楼宇自动化技术与应用第二讲作业

1、楼宇自动化技术与应用楼宇自动化技术与应用第二章第二章集散型控制系统与现场总线控制系统集散型控制系统与现场总线控制系统 第一节第一节 集散型控制系统的基本结构与特点集散型控制系统的基本结构与特点 第五节第五节 几种常见的现场总线几种常见的现场总线 第六节第六节 楼宇自动化的现场总线楼宇自动化的现场总线局部操作网络局部操作网络第七节第七节 DCSDCS与与FCSFCS的工程设计的工程设计第二节第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站集散型控制系统的现场控制站与操作站第三节第三节 集散型控制系统组态集散型控制系统组态第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统第二章第二章 集散型控制系统与现场总

2、线控制系统集散型控制系统与现场总线控制系统工业计算机控制系统工业计算机控制系统 工业计算机控制系统工业计算机控制系统(Computer Control System(Computer Control System，简称，简称CCS)CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、

3、检测装置和执行装置等。机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。被控对象的范用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施

4、、家用电器和儿童玩具等。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某玩具等。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。种要求，也可以是达到某种最优化目标。第一节 集散型控制系统的基本结构与特点 与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时它也可以是开环的，

5、这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导 信 息 ， 然 后 由 人 工 去 影 响 被 控 对 象 。导 信 息 ， 然 后 由 人 工 去 影 响 被 控 对 象 。 工业计算机控制系统工业计算机控制系统第一节 集散型控制系统的基本结构与特点 计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系分包括硬件

6、部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控

7、制策略等，由实程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。施控制系统的专业人员自行编制。工业计算机控制系统工业计算机控制系统第一节 集散型控制系统的基本结构与特点 工业控制计算机的特点工业控制计算机的特点： 可靠性强，抗干扰能力强；可靠性强，抗干扰能力强； 与用户设备联结方便；与用户设备联结方便； 可以使用单一的计算机语言，或通用语言。可以使用单一的计算机语言，或通用语言。 计算机控制基本原理：计算机控制基本原理： 计算机中，所有数据均以计算机中，所有数据均以高低电平高低电平表示表示有电、无电；有电、无电； 所有数据存在位置都以所有数据存在位置都以地址地址

8、表示；表示； 计算机通过指定地址（包括接口位置）对数据读、写。计算机通过指定地址（包括接口位置）对数据读、写。概概 述述第一节 集散型控制系统的基本结构与特点集散控制系统的基本概念集散控制系统的基本概念 集散控制系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起集散控制系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它紧密和过程制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它紧密依赖于自动控制技术、计算机技术、通信技术和依赖于自动控制技术、计算机技术、通信技术和CRTCRT显示技显示技术术(4C)(4C)。 集散控制系统又称分散型控制系统集散控制系统又称分散型控制系统

9、 DCS-Distributed Control SystemDCS-Distributed Control System “ “分散分散”指指： 1 1、工艺上各种设备地理位置的分散。、工艺上各种设备地理位置的分散。 2 2、功能分散。、功能分散。 “ “集集”：集中监视：集中监视、集中管理。集中管理。第一节 集散型控制系统的基本结构与特点 监督控制计算机监督控制计算机CRT操作站操作站I/O控制站控制站I/O控制站控制站 被控对象被控对象被控对象被控对象 局域网局域网计算机集散控制系统计算机集散控制系统 在集散控制系统中，结合高速数据通道，实现生产在集散控制系统中，结合高速数据通道，实现生

10、产过程的地理上和功能上的分散控制。过程的地理上和功能上的分散控制。第一节 集散型控制系统的基本结构与特点 集散控制系统是以微型计算机为核心，把微型机、工业控集散控制系统是以微型计算机为核心，把微型机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入 / /输出通道、输出通道、模拟仪表等有机地结合起来，采用组合组装式结构组成系统，模拟仪表等有机地结合起来，采用组合组装式结构组成系统，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。 DCSDCS定义定义 采用采用分散控制、集中操作、分级管理分散控制、集中操作、分级管理、分而

11、自治和综合协、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级分散过程控制级、集中操集中操作监控级作监控级、综合信息管理级综合信息管理级，形成分级分布式控制。，形成分级分布式控制。计算机集散控制系统（计算机集散控制系统（DCSDCS）特点：特点： 控制分散，显示操作集中。控制分散，显示操作集中。 系统可靠性高。系统可靠性高。 第一节 集散型控制系统的基本结构与特点DCSDCS控制系统控制系统第一节 集散型控制系统的基本结构与特点DCSDCS控制系统控制系统第一节 集散型控制系统的基本结构与特点集散型控制系统的应用集散型控制系统的应用第一节 集散型控

12、制系统的基本结构与特点集散控制系统功能分层体系集散控制系统功能分层体系 （1 1）直接控制级（过程控制级）直接控制级（过程控制级）过程控制级是过程控制级是DCSDCS系统的系统的基础，主要功能包括：过程数据采集、直接数字的过程控制、基础，主要功能包括：过程数据采集、直接数字的过程控制、设备监测、系统的测试诊断和实施安全性的措施。设备监测、系统的测试诊断和实施安全性的措施。 （2 2）过程管理级）过程管理级 在这一级上的过程管理计算机能实现在这一级上的过程管理计算机能实现综合监视设备运行过程主要信息、模拟画面集中显示、控制回综合监视设备运行过程主要信息、模拟画面集中显示、控制回路组态和参数修改、

