计算机 控制系统
硬件：计算机、接口电路、外围 设备和生产对象等组成。
软件：系统程序和应用程序
一、计算机控制系统的硬件组成
主机
过程通道
硬件
I/O接口 常用外部设备
操作控制台
计算机控制系统的硬件组成
1 .主机
主机，即我们说的计算机，是整个系统的核心部分， 它的功能、性能直接影响到系统的优劣。 单片机 PLC 工业PC
PROFIBUS (process field bus 过程现场总线)
HATR总线（可寻址远程传感器数据网络）
FF总线（基金会现场总线）
2.按照控制规律分类
（1）数字程序和顺序控制 （2）比例积分微分控制（PID控制） （3）最小拍控制 （4）复杂规律的控制 （5）智能控制 ……
（1）程序和顺序控制
PID控制是现在应用最广、最为广大工程 技术人员熟悉的技术。PID控制结构简单、参 数容易调整，因此，无论模拟调节器或者数 字调节器，多数使用PID调节规律。
dcs控制原理
dcs控制原理DCS控制原理DCS（Distributed Control System）即分散控制系统，是一种基于计算机网络和现场总线技术的自动化控制系统。
DCS在工业控制领域中得到广泛应用，它通过将控制任务分散到各个现场设备上，实现对工业过程的监控和控制。
DCS控制原理可以概括为以下几个方面：1. 分散控制与集中控制的区别传统的集中控制系统以中央控制器为核心，通过集中控制室的操作员对整个系统进行监控和控制。
而DCS系统采用分散控制的方式，将控制功能分散到各个现场设备上，通过计算机网络将各个设备连接起来，形成一个分布式的控制系统。
这种分散控制的方式使得DCS具有更高的可靠性和可扩展性。
2. 通信网络构架DCS系统的核心是通信网络，它连接了各个现场设备和控制中心。
通信网络可以采用以太网、现场总线等多种技术，实现设备之间的数据交换和信息传输。
通信网络的可靠性对于DCS系统的正常运行至关重要。
3. 控制策略DCS系统通过控制策略实现对工业过程的控制。
控制策略可以分为开环控制和闭环控制两种方式。
开环控制是根据预先设定的控制规则对系统进行控制，不考虑系统的反馈信息。
闭环控制则是根据系统的反馈信息对控制器进行调节，使系统的输出达到预期的目标。
DCS系统通常采用闭环控制，通过传感器采集工业过程的数据，然后根据设定的控制算法对系统进行调节。
4. 控制算法DCS系统中的控制算法是实现控制策略的核心部分。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
PID控制是一种经典的控制算法，通过比较设定值和实际值的差异，计算出控制量，并对系统进行调节。
模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，它能够处理不确定性和模糊性较强的系统。
自适应控制则是根据系统的动态特性自动调整控制参数，适应不同工况下的控制需求。
5. 系统安全与可靠性DCS系统在工业控制中承担着重要的任务，因此系统的安全与可靠性是至关重要的。
为了保证系统的安全性，DCS系统通常采用多重冗余的设计，即在关键部件和通信路径上设置备用设备，一旦主设备发生故障，备用设备可以立即接管工作，确保系统的连续运行。
计算机网络化控制
通信网络
控制器
网络控制系统
控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程， 控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程，用于 工业生产现场的测量与控制信息传输， 工业生产现场的测量与控制信息传输，产生或引发物质或 能量的运动和转换， 能量的运动和转换，因此与一般的数据通信网络相比有起 特殊的要求。 特殊的要求。 （1）具有较好的响应实时性。控制网络不仅要求传输速度 具有较好的响应实时性。 而且在工业自动化控制中还要求响应快， 快，而且在工业自动化控制中还要求响应快，即响应实时 性要好，一般为10ms 10ms～ 性要好，一般为10ms～1s 级； 高可靠性。即能安装在工业控制现场，具有耐冲击、 （2）高可靠性。即能安装在工业控制现场，具有耐冲击、 耐振动、耐腐蚀、防尘、防水以及较好的电磁兼容性， 耐振动、耐腐蚀、防尘、防水以及较好的电磁兼容性，在 现场设备或网络局部链路出现故障的情况下， 现场设备或网络局部链路出现故障的情况下，能在很短的 时间内重新建立新的网络链路； 时间内重新建立新的网络链路； 简洁实用。以减小软硬件开销，从而减低设备成本， （3）简洁实用。以减小软硬件开销，从而减低设备成本， 同时也可以提高系统的健壮性； 同时也可以提高系统的健壮性； 具有好的开放性。控制网络尽量不采用专用网络。 （4）具有好的开放性。控制网络尽量不采用专用网络。
CSMA协议的冲突退避算法采用了二进制指数算法， CSMA协议的冲突退避算法采用了二进制指数算法，即根 协议的冲突退避算法采用了二进制指数算法 据冲突的历史估计网上信息量而决定本次应等待的时间。 据冲突的历史估计网上信息量而决定本次应等待的时间。 当发生冲突时， 当发生冲突时，控制器延迟一个随机长度的间隔时间后 重新发送数据， 重新发送数据，即：
