集散控制系统概述

1．CIMS的概念及由来
CIMS即计算机集成制造系统，是基于 1973年美国Joseph Harrington博士在其博士 论文《Computer Integrated Manufacturing》 中首次提出的CIM（Computer Integrated Manufacturing——计算机集成制造）的概念
集散控制系统
教师：李琦
控制科学与工程学院
第一章 概述
绪论
第一节 集散控制系统的概念
第二节 集散控制系统的特点
第三节 集散控制系统的展望
一、DCS的产生
1. 1930年初期-分散控制
直接作用式气动执行器；控制装置安装在被控过程附 近，每个回路有单独控制器；运行人员分布在全厂各 处；适用于规模不太大、工艺过程不太复杂的企业。
一、信息化和扁平化 一个方向是向下发展：向CIMS计算机集成制造系统、 CIPS计算机集成生产系统发展。系统包括ERP （Enterprise resource planning)和MES （Manufacturing Execution System）。
另一个方向是向下发展：向FCS（Fieldbus Control System）现场总线控制系统发展。
集中控制系统的概念:单机系统，用一台计算机对
多个对象或设备进行集中管理和集中控制。
控制 计算机
基本 控制 过程 1
基本 控制 过程 2
基本 控制 过程 3
基本 控制 过程 4
基本 控制 过程 5
2、分散控制系统
多机系统，多台计算机分别控制不同的对象或设备， 各自构成子系统，各子系统间有通信或网络互联的 关系。
采样周期
1/3s 1/3s 1/3s 1s 1S 0.2S
控制算法 通信网络
28 24 720 32 13 具有预测 控制 250KB/S ， 3km
应用
用于石油化工
日本横河
（ LCN ） CENTUM YEWPACK MARK Ⅱ CENTUM XL
第一章 集散控制系统概述
绪论
第一节 集散控制系统的概念
第二节 集散控制系统的特点
第三节 集散控制系统的展望
第二节 集散控制系统的特点 特点一、分散控制
分散的含义：
控制分散、人员分散、地域分散、功
能分散、危险分散、设备分散、操作
分散。
分散的目的：
使危险分散，提高设备的可利用率
第二节 集散控制系统的特点 特点二、集中信息管理与集成
二、集散系统的发展历史
3. 第三阶段（扩展期）（1985年以后） 主要特征：开放系统，局域网：通信标准符合国际标准
组织的ISO的OSI（Open System Interconnect）开放系统
互连的参考模型；不同制造厂家的产品可以进行数据通
信，克服了 “自动化孤岛”等困难；
系统的软件和控制功能也有所增强。
30 回路 /站
30 回路 /站 2 回路 /站 模块化组合 32 几十回路 /站 64 回路 /站 32 回路 /站 128 回路 /站
0.5s 0.1s
23 35
1MB/s ， 4.5km
10MB/s ， 15km 500KB/s ， 1.1km 10MB/s ， 1km 10MB/s ， 2km 2MB/s ， 610 km 100MB/s ， 10km
（4）可用性（Availability）
指对用户友好的程度。容易使用、容易学习、可 在不同用户不同环境下正常运行的能力。 各厂家产品具有统一的、开放的通信标准，产品 可以互换。
第一章 集散控制系统概述
绪论
第一节 集散控制系统的概念
第二节 集散控制系统的特点
第三节 集散控制系统的展望
第三节、分布式控制系统的展望
32 回路 /站
80回路 /站 80 回路 /站
25KB/s ， 1km
10MB/s ， 1km 10MB/s NET 1km ， SV -
用于化工、冶金较多， 与西安仪表厂有合作
美国Foxboro 美国Bailey
SPECTRUM I/A Serials
1979.4 1987.4
AM2900 80C86
第四代代表产品： Honeywell公司的TPS控制系统
横河公司的CENTUM-CS
Foxboro公司的I/AS 50/51控制系统
国内外经典系统(DCS)
制造厂商 产品名 美国Honeywell TDC-2000
TDC-3000 （ LCN ） TDC-3000
发表日期 微机类型 控制回路
1975.11 1983.10 1988 1975.6 1984.12 1988.4 CP-1600 M68000 CP-1600 MC68020 UCM-16 UCM-16 MC68020 8 回路 /站 16 回路 /站 16 回路 /站
第二节 集散控制系统的特点
特点四、开放系统
开放系统：以规范化和实际存在的接口标 准为依据而建立起来的计算机系统、网络 系统及相关的通信系统。
第二节 集散控制系统的特点
开放系统主要体现在：
（1）可移植性（Portability）
第三方的应用软件可以在集散控制中使用。
（2）互操作性（Interoperability）
分布式控制系统:把控制功能分散在不同的计算机中完成，
采用通信技术实现各部分之间的联系和协调。
总结：
1. 30年代初期：分散控制→ (控制分散、 管理分散) 2. 40年代：“集中控制”→
(控制分散、管理集中)
3. 60年代：集中控制→
(控制集中、管理集中)
4. 70年代至今:分布式控制
(控制分散、管理集中)
58 35 80
1MB/s ， 1km 1MB/s ， 2km 10MB/s 1.555 km
5. 第五阶段（全网络化期）（1995年-）
随着对管理和控制要求的提高:管控一体化 特点：软硬件、通信的合成化，现场总线的应用；windows操 作系统的普遍应用 第五代代表产品： 国外： Honeywell公司EPKS系统 Emerson公司Delta V系统 横河公司Centum CS3000系统 西门子公司PCS 7系统 国内： 北京和利时信息技术有限公司（HOLLiAS MACS-F 系统； HOLLiAS MACS-S系统） 浙江中控技术股份公司（WebField JX ；WebField ECS系列 控制系统） 其它
典型的单回路连续控制闭环控制系统框图