13、对所有楼宇机电设备运行过程优化处理、路组态和参数修改、对所有楼宇机电设备运行过程优化处理、运行报告、趋势图显示等。运行报告、趋势图显示等。 （3 3）分层管理级）分层管理级 在这一级上管理计算机根据楼宇自动在这一级上管理计算机根据楼宇自动化控制系统的特点、协调楼宇各机电设备的参数设定，是总体化控制系统的特点、协调楼宇各机电设备的参数设定，是总体协调员。协调员。 第一节 集散型控制系统的基本结构与特点集散控制系统功能分层体系集散控制系统功能分层体系 （4 4）物业管理级）物业管理级 居于楼宇自动化系居于楼宇自动化系统的最高一层，结合多统的最高一层，结合多种多样的条件和能量调种多样的条件和能量调配

14、，以达到最优解决这配，以达到最优解决这些问题。这一层中需要些问题。这一层中需要实现整个智能楼宇建筑实现整个智能楼宇建筑设备自动化和公共安全设备自动化和公共安全自动化系统的集成问题。自动化系统的集成问题。 第一节 集散型控制系统的基本结构与特点集散型控制系统四层结构模式集散型控制系统四层结构模式 集散型控制系统的基本结构集散型控制系统的基本结构 DCS DCS各个部分的功能和构成各个部分的功能和构成 ： 1 1DCSDCS的骨架的骨架系统网络系统网络 它是它是DCSDCS的基础和核心。由于网络对于的基础和核心。由于网络对于DCSDCS整个系整个系统的实时性、可靠性和扩充性起着决定性的作用。统的实

15、时性、可靠性和扩充性起着决定性的作用。 第一节 集散型控制系统的基本结构与特点集散型控制系统的基本结构集散型控制系统的基本结构 2 2DCSDCS的现场的现场I/OI/O控制站控制站 这是一种完成对过程现场这是一种完成对过程现场I/OI/O处理并实现直接数字控处理并实现直接数字控制（制（DDCDDC）功能的网络节点。其主要功能有三个：）功能的网络节点。其主要功能有三个： （1 1）将各种现场发生的过程量进行数字化；）将各种现场发生的过程量进行数字化； （2 2）将本站采集到的实时数据通过系统网络送到操）将本站采集到的实时数据通过系统网络送到操作员站、工程师站及其它现场作员站、工程师站及其它现场

16、I/OI/O控制站；控制站； （3 3）在本站实现局部自动控制、回路的计算及闭环）在本站实现局部自动控制、回路的计算及闭环控制、顺序控制等。控制、顺序控制等。第一节 集散型控制系统的基本结构与特点 集散型控制系统的基本结构集散型控制系统的基本结构3 3DCSDCS的操作员站的操作员站 它是处理一切与运行操作有关的人机界面功能的网络它是处理一切与运行操作有关的人机界面功能的网络节点。其主要功能就是为系统的运行操作人员提供人机界节点。其主要功能就是为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可以通过操作员站及时全面地了解现场运行面，使操作员可以通过操作员站及时全面地了解现场运行状态、各种运行参数的当

17、前值、是否有异常情况发生等。状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等。 第一节 集散型控制系统的基本结构与特点集散型控制系统的基本结构集散型控制系统的基本结构 4 4DCSDCS的工程师站的工程师站 它是对它是对DCSDCS进行离线的配置、组态工作和在线进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点。其主要功的系统监督、控制、维护的网络节点。其主要功能是提供对能是提供对DCSDCS进行组态，配置工作的工具软件进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在（即组态软件），并在DCSDCS在线运行时实时地监视在线运行时实时地监视DCSDCS网络上各个节点的运行情况，系统工

18、程师可以网络上各个节点的运行情况，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，使的设定，使DCSDCS随时处在最佳的工作状态之下。随时处在最佳的工作状态之下。 第一节 集散型控制系统的基本结构与特点第一节 集散型控制系统的基本结构与特点典型的典型的DCSDCS体系结构体系结构 集散控制系统的基本结构集散控制系统的基本结构 DCS DCS系统的结构是一个分布式系统。其逻辑系统的结构是一个分布式系统。其逻辑结构为树结构。按系统结构进行垂直分解结构为树结构。按系统结构进行垂直分解 各级既相互独立由相互联系。各级既相互独立由相互联系。 每一

19、级又水平分解成若干子集。每一级又水平分解成若干子集。第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站系统硬件系统硬件控制站控制站（CONTROL STATION, CONTROL STATION, 简称简称CSCS）: : 由主控制卡、数据转发卡、由主控制卡、数据转发卡、I/OI/O卡件、供电单元组成卡件、供电单元组成通过不同的硬件配置和软件设置可构成不同功能的控制站通过不同的硬件配置和软件设置可构成不同功能的控制站 过程控制站过程控制站 PCSPCS 逻辑控制站逻辑控制站 LCSLCS 数据采集站数据采集站 DASDAS核心部件是主控制卡，它能进行多种过程控制运算和数字核心部件是主控制卡，它能进行