基于Internet的远程过程控制系统设计
基于 Ｉｔｒ ｅ 的远程 过程控 制 系统 设计 ｎｅｎ ｔ
尹 敏 谭 连 生 杨双 华 赵 甫哲
（ 中师 范 大学计 算机 科 学 系， 华 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ９
（ ｅ ａｔ ｅ ｔｏ ｏ ｐ ｔｒＳｉｎ ｅ Ｌ ｕ ｈ ｏｏ ｇ ｎｖ ｒ ｔ ， Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆＣ ｍ ｕｅ ｃ ｃ ，ｏ ｇ ｂ ｒｕ ｈ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｍ ｅ ｉ Ｌ ｕ ｈ ｏｏ ｇ ｅｃ ｓ ｒｈｒ ， Ｅ ３ Ｕ， Ｋ ） ｏ ｇ ｂ ｒｕ ｈ Ｌ ｉｅｔ ｓｉ Ｌ Ｔ Ｕ ． ｅ ｅ １ ｌ
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DCS系统的基本原理和功能介绍
DCS系统的基本原理和功能介绍DCS系统（分散式控制系统）是一种用于工业自动化领域的控制系统。
它具备集中控制和分布控制相结合的特点，能够实现对工业过程的全面监控和控制。
本文将介绍DCS系统的基本原理和功能。
一、DCS系统的基本原理DCS系统的基本原理是基于计算机网络技术和现代测控技术。
它由分布在各个节点的控制器、传感器、执行器等硬件设备组成，通过通信网络互相连接。
各个节点通过通信网络实现数据的传输和共享。
DCS系统采用分布式控制的思想，将控制功能分散到各个节点中，各节点之间通过通信网络实现数据的传输和交互。
这种分布式的控制方式，使得系统更加灵活可靠，能够应对复杂工业过程的控制需求。
二、DCS系统的基本功能1. 监测和数据采集：DCS系统通过传感器对工业过程中的各种参数进行实时监测和数据采集，如温度、压力、流量等。
这些数据可以用于分析和预测工业过程的状态，从而实现对工业过程的全方位监控。
2. 控制和调节：DCS系统能够实现对工业过程的控制和调节。
通过发送控制信号给执行器，调节工业过程的参数以实现控制目标。
例如，通过调节阀门的开度来控制流量，通过调节加热器的功率来控制温度等。
3. 报警和安全保护：DCS系统能够实现对工业过程的报警和安全保护。
当工业过程出现异常情况时，系统可以及时发出警报，通知操作人员进行处理。
同时，系统还能够对工业过程进行安全保护，如防止过高压力、过高温度等因素对系统造成损害。
4. 数据存储和分析：DCS系统能够对采集到的数据进行存储和分析。
通过对历史数据的分析和统计，可以了解工业过程的运行情况，发现问题和优化工艺。
同时还可以用于生成运营报表和质量报告等。
5. 远程操作和监控：DCS系统支持远程操作和监控功能。
操作人员可以通过计算机或移动设备远程监控和操作系统，无需亲临现场。
这种远程操作和监控功能，使得操作更加方便高效，降低了维护成本。
6. 系统管理和配置：DCS系统还包括系统管理和配置的功能。
DCS控制系统介绍
DCS控制系统介绍DCS控制系统（Distributed Control System）是一种基于现代信息技术的自动化控制系统，用于工业生产过程的监控、控制和数据处理等功能。
它基于计算机网络、通信技术和控制算法等技术，将控制任务分散到不同的控制节点上，实现多任务分布式自动化控制。
DCS控制系统由监控层、控制层和执行层构成。
监控层是最高层，主要负责监控过程工艺参数、生产状态和设备运行状态等信息，提供用户界面供操作员使用。
控制层是中间层，负责控制过程参数，调节和改变系统的工作状态。
执行层是最底层，主要负责执行控制层的指令，控制、调节和保护各种设备。
1. 分布式体系结构：DCS控制系统采用分布式体系结构，将控制任务分散到多个控制节点上，使系统具有高可靠性和高稳定性。
即使一些节点发生故障，其他节点仍然可以继续工作，保证系统的连续运行。
2. 多任务运行：DCS控制系统具有多任务运行的特点，可以同时处理多个任务，实现复杂的控制算法和优化运算。
系统可以根据需要进行任务的优先级调度，确保重要任务的执行效果和实时性。
3. 网络通信技术：DCS控制系统基于计算机网络和通信技术，实现控制节点间的数据交换和通信，实现远程控制、监控和故障诊断等功能。
控制节点可以通过网络实现数据共享和远程监控，提高系统的管理效率和设备的利用率。
4. 开放性接口：DCS控制系统通常采用开放式接口设计，使其可以与其他系统进行数据交换和集成。
如与企业资源计划（ERP）系统集成，实现生产计划和物料管理的统一、同时，也可以与其他自动化系统集成，如SCADA系统、MES系统等，实现全面的生产过程控制和管理。
5. 可扩展性：DCS控制系统具有较好的可扩展性，可以根据生产工艺的变化和需求的变化进行扩展和改造。
可以增加新的控制节点，增加新的功能模块，实现对系统的功能和性能的扩展，提高系统的灵活性和适应性。
