DCS基礎學習課程課件（一）17

集散控制系統(tǒng)2022/11/161第一章概述§1.1集散控制系統(tǒng)的基本概念一、概念集散控制系統(tǒng)：以微處理器為基礎的采用分散控制、集中顯示和操作的新一代控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)又叫“分散控制系統(tǒng)”、“分布式控制系統(tǒng)”。英文：“Distributedcontrolsystem”簡寫成“DCS”二、集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展歷程

國外情況：

基地式儀表室內(nèi)遠傳控制

DDC DCS(第一代)

DCS(第二代局域網(wǎng))DCS(第三代開放性)DCS(第四代信息與集成)

國內(nèi)情況：

八十年代初，全套引進；八十年代末DCS制造開始起步；到九十年代，迅速發(fā)展壯大。2022/11/162DCS的發(fā)展

◆

第一階段（1975年—1980年）

—代表產(chǎn)品主要有美國Honeywell公司的TDC2000，Baily公司的Network90，F(xiàn)oxboro公司的Spectrum，日本橫河公司的Centum等

—主要由過程控制單元PCU、數(shù)據(jù)采集裝置DAU、CRT操作站、監(jiān)控計算機和數(shù)據(jù)高速公路HW五部分組成

2022/11/163◆

第二階段（1980年—1985年）

—主要代表產(chǎn)品有Honeywell公司的TDC3000，日本橫河公司的CentumA，B，D等

—主要由局部網(wǎng)絡LAN、多功能控制器MC、增強型操作站EOS、通用操作站US、網(wǎng)間連接器GW、系統(tǒng)管理模塊SMM和主計算機HC七部分組成

2022/11/164◆

第三階段（1985年—1990年）

—DCS向計算機網(wǎng)絡控制擴展，將過程控制、監(jiān)督控制和管理調(diào)度進一步結(jié)合起來，并且加強斷續(xù)系統(tǒng)功能，采用專家系統(tǒng)和開放系統(tǒng)互連參考模型為基礎的制造自動化協(xié)議MAP標準，以及硬件上的諸多新技術(shù)，從而克服了自動化孤島問題

—典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TDCS3000，日本橫河公司的Centum-XL，Bailey的INFI-90等2022/11/165◆第四階段（1990年以后）

—DCS以管控一體化出現(xiàn)，在硬件上采用了開放的工作站，采用了Client/Server的結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)上增加了工廠信息網(wǎng)，并可與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，在軟件上采用UNIX和X-Windows的圖形用戶界面，系統(tǒng)的軟件更豐富，一些優(yōu)化和管理良好的界面的軟件被開發(fā)并移植到DCS中

—典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TPS控制系統(tǒng)，日本橫河公司的Centum-CS控制系統(tǒng)，F(xiàn)oxboro公司的I/AS50/51系統(tǒng)等—CISC------RISC(complex/reducedinstructionsetcomputer)2022/11/166二、DCS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)DCS系統(tǒng)有三大部分組成：1、分散過程控制裝置功能：生產(chǎn)過程的各種變量通過它轉(zhuǎn)化為操作監(jiān)視的數(shù)據(jù)，操作的各種信息業(yè)通過過程控制裝置送到各執(zhí)行機構(gòu)，對輸入輸出量進行A/D,D/A轉(zhuǎn)換以及濾波等運算組成：AIAODIDOPIPO等功能板，CPU、電源、端子板等2、操作管理裝置功能：操作員可以通過他了解生產(chǎn)能夠過程的運行狀況，并通過它發(fā)出操作指令給生產(chǎn)過程組成：人機界面等3、通信系統(tǒng)功能：在分散過程控制裝置與操作管理裝置之間完成數(shù)據(jù)交換和傳遞組成：線纜和接口2022/11/1672022/11/168

