1、幻灯片 1第二章第二章 集散控制系统集散控制系统 （ DCS）幻灯片 22.1 DCS 的形成、发展和特点的形成、发展和特点2.1.1 DCS 的概念的概念集散控制系统（集散控制系统（ Distributed Control System）亦称分布式控制系统（简称）亦称分布式控制系统（简称DCS） ，是结合多种先进技术而形成的，对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制，是结合多种先进技术而形成的，对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种控制技术，是随着现代大型工业生产自动化的不断发展和过程控制要求的日益复杂的一种控制技术，是随着现代大型工业生产自动化的不断发展和过程控制要求的日益
2、复杂应运而生的一种综合控制系统，是完成过程控制、过程管理的现代化设备。应运而生的一种综合控制系统，是完成过程控制、过程管理的现代化设备。 幻灯片 3国外称集散控制系统是国外称集散控制系统是 4C 技术的产物。这技术的产物。这 4C 就是指控制技术（就是指控制技术（ Control） 、计、计算机技术（算机技术（ Computer） 、通信技术（、通信技术（ Communication） 、和、和 CRT（ Cathode Ray Tube）技术。）技术。DCS 既不同于分散的仪表控制，又不同于集中式计算机控制系统，是既不同于分散的仪表控制，又不同于集中式计算机控制系统，是 4C 技术相互渗透发
3、展技术相互渗透发展而产生的而产生的 。幻灯片 42.1.2 DCS 的发展情况的发展情况过程控制设备的发展历史，大概有以下几个阶段：过程控制设备的发展历史，大概有以下几个阶段： 30 年代年代 机械式仪表现场机械式仪表现场操作；操作； 40 年代年代 大型气动式仪表控制室操作；大型气动式仪表控制室操作； 50 年代年代 气动单元组合仪表控制室操作；气动单元组合仪表控制室操作；60 年代年代 电动单元组合仪表；电动单元组合仪表； 70 年代年代 集散控制系统。即经过了就地分散控制集散控制系统。即经过了就地分散控制 模模拟仪表集中控制拟仪表集中控制 计算机集中控制计算机集中控制 计算机分散控制（计
4、算机分散控制（ DCS）几个阶段。）几个阶段。集散控制系统从诞生之日起，已经历了三代，目前的第四代正在发展之中。集散控制系统从诞生之日起，已经历了三代，目前的第四代正在发展之中。 幻灯片 5 DCS 开创期：开创期： 1975 1980 年年 代表产品：代表产品： Honeywell， TDC2000 FOXBORO， Spectrum Baily， N-90 恒河，恒河， CENTUM这些第一代的集散控制系统以微处理器为基础的过程控制单元，实现多种控制功能算法，这些第一代的集散控制系统以微处理器为基础的过程控制单元，实现多种控制功能算法，并实现分散控制；采用带显示器的操作站，与过程控制单元分
5、离，实现集中监视、集中操并实现分散控制；采用带显示器的操作站，与过程控制单元分离，实现集中监视、集中操作、信息综合管理；采用较先进的冗余通信系统、用同轴电缆作为传输媒质，实现控制单作、信息综合管理；采用较先进的冗余通信系统、用同轴电缆作为传输媒质，实现控制单元与操作站的通信，已具有元与操作站的通信，已具有 DCS 的基本特点（即分散控制，集中管理）的基本特点（即分散控制，集中管理） ，是，是 DCS 的雏形。的雏形。 幻灯片 6 DCS 成长过渡期：成长过渡期： 1980 1985 年年 代表产品：未变代表产品：未变 第二代的主要特点是在原来产品的基础上进行改进，进一步提高可靠性并扩展和增强第
6、二代的主要特点是在原来产品的基础上进行改进，进一步提高可靠性并扩展和增强了功能。了功能。 其特点是采用模块化、标准化设计，数据通信向标准化迁移，板级模块化，单元结其特点是采用模块化、标准化设计，数据通信向标准化迁移，板级模块化，单元结构化，使之具有更强适应性和可扩充性；新开发的多功能过程控制站、增强型操作站构化，使之具有更强适应性和可扩充性；新开发的多功能过程控制站、增强型操作站采用了采用了 16 位位 CPU 及高分辨率及高分辨率 CRT 技术；通信系统已采用局域网络（从主从式的星形变技术；通信系统已采用局域网络（从主从式的星形变为总线网络或环网通信）为总线网络或环网通信） ，使系统通信范围
