集散控制系统

过程控制

ProcessControl

下篇过程计算机控制第12章集散控制系统

本章要点

概述

DCS的分散过程控制级

DCS的集中操作监控级

DCS的综合信息管理级本章学习目标

掌握集散控制系统的基本概念

掌握集散控制系统的体系结构

了解DCS的现场控制站、操作员站和工程师站第12章集散控制系统12.1集散控制系统概述12.2DCS的分散过程控制级12.3DCS的集中操作监控级12.4DCS的综合信息管理级12.1集散控制系统概述

集散控制系统(DistributedControlSystem,DCS)是以微型计算机为基础的分散型综合控制系统，是实现工业自动化和企业信息化的最好系统平台。第12章集散控制系统12.1集散控制系统概述12.1.1集散控制系统的概念

集散控制系统是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统。该系统在发展的初期是以实现分散控制为主的，因此又称为分散控制系统，简称DCS系统。

集散控制系统的实质是将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制。整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系友好性差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散，具有很强的生命力。因此，DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。第12章集散控制系统12.1集散控制系统概述集散控制系统的实质：第12章集散控制系统12.1集散控制系统概述集散控制系统的典型体系结构：三层第12章集散控制系统12.1集散控制系统概述12.1.2集散控制系统的发展历程

从1975年第一套DCS诞生到现在，DCS经历了三个大的发展阶段，或者说经历了三代产品。

1.第一代DCS(初创期)2.第二代DCS(成熟期)

3.第三代DCS(扩展期)4.新一代DCS的出现

是指从其诞生的1975～1980年间所出现的第一批系统。典型代表：Honeywell公司的TDC-2000系统等。1980～1985年推出的各种系统，以实现全系统信息的管理为主。

以1987年Foxboro公司推出的I/ASeries为代表，该系统采用了ISO标准MAP(制造自动化规约)网络。应用现场总线技术实现全数字化、信息化和集成化。第12章集散控制系统12.1集散控制系统概述12.1.3集散控制系统的特点⑴硬件积木化

DCS采用积木化硬件组装式结构，便于扩大或缩小系统规模。⑵软件模块化

提供了丰富的功能软件，用户只需按要求选用即可，大大减少了用户的开发工作量。⑶通信网络的应用

通信网络将物理上分散的多台计算机有机地连接起来，实现了相互协调、资源共享的集中管理。通过高速数据通信线，将现场控制站、操作员站、工程师站、监控计算机、管理计算机连接起来，构成多级控制系统。⑷可靠性高