20、多种过程控制运算和数字逻辑运算，并能通过下一级通信总线（逻辑运算，并能通过下一级通信总线（SBUS)SBUS)获得各种获得各种I/OI/O卡件的信息。卡件的信息。第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站I/O单元机笼I/O单元机笼系统硬件系统硬件第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站 现场控制站的功能与结构现场控制站的功能与结构 1 1、现场控制站的组成、现场控制站的组成 在集散控制系统中，显示与操作功能集中于操在集散控制系统中，显示与操作功能集中于操作员站，在现场控制站一般不设置作员站，在现场控制站一般不设置CRTCRT显示器和操显示器和操作键盘，但有的系统备有袖珍型现场操作器，在作键

21、盘，但有的系统备有袖珍型现场操作器，在开停工或检修时可直接连接现场控制站进行操作，开停工或检修时可直接连接现场控制站进行操作，有的系统在前面板上装有小型按钮与数字显示器有的系统在前面板上装有小型按钮与数字显示器的智能模件，可进行一些简单操作。的智能模件，可进行一些简单操作。第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站 现场控制站的功能与结构现场控制站的功能与结构现场控制站的组成现场控制站的组成 第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站 现场控制站的功能与结构现场控制站的功能与结构 2 2、控制站机柜、控制站机柜 机柜采用标准结构，机柜上部为电源箱，电源箱以下可机柜采用标准结构，机柜上部为电源箱

22、，电源箱以下可以设置以设置1-61-6只只I/OI/O机笼。如图所示。现场控制站的机柜内部机笼。如图所示。现场控制站的机柜内部均装有多层机架，以供安装电源及各种模块之用。为给予均装有多层机架，以供安装电源及各种模块之用。为给予机柜内部的电子设备提供完善的电磁屏蔽，其外壳均采用机柜内部的电子设备提供完善的电磁屏蔽，其外壳均采用金属材料（如钢板或铝材），并且活动部分（如柜门与机金属材料（如钢板或铝材），并且活动部分（如柜门与机柜主体）之间要保证有良好的电气连接。同时，机柜还要柜主体）之间要保证有良好的电气连接。同时，机柜还要求可靠接地，接地电阻应小于求可靠接地，接地电阻应小于44。 3 3、机笼、

23、机笼 用于固定主控卡、数据转发卡和各种用于固定主控卡、数据转发卡和各种I/OI/O卡，机笼背面卡，机笼背面有独立的现场接线端子和直流输入接口以及机笼扩展接口，有独立的现场接线端子和直流输入接口以及机笼扩展接口， 第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站机柜结构机柜结构外壳采用金属材料以提供电磁屏蔽外壳采用金属材料以提供电磁屏蔽 机柜内部装有多层机架，安装电源及多种模件机柜内部装有多层机架，安装电源及多种模件为保证散热降温，柜内装有风扇为保证散热降温，柜内装有风扇柜内大多设有温度自动控制装置柜内大多设有温度自动控制装置第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站机柜示例机柜示例 浙大中控JX-3

24、00系统 第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站卡件实例图卡件实例图第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站电源电源 交流电源：交流电源： 交流电源经过集散系统的电盘的断路器给系统供电，交流电源经过集散系统的电盘的断路器给系统供电，保证现场控制站供电系统高效、稳定、无干扰。保证现场控制站供电系统高效、稳定、无干扰。v 每一现场控制站场均用双相交流电源供电，两相互为每一现场控制站场均用双相交流电源供电，两相互为冗余。冗余。v 如果附近有经常开关的大功率用电设备，应采用超级如果附近有经常开关的大功率用电设备，应采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接隔离变压器，将其初级、次级线

25、圈间的屏蔽层可靠接地。这样能很好的隔离共模干扰。地。这样能很好的隔离共模干扰。v 对控制连续性要求特别高的场合，应装设不间断供电对控制连续性要求特别高的场合，应装设不间断供电电源电源UPS UPS 。第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站电源电源 柜内直流稳压电源：柜内直流稳压电源： 统一的主电源单元将交流电整流成直流电（一统一的主电源单元将交流电整流成直流电（一般为般为24V24V）供给柜内直流母线。各层机架内设有）供给柜内直流母线。各层机架内设有子电源单元，将母线上送来的单一直流电压转子电源单元，将母线上送来的单一直流电压转变成机架所需的各种电压（变成机架所需的各种电压（+5V+5V、

26、 12V 12V、 15V15V等）。等）。 主控电源采用主控电源采用1 1：1 1冗余配置。冗余配置。 子电源单元采用子电源单元采用1 1：1 1或或N N：1 1冗余配置冗余配置第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站I/OI/O通道通道 在过程控制计算机中，种类最多，数量最大的在过程控制计算机中，种类最多，数量最大的是各种是各种I/OI/O接口模件接口模件( (卡件卡件) )。来自过程对象的被。来自过程对象的被测信号通过输入卡件，进入现场控制站，然后测信号通过输入卡件，进入现场控制站，然后按一定的算法进行数据处理，并通过输出卡件按一定的算法进行数据处理，并通过输出卡件向执行设备送出控制