DCS控制系统在工业生产中有着广泛的应用，包括化工、石油、电力、冶金、食品、制药等行业。
过程控制系统计算机控制系统
集散控制系统的特点
•4）丰富的功能软件包
• 集散控制系统具有丰富的功能软件 包。它能提供控制算法模块、控制程序 软件包、过程监视软件包、显示软件包、 报表打印和信息检索程序包等，并至少 提供一种过程控制语言，供用户开发高 级的应用软件，例如优化管理和控制软 件。
集散控制系统的特点
•（5） 采用高可靠性技术
集散控制系统的特点
•2） 采用微机智能技术 • 集散控制系统采用了以微处理器为 基础的“智能技术”，这是集散控制系 统有别于其他系统装置的最大特点。集 散控制系统中的现场控制单元，过程输 入输出接口，显示操作站和数据通信装 置等均采用微处理器，有记忆、逻辑判 断和数据运算功能，可以实现自适应、 自诊断和自检测等“智能”。
操作站上运行的应用软件
一套完善的DCS，其操作站上运 行的应用软件应完成如下功能：实时 数据库、网络管理、历史数据库管理、 图形管理、历史数据趋势管理、数据 库详细显示与修改、记录报表生成与 打印、人机接口控制、控制回路调节、 参数列表、串行通信和各种组态等。
DCS的组态（开发与生成）
DCS的开发过程主要是采用系统组态软件依 据控制系统的实际需要生成各类应用软件的过程。 一个强大的组态软件，能够提供一个友好的用户 界面，并已汉化，使用户只需用最简单的编程语 言或图表作业方法而不需要编写代码程序便可生 成自己需要的应用软件。 组态软件功能包括基本配置组态和应用软件 组态。基本配置组态是给系统一个配置信息，如 系统的各种站的个数、它们的索引标志、每个控 制站的最大点数、最短执行周期和内存容量等。 应用软件的组态则包括比较丰富的内容，下面对 应用软件的几个主要内容进行说明。
6）DCS与上位机的接口
本章小结
1. 计算机控制系统的基本组成；
计算机网络远程控制系统的运用分析的研究报告
计算机网络远程控制系统的运用分析的研究报告计算机网络远程控制系统的运用分析研究报告随着互联网技术的不断发展和普及，越来越多的企业和机构都开始采用计算机网络远程控制系统来完成工作任务。
远程控制系统可以极大地提高企业的生产效率和信息安全，减少人力和物力资源的浪费，降低沟通成本和出差费用。
本报告将对计算机网络远程控制系统的运用进行分析，探讨其功能、优势和应用范围。
一、远程控制系统的功能远程控制系统主要包括远程桌面、远程服务器管理、远程数据备份等功能。
其中，远程桌面可以实现远程登录和控制另一台电脑，如实时查看和操作另一台电脑的桌面，传输文件等。
远程服务器管理可以实现对服务器的管理和监控，如服务器的开关机、电源管理、维护和修复等。
而远程数据备份可以将本地数据备份到服务器中，以防本地数据丢失。
二、远程控制系统的优势1.提高生产效率。
远程控制系统可以让企业的员工随时随地远程登录公司内部网络，实现远程办公、协作和交流工作任务，提高工作效率。
2.降低成本。
远程控制系统可以省去员工或管理人员的出差费用，节省企业的人力、物力和财力资源。
3. 加强信息安全。
远程控制系统可以避免机密信息被泄露或窃取，提高企业信息安全等级。
三、远程控制系统的应用范围1.企业内部网络管理。
远程控制系统可以帮助企业管理人员实现对企业网络的监管和维护，提高网络稳定性和安全性。
2.生产管理。
远程控制系统可以让企业管理人员实时监测和调整生产过程，提高生产效率和品质。
3.学校教学管理。
远程控制系统可以让学校管理人员实现对教学内容的协调和改进。
综上所述，计算机网络远程控制系统的应用范围非常广泛，其功能和优势能够大大提高企业的生产效率和信息安全等级。
在未来的发展中，远程控制系统将成为企业和学校信息化和智能化的重要手段和工具。
为了更深入地了解计算机网络远程控制系统在实际应用中的情况，本报告收集了相关数据并进行了分析。
首先，我们从九个国家的400个企业中调查了94%的企业采用了远程控制系统。
计算机控制系统中的网络与通信技术
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本节主要内容
计算机控制技术
D
C
B
A
计算机局域网
E
*
*
6.1 .1计算机网络的定义
计算机控制技术
计算机网络是指把若干台地理位置不同且具有独立功能的计算机或设备，通过通讯设备和线路相互连接起来，以实现信息的传输和资源共享的一种计算机系统。
网络中的各台计算机或设备（或称为节点）之间相互通信 ，并能实现资源共享。
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*
6.1.2 计算机网络的分类（2）
计算机控制技术
按网络的拓朴结构分类
网络拓扑结构定义： 在计算机通信网络中，网络的拓扑(Topology)结构是指网络中的各台计算机、设备之间相互连接的方式。
1
2
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*
6.1.2 计算机网络的分类（3）
按网络的拓朴结构分类：
计算机控制技术
