DCS基礎(chǔ)學(xué)習(xí)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(chǔ)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(jiǎn)寫(xiě)成“DCS”二、集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展歷程

國(guó)外情況：

基地式儀表室內(nèi)遠(yuǎn)傳控制

DDC DCS(第一代)

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

國(guó)內(nèi)情況：

八十年代初，全套引進(jìn)；八十年代末DCS制造開(kāi)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(guó)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(guò)程控制單元PCU、數(shù)據(jù)采集裝置DAU、CRT操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)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(luò)LAN、多功能控制器MC、增強(qiáng)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(jì)算機(jī)HC七部分組成

2022/11/164◆

第三階段（1985年—1990年）

—DCS向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制擴(kuò)展，將過(guò)程控制、監(jiān)督控制和管理調(diào)度進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，并且加強(qiáng)斷續(xù)系統(tǒng)功能，采用專(zhuān)家系統(tǒng)和開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型為基礎(chǔ)的制造自動(dòng)化協(xié)議MAP標(biāo)準(zhǔn)，以及硬件上的諸多新技術(shù)，從而克服了自動(dòng)化孤島問(wèn)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(kāi)放的工作站，采用了Client/Server的結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上增加了工廠(chǎng)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(hù)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(kāi)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(guò)程控制裝置功能：生產(chǎn)過(guò)程的各種變量通過(guò)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(guò)過(guò)程控制裝置送到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)輸入輸出量進(jìn)行A/D,D/A轉(zhuǎn)換以及濾波等運(yùn)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(guò)他了解生產(chǎn)能夠過(guò)程的運(yùn)行狀況，并通過(guò)它發(fā)出操作指令給生產(chǎn)過(guò)程組成：人機(jī)界面等3、通信系統(tǒng)功能：在分散過(guò)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(xiàn)纜和接口2022/11/1672022/11/168

三、開(kāi)放系統(tǒng)1、可移植性不同DCS廠(chǎng)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(lái)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(luò)的連接，使數(shù)據(jù)互通，資源共享?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化后，符合標(biāo)準(zhǔn)地各種檢測(cè)、變送和執(zhí)行機(jī)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(wú)論在運(yùn)行的軟件版本高低都可以互通、匹配，就是說(shuō)應(yīng)用新的同時(shí)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(chǎng)的產(chǎn)品具有統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，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(diǎn)一、集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

A：DCS的基本特點(diǎn)：集中管理，分散控制

B：

與模擬儀表相比較的特點(diǎn)：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(chǔ)量大。

C:與DDC比較：具有操作監(jiān)督方便，危險(xiǎn)分散，功能分散等優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)上又是遞階分級(jí)的二、分級(jí)遞階控制（畫(huà)圖）集散控制系統(tǒng)在水平與垂直方向都是分級(jí)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(chǎng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)

