《自动化仪表与过程控制》期末考查论文

1、第1页共5页自动化仪表与过程控制期末考查论文集散控制系统简介DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System）在国内通讯、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、 配置灵活、组态方便。自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型 计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的，综合 了计算机、 分级管理、概述DCS的骨架一系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于首先，DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家 都在这方面进行了精心的设计。对于 DCS的系统网络来说，它必须满足

2、实时 性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的确定”的时间 限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这 个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。在系统实际运行过程 中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网 络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统 网络应该具有很强在线网络重构功能。其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DDC ）功能 的网络节点。一般一套 DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的 I/O和控制功能。DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面功能

3、的网络节点。工程师站是对 DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监 督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时地监视 DCS网络上各 个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一 些系统参数的设定，使 DCS随时处在最佳的工作状态之下。发展历史第一阶段1975-1980年，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1）采用微处理器为基础的控制单元，实现分散控制，有各种各样的算法, 通过组态独立完成回路控制，具有自诊断功能2）采用带CRT显示器的操作站与过程单元分离，实现集中监视，集中操 作3）采

4、用较先进的冗余通信系统第二阶段19801985.，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1 ）微处理器的位数提高，CRT显示器的分辨率提高2）强化的模块化系统3）强化了系统信息管理，加强通信功能第三阶段1985年以后，集散系统进入第三代，其技术特点表现为：1）采用开放系统管理2）操作站采用32位微处理器3）采用实时多用户多任务的操作系统进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了 DCS 之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替 不灵活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展 十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FC

5、S将取代DCS成为 控制系统的主角。特点介绍1. 高可靠性：由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的 丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，从而使系统中 每台计算机的可靠性也得到提高。2. 开放性：DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各 台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能 时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响 系统其他计算机的工作。3. 灵活性：通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即 确定测量与控制信号及相互间

6、连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律 以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构 成所需的控制系统。4. 易于维护：功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便 的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行 的情况下在线更换，迅速排除故障。5. 协调性：各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共 享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。6. 控制功能齐全：控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制 于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方 便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵

7、活，可由专用的管理 计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成， 也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。结构从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程 控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级 包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂 管理信息系统(MIS系统)，作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应 用到这一层的系统较少。DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程 序是由过程控制站执行的。过程控制站的组成：DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，

8、主要由电源、 CPU (中央 处理器)、网络接口和I/O组成I/O:控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是 I/O。DCS中的 I/O 一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感 器和执行器(调节阀)。I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放 一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有 一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。相关控制系统计算机和网络技术的飞速发展，引起了自动化控制系统结构的变革，一 种世界上最新型的控制系统即现场总线控制系统( Fieldbus Co ntrol Sys

9、tem, FCS)在上世纪九十年代走向实用化，并正以迅猛的势头快速发展。FCS可以说是第五代过程控制系统， 是由PLC( Programmable Controller) 或 DCS( Distributed Control System)发展而来的。FCS与 PLC 及 DCS 之间 有千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文针对 PLC、DCS、FCS三大 控制系统的特点和差异作一分析。PLC、FCS控制系统的基本特点PLC1从开关量控制发展到顺序控制、运算处理，是从下往上的。2. 逻辑控制、定时控制、 计数控制、 步进（顺序）控制、连续PID控制、 数据控制一一PLC具有数据处理能力、通

10、信和联网等多功能。3. 可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。4. 也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比 用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。5. PLC网络既可作为独立 DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。6. 主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。FCS1. FCS是第五代过程控制系统，它是 21世纪自动化控制系统的方向。 是3C技术（Communication. Computer, Control）的融合。基本任务是：本 质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常

11、环境。2. 全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。3. 用两根线联接分散的现场仪表、控制装置，取代每台仪表的两根线。 现场控制”取代 分散控制”；数据的传输采用 总线”方式。4. 从控制室到现场设备的双向数字通信总线，是互联的、双向的、串行 多节点、开放的数字通信系统取代单向的、单点、并行、封闭的模拟系统。5. 用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。6. 把微机处理器转入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信能 力，信号传输精度高，远程传输。实现信号传输全数字化、控制功能分散、 标准统一全开放。7. 可上局域网，再可与in ternet相通。既是通信网络，又是控制网络。结论在未来，工业过程控制系统中，数字技术向智能化、开放性、网络化、 信息化发展，同时，工业控制软件也将向标准化、网络化、智能化、开放性 发展。因此现场总线控制系统 FCS的出现，数字式分散控制 DC