集散控制系统总结

1.1 DCS定义：以多台微处理器为核心，采用控制功能分散，显示操作集中，兼顾分而自治和综合协调原则设计的新一代仪表控制系统。（distributed control system）

基地式仪表—单元式仪表—组件组装式仪表

模拟仪表的局限性：

1）生产规模大型化，中控室表

盘愈来愈长，难于实现集中监视和操作。

2）各控制系统的通信联系困难。

3）难于实现分级控制，难于实

现全厂的综合管理。

4）难于实现复杂规律的控制。

预估、自适应、模糊、最优…

5）系统变更困难。

1.2 DCS的五个发展阶段，各阶段技术特征:

1）集中计算机控制阶段

2）计算机与模拟仪表混合式分散控制阶段

3）第一代集散系统:实现分散控制，引入网络通信技术，加强可靠性设计。

4）第二代集散系统：以实现分散控制为主，实现全系统的信息管理。引入先进的局部网络技术。

5）第三代集散系统：局部网络采用MAP协议或其他工业通信协议，智能向现场方向延伸，尚未成熟。1.3 分散控制系统的四个层次，自下而上为：

1）现场级：包括各类传感器、变送器和执行器（安装在被控生产过程附近）

2）控制级：包括过程控制站（PCU）和数据采集站（DAU）（安装在主控室后的电子设备室中）

3）监控级：包括运行员操作站（安装在中央控制室）、工程师工作站和计算站（安装在电子设备室）

4）管理级：包括厂级管理计算机或是若干个机组的管理计算机。可分为实时监控和日常管理两部分。

1.4各个站的功能：

1）现场级设备：将生产过程中的各种物理量转换为电信号。或符合现场总线协议的数字信号，送往控制站或数据采集站，或者将控制站输出的控制量转换成机械位移，带动调节机构，实现对生产过程的控制。

现场级的信息传递三种方式：传统的4-20mA模拟量传输方式；现场总线的全数字量传输方式；在4-20mA 的模拟量信号上，叠加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全数字传输是今后的发展方向。

2）过程控制站：接受由现场设备，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。

3）数据采集站：接受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他部分，主要是监控级设备中去。数据采集站接受大量的过程信息，并通过监控级设备传递给运行人员。

4）运行员操作站：是运行员与分散型控制系统相互交换信息的人机接口设备。运行人员通过运行员操作站来监视和控制整个生产过程。运行人员可以在运行员操作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扰、另外还可以打印各种报表，拷贝屏幕上的画面和曲线等。要求：具有一台较强图形处理功能的微型机，以及相应的外部设备，一般配有CRT显示器，大屏幕显示装置，打印机，拷贝机，键盘，鼠标。

5）工程师工作站：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。工程师工作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。要求：由pc机配置一定数量的外部设备所组成。

6）计算站：主要任务是实现对生产过程的监督控制，例如机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等，主要功能是完成复杂的数据处理和运算功能。要求：运算功能和运算速度。

7）厂级管理系统：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。

1.5过程控制站和数据采集站的区别

数据采集站不直接完成控制功能。这是它与过程控制站的主要区别。

1.6分散控制系统的分散方式。

1）功能分散2）物理分散3）地理分散

1.7 功能分散纵向从上到下分级及其功能

1）单元机组级：主要实现与机组协调控制系统高层控制任务有关的控制功能。

2）功能组级：主要实现子系统中较高层次的顺序控制和连续控制。对于顺序控制，在功能组级形成控制子功能组的启动或停止命令。对于连续控制，功能组级完成某些控制回路的主控任务，向下一级控制器发出主控信号。

3）子功能组级：主要实现每个被控对象的顺序控制和连续控制。

4）过程I/O级：是分散控制系统与被控生产过程之间的桥梁，是每一个模拟量或开关量的入口和出口，他们直接与现场的变送器、执行器、继电器、电动装置等现场设备相连。

1.8 物理分散的形式

1）层次分散型（自律可控性强）

2）水平分散型（自律可调性好）

1.9 地理分散方式

地理集中式：是把所有的基本控制单元集中安装在中央控制室或附近的电子设备室内

地理分散式：就是把基本控制单元安装在生产过程的附近，即在整个厂房内分散布置。

1.10判断DCS已经完全实现地理分散（错）

1.11 自律分散系统：所谓“自律可控性”是指任何一个子系统故障时，其余子系统的控制器可随意控制系统的各个状态变量。“自律可协调性”是指任一子系统故障时，其余子系统的控制器可协调各控制器彼此不同的控制目标。满足以上两点的系统即为自律分散系统。

（集中式系统因为只有一个控制器，既无自律可空性，也无自律可协调性）

自律分散系统同时强调了子系统的均质性，局域性，自含性。

1.12 自律分散系统的特点：

没有中央操作系统和中央协调系统，每个子系统都有自己的管理系统。

2.1数据信息：具有一定的编码、格式和字长的数字信息被称为数据信息（填空和判断）

2.2传输速率：指信道在单位时间内传输的信息量，大多数分散控制系统的数据传输速率一般为0.5~100Mbps左右。

2.3通信系统的组成：发送装置、接收装置和信道

2.4信息的通信方式：

单工方式，半双工方式，全双工方式。

2.4基带传输的是脉冲信号

载带传输的是调制后的载波信号

宽带传输的是以载波频率区分的多路信号

2.5异步传输中，信息是以字符为单位进行传输

同步传输中，信息是以数据块为单位进行传输

2.6 串行传输是把数据的各个二进制位依次在信道上进行传输，并行传输是把构成数据的各个二进制同时在信道上进行传输的方式

2.7 载带传输中的数据表示方法：调幅调频调相