7、扩大，同时数据传输速率也大大提高；控制，使系统通信范围扩大，同时数据传输速率也大大提高；控制功能更加完善，它能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制功能。功能更加完善，它能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制功能。其基本结构由六部分组成，即局域网络、多功能现场控制站、增强型操作站、主计算机、其基本结构由六部分组成，即局域网络、多功能现场控制站、增强型操作站、主计算机、网络连接器和系统管理站等。网络连接器和系统管理站等。 幻灯片 7 DCS 完善期：完善期： 80 年代中后期年代中后期 代表产品：代表产品： Honeywell， TDC3000 FOXBORO， I/A SERIES
8、Baily， INFI-90 Moore ， PACS 这阶段的特点是向开放式、标准化方向发展：实现了开放式的系统通信，这阶段的特点是向开放式、标准化方向发展：实现了开放式的系统通信， 向上能与向上能与 MAP 和和 Ethernet 接口，或者通过网间连接器与其它网络联系，构成复合管理系统，并与不同接口，或者通过网间连接器与其它网络联系，构成复合管理系统，并与不同制造商的产品能进行数据通信；向下支持现场总线，它使得过程控制或车间的智能变送器、制造商的产品能进行数据通信；向下支持现场总线，它使得过程控制或车间的智能变送器、执行器和本地控制器之间能实现可靠的实时数据通信。执行器和本地控制器之间能
9、实现可靠的实时数据通信。 幻灯片 8 开放系统是第三代集散控制系统主要特征。根据开放系统是第三代集散控制系统主要特征。根据 X/OPEN 协会的定义，以规范化与实际协会的定义，以规范化与实际存在的接口标准为依据而建立的计算机系统、网络系统及相关的通信系统，这些标准存在的接口标准为依据而建立的计算机系统、网络系统及相关的通信系统，这些标准可为各种应用系统的标准平台提供软件的可移植性、系统的互操作性、信息资源管理可为各种应用系统的标准平台提供软件的可移植性、系统的互操作性、信息资源管理的灵活性和更大的可选择性。的灵活性和更大的可选择性。 开放系统的基本特征如下：开放系统的基本特征如下： 可移植性（
10、可移植性（ portability） 互操作性（互操作性（ interoperability） 可适宜性（可适宜性（ scalability）可得到性（可得到性（ availability） 幻灯片 9 DCS 管控一体化时期：管控一体化时期： 90 年代初至今年代初至今 代表产品：代表产品： Honeywell， TPS 系统（系统（ Total Plant System） PKS 系统系统 (Process knowledge System) FOXBORO， I/AS 50/51 系列控制系统系列控制系统 Invensys 横河，横河， CENTUM CS ABB， ADVANT 系统系
11、统 OCS 开放控制系统开放控制系统当今的当今的 DCS 是生产过程控制系统与信息管理系统紧密结合的是生产过程控制系统与信息管理系统紧密结合的 “管控一体化管控一体化 ”的新一代集散的新一代集散型控制系统。由于工厂、企业的信息集成和管理已经提到一定的高度，型控制系统。由于工厂、企业的信息集成和管理已经提到一定的高度， DCS 系统的功能已系统的功能已不再只局限于生产过程的控制，在整个工厂、集团公司的管理中，不再只局限于生产过程的控制，在整个工厂、集团公司的管理中， DCS 也能发挥相应的作也能发挥相应的作用。用。 幻灯片 10DCS 发展趋势：发展趋势：向上发展：即向计算机集成制造系统（向上发
12、展：即向计算机集成制造系统（ CIMS： Computer Integrated Manufacturing System） 、计算机集成过程系统（、计算机集成过程系统（ CIPS： Computer Integrated Production System）等信息化集成化系统发展。）等信息化集成化系统发展。向下发展：即向现场总线控制系统发展（向下发展：即向现场总线控制系统发展（ FCS： Fieldbus Control System） ，把，把系统控制能力移到现场，使得控制得到最终的分散，减少了输入输出的接口，减少了机柜系统控制能力移到现场，使得控制得到最终的分散，减少了输入输出的接口，减
