集散控制系统的构成)
计算机集散控制系统的构成
计算机集散控制系统的构成
集散控制系统的基本结构可包含分散过程控制装置部分、集中操作和管理系统部分以及通信网络部分三大部分。
(1)分散过程控制装置
分散过程控制装置是集散控制系统与生产过程间的界面，生产过程的各种过程变量通过分散过程控制装置转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通过分散过程控制装置送到执行机构。
在分散过程控制装置内，进行模拟量与数字量的相互转换，完成控制算法的各种运算，对输入与输出量进行有关的软件滤波及其他的一些运算。
(2)集中操作、管理装置
操作管理装置是操作人员与集散控制系统间的界面。
操作人员通过操作管理装置了解生产过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产过程。
生产过程的各种参数在操作管理装置上显示，以便于操作人员监视和操作。
(3)通信网络
分散过程控制装置与操作管理装置之间需要有一个桥梁来完成数拟之间的传递和交换，这就是通信网络。
有些集散控制系统产品在分散过程控制装置内又增加了现场装置级的控制装置和现场总线的通信系统；有些集散控制系统产
品则在操作管理装置内增加厂综合管理级的控制装置和相应的通信系统。
这些集散控制系统使系统的分级增加，系统的通信系统对不同的装置有不同的要求，但是，从系统总的结构来看，还是由三大部分组成的。
虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。
总的来说，计算机集散控制系统正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。
集散控制系统
3.顺序控制
➢顺序控制：按预定的动作顺序或逻辑，依次执行各 阶段动作程序。
➢顺序控制中可以兼用反馈控制、逻辑控制和输入 / 输出监视等功能。 ➢实现顺序控制的常用方法
●顺序表法 ●程序语言方式 ●梯形图法
➢顺序表法
● 将控制顺序按逻辑关系和时间关系预先编成顺序记
录，存储于管理文件中，然后逐项执行。
(2)测量值跟不再保持原来的 值，而跟踪测量值。
(3)输出值跟踪
➢在手动方式时，使内存单元中 PID 输出值跟踪手操 输出值。 ➢从手动切换到自动时，内存单元中的自动输出数值 与手操输出值相等，切换是无扰动的。
➢在自动方式时，手操器的输出值是始终跟踪控制器 的自动输出值的。
显示
操作
报警
系统组态
系统维护
报告生成
操作站的基本功能分布图
2.4.3
自诊断功能
☞在系统投运前，用离线诊断程序检查各部分的工作状态。
☞系统运行中，各设备不断执行在线自诊断程序。
●一旦发现错误，立即切换到备用设备； ●同时经过通信网络在显示器上显示出故障代码，等待及
时处理；
●故障代码可以定位到卡件板，用户只需及时更换卡件。
➢电源系统的可靠性措施
●每一个现场控制站均采用双电源供电，互为冗余。 ●采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏 蔽层可靠接地，以克服共模干扰的影响。 ●采用交流电子调压器，快速稳定供电电压。 ●配有不间断供电电源 UPS，以保证供电的连续性。 ➢现场控制站内各功能模块所需直流电源一般为±5V、 ±15V(或±12 V)、以及+24V。
集散控制系统期末复习大纲
A：信息管理网B：过程控制网C：SBUS-S2D：SBUS-S1
25．WebField JX-300XP系统组态的基本过程包括。
A：总体信息设置B：控制站组态C：操作站组态D：编译E：下载
10、PROFIBUS-PA总线标准是专为（A）设计的。
A、过程自动化 B、继电保护 C、车间级监控及复杂的通信 D、外围设备通信
A：操作站B：工程师站C：现场控制站D：监控计算机
第一章
1．计算机控制系统的工作可归纳为、、等3个步骤P7
2．计算机控制系统由和两大部分组成。P7
3．实时的该念不能脱离具体的过程，一个在线的系统一定是一个实时系统，一个实时控制系统也必定是在线系统。（）P7
4．简述计算机控制系统的组成，并画出系统框图。P7
5
电源机笼
6
电源箱
7
主控卡
8
数据转发卡
9
电流信号输入卡
10
电压信号输入卡
11
热电阻信号输入卡
12
电流信号输出卡
13
开入卡
14
开出卡
15
不冗余端子板
答：
序号
设备名称
型号
数量
备注
1
机柜
1
2
I/O机笼
4
3
HUB
2
4
AC配电箱
1
5
电源机笼
1
6
电源箱
4
7
主控卡
XP243
2
8
数据转发卡
XP233
8
9
集散控制系统
Cnet
基本 控制单元
M 常规仪表
过程控制站