三、開放系統(tǒng)1、可移植性不同DCS廠家的軟件、程序、數(shù)據(jù)及人員可以相互借用，互相移植，到第四代硬件都可以移植。另外以職業(yè)帶來了安全方面的隱患。如，橫河公司的R3用富士公司的PROCESION代為I/O單元。2、互操作性網(wǎng)絡的連接，使數(shù)據(jù)互通，資源共享?，F(xiàn)場總線標準化后，符合標準地各種檢測、變送和執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品可以互換和替代。第四代表現(xiàn)最明顯。3、可適宜性無論在運行的軟件版本高低都可以互通、匹配，就是說應用新的同時不可能把舊的廢掉。4、可得到性也就是容易得到，由于各制造廠的產(chǎn)品具有統(tǒng)一的通信標準，就可以根據(jù)需要選擇產(chǎn)品。2022/11/169§1.2集散控制系統(tǒng)的特點一、集散控制系統(tǒng)的特點

A：DCS的基本特點：集中管理，分散控制

B：

與模擬儀表相比較的特點：連接方便，容易更改，顯示方式靈活，內(nèi)容多樣，數(shù)據(jù)存儲量大。

C:與DDC比較：具有操作監(jiān)督方便，危險分散，功能分散等優(yōu)點結(jié)構(gòu)上又是遞階分級的二、分級遞階控制（畫圖）集散控制系統(tǒng)在水平與垂直方向都是分級的，如圖：操作站/工程師站/管理員站通信系統(tǒng)