13、少了机柜的空间和附属设备。的空间和附属设备。 幻灯片 112.1.3 DCS 的特点的特点DCS 集散控制是一个以通信网为纽带的集中显示、操作、管理、控制相对分散的集散控制是一个以通信网为纽带的集中显示、操作、管理、控制相对分散的多级计算机网络控制系统，由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成。多级计算机网络控制系统，由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成。DCS 具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等特点。中、人机界面友好、安装简单规范
14、化、调试方便、运行安全可靠等特点。 幻灯片 12 分级递阶系统分级递阶系统 垂直方向：至少分为两级垂直方向：至少分为两级 操作管理级和过程控制级。操作管理级和过程控制级。水平方向：相互谐调的分级，把数据向上传送到管理级，同时接收操作管理级水平方向：相互谐调的分级，把数据向上传送到管理级，同时接收操作管理级的指令，各个水平分级之间相互进行数据交换。的指令，各个水平分级之间相互进行数据交换。 幻灯片 13 分散控制分散控制 集中：集中： DDC，一旦计算机出现故障，将造成过程操作的全部瘫痪。，一旦计算机出现故障，将造成过程操作的全部瘫痪。分散：不仅是分散控制，还包含其它含义，如人员分散，地域分散，
15、功能分散，分散：不仅是分散控制，还包含其它含义，如人员分散，地域分散，功能分散，设备分散，操作分散等。目的是使危险分散，提高设备的可利用率。设备分散，操作分散等。目的是使危险分散，提高设备的可利用率。 幻灯片 14 自治和谐调性自治和谐调性 DCS 上各工作站独立自主地完成分配给自己的规定任务，具有控制功能分散，上各工作站独立自主地完成分配给自己的规定任务，具有控制功能分散，危险分散的特点，提高了系统的可靠性。各站的容量可扩充，配套软件随时可组态加危险分散的特点，提高了系统的可靠性。各站的容量可扩充，配套软件随时可组态加载，是一个能独立运行的高可靠性子系统。载，是一个能独立运行的高可靠性子系统
16、。 各自独立的部分通过实时高可靠的工业控制局部网络传送各种信息并协调工作，各自独立的部分通过实时高可靠的工业控制局部网络传送各种信息并协调工作，实现整个系统的信息共享；根据系统的特性对各个工作站进行协调控制，从而完成控制系实现整个系统的信息共享；根据系统的特性对各个工作站进行协调控制，从而完成控制系统的总体功能和优化控制。统的总体功能和优化控制。 幻灯片 15 友好性友好性 DCS 的人机接口和软件面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人的人机接口和软件面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员，操作方便，显示直观，了解生产状况直观。员，操作方便，显示直观，了解生产状况直观。DCS
17、 软件采用实用而简捷的人机会话系统软件采用实用而简捷的人机会话系统 ,CRT 高分辨率交互图形显示高分辨率交互图形显示 ,复合窗口复合窗口技术技术 ,画面丰富画面丰富 ,纵观、控制、调整、趋势、流程图、回路一览、批量控制、计量报表、操纵观、控制、调整、趋势、流程图、回路一览、批量控制、计量报表、操作指导画面、菜单功能等均具有实时性。平面密封式薄膜操作键盘、触摸式屏幕、鼠标器、作指导画面、菜单功能等均具有实时性。平面密封式薄膜操作键盘、触摸式屏幕、鼠标器、跟踪球等操作设备使其更便于操作。跟踪球等操作设备使其更便于操作。 幻灯片 16 适应性、灵活性和可扩充性适应性、灵活性和可扩充性 DCS 的硬
18、件和软件采用开放式、标准化和模块化设计，系统为积木式结构，的硬件和软件采用开放式、标准化和模块化设计，系统为积木式结构，具有灵活的配置，可适应不同用户的需要。具有灵活的配置，可适应不同用户的需要。 当工厂根据生产需要改变生产工艺和流程时，可改变系统的某些配置和控制方案，当工厂根据生产需要改变生产工艺和流程时，可改变系统的某些配置和控制方案，通过组态软件，进行一些填写表格式的操作即可实现。通过组态软件，进行一些填写表格式的操作即可实现。 幻灯片 17 在线性与实时性在线性与实时性通过人机接口和通过人机接口和 I/O 接口，接口， DCS 对过程对象的数据进行实时采集、处理、记录、对过程对象的数据