27、或报警等信息。向执行设备送出控制或报警等信息。第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站模拟量输入通道模拟量输入通道(AI)(AI) 一般由端子板、信号调节器、一般由端子板、信号调节器、A/DA/D插板、及柜内连接电缆组成。插板、及柜内连接电缆组成。v 端子板端子板：用于连接现场信号电缆，对每一路信号线路提供正用于连接现场信号电缆，对每一路信号线路提供正负极两个接线端子及屏蔽层的接地端子。负极两个接线端子及屏蔽层的接地端子。v 柜内电缆柜内电缆：端子板、信号调节器与：端子板、信号调节器与A/DA/D板之间的信号连接。板之间的信号连接。v 信号调节器信号调节器：将各种范围的模拟量输入信号统一转换

28、成：将各种范围的模拟量输入信号统一转换成005V5V或或010V010V的电压信号送入的电压信号送入A/DA/D板。板。 采用差动放大器，并采用差动放大器，并且每一路都串接了滤波器。且每一路都串接了滤波器。v A/DA/D插板插板：信号调节器输入的多路模拟信号，按：信号调节器输入的多路模拟信号，按CPUCPU的指令的指令逐一转变为数字量送给逐一转变为数字量送给CPUCPU。DCSDCS多用多用1212位位A/DA/D转换器。时转换器。时间在间在100100微秒左右。每块微秒左右。每块A/DA/D插板输入插板输入864864路模拟信号路模拟信号第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站模拟量输出

29、通道（模拟量输出通道（AOAO） 输出输出420mA420mA或或010mA010mA的直流电流信号。的直流电流信号。 组成：组成： D/AD/A插板插板 输出端子板输出端子板 柜内电缆柜内电缆D/AD/A插板插板每板可提供每板可提供4 48 8路模拟输出，精度有路模拟输出，精度有8 8位、位、1212位位几种。输出负载能力一般要求小于几种。输出负载能力一般要求小于500500欧。欧。第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站DIDI通道通道 开关量输入通道。用来输入各种限位开关、继电器或电开关量输入通道。用来输入各种限位开关、继电器或电磁阀门连动触点的开、关状态；输入信号可能是交流电磁阀门连

30、动触点的开、关状态；输入信号可能是交流电压信号，直流电压信号或干接点。压信号，直流电压信号或干接点。DODO通道通道 开关量输出通道，用于控制电磁阀门、继电器、开关量输出通道，用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声报警器等只具有开、关两种状态的设备，指示灯、声报警器等只具有开、关两种状态的设备，它是由端子板、它是由端子板、DO板及机柜内电缆构成。板及机柜内电缆构成。开关量输入开关量输入/ /输出通道输出通道（DI/DODI/DO）第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站DCSDCS的操作站的操作站第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站 DCS DCS操作站一般分为操作员站和工程师站两种。其

31、中工程操作站一般分为操作员站和工程师站两种。其中工程师站主要是提供技术人员生成控制系统的人机接口，或者对师站主要是提供技术人员生成控制系统的人机接口，或者对应用系统进行监视。工程师站上配有一套组态软件，为用户应用系统进行监视。工程师站上配有一套组态软件，为用户提供一个灵活的、功能齐全的工作平台，通过它来实现用户提供一个灵活的、功能齐全的工作平台，通过它来实现用户所要求的各种控制策略。为节省投资，有很多系统的工程师所要求的各种控制策略。为节省投资，有很多系统的工程师站可以用一个操作员站代替。站可以用一个操作员站代替。 DCSDCS操作站的主要功能为过程显示和控制、系统生成与诊操作站的主要功能为过

32、程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。要实现这些功能，操作断、现场数据的采集和恢复显示等。要实现这些功能，操作站必须配置以下设备。站必须配置以下设备。 操作台；操作台； 工业控制计算机；外部存储设备；工业控制计算机；外部存储设备；图形显示设备（图形显示设备（CRTCRT）；操作站键盘；打印输出设备。）；操作站键盘；打印输出设备。操作站的基本组成操作站的基本组成 第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站 1 1画面的展开画面的展开 具有设备运转所需的操作、监视用的操作画面体具有设备运转所需的操作、监视用的操作画面体系，如图所示。这些画面不仅可以用画面调出键、软系，如图所示。

33、这些画面不仅可以用画面调出键、软键、功能键等各种各样方法键、功能键等各种各样方法“一触式一触式”地调出，而且地调出，而且可以用画面展开键来进行画面展开的操作。从而实现可以用画面展开键来进行画面展开的操作。从而实现了最佳而又简单的操作和监视。了最佳而又简单的操作和监视。 2 2软键的功能软键的功能 软键是设置在邻接于画面显示部（软键是设置在邻接于画面显示部（CRTCRT）的）的8 8个按个按钮开关，其功能分别显示在各个画面的软键显示部上钮开关，其功能分别显示在各个画面的软键显示部上（见下图）。因而，软键的功能与显示的画面一一相（见下图）。因而，软键的功能与显示的画面一一相对应。对应。 操作与显示