通信 接口
基本 控制单元
基本 控制单元
Cnet
基本 控制单元
Fnet
现场总线仪表
数据采集站
通信 接口
数据输入 输出单元
数据输入 输出单元
Cnet
数据输入 输出单元
常规仪表
过程控制站的系统结构
过程控制站
通信 接口
基本 控制单元
基本 控制单元
Cnet
基本 控制单元
11
1.3 集散控制系统的硬件结构
管理 计算机
管理 计算机
Mnet
运行员 操作站
运行员 操作站
Snet
运行员 操作站
工程师 工作站
计算站
过程控制站
通信 接口
基本 控制单元
基本 控制单元
Cnet
基本 控制单元
M 常规仪表
过程控制站
通信 接口
基本 控制单元
基本 控制单元
Cnet
基本 控制单元
Fnet
现场总线仪表
3
1.1.2 控制级
控制级主要由过程控制站和数据采集站构成。一般在实际 应用中，把过程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。过程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。过程控制站可以 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。
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，例如将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；或者将控制站输出的控制 器信号(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。
DCS控制系统介绍三篇
DCS控制系统介绍三篇篇一：DCS控制系统介绍集散控制系统的英文原名为:DistributedControlSystem，简称DCS，通常也称为集散控制系统。
集散控制系统的控制功能，主要由计算机技（computer）、控制技术（Control）、显示技术（CRT）和通信技术（communicate）来完成，一般也称为4C技术，4C技术是DCS系统的四大支柱。
DCS中通信技术更为重要，操作员站的操作、工程师站系统的组态以及现场设备信息的交换都依靠通信技术来完成。
第一节集散控制系统的构成一集散控制系统的构成方式如图是集散控制系统典型结构。
功能分层是集散控制系统的体系特征反映了集散控制系统的“分散控制、集中管理”的特点。
从功能上看可以分为：四个层次，分别是现场控制级的功能；过程装置控制级；车间操作管理级；全厂优化和调度管理级。
从结构看分为：三大块，分别是分散过程控制装置；集中操作和管理系统；通信系统。
图4.1DCS结构（一）集散控制系统的各层功能1、现场控制级的功能（1）微处理器进入现场变送器、传感器和执行器；现场总线的应用。
部分或完全完成过程控制级的功能；（2）采集过程数据，对数据进行数据转换；（3）输出过程操作命令；（4）进行直接数字控制；（5）完成与过程装置控制级的数据通信；（6）对现场控制级的设备进行检测和诊断。
2、过程装置控制级的功能过程装置控制级的结构采用过程控制设备+I/O卡件，其功能是：（1）采集过程数据，进行数据转换和处理；（2）数据的监视和存储；（3）实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控制作用；（4）数据和设备的自诊断；（5）数据通信。
3、车间操作管理级的功能车间操作管理级设备有中央控制室操作站、打印机、拷贝机、工程师站、计算站，能完成功能是：（1）数据显示与记录（2）过程操作（含组态操作、维护操作）（3）数据存储和压缩归档（4）报警、事件的诊断和处理（5）系统组态、维护和优化处理（6）数据通信；（7）报表打印和画面硬拷贝。
集散控制系统的构成
机柜示例 ：浙大中控JX系统
柜顶风扇 控制站插件箱
接线端子 I/O插件箱
交流电源： 交流电源经过集散系统的电盘的断路器给系统 供电，保证现场控制站供电系统高效、稳定、无 干扰。
每一现场控制站场均用双相交流电源供电，两相 互为冗余。
如果附近有经常开关的大功率用电设备，应采用 超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽 层可靠接地。这样能很好的隔离共模干扰。
• 同步运转方式；
• 待机运转方式；
• 后退运转方式；
• 多级操作方式。
（1）同步运转方式
• 让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转， 输入相同的信号，进行相同的处理，然后对输出
进行比较，如果输出保持一致则系统是正常运行
的。