体现在系统结构、冗余技术、自诊断功能、抗干扰措施和高性能的部件。12.2DCS的分散过程控制级

分散过程控制级是DCS的基础层，它向下直接面向工业对象，其输入信号来自于生产过程现场的传感器（如热电偶、热电阻等）、变送器（如温度、压力、液位、流量等）及电气开关（输入触点）等，其输出去驱动执行器（如调节阀、电磁阀、电机等），完成生产过程的数据采集、闭环调节控制、顺序控制等功能；其向上与集中操作监控级进行数据通信，接收操作站下传加载的参数和操作命令，以及将现场工作情况信息整理后向操作站报告。第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级构成击分散卖过程剩控制并级的钉主要喉装置竹有：口现场宫控制裹站、承智能确调节夕器、永可编围程控据制器糕及其土它测土控装贺置。12匀.2箱.1分散坝过程停控制取级的碗主要钟装置斑及其丛功能现场膝控制怀站具间有多傻种功持能，色集连鼠续控胡制、叠顺序圣控制助、批贷量控压制及眉数据当采集叼功能钓为一佩身,是D住CS午的核衔心，雅系统专主要羡的控痒制功数能由似它来砌完成访。系村统的枕性能斗、可酒靠性终等重孕要指换标也臂都要炎依靠虽现场衣控制承站保槽证，易因此趴对它榜的设狡计、懒生产雁及安片装都酒有很疏高的秃要求扩。1.现场介控制先站第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级现场览控制眨站一颜般是树标准衣的机臭柜式逮结构侵，柜柳内由黄电源填、总傍线、哲I/息O模放件、谦处理仙器模范件、免通信矿模件杰等部阅分组遥成。⑴现场枪控制招站的鲁硬件爷构成第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级现场杯控制爸站的午机柜漠外形在现拿场控晃制站享内部称，主杜CP抓U和懒内存华等用片于数炊据处朴理、毯计算蛋和存写储的堂部分岔被称鹅为逻雁辑部撤分，缘瑞而现恨场I酱/O聋则被叶称为择现场苹部分煤，这范两个螺部分滔是需逗要严葬格隔欢离的狗，以距防止朝现场竞的各汽种信抹号，份包括翼干扰览信号居对计茅算机度的处苦理产酒生不意利的弹影响沿。第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级目前忧普遍志使用规现场归总线殊产品功作为考现场垮I/含O模沿块和屈主处仍理模即块的前连接。DC炭S的散现场罗控制列站有骂比较哥严格丙的实掠时性忠要求。一般带在快诸速控腔制系度统(参控制熊周期现最快鞭可达撇到5营0m蓝s)及中，羞应该宽采用孝较高戚速的制现场笼总线蜡，而辟在控酷制速孩度要考求不送是很功高的秆系统鸟中，绩可采稻用较修低速袋的现声场总将线，冬这样辰可以菠适当池降低纸系统贪的造庙价。现场抱控制退站的舞软件系主要音指运漫行于终现场妖控制弯站的敌控制燃器中峰的软挑件，乖其主黑要功商能有挠6种闲，即或数据遍采集州功能宿、D森DC即控制宅功能衬、顺踩序控淡制功曲能、待信号四报警货功能途、打阵印报凡表功辩能和泉数据丧通信匆功能坐。⑵现场汪控制刺站的喝软件落功能第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级多数陶现场元控制颂站软加件采段用模仍块化底结构脖设计榴，底牺层一图般不缓采用导操作逼系统虹。软隶件系问统一沾般分畅为执菌行代贺码部子分和炕数据伍部分废。执伤行代然码部易分固世化在E-叫PR痛OM中，赠数据猜部分就保留赞在RA窑M存储飘器中句。在泼系统腊复位酿或开牢机时惩，这摘些数模据的杜初始握值可辱以从椒网络截上装六入。第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级在现肯场控馒制中极应该就包含乱以下立主要习的软财件。①现场祥I/腐O乎驱动劣，其桌功能步是完性成过供程量关的输侄入/换输出亿。②对输细入的凭过程位量进谣行预艇处理含，如侵工程平量的搂转换津、统橡一计干量单触位、鲜剔除情各种副因现合场设讽备和萝过程养I/咐O设化备引窗起的饮干扰泰和不坡良数子据、猎对输罪入数竟据进瞧行线定性化胶补偿湖及规妨范化稍处理存等。③实时范采集挺现场稍数据轧并存婆储在圈现场扰控制元站内高的本疏地数猎据库拍中，吸这些第数据描可作书为原件始数衡据参哲与控军制计漠算，融也可井通过皂计算异或处辉理成唯为中涌间变肃量，宅并在阀以后受参与音控制陷计算卖。④进行侮控制怪计算僚，就乐是根蛮据控壁制算瞧法和蚕检测企数据答、相躺关参傲数进冤行计燃算，忠得到阵实施计控制拳的量艇。⑤通过黄现场馆I/好O驱酿动，怨将控只制量缸输出乘到现伞场。智能努调节财器是财一种景数字绵化的扑过程匹控制刻仪表构，也折称可冈编程声调节念器。旅其外青形类搞似于创一般描的盘盈装仪洁表，洞而其淡内部瘦是由尤微处低理器菌CP拾U、沙存储下器R锣AM稠、R昆OM榨、模晶拟量织和数往字量闷I/预O通垒道、丧电源丈等部勿分组城成的达一个熟微型形计算浸机系皮统。智能们调节别器可迹以接伙受和炭输出牛4～究20葡mA凶模拟啊量信秆号和支开关讯量信岭号，卧同时歇还具哀有R果S－准23侵2或希RS普-4势85瓣等串揉行通丢信接膝口。一般英有单厉回路蒙、2回路棍或4回路论的调灭节器暗，控菠制方开式除勉一般拦的单爬回路PI慎D之外税，还鞭可组压成串未级控仿制、进前馈容控制切等复尚杂回五路。纺因此辽，智凭能调锈节器饶不仅很可以鱼在一缓些重若要场礼合下剧单独葱构成区复杂腥控制越系统部，组专成1～4个过帖程控卫制回浴路，抚而且厅可以端作为洪大型塌分散廉控制牢系统异中最赶基层孟的一雾种控斗制单测元，铁与上撇位机昨（即泥操作惰监控和级）姻连成秩主从俘式通租信网易络，斥接受锹上位茧机下沃传的犬控制攻参数择，并法上报灶各种爬过程谎参数址。2.智能凶调节跑器第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级可与蝴各类讨传感敏器、渠变送蝴器配脑合使蛮用，责可对甜温度抬、压份力、沙液位浙、流还量、方重量播等工傅业过销程参煌数进枝行测龄量、永显示编、报熔警控吸制、昂变送丹输出敌、数箩据采宽集和准通讯兰。第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级某智猎能调斧节器准的外届形基于索计算鹿机技隙术，留主要刃用来核解决终工艺睁生产件中大矿量的河开关蚀控制霉问题边。它现与智档能调始节器边最大钟的不现同点螺是它历主要萍配制略的是百开关够量输入、输予出通鄙道，烧用于简执行灶顺序偷控制额功能冤。在晴新型疾的P糟LC葡中，砍也提旦供了皱模拟狠量输毒入输斜出及停PI悟D控终制模港块，窄而且窑均带域有R昼S-盗48桥5标哭准的烘异步忧通信温接口蜻。同营智能嫂调节音器一测样，胀PL场C的没高可多靠性名和不也断增鞠强的聪功能队，使抢它既详可以舞在小浇型控常制系期统中匪担当亚控制鸽主角苍，又找可以廉作为巡寿大型痒分散缴控制胀系统扔中最吃基层叔的一伟种控搬制单提元。3.可编以程控辽制器(PL表C)第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级可编宿程控滚制器PL座C外形分散匆过程争控制皱级的婶控制尿软件丢包为时用户非提供许各种壁过程视控制狱的功淘能，脉包括纳数据饭采集州和处岗理、篮控制筹算法库、常魔用运为算公杂式和育控制西输出臭等功萄能模奶块。旁有了深这些抬功能湾，D淡CS放的现厚场控泊制站疮就可谱以独蕉立工水作，傻完成肾本控絮制站傻的控魔制功徒能。躬除此溜之外截，一蚕般牙DC看S控昼制层孙软件处还要老完成厚一些岩辅助爷功能洪，如退控制歼器及诱重要医I/仪O模娘块的霸冗余民功能属、网碍络通袜信功纱能及犬自诊编断功昏能等料。12析.2古.2分散舅过程灾控制阁级的跨控制喘软件雀包第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级DC尤S分散市控制古级的纽奉基本直过程由于装构成颈这一断级的东可能身是现遍场控墓制站食、P移LC昂或智眉能调太节器第等不雕同的付测控干装置白，而暗且既敲便是炎同一面种装锻置但希厂家及品牌杏、型牛号也略可能允不同晚，实仍际上采支持院这些廊硬件迈装置卵的软纯件平起台和估编程荷语言蓬不尽榆相同浓，归摇纳起武来有晋图形某化编匹程（复功能置块图叶、梯娘形图住、顺堪序功恼能图疲），滔文本竿化语馅言（遍指令芬表和夺结构遗化文跌本）陵，面器向问籍题的究语言耽（填眼表式葱和批练处理湖）和识通用布的高恼级语算言（术VB橡、V练C等椅）等川多种坝。把相穷应的赏软件梳安装斗在控巧制装链置中宣，用互户就徒可以久通过协组态胃方式盏自由忙选用额各种趟功能酸模块汉，以西便构混成控剧制系返统。第12章集散控制系统12.2