星形网 : 以一台中心处理机为主而构成的网络，其他入网的计算机仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时的方法为入网机器服务。
02
缺点：一旦有一个中继器出现故障，就会导致环路的断路，使全网限于瘫痪，另外因为它是共用通信线路，所以不适用于信息流量大的场合。
03
*
*
6.1.4 计算机局域网络（9）
计算机控制技术
混合形结构 混合形结构是将上述各种拓补混合起来的结构，常见的有树形、环星形等。
闭合回路
计算机
环星形结构示意图
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6.1.2 计算机网络的分类（6）
按信息交换方式分类
计算机控制技术
报文交换网：
分组交换网：
基于MVB网络的TCMS系统控制
基于MVB网络的TCMS系统控制内容摘要：本文基于CRH-1型动车组，具体分析TCMS系统中的TC CCU（主计算机）的功能与作用，并分析TC CCU的信号传输过程。
研究TCMS系统网络，了解各个系统与TCMS系统中的TC CCU的通讯方式，以及MVB的控制与监控方式。
利用现有车型以及DCUTerm软件相关指令，完成相关调试工作。
为未来动车组多元化的开发设计提供了一个新的选择的机会。
关键词：TCMS系统网络控制诊断1.绪论1.1研究背景及意义随着高速动车组技术日益成熟，和谐号动车组已经为中国乘客服务近20年。
关于和谐号动车组设计及网络通讯是非常值得我们研究的课题。
本文的研究题目为“基于MVB网络的TCMS系统控制”。
MVB网络中控制命令的收发和网络信息的实时监控是由TCMS系统处理。
在1992年6月，TC9 WG22以委员会草案CD （Committee Draft）的形式向各国发出列车通信网TCN的征求意见稿，该稿件分成四个部分：第一部分为总体结构，第二部分为实时协议，第三部分为多功能车辆总线MVB，第四部分为绞式列车总线WTB；总体结构把列车通信网规定为由多功能车辆总线MVB和绞式列车总线WTB组成。
其中多功能车辆总线MVB以ABB的MICAS车辆总线MVB为蓝本，WTB以西门子的DIN 43322和意大利的CD 450为蓝本；MVB的传输介质可以是双绞线，也可以是光纤。
在后一种场合下，其跨距为2000m，最多可联结256个智能总线站。
数据划分为过程数据、消息数据和监管数据，对过程数据的传输进行优化，发送的基本周期是1ms或2ms。
TCMS系统与MVB/WTB协议转换卡结合，共同构成了MVB总线网络上的一个节点，通过上位机程序我们可以对MVB总线网络进行实时监控并且模拟机车上的设备。
可以灵活的模拟一些现实状况。
1.2动车组网络概述列车基本单元，列车车组可分为三个列车基本的单元。
这主要是按照影响供电和列车计算机系统结构进行的功能分组。
基于Internet远程过程控制实验系统的设计与实现
力 进行 调节 ； 块 ７ １ 模 ０ ７是 Ａ Ｄ 转 换 器 、 道 模 拟 输 入模 块 ， ／ ８通 用 应 的 液位 传 感 器 、 流量 计 、 力 变送 器 、 电阻 等元 件 完成 。 压 热
２ 系 统 软 件 开 发
于 计 算 机 的 数 据 采 集 ， 位 、 量 、 力 、 度 等 参 数 的 检 测 由相 液 流 压 温
张 丽红 唐 鸿儒 （ 江海职业技术学院机 电工程系， 江苏 扬 州 ２ ５ ０ ） ２ １ １
摘 要
描 述 了 以过 程 控 制 实验 装 置 为对 象 的基 于 Ｉ ｅ ｎ ｔ 程 控 制 实验 系统 。该 系统 可 为 远 程 实验 提供 常规 Ｐ Ｄ控 制 、 糊 ｎ ｒｅ 远 ｔ Ｉ 模 控制 、 糊 自适 应 整 定 Ｐ Ｄ 控 制 、 于 Ｂ 模 Ｉ 基 Ｐ神 经 网 络整 定 ＰＤ 控 帝 、 Ｉ ｊ 串级 控 制 等 五 种 控 常 方 法 ； 】 可在 线进 行 实验 结 果分 析 与
ｓ ｏ ａ ｄ ｍ ａ ｐｒｓ ｔ ｔ ｒ ｕｔ ｏｒ ｖ ｕａｉｎ ｆ ｃｏ ｔｏｌ ｆｅ ｔ ｅｎ ｓ ｂａ ｅｄ ｏ ｎ，ｎ ｙ ｅ ｅｎｅｄ ｈｅ ｅｓ ｌ ｓ ｅ ａｌ ｔ ｏ ｎ ｒ ｅｆ ｃ ｉ ｅ ｓ ｏ ｖ ｓ ｏｎ ｈ ａｎ ｙ ｉ ｏｆｔ ｏｓ ｒ ｏ ｄｅ ｄ ａ ｔ ｅ ａｌｓｓ ｈ ｅ ｅｃ ｒ ｄ ａｔ
本 文 基 于扬 州 大 学 电气 技 术 实 验 室 的过 程 控 制 实验 装 置 设 计 并 实 现 了 远 程过 程 控 制 实 验 系 统 ，学 生 可 在 方便 的 时 间 和 地
点 通 过 校 园 网 进 行 过 程 控 制 实 验 。 笔 者 在 介 绍 了基 于 Ｉｔ ｒｅ ｎ ｅｎ ｔ
计算机控制系统
实现“管理集中、控制分散”