控制站

控制站

現(xiàn)場信號現(xiàn)場信號

2022/11/1610二、分散散控制不僅僅指指控制上上的分散散，隨著著生場規(guī)規(guī)模越來來越大操操作管理理不可能能在一個個控制室室內(nèi)完成成，因此此還有其其他的含含義：如：人員員的分散散、地域域的分散散、功能能的分散散、危險險的分散散、及操操作的分分散。三、自治治和協(xié)調(diào)調(diào)性分散的基基礎是集集散控制制系統(tǒng)應應是自治的系系統(tǒng)遞階分級級的基礎礎是被分分散的系系統(tǒng)應是是相互協(xié)調(diào)調(diào)的系統(tǒng)１、DCS的各組成成部分使使各自為為政的自自治系統(tǒng)統(tǒng)，各自自完成各各自的功功能，相相互又有有聯(lián)系，，數(shù)據(jù)信信息相互互交換，，各種條條件相互互制約在在系統(tǒng)的的協(xié)調(diào)下下工作。。２、分散散過程控控制裝置置是一個個自治的的系統(tǒng)，，它完成成數(shù)據(jù)的的采集、、信號處處理、計計算及輸輸出功能能2022/11/1511§1.3集散控制制系統(tǒng)的的展望一、總總述集散控制制系統(tǒng)將將向兩個個方向發(fā)發(fā)展：一個是向向上發(fā)展展：向CIMS計算機集集成制造造系統(tǒng)，，CIPS計算機集集成過程程系統(tǒng)發(fā)發(fā)展。另一個是是向下發(fā)發(fā)展：即即向FCS現(xiàn)場總線線發(fā)展二、信息息化集成成系統(tǒng)提供了從從現(xiàn)場到到設備，，從設備備到車間間、從車車間到工工廠、從從工廠到到企業(yè)集集團的整整個信息息通道，，體現(xiàn)了了信息的的全面性性、準確確性、實實時性和和系統(tǒng)性性。１、硬件件存貯容量量、傳輸輸速度、、標準接接口以及及操作環(huán)環(huán)境都有有了很大大的改變變。２、軟件件軟件方面面采用了了標準化化原則、、實用性性、安全全性、和和性價比比原則2022/11/1512二、場總總線控制制系統(tǒng)FCS(feildbuscontrolsystem)DCS未來發(fā)展展的趨勢勢1、現(xiàn)場場總線現(xiàn)場總線線的應用用在儀器器儀表業(yè)業(yè)帶來一一場深刻刻的變革革，將傳傳統(tǒng)的信信號、通通信、系系統(tǒng)標準準河自控控系統(tǒng)的的體系結(jié)結(jié)構(gòu)、設設計方法法，安裝裝調(diào)試等等也將帶帶來新的的思路。。2、現(xiàn)場場基金會會FF1994年成立立10月月成立，，120成員單單位，中中國有冶冶金部自自動化研研究所、、北京華華控技術(shù)術(shù)有限公公司、中中國儀器器儀表協(xié)協(xié)會等單單位加入入?；饡F(xiàn)現(xiàn)場總線線是在多多臺智能能化現(xiàn)場場設備及及自動化化系統(tǒng)間間的有數(shù)數(shù)字化的的雙向的的多站通通信連結(jié)結(jié)而成的的一種網(wǎng)網(wǎng)絡，取取代了4--20mA模擬信號號標準，，用于連連結(jié)智能能現(xiàn)場總總想儀表表和控制室設設備的雙雙向數(shù)字字多站通通信協(xié)議議。2022/11/1513３、現(xiàn)場總線線的特點①用戶對產(chǎn)品品的選擇權(quán)增增至最大②消除了4－－20mA模擬儀表通信信的瓶頸現(xiàn)象象③降低現(xiàn)場安安裝費用和減減少相應設備備④為用戶提供供更多功能⑤增強了系統(tǒng)統(tǒng)的自治性⑥提高系統(tǒng)的的檢測精度和和魯棒性⑦系統(tǒng)組態(tài)簡簡單，安裝運運行和維修方方便三、現(xiàn)場總線線控制系統(tǒng)FCS現(xiàn)場總線控制制系統(tǒng)將是控控制的到最終終地分散，它它把控制功能能移到了現(xiàn)場場沒了控制站站。有人預計計二十一世紀紀的控制是FCS取代DCS時代。但是，，現(xiàn)場總線研研究課題開發(fā)發(fā)工作還在進進行之中，一一些控制功能能和標準還不不完善，發(fā)展展方向拭目以以待。2022/11/15142022/11/15152022/11/15162022/11/15172022/11/15182022/11/15192022/11/15202022/11/15212022/11/15222022/11/15232022/11/1524分布布式式控控制制的的技技術(shù)術(shù)發(fā)發(fā)展展系統(tǒng)統(tǒng)硬硬件件的的發(fā)發(fā)展展◆開放放結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的工工作作站站—整體體運運算算速速度度快快—存貯貯容容量量大大—圖形形處處理理功功能能強強—良好好的的安安全全保保護護系系統(tǒng)統(tǒng)—友好好的的人人機機界界面面2022/11/1525分布布式式控控制制的的技技術(shù)術(shù)發(fā)發(fā)展展（（續(xù)續(xù)））◆現(xiàn)場場總總線線—互操操作作性性—更低低的的安安裝裝費費用用—更低低的的維維護護費費用用—有助助于于維維護護—改進進功功能能2022/11/1526分布布式式控控制制的的技技術(shù)術(shù)發(fā)發(fā)展展（（續(xù)續(xù)））◆現(xiàn)場場總總線線—互操操作作性性—更低低的的安安裝裝費費用用—更低低的的維維護護費費用用—有助助于于維維護護—改進進功功能能2022/11/1527分布布式式控控制制的的技技術(shù)術(shù)發(fā)發(fā)展展（（續(xù)續(xù)））◆開放放的的網(wǎng)網(wǎng)絡絡結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)—Client/Server網(wǎng)絡絡結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)—標準準網(wǎng)網(wǎng)絡絡通通信信接接口口◆數(shù)字字儀儀表表綜綜合合化化—數(shù)字字儀儀表表可可實實現(xiàn)現(xiàn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集、、控控制制功功能能運運算算、、操操作作監(jiān)監(jiān)視視、、報報警警和和控控制制，，一一些些儀儀表表還還包包括括高高級級的的控控制制算算法法—采用用數(shù)數(shù)字字儀儀表表可可大大大大節(jié)節(jié)約約現(xiàn)現(xiàn)場場接接線線和和安安裝裝費費用用，，現(xiàn)現(xiàn)場場信信號號用用同同軸軸電電纜纜傳傳送送到到上上一一級級2022/11/1528分布布式式控控制制的的技技術(shù)術(shù)發(fā)發(fā)展展（（續(xù)續(xù)））系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件的的發(fā)發(fā)展展◆采用用多多任任務務多多用用戶戶的的操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)或或其其改改進進版版本本◆引入入人人工工智智能