34、功能操作与显示功能 第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站操作与显示功能操作与显示功能 用户一览整体观察控制分组调整操作指导信息流程图趋势用户信息用软键以“一触式”操作展开画面#Ousermsg 图图操操作作画画面面体体系系 第二节 集散型控制系统的现场控制站与操作站DCSDCS的组态软件（的组态软件（1 1）第三节 集散型控制系统组态DCSDCS的组态软件（的组态软件（2 2）第三节 集散型控制系统组态组态软件的主要功能组态软件的主要功能DCSDCS的组态软件（的组态软件（3 3）系统组态软件功能系统配置站组态板组态数据库组态模拟量输入点组态模拟量输出点组态开关量输入点组态开关量输出点组

35、态脉冲量输入点组态历史数据库组态控制算法组态编译数据下载其它功能图2-34 系统组态软件功能第三节 集散型控制系统组态 工程师站是一台工程师站是一台486486以上的微机，主要完成软件以上的微机，主要完成软件组态的功能，包括基本配置组态和数据库组态，控组态的功能，包括基本配置组态和数据库组态，控制算法组态等。在系统正式投入工作以前，工程师制算法组态等。在系统正式投入工作以前，工程师站的组态数据通过网络传送到主机。主机在保留组站的组态数据通过网络传送到主机。主机在保留组态数据的同时，在内存中形成实时数据库，同时把态数据的同时，在内存中形成实时数据库，同时把组态数据装载到各现场控制站。工程师站上的

36、组态组态数据装载到各现场控制站。工程师站上的组态数据也通过网络装载到各操作员站。因此，工程师数据也通过网络装载到各操作员站。因此，工程师站软件系统中集成服务平台起着重要作用。它隐蔽站软件系统中集成服务平台起着重要作用。它隐蔽了下层包括与现场控制站通讯、实时数据库采集处了下层包括与现场控制站通讯、实时数据库采集处理等在内的所有操作，将这些操作为周期性定时任理等在内的所有操作，将这些操作为周期性定时任务由平台内部完成，无需用户了解，而用户只需与务由平台内部完成，无需用户了解，而用户只需与平台提供的上层服务打交道。软件总体结构如图所平台提供的上层服务打交道。软件总体结构如图所示。组态软件结构如下图所

37、示。示。组态软件结构如下图所示。DCSDCS的组态软件（的组态软件（4 4）第三节 集散型控制系统组态系统组态对象建模系统仿真维护与故障诊断集成服务平台系统置数据处理实时数据库仪表库用户定时任务一用户定时任务二网络通信息处理操作员站现场控制站1现场控制站2现场控制站n软件总体结构软件总体结构第三节 集散型控制系统组态 由图可知，工程师站分为四层。由图可知，工程师站分为四层。顶层顶层和和第二层第二层以菜单形式向工程技术人员提供了包括系统组态、以菜单形式向工程技术人员提供了包括系统组态、建模、仿真、控制器设计、系统维护、故障诊断在建模、仿真、控制器设计、系统维护、故障诊断在内的多项功能，每个功能都

38、是各自独立的模块。内的多项功能，每个功能都是各自独立的模块。 第三层第三层集成服务平台是整个软件结构的核心，集成服务平台是整个软件结构的核心，上层与下层通过它建立相互的联系。此平台定时将上层与下层通过它建立相互的联系。此平台定时将现场控制站的上传数据进行分析处理，放入实时数现场控制站的上传数据进行分析处理，放入实时数据库和仪表库，并进行系统配置数据管理等操作。据库和仪表库，并进行系统配置数据管理等操作。 第四层第四层是集成服务平台管理的下层任务，其中是集成服务平台管理的下层任务，其中系统配置数据管理、实时库和仪表库的存取刷新是系统配置数据管理、实时库和仪表库的存取刷新是按照平台内部的时钟定时处

39、理的，而用户定时任务按照平台内部的时钟定时处理的，而用户定时任务则按用户的定时时间进行定时处理。则按用户的定时时间进行定时处理。DCSDCS的组态软件（的组态软件（5 5）第三节 集散型控制系统组态DCSDCS的组态软件（的组态软件（6 6）监视画面组态系统组态显示操作编译内部仪表型号表125种操作站1128通讯总线组态表格工业过程I/O过程数据通讯数据缓存区内部仪表数据组态DCS系统现场控制站，反馈控制应用软件现场控制站图2-36 DCS组态软件结构示意图字DCSDCS组态软件结构示意图组态软件结构示意图第三节 集散型控制系统组态 1 1系统软件体系结构系统软件体系结构 系统软件体系结构是针

40、对系统硬件来划分的。集散控制系系统软件体系结构是针对系统硬件来划分的。集散控制系统硬件分为工程师站、操作员站和现场控制站。相应的系统统硬件分为工程师站、操作员站和现场控制站。相应的系统软件是：工程师站软件、操作员站软件和现场控制站软件。软件是：工程师站软件、操作员站软件和现场控制站软件。对于具体的工程，对于具体的工程，PCPC系统软件执行的顺序系统软件执行的顺序如图如图。 2 2系统组态软件总体方案设计系统组态软件总体方案设计 组态软件体系结构是针对系统硬件体系来划分的，因此组态软件体系结构是针对系统硬件体系来划分的，因此必须对系统的硬件结构和功能实现进行比较透彻的了解和分必须对系统的硬件结构