6、现场总线控制系统（FCS） 上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系 统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新 型的控制系统。 定义：是指将现场智能设备（如数字传感器、变送 器、仪表与执行机构等）与工业过程控制单元、现 场操作站等互连而成的计算机网络（局域网）。 作用：主要用于现场的智能化仪表、控制器、执行 机构、I/O模块等现场设备间的信息传递。 特点： ◆具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点， 是工业控制网络向现场级发展的产物。
3、模拟控制系统与计算机控制系统的比较 （1）模拟控制系统 ◆控制原理：检测偏差，按偏差进行控制，减少或 消除偏差。
设定值r e u 模拟调节器 执行器 被控对象 被控参数 y
ym
测量变送器 图a 单回路常规模拟控制系统方框图
（2）计算机控制系统 ◆控制原理：检测偏差，按偏差进行控制，减少或 消除偏差。
二、计算机控制系统的分类 1、数据采集和数据处理系统（DAS）
DAS(Data Acquisition System) 结构如下图：
CRT 打印机 报警
数字计算机
过程输入通道
测量变送
……
人
执行机构
……
测量变送
被 控 生 产 过 程
DAS作用：数据采集系统的工作是对大量的 过程状态参数实现巡回检测、数据存贮记录、 数据处理(计算、统计、整理)、进行实时数据 分析以及数据越限报警等功能。
计算机控制系统与模拟控制系统不同之处： ◆在计算机控制系统中，计算机代替了模拟 控制器；对控制对象的参数、状态信息的检 测和控制结果的输出在时间上是断续（离散） 的；对检测信号的分析计算是数字化的，而 在模拟控制系统中则是连续的。 ◆在常规控制系统中，系统的控制规律是用 硬件电路实现的，改变控制规律就要改变硬 件；而在微型计算机控制系统中，控制规律 是用程序实现的，改变控制规律只需改变程 序。
计算机过程控制系统
海明距离
长度相同的两个编码的对应数字不同的比特数 我们的简单编码存在的问题是两个有效的数字
（“0”和“1”）之间的海明距离也是1。这样 ，一位错误会将一个有效的数字变成另一个有 效的数字…
错误检测
我们所需要的编码方案是一位错误不会产生另 一个有效数字
无校验位 1000010”B” 1000011”C” 有奇校验位 11000010-”B” 11000011-”A”
10.3.1.4差错控制技术
在通信线路上传输信息时，往往由于各种干扰 ，使接收端收到信息出现错误。提高传输质量 的方法有两种：第一种方法是改善信道的电性 能，使误码率降低；第二种方法是接收端检验 出错误后，自动纠正错误，或让发送端重新发 送，直至接收到正确的信息为止。通常把第一
括检验错误和纠正错误。
7层网络结构模型
10.3.3 IEEE802标准
电气与电子工程师协会(IEEE)是世界上最大的 专业学会。成立于1980年2月的IEEE802课题 组(IEEE Standards Project 802)于1981年底 提出了IEEE 802局域网标准
IEEE 802局域网标准与OSI对应关系
图10.30PLC的基本结构
图10.33PLC工作流程图
PLC的基本技术指标
(1) CPU类型 (2) 存储器容量 (3) I/O点数 (4) 扫描速度 (5) 编程软件 (6) 扩展功能
10.4.2梯形图
可编程序控制器是专为工业控制应用开发的。 为方便广大电气技术人员使用，PLC的编程方 法通常不采用一般微机的编程语言，而是各种 面向控制的编程方法，如梯形图法、功能图法 、逻辑图法等。其中，梯形图(Ladder Diagram)法是应用最为广泛的一种。
DCS系统介绍
DCS 发展历史
第二阶段：1980—1985.，在这个时期集散控 制系统的技术特点表现为： 1）微处理器的位数提高，CRT显示器的分辨 率提高 2）强化的模块化系统 3）强化了系统信息管理，加强通信功能
DCS 发展历史
第三阶段，1985年以后，集散系统进入第三 代，其技术特点表现为： 1）采用开放系统管理 2）操作站采用32位微处理器 3）采用实时多用户多任务的操作系统
DCS 发展历史
第一阶段：1975-1980年，在这个时期集散控 制系统的技术特点表现为： 1）采用微处理器为基础的控制单元，实现 分散控制，有各种各样的算法，通过组态独立 完成回路控制，具有自诊断功能 2）采用带CRT显示器的操作站与过程单元分 离，实现集中监视，集中操作 3）采用较先进的冗余通信系统
DeltaV I/O Card Types
Outputs
- AO, 8 Channel, 4 to 20 mA, HART – AO, 8 Channel, 4 to 20 mA – I.S. AO, 8 Channel, 4 to 20 mA – DO, 8 Channel, 120/230 VAC, Isolated – DO, 8 Channel, 120/230 VAC, High Side – DO, 8 Channel, 24 VDC, Isolated – DO, 8 Channel, 24 VDC, High Side – High Density DO, 32 Channel, 24 VDC, High Side – I.S. DO, 4 Channel, 12 VDC I.S. Power