• 双重冗余、“三中取二”（连锁）
• 应用于可靠性要求极高的场合
（2）待机运转方式
集散控制系统的结构，尤其适用于有大量逻辑顺序控制的
过程。 （4）智能前端+通信系统+工业级微机
智能前端指用于生产现场的智能控制设备，作为分散控制 装置；用于小型集散控制系统。
第二节 DCS的结构特点
1、分级递阶控制体系结构
集散控制系统在水平和垂直方向都是分级
（层、块）的。
垂直分级：是指功能方面不同的分级，至 少有两个分级，即监控级和控制级。
SBUS 总线
JX-300X典型的通信网络
SBUS总线
SBUS总线是控制站内部各卡件之间进行信息
交换的通道。主控制卡就是通过SBUS总线来管理 分散于各个机笼的I/O卡件的。
第一层为双重化总线SBUS-S2，位于控制站所管 辖的I/O机笼之间，连接主控制卡和数据转发卡。
第二章 集散控制系统构成
化学工业出版社
3）多重结构（Stratified structure） 多重结构是指用一组模型从不同角度对系统进行描述的多级结构。层次的选 择，即观察的角度受观察者的知识和观察者对系统兴趣的约束。 例如，一个复杂的自动化生产过程可按下列三重层次进行研究： ①将系统看成是按一定物理规律变化的物理现象； ②从信息处理和控制角度看，将过程看成是一个受控系统； ③从经济学角度看，将系统看成是一个经济实体，并据此评价其经济效益 和利润。
化学工业出版社
⑤适用于小型企业的集散控制系统结构：单(多)回路控制器十通信系统十操 作管理站。（有较大的灵活性和较高性价比） （2）实际应用的结构类型 实际应用时，采用微处理器、工业微机组成集散控制系统的结构类型如下： ①工业微机十通信系统十操作管理机。（工业微机IPC作为多功能多回路的 分散过程控制装置，并由软件公司开发有关应用软件） ②单回路控制器十通信系统十工业微机。（工业微机IPC作为操作管理机， 通用性强，软件可自行开发，也有成熟的软件产品可购买） ③可编程控制器十通信系统十工业微机。（主要用于有大量顺序控制应用的 场合） ④工业微机十通信系统十工业微机。（这两个工业微机各有不同功能，前者 作为分散过程控制装置，后者作为操作管理机。可选用不同规格的工业微机以 适应不同的应用要求） ⑤智能前端十通信系统十工业微机。（这是简易通用的集散控制小系统结构， 偶有应用）
化学工业出版社
3）全服务现场总线(Fieldbus) 全服务现场总线又称为数据流现场总线，它是最高层的现场总线。 该总线以报文通信为主，包括一些复杂的对过程控制装置的操作和控制等功 能。其特点是开放性、互操作性及分散控制等。它的通信数据信息长，最大传 输距离根据采用通信媒体的不同而变化。传输时间较长，传输数据类型较多。 这类总线有基金会现场总线(FF)、Profibus-PA总线、world-FIP现场总线、 HART总线和LON总线等。其中，HART总线是过渡性的现场总线。
集散控制系统
集散控制系统集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS 系统。
该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。
DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。
集散控制系统一般有以下四部分组成：1）场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。
输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。
这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。
比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。
它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。
在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。
拿军队来举例的话，可以形容为最底层的士兵。
它们只要能准确地服从命令，并且准确地向上级汇报情况即完成使命。
至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。
由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。
2）过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。
生产工艺的调节都是靠它来实现。