41、和功能实现进行比较透彻的了解和分析，再根据实际情况设计具体实现方案。集散控制系统在硬析，再根据实际情况设计具体实现方案。集散控制系统在硬件结构上大致分为工程师站、操作员站和现场控制站，相应件结构上大致分为工程师站、操作员站和现场控制站，相应的系统软件是：工程师站组态软件、操作员站监控软件和现的系统软件是：工程师站组态软件、操作员站监控软件和现场控制站软件。系统组态软件结构场控制站软件。系统组态软件结构如图如图所示。所示。 组态软件的设计组态软件的设计 （1 1）第三节 集散型控制系统组态离线状态（工程师站）初始化系统并采集运行（操作员站）在线状态（有操作权限）图2-37 系统软件执行的顺序系统

42、软件执行的顺序系统软件执行的顺序第三节 集散型控制系统组态调整图监控/工艺图监视/报警界面/历史数据/历史趋势/报表打印/线组态并下载系统组态/数据库组态/调整图组态/历史库组态/流程图组态/报表组态/下载组态信息操作员站监控软件工程师站组态软件调用动态链接库共享内存初始化通信卡、DMA进程间通信DMA传输创建共享内存现 场 总 线 或 局 域 网现 场 控 制 站通信接口软件图2-38系统组态软件总体方案设计示意图在系统组态软件总体方案设计示意图系统组态软件总体方案设计示意图第三节 集散型控制系统组态 3 3系统系统PCPC软件设计软件设计 （1 1）初始化采集程序的设计）初始化采集程序的设

43、计 （2 2）工程师站组态软件的设计）工程师站组态软件的设计 1 1）系统组态的设计）系统组态的设计 2 2）数据库组态的设计）数据库组态的设计 索引信息：记录号，工位号；显示存储信息：点名索引信息：记录号，工位号；显示存储信息：点名称，工程单位，量程转换系统，记录类型；报警信息：信称，工程单位，量程转换系统，记录类型；报警信息：信号上下限，量程上下限（信号上下限对应的物理量），报警号上下限，量程上下限（信号上下限对应的物理量），报警级别，报警上下限，报警上上、下下限；级别，报警上下限，报警上上、下下限；I/OI/O信息：站号，信息：站号，板号，通道号；仪表类型：指测温型（如热电偶、热敏电板号

44、，通道号；仪表类型：指测温型（如热电偶、热敏电阻），测流量型（如各种流量计），测压力型等检测元件的阻），测流量型（如各种流量计），测压力型等检测元件的不同型号。不同型号。 组态软件的设计组态软件的设计 （2 2）第三节 集散型控制系统组态 3 3）回路组态的功能与实现）回路组态的功能与实现 回路组态项目有：显示信息：回路名称；回路类型：回路组态项目有：显示信息：回路名称；回路类型：由回路的输入输出变量类型而定，在读回路组态数据库时根由回路的输入输出变量类型而定，在读回路组态数据库时根据它来选取后面组态项目中需要的数据；据它来选取后面组态项目中需要的数据；I/OI/O信息：输入点信息：输入点1

45、1、2 2，输出点。它们必须是数据库组态中存在的变量类型；，输出点。它们必须是数据库组态中存在的变量类型；报警信息：同输入点的报警；控制信息：开关特性（即报警信息：同输入点的报警；控制信息：开关特性（即输出是正作用还是反作用），控制规律（输出是正作用还是反作用），控制规律（PIDPID、串级、前馈、串级、前馈、比例等），幅值控制（针对开关量输出），控制极性，控制比例等），幅值控制（针对开关量输出），控制极性，控制周期，设定值，周期，设定值，P P、I I、D D参数，温度补偿通道（用于温度控参数，温度补偿通道（用于温度控制），压力补偿通道（用于压力控制）。制），压力补偿通道（用于压力控制）。

46、4 4）流程图组态的编制）流程图组态的编制 DCSDCS组态软件具有丰富强大的工艺流程图组态功能组态软件具有丰富强大的工艺流程图组态功能 。 5 5）报表组态的实现）报表组态的实现 报表大致分为周期性报表和触发性列表两种。报表大致分为周期性报表和触发性列表两种。 组态软件的设计（组态软件的设计（3 3） 第三节 集散型控制系统组态 （3 3）操作员站监控软件的设计）操作员站监控软件的设计 监控软件分为实时报警、工艺图、调整图、报警记录、打监控软件分为实时报警、工艺图、调整图、报警记录、打印报表等。印报表等。 运行界面的最上方有一窗口是报警区，为了不被别的窗口所运行界面的最上方有一窗口是报警区，

47、为了不被别的窗口所覆盖，系统每秒钟读取测量的数据后对其做上下限判断，如有越覆盖，系统每秒钟读取测量的数据后对其做上下限判断，如有越界则显示相应的报警信息。报警窗口始终显示最新的报警，以前界则显示相应的报警信息。报警窗口始终显示最新的报警，以前的报警信息要在报警记录中查看。的报警信息要在报警记录中查看。 工艺图显示分为静态图和动态图。静态图根据在流程图编辑工艺图显示分为静态图和动态图。静态图根据在流程图编辑中的记录一次绘制完成。动态图分为三种情况：图象移动、图象中的记录一次绘制完成。动态图分为三种情况：图象移动、图象切换、图象移动切换。切换、图象移动切换。 调整图是运行时的主要监控界面。一幅调整