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(chǎng)規(guī)規(guī)模越來(lái)來(lái)越大操操作管理理不可能能在一個(gè)個(gè)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(xiǎn)險(xiǎn)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(chǔ)是集集散控制制系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)是自治的系系統(tǒng)遞階分級(jí)級(jí)的基礎(chǔ)礎(chǔ)是被分分散的系系統(tǒng)應(yīng)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(guò)程控控制裝置置是一個(gè)個(gè)自治的的系統(tǒng)，，它完成成數(shù)據(jù)的的采集、、信號(hào)處處理、計(jì)計(jì)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(gè)個(gè)方向發(fā)發(fā)展：一個(gè)是向向上發(fā)展展：向CIMS計(jì)算機(jī)集集成制造造系統(tǒng)，，CIPS計(jì)算機(jī)集集成過(guò)程程系統(tǒng)發(fā)發(fā)展。另一個(gè)是是向下發(fā)發(fā)展：即即向FCS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)線(xiàn)發(fā)展二、信息息化集成成系統(tǒng)提供了從從現(xiàn)場(chǎng)到到設(shè)備，，從設(shè)備備到車(chē)間間、從車(chē)車(chē)間到工工廠(chǎng)、從從工廠(chǎng)到到企業(yè)集集團(tuán)的整整個(gè)信息息通道，，體現(xiàn)了了信息的的全面性性、準(zhǔn)確確性、實(shí)實(shí)時(shí)性和和系統(tǒng)性性。１、硬件件存貯容量量、傳輸輸速度、、標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化化原則、、實(shí)用性性、安全全性、和和性?xún)r(jià)比比原則2022/11/1512二、場(chǎng)總總線(xiàn)控制制系統(tǒng)FCS(feildbuscontrolsystem)DCS未來(lái)發(fā)展展的趨勢(shì)勢(shì)1、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)線(xiàn)的應(yīng)用用在儀器器儀表業(yè)業(yè)帶來(lái)一一場(chǎng)深刻刻的變革革，將傳傳統(tǒng)的信信號(hào)、通通信、系系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)河自控控系統(tǒng)的的體系結(jié)結(jié)構(gòu)、設(shè)設(shè)計(jì)方法法，安裝裝調(diào)試等等也將帶帶來(lái)新的的思路。。2、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)基金會(huì)會(huì)FF1994年成立立10月月成立，，120成員單單位，中中國(guó)有冶冶金部自自動(dòng)化研研究所、、北京華華控技術(shù)術(shù)有限公公司、中中國(guó)儀器器儀表協(xié)協(xié)會(huì)等單單位加入入?；饡?huì)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)線(xiàn)是在多多臺(tái)智能能化現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)設(shè)備及及自動(dòng)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(luò)，取取代了4--20mA模擬信號(hào)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，，用于連連結(jié)智能能現(xiàn)場(chǎng)總總想儀表表和控制室設(shè)設(shè)備的雙雙向數(shù)字字多站通通信協(xié)議議。2022/11/1513３、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)線(xiàn)的特點(diǎn)①用戶(hù)對(duì)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(chǎng)安安裝費(fèi)用和減減少相應(yīng)設(shè)備備④為用戶(hù)提供供更多功能⑤增強(qiáng)了系統(tǒng)統(tǒng)的自治性⑥提高系統(tǒng)的的檢測(cè)精度和和魯棒性⑦系統(tǒng)組態(tài)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，安裝運(yùn)運(yùn)行和維修方方便三、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)線(xiàn)控制系統(tǒng)FCS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(chǎng)場(chǎng)沒(méi)了控制站站。有人預(yù)計(jì)計(jì)二十一世紀(jì)紀(jì)的控制是FCS取代DCS時(shí)代。但是，，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)研研究課題開(kāi)發(fā)發(fā)工作還在進(jìn)進(jìn)行之中，一一些控制功能能和標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)放放結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的工工作作站站—整體體運(yùn)運(yùn)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(qiáng)強(qiáng)—良好好的的安安全全保保護(hù)護(hù)系系統(tǒng)統(tǒng)—友好好的的人人機(jī)機(jī)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(chǎng)場(chǎng)總總線(xiàn)線(xiàn)—互操操作作性性—更低低的的安安裝裝費(fèi)費(fèi)用用—更低低的的維維護(hù)護(hù)費(fèi)費(fèi)用用—有助助于于維維護(hù)護(hù)—改進(jìn)進(jìn)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(chǎng)場(chǎng)總總線(xiàn)線(xiàn)—互操操作作性性—更低低的的安安裝裝費(fèi)費(fèi)用用—更低低的的維維護(hù)護(hù)費(fèi)費(fèi)用用—有助助于于維維護(hù)護(hù)—改進(jìn)進(jìn)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(kāi)放放的的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)—Client/Server網(wǎng)絡(luò)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)—標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)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(shí)實(shí)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(yùn)運(yùn)算算、、操操作作監(jiān)監(jiān)視視、、報(bào)報(bào)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(jí)級(jí)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(chǎng)場(chǎng)接接線(xiàn)線(xiàn)和和安安裝裝費(fèi)費(fèi)用用，，現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)信信號(hào)號(hào)用用同同軸軸電電纜纜傳傳送送到到上上一一級(jí)級(jí)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(wù)務(wù)多多用用戶(hù)戶(hù)的的操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)或或其其改改進(jìn)進(jìn)版版本本◆引入入人人工工智智能