比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。
上面说到现场控制级是“士兵”，那么给它发号施令的就是过程控制级了。
它接受现场控制级传来的信号，按照工艺要求进行控制规律运算，然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。
集散控制系统
集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。
是相对于集中式控制系统而言的一种新型的计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通信（communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其设计原则是分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调，大大提高了系统的可靠性。
DCS由上而下形成多级控制结构，即过程控制级、集中监控级和生产管理级，采用网络方式实现各级间的信息传递。
DCS既不同于分散的常规仪表控制系统，又不同于集中式计算机控制系统，而是吸收了两者的优点，在它们的基础上发展起来的一门系统工程技术，具有很强的生命力和显著地优越性。
1975年12月，美国霍尼韦尔（HoneyWell）公司推出TDC-2000集散控制系统，成为最早提出集散控制系统设计思想的开发商。
从而开始了DCS的初创阶段（1975-1980）这个时期的系统的特点是：比较注重控制功能的实现，系统的设计重点是现场控制站；系统的人机界面功能则相对较弱，在实际中只用CRT操作站进行现场工况的监视，使得提供的信息也有一定的局限；在功能上更接近仪表控制系统；各个厂家的系统均由专有产品构成，包括高速数据通道、现场控制站、人机界面工作站及各类功能性的工作站等，不仅系统的购买价格高，系统的维护运行成本也高。
可以说，DCS的这个时期是超利润时期，其应用范围也受到一定的限制。
第二阶段（1980-1985）是DCS的成熟期。
这一时期的DCS系统最大的特点是引入了局域网作为系统骨干，按照网络节点的概念组织过程控制站、中央操作站、系统管理站及网关，使得系统的规模、容量进一步增加，系统的扩充有更大的余地，也更加方便在功能上，这个时期的DCS逐步走向完善，除回路控制外，还增加了顺序控制、逻辑控制等功能，加强了系统管理站的功能，可实现一些优化控制和生产管理。
集散控制系统复习题
集散控制系统复习题一、填空题1.集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。
集散控制系统的主要特点是集中管理和分散控制。
2.TPS和PKS是Honeywell公司的集散控制系统产品，Delta V是Emerson公司的集散控制系统产品，I/A S是Invensys公司的集散控制系统产品。
国产集散控制系统的产品有浙大中控的SUPCON、新华公司的XDPF、国电智深的EDPF等。
3.集散控制系统基本构成由分散过程控制装置、操作管理装置、通信系统组成。
4.分级递接控制系统结构分为多层结构、多级结构、多重结构。
P165.开放系统的标志是可移植性、可操作性、可适宜性和可用性。
6.集散控制系统的分散控制结构表现为组织人事的分散、地域的分散、功能的分散和负荷的分散。
P187.常用的冗余方式有同步运转方式、待机运转方式、后退运转方式和多级操作方式。
8.现场总线是在过程自动化和制造自动化中，实现智能化现场设备与高层设备之间互联的、全数字、串行、双向传输的、多分枝结构的通信系统。
9.现场总线可分为执行器传感器现场总线、设备现场总线和全服务现场总线三类。
10.现总线的特点是开放性、智能化、互操作性、环境适应性和分散控制等。
11.采用现场总线控制系统的主要因素是节省硬件数量和投资、节省安装费用与维护费用、多变量检测和运输、缩短安装时间和投运时间、等。
P2112.现场总线控制系统与传统集散控制系统的相同点包括分散控制集中管理和综合自动化组成部分等；主要差别包括通信和传输的差别和数字传输技术等。
13.影响现场总线实时性的主要因素有现场总线数据传输速率和主战应用程序的大小与复杂程度；主要解决措施包括减少网络通信的吞吐量，保证一旦有通信要求就能够立即实现通信、提高有效通信量、减少通信冲突的发生，保证通信的实时性、采用全双工通信模式和交换式以太网、采用塌缩的通信模型和通信协议、选用合适的现场总线仪表，减少通信量、采用发布方/预约接收方的通信结构、设置优先级、采用虚拟局域网和引入质量服务等。
集散控制系统的构成课件
