第1章dcs系统概述及与plc的关系

第1章DCS系统概述及与PLC的关系➢知识点：●了解计算机控制系统的基本概念及其分类●了解DCS的概念、现状及发展●掌握DCS的基本组成及特点●理解DCS和PLC之间的关系学习目标一.计算机控制系统的组成1.基本概念☞计算机控制系统是用计算机(通常称为工业控制计算机)来实现工业过程自动控制的系统。什么是自动控制?自动控制系统由哪些部分组成?设定值控制器D/A执行机构被控对象A/D计算机被控变量-图1.1计算机闭环控制系统结构图测量变送

计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：

(1)实时数据采集对测量变送装置输出的信号经A/D转换后进行处理。

(2)实时控制决策

对被控变量的测量值进行分析、运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。

(3)实时控制输出实时地输出运算后的控制信号，经D/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。

上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上。什么是实时控制?生产过程工业控制机图1.2计算机控制系统的组成框图现场设备指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机它包括硬件和软件两部分。包括被控对象，测量变送、执行机构、电气开关等装置。2.硬件系统接收输入的指令和工业对象的信息，向系统各部分发送命令和数据。包括显示操作台、屏幕显示器(CRT)或数码显示器、键盘、打印机、记录仪等。从被控对象采集的模拟量或数字量信号转换为计算机能够接收的数字量生产过程包括被控对象，测量变送、执行机构、电气开关等装置。图1.2计算机控制系统的组成框图包括磁盘、光盘、磁带，主要用于存储大量的程序和数据。将计算机的处理结果转换成可以对被控对象进行控制的信号。

工业控制机硬件：硬件是指计算机本身及外围设备。 计算机硬件过程输出接口计算机过程输入接口存储器人机接口软件系统软件应用软件是专门用来使用和管理计算机的程序，包括操作系统、监控管理程序、语言处理程序和故障诊断程序等。应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。3.

软件系统软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和.计算机控制系统分级控制系统数据采集系统直接数字控制系统现场总线控制系统集散型控制系统二.计算机控制系统的应用类型计算机监督控制系统根据应用特点、控制功能和系统结构，计算机控制系统主要分为六种类型：计算机承担数据的采集和处理工作。数据采集系统对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录以及变量的超限报警，同时对变量进行累计和实时分析.1.数据采集系统DAS（DataAcquisitionSystem）

DAS系统的特点：1).用于数据采集﹑处理﹑实现生产过程集中监视；2).越限报警，以确保生产安全；3).计算机不直接参与控制，用于开环操作指导。2.直接数字控制系统（DDC）（DirectDigitalControl）

是计算机通过过程输入通道对变量作巡回检测，根据变量，按照一定的控制规律进行运算，其结果经过输出通道，作用到控制对象.直接数字控制系统（DDC）DDC特点1).进行数据采集﹑处理﹑报警，实现生产过程集中监视；2).计算机直接参与控制，实现过程闭环控制；3).一台计算机可以替代多台PID模拟控制器，实现多回路的控制，并易引入复杂控制算法和方式，由软件编程实现即可，无需增加硬件设备；4).显示﹑控制集中，危险也集中（一旦计算机出现故障，整个系统将瘫痪），对系统的可靠性要求较高。3.计算机监督控制系统(SCC)（SupervisoryComputerControl）

DDC级微机完成生产过程的直接数字控制；SCC级微机进行优化分析计算，产生最优化设定值。用数字控制仪器代替，再配以输入采样器、A/D转换器和D/A转换器、输出扫描器，便是SCC加数字控制器的SCC系统。当SCC计算机出现故障时，由数字控制器独立完成控制任务，比较安全可靠。SCC特点1）DDC直接与过程相连，实现过程直接数字控制，要求DDC级实时性好﹑可靠性高﹑环境适应性强；2）SCC级计算机也称上位机，它根据DDC级提供的生产过程状况和已定的数学模型，进行优化分析﹑计算，输出最优设定值SP，交与DDC级执行。SCC计算机承担高级控制和管理任务，要求数据处理功能强﹑存储量大﹑运行速度快。3）SCC为两级控制，系统的可靠性较DDC高。即一旦SCC计算机出现故障，DDC计算机仍能独立完成任务；而DDC计算机出现故障，则由SCC计算机替代DDC计算机完成控制任务。集散控制系统是分布式结构系统。实现了地理上和功能上分散的控制，将各个分散的信息集中起来，进行集中的监视和操作。4.集散控制系统监控计算机协调各控制站的工作，达到过程的动态最优化。操作台是人机接口装置，完成操作、显示和监视任务。控制站完成过程的现场控制任务。数据采集站采集非控制信息。DCS特点：1）.采用分散控制﹑集中操作﹑分级管理﹑分而自治和综合协调的设计原则，大大提高了系统的可靠性；2）.采用了4C技术：Computer﹑Control﹑Communication及CRT；3）.由下而上形成多级控制结构：过程控制级﹑集中监控级﹑生产管理级；4）.采用网络方式实现各级间的信息传递。5.现场总线控制系统FCS(FieldBusControlSystem)

FCS系统特点：1）采用一对N的设备连接方式﹑成本低。2）实现了彻底的分散控制。3）开放性与互操作性简化了系统的集成。4）信息综合，组态灵活。三.集散控制系统的发展概况集散控制系统（DCS）(DistributedControlSystem)

实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监控、操作、管理和分散控制的一种新型的控制技术，是由计算机技术、控制技术、网络通信技术和显示技术互相发展和渗透而产生的。集散型控制系统适用于发电、电力、化工、石油、造纸等流程工业，也适用于冶金、食品、玻璃、半导体、纺织等间隙过程工业。自从1975年第一套DCS诞生到现在，DCS经历了3个大的发展阶段：第一阶段（初创期）(1975-1980)

CRT操作站

监控计算机

数据高速公路HW现场监测站

现场控制站图1-1第一代DCS基本结构特点：重点在现场控制，人机界面功能较弱，信息量少，功能上接近仪表控制系统,各个厂家的系统均由专有产品构成（现场控制站，人机界面工作站，各类功能站及软件）,各个厂家的系统没有形成数据通信的标准。DCS成本高，应用范围受到一定限制。第二阶段（成熟期）(1980-1985)

……局部网络LAN网关多功能控制器网关系统管理模块通用操作站主计算机增强型操作站其他网络DHW……特点：引入局域网，按照网络节点组成系统，人机界面功能丰富，信息量大，系统规模容量进一步增加，功能上摆脱仪表控制系统的影响，逐步靠近计算机系统，由于系统技术的不断成熟，DCS价格下降，应用更广泛，但在网络协议方面仍各自为政，不同厂家的系统不能进行数据交换第三阶段（扩展期）1985至今特点：增加了上层网络，功能增加生产的管理功能，网络方面采用了标准的网络产品，系统组成除现场控制站外是DCS厂家的专有产品，人机界面工作站，服务器和各种功能站的硬件和基础软件都是市场上的产品，使得系统成本降低，应用更加广泛。

第四代DCS的体系结构主要分为四层结构：过程控制级、集中监控级、生产管理级和综合管理级。一般DCS厂商主要提供除综合管理级之外的三