48、图集中了一条控调整图是运行时的主要监控界面。一幅调整图集中了一条控制回路的全部监控信息。调整图下方有两幅图象：趋势图和棒状制回路的全部监控信息。调整图下方有两幅图象：趋势图和棒状图。趋势图记录最近五分钟的测量值、设定值和输出值，并以趋图。趋势图记录最近五分钟的测量值、设定值和输出值，并以趋势曲线的形式显示，从中可对控制质量的好坏一目了然。棒状图势曲线的形式显示，从中可对控制质量的好坏一目了然。棒状图则是以棒状条的形式动态显示测量值，其左右各有一不同颜色的则是以棒状条的形式动态显示测量值，其左右各有一不同颜色的三角形标尺，分别代表输出值和设定值。三角形标尺，分别代表输出值和设定值。组态软件的设计

49、组态软件的设计 （4 4）第三节 集散型控制系统组态 1 1DCSDCS的系统组态的系统组态 它包括硬件组态和软件组态两部分工作。硬件它包括硬件组态和软件组态两部分工作。硬件组态包括两种方法：组态包括两种方法： （1 1）利用）利用DCSDCS中固定各个接插槽的地址，接插中固定各个接插槽的地址，接插部件不另设地部件不另设地 （2 2）将接插部件用跨接或开关设置地址，接插）将接插部件用跨接或开关设置地址，接插槽不另设地址。槽不另设地址。 软件组态是对各个部件的特性、标识、符号以软件组态是对各个部件的特性、标识、符号以及所安装的有关软件系统进行描述，建立它的数据及所安装的有关软件系统进行描述，建立

50、它的数据连接关系。连接关系。集散型控制系统组态集散型控制系统组态 (1)(1)第三节 集散型控制系统组态 2 2DCSDCS的控制组态的控制组态 控制组态工作中功能模块的选用和控制方案的控制组态工作中功能模块的选用和控制方案的选用应遵循下列原则：选用应遵循下列原则： （1 1）便于控制功能的扩充和修改。）便于控制功能的扩充和修改。 （2 2）便于功能模块功能的发挥。）便于功能模块功能的发挥。 （3 3）尽量选用功能强的模块。）尽量选用功能强的模块。 （4 4）控制方案的选择是在满足工艺需求的前提）控制方案的选择是在满足工艺需求的前提下，选择最简单的控制方案。下，选择最简单的控制方案。集散型控制

51、系统组态集散型控制系统组态(2)(2)第三节 集散型控制系统组态 3 3DCSDCS的画面组态的画面组态 DCSDCS的画面组态主要包括过程流程图，过程控制图画面的画面组态主要包括过程流程图，过程控制图画面的设计、绘制、动态数据更新及动态调用，画面组态设计的设计、绘制、动态数据更新及动态调用，画面组态设计应尽量便于操作，即设计时应充分考虑操作的方便，减少应尽量便于操作，即设计时应充分考虑操作的方便，减少失误，使用户在经过尽可能少的培训后，就能掌握图形绘失误，使用户在经过尽可能少的培训后，就能掌握图形绘制的方法，特别是在采用了窗口技术的制的方法，特别是在采用了窗口技术的DCSDCS中。由此可知，

52、中。由此可知，画面设计的重点是画面的构思、颜色的选择、数据显示方画面设计的重点是画面的构思、颜色的选择、数据显示方法等的设计。其好坏直接影响工作人员的操作质量。法等的设计。其好坏直接影响工作人员的操作质量。 过程流程图画面的设计与工艺流程有关，因为工艺流过程流程图画面的设计与工艺流程有关，因为工艺流程图一般较大，所以过程流程图的设计是根据工艺流程图程图一般较大，所以过程流程图的设计是根据工艺流程图进行分散的，用若干个画面来代替整个工艺流程图，这一进行分散的，用若干个画面来代替整个工艺流程图，这一点对用户来说，较容易根据操作流程、分工等完成分割制点对用户来说，较容易根据操作流程、分工等完成分割制

53、作。作。 集散型控制系统组态集散型控制系统组态(3)(3)第三节 集散型控制系统组态 4 4DCSDCS的维护组态的维护组态 为方便掌握为方便掌握DCSDCS的运行状况，及时发现和处理故障，必的运行状况，及时发现和处理故障，必须对须对DCSDCS进行维护组态。维护组态工作包括进行维护组态。维护组态工作包括DCSDCS运行状态显运行状态显示，系统各组件或接插件的运行状态显示和系统网络运行示，系统各组件或接插件的运行状态显示和系统网络运行显示等的画面设计。显示等的画面设计。 DCSDCS的接插件以及有关设备大部分设的接插件以及有关设备大部分设有自诊断功能（包括软件和硬件的自诊断）。它们可以通有自诊