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
经历了模拟仪表、工业控制计算机、 集散控制系统等多个阶段，技术不 断升级和完善。
发展趋势
随着物联网、云计算、人工智能等 技术的发展，集散控制系统将向智 能化、网络化、集成化方向发展。
集散控制系统的基本构成
硬件构成
包括控制站、操作站、通 信网络、输入/输出接口等
部分。
控制站
负责接收操作站的控制指 令，对生产过程进行实时
行。
制药行业应用案例
总结词
制药行业是集散控制系统应用的又一重要领域，主要 用于监控和调节制药生产过程中的各种参数，提高药 品质量和生产效率。
详细描述
在制药行业中，集散控制系统主要用于监控和调节各种 制药生产流程，如混合、灌装、包装等。通过实时采集 和处理各种数据，如温度、湿度、压力等，集散控制系 统能够实现自动化控制，提高药品质量和生产效率，降 低能耗和减少人工干预，从而确保制药生产过程的安全 和稳定。此外，集散控制系统还可以用于制药生产过程 中的质量检测和控制，通过实时监测和记录药品的质量 数据，及时发现和解决潜在问题，确保药品质量和安全。
03
数据库管理系统需要具备稳定 性和安全性，能够保证数据的 完整性和可靠性，同时还需要 提供数据备份和恢复功能。
01
网络构成
控制网 络
控制网络的作用
控制网络的设备连接
控制网络主要负责传输控制信号，确 保系统中的设备能够按照预设的逻辑 或算法进行操作。
控制网络可以连接各种控制设备和执 行机构，如传感器、调节阀、电动机 等，实现设备间的联动和控制。
02
它支持多种通讯协议，如Modbus、Profibus、EtherNet/IP等，以 满足不同设备和系统的通讯需求。
集散控制系统考试复习资料
1.什么是集散控制系统:以微处理器为基础的、实行集中管理、分散控制的计算机控制系统。
2.集散控制系统DCS系统的基本组成:操作员站,工程师站,监控计算机,通信系统,通信系统,现场控制站，数据采集站3.集散控制系统的特点：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。
4.计算机控制系统的工作原理：(1)实时数据采集：对测量变送装置输出的信号经A/D转换后进行处理。
(2)实时控制决策：对被控变量的测量值进行分析、运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。
(3)实时控制输出：实时地输出运算后的控制信号，经D/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。
5.计算机控制系统的（硬件）组成：生产过程,工业计算机6.计算机控制系统的软件：（软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和）系统软件：是专门用来使用和管理计算机的程序.应用软件：应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。
7.计算机控制系统的应用类型：现场总线控制系统FCS：全数字化，彻底分散化。
计算机监督控制系统SCC：设定值随实时工艺数据不断优化分级控制系统:控制功能分散，集中管理。
集散型控制系统.DCS数据采集系统DAS:只采集不控制直接数字控制系统DDC:既采集又控制（闭环控制）现场总线控制系统FCS：全数字化，彻底分散化。
8.数字量输入信号的组成：整形电路，电平转换电路，信号变换电路，信号接口电路。
9.数字滤波：中位值法滤波，将某个被测变量在轮到它采样的时刻，连续采3次或多次从中选择大小居中的那个值作为有效测量信号。
程序判断递推滤波，通过比较相邻的两个采样值，如果它们的差值过大，超出了变量可能的变化范围，则认为后一次采样值是虚假的，应予以废除，而用前一次采样值送入计算机。
递推平均滤波第n次采样的N项递推平均值是n，(n-1)，…，(n-N+1) 次采样值的算术平均。
加权递推平均滤波，为增加当前采样值在结果中所占的比重，提高系统对本次采样的灵敏度。
集散控制系统(DCS)
集散控制系统(DCS)集散控制系统(DCS)，是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节、监视管理的控制技术。
其特点是以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全局的目的。
系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。
集散控制系统一般有四部分组成：（1）过程输入输出装置；（2）过程控制装置；（3）操作接口；（4）数据通讯系统。