19、进行实时采集、处理、记录、监视、操作控制，并包括对系统结构和组态回路的在线修改、局部故障的在线维护等，提监视、操作控制，并包括对系统结构和组态回路的在线修改、局部故障的在线维护等，提高了系统的可用性。高了系统的可用性。 幻灯片 18 可靠性可靠性高可靠性、高效率和高可用性是高可靠性、高效率和高可用性是 DCS 的生命力所在，系统在设计阶段就采用了一的生命力所在，系统在设计阶段就采用了一系列可靠性设计技术。如：容错设计、冗余设计（硬件双重化）系列可靠性设计技术。如：容错设计、冗余设计（硬件双重化） 、在线故障排除设计以及一、在线故障排除设计以及一系列抗干扰措施，使系统的可靠性得到了全面的提高。系
20、列抗干扰措施，使系统的可靠性得到了全面的提高。 幻灯片 192.1.4 国内国内 DCS 的发展情况的发展情况DCS 问世于问世于 1975 年，生产厂家主要集中在美、日、德等国。我国从年，生产厂家主要集中在美、日、德等国。我国从 70 年代中后年代中后期起，首先以大型进口设备成套引入国外的期起，首先以大型进口设备成套引入国外的 DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等项目。当时，首批有化纤、乙烯、化肥等项目。当时，我国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）的我国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）的 DCS 基本全部进口。基本全部进口。 80 年代初期在引进、年代初期在引进、消化和吸收的同时，开始
21、了研制国产化消化和吸收的同时，开始了研制国产化 DCS 的技术攻关。的技术攻关。幻灯片 20近十几年来，特别是近十几年来，特别是 “九五九五 ”以来，我国以来，我国 DCS 系统研发和生产发展很快，崛起了一系统研发和生产发展很快，崛起了一批优秀企业，但国外批优秀企业，但国外 DCS 产品在国内市场中占有率还较高，其中主要是产品在国内市场中占有率还较高，其中主要是 Honeywell 和恒河和恒河公司的产品。今后几年，公司的产品。今后几年， DCS 作为自动化仪表行业主要产品的地位不会动摇。作为自动化仪表行业主要产品的地位不会动摇。幻灯片 212.2 DCS 的体系结构的体系结构2.2.1 DC
22、S 的体系结构概述的体系结构概述DCS 的结构是一个分布式系统，从整体逻辑结构上讲，是一个分支树结构。其纵的结构是一个分布式系统，从整体逻辑结构上讲，是一个分支树结构。其纵向结构分为过程控制级、控制管理级和生产管理级三级递阶结构。整个系统由向结构分为过程控制级、控制管理级和生产管理级三级递阶结构。整个系统由 3 部分构成，部分构成，即集中管理部分、分散控制监测部分和网络通信部分。即集中管理部分、分散控制监测部分和网络通信部分。 幻灯片 22DCS 体系结构示意图体系结构示意图 ：幻灯片 23DCS 系统层次化结构的形成，经历了系统层次化结构的形成，经历了 20 世纪世纪 60 年代的中央计算机
23、集中控制，年代的中央计算机集中控制， 20 世纪世纪70 年代的两级自动化控制结构和其后的三层计算机控制系统三个阶段。右图为三级计算机年代的两级自动化控制结构和其后的三层计算机控制系统三个阶段。右图为三级计算机控制系统图。控制系统图。 幻灯片 24DCS 系统的体系结构按功能通常分为四级，第一级为直接控制级，第二级为过程系统的体系结构按功能通常分为四级，第一级为直接控制级，第二级为过程管理级，第三级为产品管理级，第四级为经营管理级。各级之间通过通信网络相连，各级管理级，第三级为产品管理级，第四级为经营管理级。各级之间通过通信网络相连，各级内部各站或单元由本级的通信网络进行通信联系。内部各站或单
24、元由本级的通信网络进行通信联系。 幻灯片 25DCS 系统的功能分层图系统的功能分层图 ：幻灯片 262.2.2 DCS 体系结构的各层功能体系结构的各层功能DCS 体系结构的各级功能，总体上可用下图表示：体系结构的各级功能，总体上可用下图表示： 幻灯片 27 直接控制级（过程控制级）直接控制级（过程控制级）在这一级上，过程控制计算机直接与现场各类装置（变送器、执行器、记录仪等）在这一级上，过程控制计算机直接与现场各类装置（变送器、执行器、记录仪等）相连，对所连接的装置实施检测与控制，同时接收上层来的管理信息，并向上层传递装置相连，对所连接的装置实施检测与控制，同时接收上层来的管理信息，并向上
