第四讲_DCS体系结构汇总
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打印输出设备：
报表打印、复制流程画面……
现场控制站冗余技术
提高DCS系统可靠性的措施：
①采用分散的结构
危险分散
提高整个系统的可靠性
DCS的分散体现在： ·纵向上的分散（采用多级结构） ·横向上的分散（功能和地域分散） ·负荷的分散 ·数据库的分散
②采用冗余(Redundant)技术（ 采用多余的资源来换取系统的可靠性提高）
操作员站： 人机界面的操作、状态监视、报警处理、报表打印等。
工程师站 ： 进行系统配置（网络定义、I/O站与操作员站的定义及站号分 配、数据点的组态等）、控制方案及控制算法组态、过程监控画面与报表的 组态等。 监控计算机 ： 机组运行优化、生产过程监视、故障检测和数据存档。
3 经营管理级（MES） 大规模DCS才具有，是全厂自动化系统的最高一层。随系统规 模的不同，还可以增加更高级管理级……
直流电源系统稳定性
电气隔离 冗余双电源 主要采用电源1：1冗余；子 电源采用1：N冗余
现场控制站设备
控制计算机
现场控制站设备
工控机特点： CPU：
现场控制站大都采用Motorola公司M68000 系列和Intel公司80X86系列产品。
存储器：
ROM占有较大的比例。
总线：
PC总线应用进入
I/O通道：（丰富的I/O）
现场总线服务器FS通过网络接口能与DCS资源共享。（P.25.）
2 过程监控级（过程管理级） 主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。
过程监控级的任务主要有： 操作站：是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是 DCS的核心显示、操作和管理装置。 工程师站：是为了便于过程控制工程师对DCS进行配置、组态、 调试、维护而设置的工作站。 监控计算机：实现对生产的监督控制。
Mnet
O 现场设备级（现场控制级） 直接与生产过程相连，属于广义对象的组成部分，典型的现场 设备主要有：传感器、变送器、执行器及智能仪表。
现场设备级的任务主要有： 一是完成过程数据采集与处理（传感器、变送器） 二是直接执行操作指令，实现控制（执行器） 三是完成与上级设备的数据通信，完成网络数据库共享（现场 总线型） 四是完成自监测、自诊断（智能仪表）
MES
集散控制系统的硬件结构
DCS的硬件主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和 通信接口设备三大类组成。
现场控制站：是主要的分散过程控制装置 它是DCS与生产过程之间的接口，是DCS的核心，主要设备有现 场控制单元，实现控制功能，可独立运行检测控制系统。
操作站：是主要的集中显示、操作和管理装置 它是DCS的人机接口装置，一般分为操作站和工程师站。
现场网络Fnet与各类智能仪表相连，以实现对生产过程的监测 与控制，同时，与过程控制级计算机，接收上层的管理信息。
现场信息传递：模拟信号（4～20mA DC）；全数字信号（现场 总线Fnet）；混合信号（宽带技术）
1 过程控制级 主要由过程控制站DDC、数据采集站DAS、PLC及现场总线接口 等组成。
DI/DO（SI/SO） AI/AO PI/PO
操作站设备
平面操作台
双层操作台
斜面操作台
琴式操作台
操作站设备
操作站计算机： CPU：
32位或64位
存储器：
大容量外储（甚或有记录仪）。
操作键盘和鼠标：
操作员键盘：防水防尘、简捷美观 工程师键盘：普通键盘
图形显示设备：
CRT（老式）、LED、LCD等……
表决方式：2/3表决
待机运转
DCS系统的硬件冗余措施体现在：
过程控制级的任务主要有： 一是采集过程数据，进行数据转换与处理（DAS、PLC）
二是对生产过程进行监测和控制，实现控制规律（DDC、PLC）
三是现场设备及I/O卡件的自诊断（现场总级接口）
四是与过程监控级进行数据通信（Cnet/Fnet－Snet通信接口） 过程控制站接收现场设备级送来的信号，按照预定的控制规律 进行运算，并将运算结果作为控制信号，送回到现场执行器中 去，从而实现控制功能。 数据采集站接收现场信号，进行转换处理，送到Snet网络上的 其他站，它不直接完成控制功能。