54、断功能（包括软件和硬件的自诊断）。它们可以通过各种方式进行显示，因而使得维护和检修变得十分方便。过各种方式进行显示，因而使得维护和检修变得十分方便。 5 5数据库组态数据库组态 在完成站和在完成站和I/OI/O通道板的配置以后就可以进行点组态，通道板的配置以后就可以进行点组态，点组态包括模拟量输入和输出点，数字量输入和输出点，点组态包括模拟量输入和输出点，数字量输入和输出点，脉冲量输入点的组态，点的组态包括定义点号和点的各种脉冲量输入点的组态，点的组态包括定义点号和点的各种属性和参数。每一种量都有十几个到三十几个参数。属性和参数。每一种量都有十几个到三十几个参数。集散型控制系统组态集散型控制系

55、统组态(4)(4) 第三节 集散型控制系统组态 6 6历史库数据组态历史库数据组态 模拟量、数字量和脉冲量都要根据组态的规定按模拟量、数字量和脉冲量都要根据组态的规定按不同的时间间隔保存起来，数据按存储间隔的不同，不同的时间间隔保存起来，数据按存储间隔的不同，分为长时间历史数据，中长时间历史数据和短时间历分为长时间历史数据，中长时间历史数据和短时间历史数据。史数据。 7 7控制算法组态控制算法组态 在完成点的组态以后就可以进行控制回路的组态，在完成点的组态以后就可以进行控制回路的组态，控制回路的组态包括生成控制算法，设置算法的参数，控制回路的组态包括生成控制算法，设置算法的参数，选择与此回路相

56、联系的数据点等。由于采用图形组态选择与此回路相联系的数据点等。由于采用图形组态方式，使得用户在进行控制算法的组态时非常容易。方式，使得用户在进行控制算法的组态时非常容易。 集散型控制系统组态集散型控制系统组态 (5)(5)第三节 集散型控制系统组态 8 8编译编译 编译的作用有两个，其一是检查组态数据的错编译的作用有两个，其一是检查组态数据的错误，虽然在上述的各项组态过程中都具有查错的功能，误，虽然在上述的各项组态过程中都具有查错的功能，但有些错误是整体性的，在局部组态中无法查出，因但有些错误是整体性的，在局部组态中无法查出，因此就要靠编译时检查。其二是按照系统设计的通信规此就要靠编译时检查。

57、其二是按照系统设计的通信规约，把组态数据文件转化为下装数据文件，需要转化约，把组态数据文件转化为下装数据文件，需要转化的数据文件主要是控制算法组态文件。的数据文件主要是控制算法组态文件。 9 9数据下装数据下装 数据下装就是网络通信程序把组态数据装数据下装就是网络通信程序把组态数据装载到控制主机和各操作员站。载到控制主机和各操作员站。集散型控制系统组态集散型控制系统组态(6)(6) 第三节 集散型控制系统组态现场总线技术的由来现场总线技术的由来第四节 现场总线控制系统电缆桥架、母线槽电缆桥架、母线槽 第四节 现场总线控制系统现场总线技术的由来现场总线技术的由来图：传统的现场级与车间级自动化监控

58、及信息集成系统图：传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统 第四节 现场总线控制系统现场总线技术的由来现场总线技术的由来 （1 1）信息集成能力不强）信息集成能力不强; ; （2 2）系统不开放、可集成性差）系统不开放、可集成性差; ;（3 3）集成后的系统可靠性不易保证）集成后的系统可靠性不易保证; ;（4 4）传感器、执行机构的可维护性不高。）传感器、执行机构的可维护性不高。集散控制系统主要缺点集散控制系统主要缺点（5 5）系统设计、施工繁。）系统设计、施工繁。第四节 现场总线控制系统现场总线技术的由来现场总线技术的由来 基于以上初始想法，使用一根通信电缆，基于以上初始想法，使用一根通

59、信电缆，将所有具有统一的通信协议通信接口的现场将所有具有统一的通信协议通信接口的现场设备连接，这样，在设备层传递的不再是设备连接，这样，在设备层传递的不再是I/OI/O（4-20mA/24VDC4-20mA/24VDC）信号，而是基于现场）信号，而是基于现场总线的数字化通信，由数字化通信网络构成总线的数字化通信，由数字化通信网络构成现场级与车间级自动化监控及信息集成系统。现场级与车间级自动化监控及信息集成系统。 现场总线技术的产现场总线技术的产生生第四节 现场总线控制系统 Fieldbus Fieldbus的先驱可谓是的先驱可谓是HoneywellHoneywell公公司在司在19831983

60、年推出的数字信号年推出的数字信号4mA-20mA4mA-20mA输出输出的差分信号驱动器，它在输出的的差分信号驱动器，它在输出的4mA-20mA4mA-20mA直流信号上叠加了数字信号，从而使现场直流信号上叠加了数字信号，从而使现场装置与控制室控制装置之间的连接由模拟装置与控制室控制装置之间的连接由模拟信号过渡到了数字信号。信号过渡到了数字信号。现场总线技术的产生现场总线技术的产生第四节 现场总线控制系统 对于智能现场设备增加一个串行数据接口对于智能现场设备增加一个串行数据接口（如（如RS-232/485RS-232/485）是非常方便的。有了这样的）是非常方便的。有了这样的接口，控制器就可以