DCS 特点
1） 高可靠性。由于DCS将系统控制功能分散在各台计 算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算 机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外，由 于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对 需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机， 从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。 2） 开放性。DCS采用开放式，标准化、模块化和系列 化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现 信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计 算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不 影响系统其他计算机的工作。
DCS的基础知识
1、什么是DCS？DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。
2、 DCS有什么特点？DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。
DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。
操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。
因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。
3、 DCS的结构是怎样的？上图是一个较为全面的DCS系统结构图，从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。
过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。
操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。
管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。
4、 DCS的控制程序是由谁执行的？DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。
5、过程控制站的组成如何?DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成6、 I/O是什么？控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。
DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。
7、什么是I/O单元？通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。
CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。
8、I/O单元和CPU单元是如何连接的？I/O单元与CPU是通过现场总线连接的。
9、什么是现场总线？现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络，它不仅包含有过程控制信息交换，而且还包含设备管理信息的交流。
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一、计算机工业网络基础
• 网络拓扑结构
4．树线形结构
树线形结构的特点：
树形结构是分层结构，适用于分级管
理和分级控制系统。与星形结构相比， 由于通信线路总长度较短，故它连网 成本低，易于维护和扩展，但结构较 星形结构复杂。
一、计算机工业网络基础
• 网络传输介质
传输介质又称传输媒体，是通信系统中接收方与发送方之间的物 理通道，起了设备互连和传播信息的作用。传输介质可分为两大 类：有线介质（如双绞线、同轴电缆、光纤等）和无线介质（如 卫星通信、红外通信、微波通信的载体）。
运行员 操作站 监控级
运行员 操作站
计算站
过程控制站 控制级 基本控 制单元 现场级
通信 接口 基本控 制单元
过程控制站 Cnet 基本控 制单元 基本控 制单元
通信 接口 基本控 制单元
数据采集 Cnet 基本控 制单元 Fnet 数据输入 输出单元
通信 接口 数据输入 输出单元
Cnet 数据输入பைடு நூலகம்输出单元
485 总线
下位机
本地监控 Modem 计算机 （上位机2） 下位机
电话网 Modem
...