2. 40年代：“集中控制”
采用中央控制室，信息 远距离传输； 变送器、执行器和控制 器分离：变送器、执行 器安装在现场，控制器 在中央控制室； 优点：运行人员可获得 整个的生产信息，便于 协调控制；
2. 50年代初：“集中控制”
采用电动单元组合仪表和 组件组装式仪表。 变送器、执行器和控制器 分离：变送器、执行器安装 在现场，控制器在中央控制 室。 注意：控制仪表和运行人 员在地理上的集中，控制器 分别完成各控制任务，故障 影响不大，管理集中，仍然 分散控制；
代表产品:
美国Foxboro公司在1987年推出的I/AS系统 Honeywell公司的带有UCN网的TDC3000 横河公司带有SV-NET网的CENTUM-XL
二、集散系统的发展历史
4. 第四阶段（网络开放期）（1990年以后）
硬件：开放式的工作站，RISC (Reduced Instruction Set Computing 精简指令集)代替CISC （复杂指令集），客户机/服务 器的结构； 开放性、可操作性、互相联系、共享资源及运行第三方软件等已 成为各制造厂家生产分布式控制系统的标准；在软件上则采用 UNIX系统和X-Windows的图形界面，系统的软件更丰富； 计算机集成制造(CIMS)系统得到了应用。
二、集散系统的发展历史
2. 第二阶段（成熟期）（1980—1985年） 系统硬件和软件技术不断更新，系统功能扩大或增强； 数据通信系统：总线网或环网；局域网； 缺点：通信系统各自为政、不同厂家通信困难—— “自动化孤岛”。 第二代典型产品（公司）： Honeywell公司的TDC3000 西屋公司的WDPF ABB公司的MASTER
二、控制系统分类
按照结构分类
1、集中控制系统（Centralized Control System，CCS）
2、分散控制系统（Decentralized Control System，DCS）
3、分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）
（集散控制系统）
1、集中控制系统
二、集散系统的发展历史
1. 第一阶段（初创期）（1975—1980年） 分布控制系统是1975年首先由美国霍尼威尔（Honeywell）
公司推出的。(日本横河公司）
基本特点：集中管理、分散控制；融入4C技术，数据通 信系统为初级局域网。 第一代典型产品（公司）： Honeywell公司的TDC2000 横河公司的CENTEM Foxboro公司的SPECTRUM
从整个系统来说，在功能上、逻辑关系上、物理上以及地理位 置上都是分散的。以计算机网络为组成核心的控制系统都是分散 式系统。
3、分 布 式 控 制 系 统
利用控制技术（Control）、计算机技术 （Computer）、通信技术（Communication）和 阴极射线管（CRT）显示技术——4C技术，对生 产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的 新型控制系统，称集散控制系统，分布式控制系 统（ Distributed Control System，DCS ） 。
3. 60年代初：集中控制
计算机用于生产过程直接数字控制，计算机 造价高，一台计算机控制全厂的生产过程， 整个系统控制任务的集中。 特点：控制集中、管理集中 缺点：受硬件水平限制，计算机可靠性低， 一旦发生故障，全厂生产瘫痪。
4. 70年代中期:分布式控制系统
分析集中控制的失败，提出了分布式控制系统的概念；把 控制功能分散在不同的计算机中完成，采用通信技术实现 各部分之间的联系和协调。
第三节 集散控制系统的展望
一、DCS的定义
第一节 集散控制系统的概念
集散控制系统产生的原因 一类分散控制、集中管理、共用控制、共用
显示的、开放的仪表和计算机控制系统。
模拟仪表难以胜任生产规模的不断扩大； 仪表技术需要适应工业技术发展的要求； 计算机集中控制的风险太大；
系统上下及子系统之间的通信联系要求越来越高。
1/3
1/3 具有 1ms 采样的 DI 0.1S 10E-4s 1/4s 0.5s 100ms ， 其中具有 1msDI
50
200 248
美国 Leeds & Northrup 美国 Westing House 美国Rosemount 中国 SUPCON
用于电 力、冶金较多， 与上海仪表厂有合作 主要用于电力、冶金 用于化工、电力、冶金 等 广泛应用于化工、电 ， 力、冶金
主要特点：集中管理、分散控制。
比较分散控制系统和分布控制系统
相同：结构相似、子系统分散控制，DCS 严格地说是分散控制系统的一种。
不同：DCS各子系统有密切联系和信息交 换，系统对各子系统的总体目标和任务 进行协调和分配。
第一章 集散控制系统概述
绪论
第一节 集散控制系统的概念
第二节 集散控制系统的特点
信息集成表现在：管控一体化、信息
集成化和网络化
从单一的控制系统发展为开放的网络
系统
第二节 集散控制系统的特点 特点三、自治性和协调性
自治性：组成部分是各自为政的自治系统，完 成各自的功能，独立工作； 协调性：相互间又有联系，数据信息互相制约， 在系统的协调下工作。主要通过数据库和通信 网络完成。 自治性与协调性与分散控制、集中管理相对应。
用于石 油化工 用于电力、冶金较多
NETWORK90 INFI-90
MAX -1000 WDPF WDPF-Ⅲ S3 JX-100 JX-300
1980 .10
1987 80 年代中 期 1982.10 1988 1983.10 1993.12 1996.9
M68000
MC68020 DSP -32C Intel8605 80386 M6800 8096 P51XA
在网络的各节点上的设备或装置：操作监视站（操 作员站、工程师站）、分散过程控制站等，能够通 过网络获得其他节点的数据、资源和处理能力。不 同计算机系统之间能正确有效地进行数据互通、协 同工作、共享资源。
第二节 集散控制系统的特点
（3）可适宜性（Scalability）
DCS系统对计算机运行的要求变得更为宽松，系 统的软件版本高低互用。