集散控制系统也叫分布式控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。
首先，DCS的骨架——系统网络，它是DCS的基础和核心。
由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。
对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。
这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。
因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（b ps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。
系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。
为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。
这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。
在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
什么是DCS
什么是DCS名称：DCS，全称：DistributedControlSystem，定义：DCS是分散控制系统（DistributedControlSystem）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
系统的主要技术概述系统主要有现场控制站（I/O站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站OPS、工程师站ENS）、机柜、电源等组成。
系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。
硬件系统在恶劣的工业现场具有高度的可靠性、维修方便、工艺先进。
底层汉化的软件平台具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；易于组态，易于使用。
支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要。
系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性。
系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。
系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真正分散，DCS·整个系统的可利用率至少为99.9％；系统平均无故障时间为10万小时，实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶金、建材诸多领域的完整监控。
“域”的概念。
把大型控制系统用高速实时冗余网络分成若干相对独立的分系统，一个分系统构成一个域，各域共享管理和操作数据，而每个域内又是一个功能完整的DCS系统，以便更好的满足用户的使用。
网络结构可靠性、开放性及先进性。
在系统操作层，采用冗余的100Mbps以太网；在控制层，采用冗余的100Mbps工业以太网，保证系统的可靠性；在现场信号处理层，12Mbps 的PROFIBUS总线连接中央控制单元和各现场信号处理模块。
集散控制系统
趋势画面包括 实时趋势 和 历史趋势 两类。
媒体存取控制指 节点 在向通信媒体 存 信息或从通信媒体 取 信息时的控制规则。 香农（Shannon）定理规定采样频率应 采样频率应不小于原系统最高频率的两倍。
软件滤波采用计算方法，常用软件滤波有 一阶低通滤波、一阶高通滤波、递推平均 （加权）滤波、程序判别滤波 等。
10简述数字滤波常用的方法109 一阶低通滤波、一阶高通滤波、两阶Butterworth滤波、递推平均滤波、 递推加权平均滤波、程序判别滤波
11 集散控制系统实现前馈控制系统时，为什么可以不设置偏置值？116 采用集散控制系统或计算机控制系统时，如果存在积分作用，PID控制算法的初始输 出可抵消静态时前馈控制信号，因此，增量算法课不设置偏置值。
常用的冗余方式有 同步运转方式、待机运转方式、后退运转方式和多级操作方式。 现场总线可分为 执行器传感器现场总线、设备现场总线和全服务现场总线 。
现场总线的特点是 开放性、智能化、互操作性、环境适应性、分散控制。
