DCS基础学习课程课件（一）33

集散控制系统2022/11/161第一章概述§1.1集散控制系统的基本概念一、概念集散控制系统：以微处理器为基础的采用分散控制、集中显示和操作的新一代控制系统。集散控制系统又叫“分散控制系统”、“分布式控制系统”。英文：“Distributedcontrolsystem”简写成“DCS”二、集散控制系统的产生、发展历程

国外情况：

基地式仪表室内远传控制

DDC DCS(第一代)

DCS(第二代局域网)DCS(第三代开放性)DCS(第四代信息与集成)

国内情况：

八十年代初，全套引进；八十年代末DCS制造开始起步；到九十年代，迅速发展壮大。2022/11/162DCS的发展

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第一阶段（1975年—1980年）

—代表产品主要有美国Honeywell公司的TDC2000，Baily公司的Network90，Foxboro公司的Spectrum，日本横河公司的Centum等

—主要由过程控制单元PCU、数据采集装置DAU、CRT操作站、监控计算机和数据高速公路HW五部分组成

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第二阶段（1980年—1985年）

—主要代表产品有Honeywell公司的TDC3000，日本横河公司的CentumA，B，D等

—主要由局部网络LAN、多功能控制器MC、增强型操作站EOS、通用操作站US、网间连接器GW、系统管理模块SMM和主计算机HC七部分组成

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第三阶段（1985年—1990年）

—DCS向计算机网络控制扩展，将过程控制、监督控制和管理调度进一步结合起来，并且加强断续系统功能，采用专家系统和开放系统互连参考模型为基础的制造自动化协议MAP标准，以及硬件上的诸多新技术，从而克服了自动化孤岛问题

—典型产品有Honeywell公司的TDCS3000，日本横河公司的Centum-XL，Bailey的INFI-90等2022/11/165◆第四阶段（1990年以后）

—DCS以管控一体化出现，在硬件上采用了开放的工作站，采用了Client/Server的结构，在网络结构上增加了工厂信息网，并可与互联网联网，在软件上采用UNIX和X-Windows的图形用户界面，系统的软件更丰富，一些优化和管理良好的界面的软件被开发并移植到DCS中

—典型产品有Honeywell公司的TPS控制系统，日本横河公司的Centum-CS控制系统，Foxboro公司的I/AS50/51系统等—CISC------RISC(complex/reducedinstructionsetcomputer)2022/11/166二、DCS系统的基本结构DCS系统有三大部分组成：1、分散过程控制装置功能：生产过程的各种变量通过它转化为操作监视的数据，操作的各种信息业通过过程控制装置送到各执行机构，对输入输出量进行A/D,D/A转换以及滤波等运算组成：AIAODIDOPIPO等功能板，CPU、电源、端子板等2、操作管理装置功能：操作员可以通过他了解生产能够过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产过程组成：人机界面等3、通信系统功能：在分散过程控制装置与操作管理装置之间完成数据交换和传递组成：线缆和接口2022/11/1672022/11/168

三、开放系统1、可移植性不同DCS厂家的软件、程序、数据及人员可以相互借用，互相移植，到第四代硬件都可以移植。另外以职业带来了安全方面的隐患。如，横河公司的R3用富士公司的PROCESION代为I/O单元。2、互操作性网络的连接，使数据互通，资源共享。现场总线标准化后，符合标准地各种检测、变送和执行机构产品可以互换和替代。第四代表现最明显。3、可适宜性无论在运行的软件版本高低都可以互通、匹配，就是说应用新的同时不可能把旧的废掉。4、可得到性也就是容易得到，由于各制造厂的产品具有统一的通信标准，就可以根据需要选择产品。2022/11/169§1.2集散控制系统的特点一、集散控制系统的特点

A：DCS的基本特点：集中管理，分散控制

B：

与模拟仪表相比较的特点：连接方便，容易更改，显示方式灵活，内容多样，数据存储量大。

C:与DDC比较：具有操作监督方便，危险分散，功能分散等优点结构上又是递阶分级的二、分级递阶控制（画图）集散控制系统在水平与垂直方向都是分级的，如图：操作站/工程师站/管理员站通信系统