通信网络及接口设备（后续章节介绍）
现场控制站设备 网络服务器柜
现场控制站设备
机
P
柜
C
柜
现场控制站设备 机柜特点：
多层机架 电磁屏蔽 活动部分良好电气连接 可靠接地 散热降温 正压送风 密封空调 自动温检测
壁挂式控制箱
现场控制站设备
电源特点： 保证电源系统可靠性
双电源互为冗余 超级隔离变压器 电子调压 UPS
第四讲 DCS体系结构
➢集散控制系统的体系结构 ➢集散控制系统的硬件结构 ➢集散控制系统的软件体系 ➢思考题
云南广播电视大学/云南国防工业职业技术学院 机电工程学院 电气教研室 赵祖武
集散控制系统的体系结构
集散控制系统是一种管理操作集中、控制功能分散：在纵向 管理关系上分级分层，实现“集中”；在横向结构上进行分 布分散，实现“分散”。从总体结构上看，DCS是由工作站 和通信网络组成，系统利用通信网络将各工作站连接起来。
典型DCS的三层结构
典型DCS的体系结构
DCS以多层局部网络为依托，将分布在整个企业范围内的各 种控制设备和数据处理设备连接在一起，实现各部分的信息 共享和协调工作，共同完成各种控制、管理及决策任务。 现场设备级、过程控制级、过程监控级、过程管理级以及更 高级……
四层局部网络：
Fnet：现场网络（连接现场智能设备）（现场总线：有时与 Cnet或Snet同网络）
硬件冗余、软件冗余、信息冗余、时间冗余
模块（I/O、CPU、通信卡）冗余
➢硬件冗余技术包括
站冗余 系统网络冗余
系统冗余
同
后退运转
工作方式
冷备（Cold Backup）:切换慢，成本最低
步 运
温备（Warm Backup):备用系统运பைடு நூலகம்跟踪程序
转
热备（Hot Backup): 备用系统运行但不输出
控制系统。
Cnet：控制网络（连接DDC、DAS、PLC等站）
Snet：监控网络（连接Fnet、Cnet及操作站、监控站等）
Mnet：管理网络（连接Snet及管理上位机）（中、大型DCS 具有、超大型DCS还能有更高级网络）
（参见：教材P.24. 图2.1 集散控制系统的体系结构）
Snet Cnet
Fnet
报表打印、复制流程画面……
现场控制站冗余技术
提高DCS系统可靠性的措施：
①采用分散的结构
危险分散
提高整个系统的可靠性
DCS的分散体现在： ·纵向上的分散（采用多级结构） ·横向上的分散（功能和地域分散） ·负荷的分散 ·数据库的分散
②采用冗余(Redundant)技术（ 采用多余的资源来换取系统的可靠性提高）
操作员站： 人机界面的操作、状态监视、报警处理、报表打印等。
工程师站 ： 进行系统配置（网络定义、I/O站与操作员站的定义及站号分 配、数据点的组态等）、控制方案及控制算法组态、过程监控画面与报表的 组态等。 监控计算机 ： 机组运行优化、生产过程监视、故障检测和数据存档。
3 经营管理级（MES） 大规模DCS才具有，是全厂自动化系统的最高一层。随系统规 模的不同，还可以增加更高级管理级……
直流电源系统稳定性
电气隔离 冗余双电源 主要采用电源1：1冗余；子 电源采用1：N冗余
现场控制站设备
控制计算机
现场控制站设备
工控机特点： CPU：
现场控制站大都采用Motorola公司M68000 系列和Intel公司80X86系列产品。
存储器：
ROM占有较大的比例。
总线：
PC总线应用进入
I/O通道：（丰富的I/O）
现场总线服务器FS通过网络接口能与DCS资源共享。（P.25.）
2 过程监控级（过程管理级） 主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。
过程监控级的任务主要有： 操作站：是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是 DCS的核心显示、操作和管理装置。 工程师站：是为了便于过程控制工程师对DCS进行配置、组态、 调试、维护而设置的工作站。 监控计算机：实现对生产的监督控制。
Mnet
O 现场设备级（现场控制级） 直接与生产过程相连，属于广义对象的组成部分，典型的现场 设备主要有：传感器、变送器、执行器及智能仪表。