保证互操作性的措施有 标准化、OPC技术、设备描述技术 等。 集散控制系统的性能评估指标有 可靠性、易操作性、可组态性、可扩展性、实时性、 环境适应性、开放性 和 经济性 等。 集散控制系统的可靠性指标有 可靠度、平均无故障时间MTBF、到发生故障的平均时 间MTTF、故障率 等。
用计算机控制装置实现比值控制时，不计算 仪表比值系数 ，不进行仪表系数的转换， 也没有K > 1等问题。 与模拟控制算法比较，数字控制算法对积分算法的改进有 积分分离 和 削弱积分等。 顺序逻辑控制系统分为 时间顺序控制系统、 逻辑顺序控制系统 和 统 三种。 条件顺序控制系
现场总线设备的模块分为三种类型，即 资源模块、转换器模块 和 功能模块。 功能模块参数的计算包括 设定值计算、输出计算 和 反馈回路中的输出计算 等。 功能图描述符号Δ、>、≮和I/P分别表示 差、大于、下限限幅 和 电信号转换为气信 号等。 过程检测和控制流程图用文字符号中，TRC-210、FO-103、LIC-101、PT-104分别表 示温度记录控制功能、温度记录控制器、流量计算器、液位指示控制器、压力变 送器 功能。 等电位连接的目的是 减小信息设备之间和信息设备与金属部件之间的电位差。 抗电磁干扰措施主要有 屏蔽、滤波、接地、合理布线 和 选择电线等 等。 常用的集散控制系统评估方法有 偏离表法、矩阵表法 。 集散控制系统的操作方式分为 仪表盘操作方式 和 显示屏操作方式 。 组态软件由 系统开发环境 和 系统运行环境 两大部分组成 集散控制系统对人机交互系统的要求是 实时性、易操作性、灵活性、可靠性 和安 全性等。
集散控制系统
1）机柜
现场控制单元的机柜一般是用金属材料制成的立式柜。 柜内装有多层机架，供安装电源和各种模件之用，电源
通常放在最上层或最下层，柜内的其它层可用来横向排 列所配置的各种模件。 随系统而异，柜内纵向一般分6～8层，横向可插4～12 个模件。现场控制单元的标准机柜式结构。
2）机笼
采用金属框架和母板组成，被安装在机柜内，最多安 装1个电源机笼和6个模件机笼。
I/O卡常用类型
1）模拟量输入（AI）模件 基本功能：多路输入的各种模拟电信号进行采样、滤波、放大、
隔离、输入开路检测、误差补偿及必要修正（如热电偶冷端补偿、 电路性能漂移校正等）、向工程单位转化、模拟量/数字量转换， 以提供准确可靠的数字量。 2）模拟量输出（AO）模件。 主要功能：将输出的数字量信号转换成外部过程控制仪表或装置 可接受的模拟量信号，用来驱动各种执行机构控制生产过程，或 为模拟式控制器提供给定值，或为记录仪表和显示仪表提供模拟 信号。
5）脉冲量输入（PI）模件 将输入的脉冲量转换成与之对应的且计算机可识别的数字量。
操作站——人机接口设备
——人与系统互通信息、交互作用的设备，属于DCS的监 控级。生产过程高度自动化仍需要操作人员对生产过程、 设备状态进行监视、判断、分析、决策和某些干预，特 别是生产过程发生故障时更是如此。
其功能流程见下图所示。
控制层软件的组成
1．现场I/O驱动软件 主要完成I/O 模件驱动，完成过程量输入/输出，采集现场数据，输出处理 后的控制信号数据。
2．输入数据预处理软件 主要完成如滤波处理、除去不良数据、工程量转换、统一计量单位等工 作，以便用真实地数字值还原现场值，为下步计算做准备。
3.报表打印
4.人机接口
DCS控制层软件
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工作站 通信网络
(集散控制系统 DCS）集中操作监控 级
四个层次
第四层
4、全厂优化和调度管理级的功能
从系统的观点：原料销售；优化协调 功能：
工业级微机用作多功能、多回路的分散控制装置； 操作管理机使用PC机，相应软件由软件厂商开发。
（2）回路控制器+通信系统+工业级微机 回路控制器作为分散控制装置；工业级微机作为操
作管理站，通用性强、自行开发软件。适用于中小 型企业（集散控制系统）。
（3）PLC+通信系统+工业级微机 PLC作为分散控制装置；其他同2。在制造业广泛应用的
• 过程变量→分散过程控制装置→操作监视的数据 • 操作信息→分散过程控制装置→执行机构。 数/模、模/数转换、控制算法、软件滤波等
分散过程控制装置部分的特征 • 适应恶劣的工业生产环境； • ❖分散控制，监视和控制分离； • 实时性； • 独立性和可作人员、管理人员间的界面，
2、分散控制结构
分散控制结构的类型： • 垂直型（阶层型）：监视、调整 • 水平型：自我管理 • 二者混合型
垂直型(层次分散)与水平型(水平分散)示 意图
DCS的分散控制结构体现在：
（1）组织人事的分散； （2）地域的分散； （3）功能的分散； （4）负荷的分散。
