集散控制系统

2023/9/251集散控制系统2023/9/252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。2023/9/253DCS的发展

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第一阶段（1975年—1980年）

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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

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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

2023/9/254◆

第二阶段（1980年—1985年）

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

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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

2023/9/255◆

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

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典型产品有Honeywell公司的TDCS3000，日本横河公司的Centum-XL，Bailey的INFI-90等2023/9/256◆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

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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)2023/9/257二、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2023/9/2582023/9/259

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。2023/9/2510§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

2023/9/2511二、分散控制不仅仅指控制上的分散，随着生场规模越来越大操作管理不可能在一个控制室内完成，因此还有其他的含义：如：人员的分散、地域的分散、功能的分散、危险的分散、及操作的分散。三、自治和协调性分散的基础是集散控制系统应是自治的系统递阶分级的基础是被分散的系统应是相互协调的系统１、DCS的各组成部分使各自为政的自治系统，各自完成各自的功能，相互又有联系，数据信息相互交换，各种条件相互制约在系统的协调下工作。２、分散过程控制装置是一个自治的系统，它完成数据的采集、信号处理、计算及输出功能2023/9/2512§1.3集散控制系统的展望一、总述

集散控制系统将向两个方向发展：

一个是向上发展：向CIMS计算机集成制造系统，CIPS计算机集成过程系统发展。另一个是向下发展：即向FCS现场总线发展二、信息化集成系统提供了从现场到设备，从设备到车间、从车间到工厂、从工厂到企业集团的整个信息通道，体现了信息的全面性、准确性、实时性和系统性。１、硬件

存贮容量、传输速度、标准接口以及操作环境都有了很大的改变。２、软件

软件方面采用了标准化原则、实用性、安全性、和性价比原则

2023/9/2513二、场总线控制系统FCS(feildbuscontrolsystem)DCS未来发展的趋势1、现场总线

现场总线的应用在仪器仪表业带来一场深刻的变革，将传统的信号、通信、系统标准河自控系统的体系结构、设计方法，安装调试等也将带来新的思路。2、现场基金会FF

1994年成立10月成立，120成员单位，中国有冶金部自动化研究所、北京华控技术有限公司、中国仪器仪表协会等单位加入。基金会现场总线是在多台智能化现场设备及自动化系统间的有数字化的双向的多站通信连结而成的一种网络，取代了4--20mA模拟信号标准，用于连结智能现场总想仪表和控制室设备的双向数字多站通信协议。2023/9/2514

３、现场总线的特点①用户对产品的选择权增至最大②消除了4－20mA模拟仪表通信的瓶颈现象③降低现场安装费用和减少相应设备④为用户提供更多功能⑤增强了系统的自治性⑥提高系统的检测精度和鲁棒性⑦系统组态简单，安装运行和维修方便三、现场总线控制系统FCS

现场总线控制系统将是控制的到最终地分散，它把控制功能移到了现场没了控制站。有人预计二十一世纪的控制是FCS取代DCS时代。但是，现场总线研究课题开发工作还在进行之中，一些控制功能和标准还不完善，发展方向拭目以待。2023/9/25152023/9/25162023/9/25172023/9/25182023/9/25192023/9/25202023/9/25212023/9/25222023/9/25232023/9/25242023/9/2525分布式控制的技术发展系统硬件的发展

◆开放结构的工作站

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整体运算速度快

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存贮容量大

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图形处理功能强

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良好的安全保护系统

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友好的人机界面2023/9/2526分布式控制的技术发展（续）

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现场总线

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互操作性

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更低的安装费用

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更低的维护费用

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有助于维护

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改进功能2023/9/2527分布式控制的技术发展（续）

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现场总线

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互操作性

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更低的安装费用

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更低的维护费用

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有助于维护

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改进功能2023/9/2528分布式控制的技术发展（续）◆

开放的网络结构

—Client/Server网络结构

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标准网络通信接口

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数字仪表综合化

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数字仪表可实现数据采集、控制功能运算、操作监视、报警和控制，一些仪表还包括高级的控制算法

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采用数字仪表可大大节约现场接线和安装费用，现场信号用同轴电缆传送