DCS的分散过程控制级12侧.3芳D犬CS的集中纲操作狡监控蔽级集中瘦操作方监控砖级是央面向中现场抓操作签员和壶系统钓工程烤师的天中间故层。谋这一要级配知有技抓术手只段先昂进、疑功能涌强大珍的计欠算机宽系统宣及各锐类外碎部装史置，英通常垫采用集较大刚屏幕贷、较厌高分垄辨率省的图计形显粥示器始和工锡业键剃盘。不计算岸机系税统配袋有较症大存他储容叔量的眠硬盘浆或软载盘，苍另外添还有钞功能勇强大拾的软筹件支饲持，愿确保迎工程全师和夸操作怒员对而系统诱进行促组态叛、监抵视和泳操作糟，对纺生产和过程浮实行趴高级炒控制狼策略东、故医障诊寨断、滨质量做评估疮等。第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

12骨.3桐.1集中济操作溜监控萄级的位主要昼装置集中籍操作膛监控亚级以朋操作依监视庄为主亿要任弊务，柳是把馆过程励参数志的信伞息集答中化筋，对抄各个瓶现场无控制划站的贝数据继进行嗽收集司，并惑通过扇简单螺的操抵作，断进行抄工程躺量的投显示影、各鼓种工璃艺流营程图诊的显承示、怎趋势判曲线宜的显污示以巾及改职变过歉程参厘数（梅如设董定值筒、控切制参展数、制报警杏状态厕等信拳息）玩；另北一个搞任务画是兼停有部服分管塌理功坐能，距是进重行控饶制系辛统的牧组态但与生执成。姿构成裂这一伟级的旋主要得装置登有面弱向操豆作人旬员的拌操作懂员操扶作站盆、面唱向监突督管紧理人蹈员的秩工程抚师操党作站倘、监挎控计另算机提及层韵间网络络联歌接器即。一导般情孤况下闯，一苦个D亲CS营系统狠只需错配备坏一台秋工程俯师站喷，而效操作寒员站教的数尸量则惊需要衣根据轮实际勇要求舟配置韵。第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

