DCS课程设计

1.硬件介绍

1.1 DCS系统的简单介绍

DCS集散控制系统（Distributed Control System）是一位微处理器技术为基础的集中分散性控制系统。自20世纪七十年代中期第一代集散控制系统问世以来，集散控制系统已近在工业领域得到广泛的应用。

集散控制系统的主要特点是集中管理、分散控制。随着计算机技术的发展。网络技术已近使集散控制系统不仅用于分散控制，而且向集中管理发展。除了系统向上扩展，组成系统MES 系统和ERP系统外，系统也向下分散，组成FCS现场总线控制系统。因此集散系统的定义为：是一类分散控制，集中管理的共用控制。共用显示的开放的仪表计算机控制系统。

1.1.1学校DCS系统的简单介绍

学校DCS实验室的现场图1，如下图1-1

学校DCS现场图2，如下图1-2

介绍学校DCS实验室

学校为了能在2011年升本，借鉴了其他学校升本经验，以及结合教学联系实际，建立实验室。下面我只针对DCS实验室做一个简单的介绍。

DCS是为了方便学生了解工厂生产系统，以及模拟真实环境下工厂原料的加工。以后，在进入工厂，不会在不了解工厂，不知道工厂是干什么的?

集散控制系统的硬件基本组成

1)硬件基本组成

一个最基本的DCS应包括四个大的组成部分：至少一台现场控制站，至少一台操作员站，一台工程师站(也可利用一台操作员站兼做工程师站)，一条系统网络。

除了上述四个基本的组成部分之外，DCS还可包括完成某些专门功能的站、扩充生产管理和信息处理功能的信息网络。以及实现现场仪表、执行机构数字化的现场总线网络。（一）工程师站(Engineer Station ,ES): 主要给仪表工程师使用，作为系统设计和维护的主要工具。仪表工程师可在工程师站上进行系统配置、I/O 数据设定、报警和打印报表设计、操作画面设计和控制算法设计等工作。一般每套系统配置一台工程师站即可。工程师站可以通过网络连人系统，在线(On Line) 使用, 比如在线进行算法仿真调试, 也可以不连人系统，离线(Off-Line) 运行。基本上在系统投运后，工程师站就可以不再连人系统甚至不上电。

（二）操作员站(Operator Station ,OS):主要给运行操作工使用，作为系统投运后日常值班操作的人机接口(Man Machine Interface ,MMI)设备使用。在操作员站上，操作人员可以监视工厂的运行状况并进行少量必要的人工操作控制。每套系统按工艺流程的要求，可以配置多台操作员站，每台操作员站供一位操作员使用，监控不同的工艺过程，或者多人备份同时监控相同的工艺过程。有的操作员人机接口还配置大屏幕(占一面墙)显示。

（三）系统服务器(System Server): 一般每套DCS系统配置一台或一对冗余的系统服务器。系统服务器的用途可以有很多种,各个厂家的定义可能有差别。总的来说,系统服务器可以用做:(1)系统级的过程实时数据库,存储系统中需要。长期保存的过程数据。(2)向企业MIS (Management Information System) 提供单向的过程数据,此时为区别慢过程的MIS 办公信息,将安装在服务器上的过程信息系统称为REAL MIS,即实时管理信息系统，因为它提供的

是实时的工艺过程数据。(3) 作为DCS系统向别的系统提供通信接口服务并确保系统隔离

和安全, 如防火墙(Fire Wall) 功能。

（四）主控制器(Main Control Unit ,MCU):主控制器是DCS中各个现场控制站的中央处理单元，是DCS 的核心设备。在一套DCS应用系统中，根据危险分散的原则，按照工艺过程的相对独立性,每个典型的工艺段应配置一对冗余的主控制器,主控制器在设定的控制周期下，循环地执行以下任务：从I/0 设备采集现场数据一> 执行控制逻辑运算一> 向I/O 输出设备输出控制指令一> 与操作员站进行数据交换。

（五）输入输出设备(Input/Output ,I/O): 用于采集现场信号或输出控制信号，主要包含模拟量输入设备(Analog Input ,AI)、模拟量输出设备(Analog Output ,AO)、开关量输入设备(Digital Input DI)、开关量输出设备(Digital Output , DO)、脉冲量输入设备( Pusle Input PI) 及一些其他的混合信号类型输入输出设备或特殊I/0 设备。

（六）控制网络及设备(Control Network,CNET): 控制网络用于将主控制器与I/0 设备连接起来, 其主要设备包括通信线缆( 即通信介质)、重复器、终端匹配器、通信介质转换器、通信协议转换器或其他特殊功能的网络设备。

（七）系统网络及设备(System Network,SNET): 系统网络用于将操作员站、工程师站及系统服务器等操作层设备和控制层的主控制器连接起来。组成系统网络的主要设备有网络接口卡、集线器( 或交换机)、路由器和通信线缆等。

（八）电源、转换设备: 主要为系统提供电源, 主要设备包含AC- 配转换器、双路AC 切换装置( 仅在某些场合使用) 和不间断电源(UPS) 等。

（九）机柜和操作台: 机柜用于安装主控制器、I/0 设备、网络设备及电源装置。操作台用于安装操作员站设备。

DCS在网络层次上增加了管理网络层，主要是为了完成综合监控和管理功能，在这层网络上传送的主要是管理信息和生产调度指挥信息，图2.3给出了这种系统结构。这样的系统实际上就是一个将控制功能和管理功能结合在一起的大型信息系统

下面系统结构图，如下

图1-3网络结构

1.2 PLC

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称