...
下位机 PLCn 子系统1
...
下位机
远程监控 计算机
一、计算机工业网络基础
• 网络的三大功能：
（l）数据传送 （2）资源共享 （3）提高计算机的可靠性和可用性
• 网络的类型 通信网络的类型可以按不同的标准进行划分，按网络范围和计算机 之间互连的距离可分为广域网（WAN）和局域网（LAN）两种。
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层1 数据链 路层1 物理层1 路由器 网络层协议转换 数据链 路层1 物理层1 数据链 路层2 物理层2 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链 路层2 物理层2
网络1
网络2
一、计算机工业网络基础
网关又称为网间连接器，能使不同类型（异种网络操作系统）的网络 连接在一起。 下图是网关连接示意图
• 网络访问控制
信息访问控制有：查询、令牌环、令牌总线、CSMA／CD、信息槽 等。
• 信息交换技术
信息交换技术是计算机网络实现技术中十分重要和基本的内容， 它分为两类：线路交换与存储转发交换。存储转发交换中又分为 两种：报文存储转发交换与报文分组存储转发交换。
一、计算机工业网络基础
• 网络协议及其层次结构
◆ 控制层 ★ 处于控制的中间层次
★ 连接不同的可编程设备、控制器、人机终端等，通 过网关设备与信息层相连，很多应用实时性要求较高， 包括I/O的实时刷新、互锁信息和控制器等之间报文的 报文传递等
★ 通信特点是要求有较高的网络速率，实时性要求高 的情况下要求通信是确定的、可重复的
◆ 设备层 ★控制网络的最底层 ★面向大量的现场设备，包括离散型的I/O（光电传 感器、接近开关等），温度变送器、流量计等较 为复杂的设备，通过扫描器或网关设备将数据传 送到控制层 ★通信特点是速度要求不一定很高，有一定的智能 和容错能力，要求网络节点设备的经济性、智能 化，设备添加/删除简单方便，故障诊断和纠错容 易，适应现场的不同恶劣条件
采用分散控制和集中管理的设计思想、分而自治和综合协调的设计原 则，并采用层次化的体系结构. 所谓分散控制是用多台微型计算机，分散应用于生产过程控制; 所谓集中管理是用通信网络技术把多台计算机构成网络系统.
分散控制系统是纵向分层、横向分散的大型综合控制系统。
见下图:
三、集散控制系统（DCS）
至其它局域网 管理计算机 管理级 Mnet 网间连接器 局域网（LAN) 运行员 操作站 Snet 工程师 工作站
TCP/IP网 IPX/SPX网
网关
网关
X.25
二、计算机网络控制技术概述 1、典型控制网络体系结构
• 工业控制网络的基本层次
◆ 信息层 ★ 控制系统的最上层 ★ 通信的主要特点：通信数据量大，通信的发生较 为集中，要求有高速链路支持，对实时性要求不高
★ 通信范围从车间级到全厂级甚至因特网范围，与 数据库技术、互联网技术、数据分析和处理技术紧 密关联 ★ 可连接的设备包括控制器、PC、操作员站、高速 I/O、其它局域网设备，通过网关设备可以连接入因 特网
二、计算机网络控制技术概述
3.控制网络与信息网络的区别
控制网络和信息网络有以下四点区别：
(1)控制网络中数据传输的及时性和系统响应的实时性是控制系
统最基本的要求。 (2)控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性、可靠性。
(3)在企业自动化系统中，分散的单一用户必须借助控制网络进
入系统，所以通信方式多使用广播和组播方式，在信息网络中某个 自主系统与另外一个自主系统一般都建立一对一的通信方式。
常用仪表
现场总线仪表
常用仪表
三、集散控制系统（DCS）
2.集散控制系统（DCS）的特点
• 分散性和集中性
• 自治性和协调性
• 灵活性和扩展性 • 先进性和继承性
• 可靠性和适应性
• 友好性和新颖性
三、集散控制系统（DCS）
3.集散控制系统（DCS）的体系结构
主要有三代产品 •第一代DCS的基本结构
主计算机 操作站 网关
第一、二代DCS基本上为封闭系统，
不同系统之间无法互连，第三代DCS
MAP或MAP 兼容网络 LAN
局域网(LAN)遵循开放系统互连参考 模型的7层通信协议,符合国际标准，
节点工作站
节点装置
比较容易构成信息集成系统。
智能变送器
智能仪表
三、集散控制系统（DCS）
电厂DCS实例
三、集散控制系统（DCS）
操作站 监控机
其基本结构由监控机、操作