DC无S操岗作员恳站是模处理彩一切瞎与运余行操绞作有绸关的怕人-钻机界谣面功堵能的虚网络劳节点年，其偿主要顾功能礼就是攀使操躬作员县可以猎通过泡操作司员站尼及时柱了解虑现场颤运行颈状态算、各旧种运慌行参碍数的动当前撒值、构是否羡有异椒常情虽况发阳生等丧。并逃可通丢过输乞出设写备对迟工艺兄过程答进行亮控制春和调术节，滋以保召证生救产过葡程的帝安全身、可锄靠、借高效促、高调质。捞一般下有通钞用操洪作画巾面、等专用桥操作间画面筒、历像史信智息画爹面和喊系统汪信息盗画面壶等。1.操作听员操疾作站第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

操作鉴员站族由工生业控哗制计俯算机捉（简傅称工闪控机糖）I残PC物（I摊nd钥us挪tr岛ia者l照Pe氧rs寸on秆al魄C川om蝇pu聪te霉r）努或尾工作线站、瓦工业析键盘期、大宗屏幕扑图形券显示仰器和她操作稀控制下台组翁成，扒这些段设备最除工匀业键喷盘外侵，其屯他均砖属通鼻用型估设备拨。目沾前D次CS拿一般牵都采蚂用I榆PC筑来作夹为操前作员现站的条主机胁及监节控计拳算机基。操作热员站狗的图爽形显瞧示器愚均为遍彩色腰显示腰器，岭且分据辨率已较高肢、尺仓寸较技大。打印盟机是父DC赖S操小作员饺站不疾可缺伯少的龙外设秋。一源般的伸DC雾S配险备两米台打疾印机升，一日台为收普通踏打印窜机，符用于诸生产愁记录牧报表势和报拖警列楼表打健印；丑另一胞台为贞彩色透打印眯机，评用来蔬拷贝解流程钥画面家。⑴操作廊员站辫的硬衡件构由成第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

综合编自动迅化系闯统的胁软件嫌平台膝必须迹具备驻开放肠式的顾体系拴结构皇和集香成架凡构系绞统的庙能力惰。⑵操作拼员站汤的软愈件结崇构及签功能新一互代D亚CS越监督眠控制团层软壶件的蒜设计箱方案①多域什管理店结构多域澡结构芳设计壁，使能得系准统的衡规模递可无址限扩祥大，晕采用冷“域当监控没”的厦概念抛，可届根据勺对象慎的位谁置、习范围眯、功桐能和买操作垂特点防等，芝把整坦个大赚型控天制系在统用永高速围实时液冗余焦网络锄分成性若干柔相对决独立炕的分衬系统靠，一蜂个分捡系统战构成育一个垫域，柱是一轰个功智能完上整的声DC狱S系换统。菜各个枝域间放可以五通过借标准思协议独或中宽间件悉进行农数据浑交换种。第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

多域饼管理逗结构垄示意肃图第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

②客户券机/服务孕器结劲构客户陶机/等服务叛器(悄Cl员ie宇nt亭/S铃er钻ve紧r)盏结构足即瞎C/鼠S霞结构芝，是走近年诊来随搅着网衡络技惑术和霸数据坚库技希术而格发展台起来窗的网炊络软秘件运渠行的蒙一种肆形式赵。通艺常的看客户岔机/嘴服务资器模感式的扛系统很，有玩一台刻或多题台服宿务器朋及大异量的谊客户政机。厉服务治器配皂备大滩容量爹存储坛器并陷安装都数据伸库系灭统，存用于欧数据孕的存攀放和禁检索章；客梨户端赌安装裹专用刻的软敏件，朱负责捆数据练的输润入、冒运算昨和输晃出。C/可S结构犹示意摧图第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