现场设备级的任务主要有： 一是完成过程数据采集与处理（传感器、变送器） 二是直接执行操作指令，实现控制（执行器） 三是完成与上级设备的数据通信，完成网络数据库共享（现场 总线型） 四是完成自监测、自诊断（智能仪表）
MES
集散控制系统的硬件结构
DCS的硬件主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和 通信接口设备三大类组成。
现场控制站：是主要的分散过程控制装置 它是DCS与生产过程之间的接口，是DCS的核心，主要设备有现 场控制单元，实现控制功能，可独立运行检测控制系统。
操作站：是主要的集中显示、操作和管理装置 它是DCS的人机接口装置，一般分为操作站和工程师站。
现场网络Fnet与各类智能仪表相连，以实现对生产过程的监测 与控制，同时，与过程控制级计算机，接收上层的管理信息。
现场信息传递：模拟信号（4～20mA DC）；全数字信号（现场 总线Fnet）；混合信号（宽带技术）
1 过程控制级 主要由过程控制站DDC、数据采集站DAS、PLC及现场总线接口 等组成。
DI/DO（SI/SO） AI/AO PI/PO
操作站设备
平面操作台
双层操作台
斜面操作台
琴式操作台
操作站设备
操作站计算机： CPU：
32位或64位
存储器：
大容量外储（甚或有记录仪）。
操作键盘和鼠标：
操作员键盘：防水防尘、简捷美观 工程师键盘：普通键盘
图形显示设备：
CRT（老式）、LED、LCD等……
表决方式：2/3表决
待机运转
DCS系统的硬件冗余措施体现在：
过程控制级的任务主要有： 一是采集过程数据，进行数据转换与处理（DAS、PLC）
二是对生产过程进行监测和控制，实现控制规律（DDC、PLC）
三是现场设备及I/O卡件的自诊断（现场总级接口）
四是与过程监控级进行数据通信（Cnet/Fnet－Snet通信接口） 过程控制站接收现场设备级送来的信号，按照预定的控制规律 进行运算，并将运算结果作为控制信号，送回到现场执行器中 去，从而实现控制功能。 数据采集站接收现场信号，进行转换处理，送到Snet网络上的 其他站，它不直接完成控制功能。
通信网络及接口设备（后续章节介绍）
现场控制站设备 网络服务器柜
现场控制站设备
机
P
柜
C
柜
现场控制站设备 机柜特点：
多层机架 电磁屏蔽 活动部分良好电气连接 可靠接地 散热降温 正压送风 密封空调 自动温检测
壁挂式控制箱
现场控制站设备
电源特点： 保证电源系统可靠性
双电源互为冗余 超级隔离变压器 电子调压 UPS
第四讲 DCS体系结构
➢集散控制系统的体系结构 ➢集散控制系统的硬件结构 ➢集散控制系统的软件体系 ➢思考题
云南广播电视大学/云南国防工业职业技术学院 机电工程学院 电气教研室 赵祖武
集散控制系统的体系结构
集散控制系统是一种管理操作集中、控制功能分散：在纵向 管理关系上分级分层，实现“集中”；在横向结构上进行分 布分散，实现“分散”。从总体结构上看，DCS是由工作站 和通信网络组成，系统利用通信网络将各工作站连接起来。
典型DCS的三层结构
典型DCS的体系结构
DCS以多层局部网络为依托，将分布在整个企业范围内的各 种控制设备和数据处理设备连接在一起，实现各部分的信息 共享和协调工作，共同完成各种控制、管理及决策任务。 现场设备级、过程控制级、过程监控级、过程管理级以及更 高级……
四层局部网络：
Fnet：现场网络（连接现场智能设备）（现场总线：有时与 Cnet或Snet同网络）
硬件冗余、软件冗余、信息冗余、时间冗余
模块（I/O、CPU、通信卡）冗余
➢硬件冗余技术包括
站冗余 系统网络冗余
系统冗余
同
后退运转
工作方式
冷备（Cold Backup）:切换慢，成本最低
步 运
温备（Warm Backup):备用系统运பைடு நூலகம்跟踪程序
转
热备（Hot Backup): 备用系统运行但不输出
控制系统。
Cnet：控制网络（连接DDC、DAS、PLC等站）
Snet：监控网络（连接Fnet、Cnet及操作站、监控站等）
Mnet：管理网络（连接Snet及管理上位机）（中、大型DCS 具有、超大型DCS还能有更高级网络）
（参见：教材P.24. 图2.1 集散控制系统的体系结构）
Snet Cnet
Fnet