高速数据通道
站、数据采集装置、过程控 制单元及高速数据通道等5部 分组成。
数据采集装置
过程控制单元
三、集散控制系统（DCS）
3.集散控制系统（DCS）的体系结构
•第二代DCS的基本结构 组成：
主计算机 操作站 系统管理站
(1)局部网络 (LAN) ；
(2)节点工作站，即指过样控制单(PCU)； (3)中央操作站，它是挂接在LAN上的节点
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
一、计算机工业网络基础
• 网络互连
网络互连是指采用网络互连设备将同 一类型的网络或不同类型的网络及其 产品相互连接起来组成地理覆盖范围 更大，功能更强的网络。 网络互连常用设备有： 中继器、网桥、路由器、网关。 中继器是网络物理层的一种介质连接设 备，是延长网络距离的最简 单、最廉
一、计算机工业网络基础
• 网络拓扑结构
1．星形结构
星形结构的特点：
hub
（1）结构简单，便于管理。
（2）控制简单，建网容易，通信功能简单。
（3）网络延迟时间小，传输误差较低。
一、计算机工业网络基础
• 网络拓扑结构
2．环形结构
环形结构的特点：
（1）在环路上，每个节点的地位是相同的，每个
节点都可以获得网络的控制权。 （2）不需要进行路径选择，控制比较简单，意味
LAN LAN
工作站，负责对全系统的信息进行综合管 理，是系统的主操作站；
子 系 统
网关
网关 一般工业网
过程控制单元
(4)系统管理站，又称为系统管理模块； (5)主计算机，也称管理计算机；
(6)网关(GateWay)。
三、集散控制系统（DCS）
3.集散控制系统（DCS）的体系结构
•第三代DCS的基本结构
2.现场总线的优点
•一对N结构
•可靠性高 •可控状态
•互可操作性与互换性
•系统结构的高度分散性 •系统的开放性
四、现场总线控制系统(FCS)
3.现场总线对自动化领域的变革
现场总线对当今的自动化领域带来的变革是：
•用一对通信线连接多台数字仪表取代一对信号线只能连接一台仪表；
•用多变量、双向、数字通信方式取代单变量、单向、模拟传输方式； •用多功能的现场数字仪表取代单功能的现场模拟仪表；
数据链路层 MAC1 物理层1 MAC1 物理层1 MAC2 物理层2 MAC2 物理层2 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 LLC LLC 网桥 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 LLC 数据链路层
价的互连设备。 网桥同类型网络之间的互连设备。
网段1
网段2
一、计算机工业网络基础
路由器属于OSI网络层的一种互连设备，对应于网络层进行数据分组 转发，用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层互不相同 的协议。下面为路由器工作原理：
二、计算机网络控制技术概述
2、控制网络的特点
从技术上讲，控制网络有以下一些技术特点： (1)要求有高实时性和良好的时间确定性； (2)传送的信息多为短帧信息，且信息交换频繁； (3)容错能力强，可靠性、安全性好； (4)控制网络协议简单实用，工作效率高； (5)控制网络结构具有高度分散性； (6)控制设备的智能化与控制功能的自治性； (7)与信息网络之间有高效的通信，易于实现与信息网络的集成。
•用分散式的虚拟控制站代替集中式的控制站；
•用现场总线控制系统FCS代替传统的分散控制系统DCS； •变革传统的信号标准、通信标准和系统标准；
•变革传统的自动化系统体系结构、设计方法和安装调试方法。
四、现场总线控制系统(FCS)
4.FCS对 DCS的变革
•FCS的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器就采用现 场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互连。
一、计算机工业网络基础
• 网络协议及其层次结构
利用分层方法，可以容易地实现 网际联网、网络配置间的连接。为了 实现计算机系统之间的互连，1977年 国际标准化组织（ISO）提出了开放 系统互连参考模型OSI（Open System Interconnection／Reference Model）。这个网络层次结构模型规 定了七个功能层，每层都使用它自己 的协议。