工程鞠师站妈是对艺DC饺S进扯行离觉线的光配置家、组爱态工枝作和夏在线俗的系毫统监闭督、梳控制驻、维糊护的苹网络坡节点币。其薯主要晚功能远是提皂供对穴DC疏S进由行组尸态、疤配置僵的工四具软芽件即究组态槽软件连，并石通过医工程片师站办及时侄调整掀系统货配置渔及一馅些系旋统参宣数的议设定型，使揪DC锣S随麦时处蕉于最疯佳工男作状四态之疗下。镰工程绩师站泳中装图载了柱操作过员站尘软件朗后也员可以钓作为违操作葵员站蜜使用徐。2.工程梨师操伞作站⑴工程除师站始的硬浪件构迹成一般螺放在侮机房昆内，笔工作节环境吩较好形，对气系统舌工程危师站蒜的硬赴件没蛾有什次么特淡殊要犁求，收因此仿不一雾定非争要选倍用工响业型点的机殊器，栗选用瞒普通便的微减型计滨算机烘或工眉作站即可，声但由恭于工仅程师难站要先长期朴连续翠在线瓜运行辆，因仍此其斯可靠耀性要泡求较递高。第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

⑵工程怖师站崭的软副件功划能系统友工程买师站席的功待能主厚要包颠括对迹系统夸的组杨态功眼能及耀对系船统的慢监督性功能猾。①组态裳软件组态辣软件菠安装丈在工乐程师塞站中描，这皇是一肆组软井件工匹具，拣是为慈了将午通用瓜的、寄有普固遍适缸应能唤力的奏DC尿S系眨统，风变成证一个层针对笔某一而个具屈体应慨用控垄制工扫程的跳专门夏DC兼S控寇制系爽统。附为此巴，系留统要之针对伞这个届具体词应用柱进行踢一系慈列定类义，件如硬狮件配滚置、众数据纲库的粱定义罚、控矛制算波法程签序的券组态眼、监咽控软搜件的何组态宽，报胜警报数表的朱组态彩等。系统慌工程仓师在绳进行拾系统盏的组片态工树作时蚂，可途依照除给定架的运腐算功津能模辟块进酸行选悼择、膛连接酬、组地态和编设定返参数派，用旧户无换须编袭制程诵序。第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

②监督包软件主要闹功能抹是人洲机界怀面，宽其中恋包括辽图形猴画面铲的显估示、莫对操锐作员炎操作膊命令寄的解华释与塔执行岛、对拜现场掌数据喊和状勤态的压监视巧及异椒常报爬警、和历史蛙数据狼的存慢档和巩报表苗处理恨等。与操刑作员框站不这同，淋工程馅师站脆必须轮对D廉CS候本身谣的运匹行状培态进盗行监芬视，幕包括恢各个枪现场生I/茅O控盗制站龟的运郊行状节态、猜各操冲作员趣站的状运行竞情况惜、网揪络通环信情厨况等舞等。锹一旦朋发现聋异常藏，系顽统工厚程师吐必须厨及时味采取烟措施锣，进英行维阵修或抢调整智，以犹保证屿DC程S连织续正肃常运阀行，言不会停因对蚀生产费过程捕的失棍控造尚成损眯失。同监控絮软件洞还具时有对婚组态鹅的在慨线修份改功院能，堤如上徐、下讲限定撤值的暮改变液，控忙制参放数的凝修整猜，对轻检测使点甚晕至对镇某个锡现场物I/沫O站递的离读线直池接操帮作。第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

集中总操作料监控走级的妖控制扫软件疲包集中础操作氧监控爆级的具操作惨显示真软件润包为接用户播提供凡了丰拌富的凯人-驻机接炒口联杠系功禽能。渔在显夜示器嚷和键帮盘组辨成的挠操作暮站上乎进行之集中租操作嫁监视袭，可享以选汉择多矮种图商形显桑示画毅面，浊如总牙貌显袜示、卫分组据显示棋、回束路（就点）脱显示母、趋笋势显颈示、仓流程丢显示因、报贴警显言示和吩操作璃指导闪等画典面，肉并可萍以在粱图形事画面至上进陵行各题种操证作，谢所以亚它可哥以完掠全取牵代常雹规模妈拟仪优表盘猜。D晚CS赤的监羽督控年制层崭集中跑了全贵部工告艺过班程的祸实时姥数据叠和历就史数高据。然这些挽数据特除了命用于构DC绳S的难操作退员监司视外应，还济应该锯满足燥外部匹应用东需要桂，例闷如全撒厂的择调度神管理突，材梅料成源本核弄算等城，使解之产姐生出失更大哲的效榜益。第12章集散控制系统12.3

DCS的集中操作监控级

当前雕国内经市场禁上已葬经成颈功运狱行着碑十几替种通萌用监绣控组桐态软怒件。辫不管仓组态辩的操稀作形尽