3、冗余控制结构
为了提高系统的可靠性，集散控制系统重要设备、 对全局系统有影响的公共设备上常采用冗余结构。
即人机界面。
监视和操作。
集中操作和管理系统部分 特征
• 信息量大； • 易操作性； • 容错性好；
（3）通信系统
是分散过程控 制装置与操作 管理装置之间 数据传递和交 换的桥梁。
通信系统部分特征
• 开放性：上层与其他厂商产品间 • 互操作性：下层与其他厂商变送器、执行器
间 • 传输速率 • 误码率
四个层次
第二层
2、控制级的功能
结构：过程控制设备(下位机)+I/O卡件 功能：
进行数据转换和处理； ❖数据的监视和存储； 实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控
制作用； 数据和设备的自诊断； 数据通信。
通信网络 I/O卡 控制器
四个层次
第三层
3、监控级的功能
中央控制室：操作站、工程师站(上位机)、打印机、计算站 功能：
生产管理级 管理计算机
中央操作台
过程管理级
LAN局域网
工程师操作站 操 作 员 站 监控计算机
网间连接器 网间连接器
高速数据公路
过
程 控 制
DDC直接数 字控制站
级
数据 采集站
多功能 控制站
可编程逻辑 单回路调节
控制站
控制站
三、典型硬件构成分析
（1）工业级微机+通信系统+商用PC机（或工业级微
机）
• 第一重：按一定物理规律变化的物理现象； • 第二重：受控系统（从信息处理和控制角度）； • 第三重：经济实体，评价其效益和利润（经济学角
度）
比较： • 多重结构：主要从建模考虑； • 多级结构：子系统关联、横向分解、纵向分级；
（4）DCS递阶控制结构的优点 • 系统结构灵活，容易改变，系统的容量可以扩大或 缩小； • ❖ 控制功能增强，除了直接控制外，还有优化控制、 自学习、自适应和自组织等功能； • 降低了信息存储量、计算量，减少了计算时间； • 可以设置备用自系统，降低成本，提高可靠性； • 各级的智能化将进一步提高系统的性能。
第二章 集散控制系统的构成
第一节 集散控制系统的构成方式及功能 第二节 DCS的结构特点 第三节 JX-300X集散控制系统的构成
第一节 集散控制系统的构成方式
一、分层结构
及功能
集散控制系统的构成方式：分四个
层次
功能分层是集散控制系统的体系特征，
反映了集散控制系统的“分散控制、
集中管理”的特点。
（1）按控制功能多层结构
• 控制级：一般的简单 控制
• ❖ 优化控制或监控级： 对象数学模型和参数已 知，确定直接控制层的 控制器的设定值
• 学习层或自适应层： 对实际系统的观测来辨 识优化层中所使用的数 学模型结构和参数，使 模型和实际过程一致
• 自组织层：按系统总 控制目标选择下层所用 的模型结构、控制策略 等
（2）多级结构
水平分级：各过程控制级 之间是互相协调的分级，它 们把数据向上送达操作管理 级，同时接受操作管理级的 指令，各水平分级之间也进 行数据交换；为了减少同一 级的各子系统之间信息的交 换和决策的冲突，在分散的 各决策子系统添加一级协调
（3）多重结构 信息：自下向上逐渐集中，自上而下逐渐分散。
优化控制； ❖协调和调度各车间生产计划和各部门的联系； 主要数据的显示、存储和打印； 数据通信。
二、集散控制系统的构成方式二：分块结构
集散系统的基本结构： “三大 块”
（1）分散过程控制装置 （2）操作管理装置 （3）通信系统
（1）分散过程控制装置(下位机)
是集散控制系统与生产过程间的界面，即过程界 面。
经常采用的冗余方式有： • 同步运转方式； • 待机运转方式； • 后退运转方式； • 多级操作方式。
（1）同步运转方式
• 让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转， 输入相同的信号，进行相同的处理，然后对输出 进行比较，如果输出保持一致则系统是正常运行 的。
集散控制系统的结构，尤其适用于有大量逻辑顺序控制的 过程。
（4）智能前端+通信系统+工业级微机 智能前端指用于生产现场的智能控制设备，作为分散控制
装置；用于小型集散控制系统。
第二节 DCS的结构特点
1、分级递阶控制体系结构 集散控制系统在水平和垂直方向都是分级 （层、块）的。
垂直分级：是指功能方面不同的分级，至 少有两个分级，即监控级和控制级。
典型系统分为四个层次
四个层次
1、现场级的功能
采集过程数据，对数据进行数据转换； ❖输出过程操作命令； 进行直接数字控制； 完成与过程装置控制级的数据通信； 对现场控制级的设备进行检测和诊断。
现场级实现控制的前提：微处理器进入现场变送器、传感 器和执行器；现场总线的应用。部分或完全完成过程控制 级的功能。