控制站

控制站

现场信号现场信号

2022/11/1610二、分散控控制不仅仅指控控制上的分分散，随着着生场规模模越来越大大操作管理理不可能在在一个控制制室内完成成，因此还还有其他的的含义：如：人员的的分散、地地域的分散散、功能的的分散、危危险的分散散、及操作作的分散。。三、自治和和协调性分散的基础础是集散控控制系统应应是自治的系统统递阶分级的的基础是被被分散的系系统应是相互协调的系统１、DCS的各组成部部分使各自自为政的自自治系统，，各自完成成各自的功功能，相互互又有联系系，数据信信息相互交交换，各种种条件相互互制约在系系统的协调调下工作。。２、分散过过程控制装装置是一个个自治的系系统，它完完成数据的的采集、信信号处理、、计算及输输出功能2022/11/1411§1.3集散控制系系统的展望望一、总总述集散控制系系统将向两两个方向发发展：一个是向上上发展：向向CIMS计算机集成成制造系统统，CIPS计算机集成成过程系统统发展。另一个是向向下发展：：即向FCS现场总线发发展二、信息化化集成系统统提供了从现现场到设备备，从设备备到车间、、从车间到到工厂、从从工厂到企企业集团的的整个信息息通道，体体现了信息息的全面性性、准确性性、实时性性和系统性性。１、硬件存贮容量、、传输速度度、标准接接口以及操操作环境都都有了很大大的改变。。２、软件软件方面采采用了标准准化原则、、实用性、、安全性、、和性价比比原则2022/11/1412二、场总线线控制系统统FCS(feildbuscontrolsystem)DCS未来发展的的趋势1、现场总总线现场总线的的应用在仪仪器仪表业业带来一场场深刻的变变革，将传传统的信号号、通信、、系统标准准河自控系系统的体系系结构、设设计方法，，安装调试试等也将带带来新的思思路。2、现场基基金会FF1994年年成立10月成立，，120成成员单位，，中国有冶冶金部自动动化研究所所、北京华华控技术有有限公司、、中国仪器器仪表协会会等单位加加入。基金会现场场总线是在在多台智能能化现场设设备及自动动化系统间间的有数字字化的双向向的多站通通信连结而而成的一种种网络，取取代了4--20mA模拟信号标标准，用于于连结智能能现场总想想仪表和控制室设备备的双向数数字多站通通信协议。。2022/11/1413３、、现现场场总总线线的的特特点点①用用户户对对产产品品的的选选择择权权增增至至最最大大②消消除除了了4－－20mA模拟拟仪仪表表通通信信的的瓶瓶颈颈现现象象③降降低低现现场场安安装装费费用用和和减减少少相相应应设设备备④为为用用户户提提供供更更多多功功能能⑤增增强强了了系系统统的的自自治治性性⑥提提高高系系统统的的检检测测精精度度和和鲁鲁棒棒性性⑦系系统统组组态态简简单单，，安安装装运运行行和和维维修修方方便便三、、现现场场总总线线控控制制系系统统FCS现场场总总线线控控制制系系统统将将是是控控制制的的到到最最终终地地分分散散，，它它把把控控制制功功能能移移到到了了现现场场没没了了控控制制站站。。有有人人预预计计二二十十一一世世纪纪的的控控制制是是FCS取代代DCS时代代。。但但是是，，现现场场总总线线研研究究课课题题开开发发工工作作还还在在进进行行之之中中，，一一些些控控制制功功能能和和标标准准还还不不完完善善，，发发展展方方向向拭拭目目以以待待。。2022/11/14142022/11/14152022/11/14162022/11/14172022/11/14182022/11/14192022/11/14202022/11/14212022/11/14222022/11/14232022/11/1424分布式控控制的技技术发展展系统硬件件的发展展◆开放结构构的工作作站—整体运算算速度快快—存贮容量量大—图形处理理功能强强—良好的安安全保护护系统—友好的人人机界面面2022/11/1425分布式控控制的技技术发展展（续））◆现场总线线—互操作性性—更低的安安装费用用—更低的维维护费用用—有助于维维护—改进功能能2022/11/1426分布式控控制的技技术发展展（续））◆现场总线线—互操作性性—更低的安安装费用用—更低的维维护费用用—有助于维维护—改进功能能2022/11/1427分布式控控制的技技术发展展（续））◆开放的网网络结构构—Client/Server网络结构构—标准网络络通信接接口◆数字仪表表综合化化—数字仪表表可实现现数据采采集、控控制功能能运算、、操作监监视、报报警和控控制，一一些仪表表还包括括高级的的控制算算法—采用数字字仪表可可大大节节约现场场接线和和安装费费用，现现场信号号用同轴轴电缆传