25、层传递装置的特性数据和采集到的实时数据。的特性数据和采集到的实时数据。 幻灯片 28直接过程控制级是集散控制系统的基础，其主要功能有：直接过程控制级是集散控制系统的基础，其主要功能有：（ 1）进行过程数据采集：现场检测模拟量、数字量和脉冲量的输入）进行过程数据采集：现场检测模拟量、数字量和脉冲量的输入 /输出并进行转换输出并进行转换处理，控制运算结果的直接输出。处理，控制运算结果的直接输出。 （ 2）进行直接的数字过程控制：根据控制组态数据库中的控制算法模块，各种控制回）进行直接的数字过程控制：根据控制组态数据库中的控制算法模块，各种控制回路的运算路的运算 (回路调节、逻辑运算等等回路调节、逻
26、辑运算等等 )，来实施对实时过程量的控制。，来实施对实时过程量的控制。 （ 3）进行设备监测和系统的测试和诊断：把过程变量和状态信息提取后，分析是否可）进行设备监测和系统的测试和诊断：把过程变量和状态信息提取后，分析是否可以接受以及是否允许向高层传输，进而确定是否对被控装置实施调节以接受以及是否允许向高层传输，进而确定是否对被控装置实施调节 ；必要时实施报警、；必要时实施报警、错误或诊断报告等措施。错误或诊断报告等措施。 （ 4）实施安全性、冗余化方面的措施：一旦发现故障，就立即实施备用件的切换）实施安全性、冗余化方面的措施：一旦发现故障，就立即实施备用件的切换 。 幻灯片 29 过程管理级过
27、程管理级 在这一级上的过程管理计算机主要有监控计算机、操作站、工程师站。它综在这一级上的过程管理计算机主要有监控计算机、操作站、工程师站。它综合监视过程各站的所有信息，集中显示操作，控制回路组态和参数修改，优化过程处合监视过程各站的所有信息，集中显示操作，控制回路组态和参数修改，优化过程处理等。这一层的具体功能有理等。这一层的具体功能有 : 优化过程控制优化过程控制 自适应回路控制自适应回路控制 优化单元内各装置优化单元内各装置 幻灯片 30工程师站：负责系统的管理、控制组态、系统的生成与下装；工程师站：负责系统的管理、控制组态、系统的生成与下装； 操作员站：是人机接口，由操作员站：是人机接口
28、，由 PC 机系统机系统 (含含 CRT、键盘、打印机、键盘、打印机 )负责生产工艺的操负责生产工艺的操作控制、过程状态显示、报警状态显示、实时数据和历史数据的显示、打印等；作控制、过程状态显示、报警状态显示、实时数据和历史数据的显示、打印等； 上位机：即管理计算机，它实现生产调度管理、优化计算、生产经营管理与分析上位机：即管理计算机，它实现生产调度管理、优化计算、生产经营管理与分析决策等层次的管理和计算。决策等层次的管理和计算。 幻灯片 31 产品管理级（生产管理级）产品管理级（生产管理级） 在这一级上的管理计算机根据产品各部件的特点，协调各单元级的参数设定，在这一级上的管理计算机根据产品各
29、部件的特点，协调各单元级的参数设定，是产品的总体协同员和控制器，负责厂级的生产调度和优化。是产品的总体协同员和控制器，负责厂级的生产调度和优化。要求根据用户的订货情况、库存情况、能源情况来规划各单元中的产品结构和规要求根据用户的订货情况、库存情况、能源情况来规划各单元中的产品结构和规模，并可对产品重新计划，随时更改产品结构。对于综合全厂生产和产品监视，以及产品模，并可对产品重新计划，随时更改产品结构。对于综合全厂生产和产品监视，以及产品报告也都在这一层实现，并与上层交换传递数据。具体有：规划产品结构和规模；产品监报告也都在这一层实现，并与上层交换传递数据。具体有：规划产品结构和规模；产品监视；
30、产品报告；工厂生产监视。视；产品报告；工厂生产监视。 幻灯片 32 经营管理级经营管理级经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层，负责全厂的总体协调管理，包括工经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层，负责全厂的总体协调管理，包括工程技术方面、经济方面、商业事务方面、人事活动等等，以达到组合优化的目的程技术方面、经济方面、商业事务方面、人事活动等等，以达到组合优化的目的 。 幻灯片 33这一级的主要功能包括：这一级的主要功能包括：市场经济情报：包括情报收集、市场分析、预测、用户反馈、市场趋势等。市场经济情报：包括情报收集、市场分析、预测、用户反馈、市场趋势等。 销售管理：包括合同管理、定货交货统计
31、、合同履行、材料库存、外购定货管理销售管理：包括合同管理、定货交货统计、合同履行、材料库存、外购定货管理等。等。 生产管理：生产定货安排、零部件计划、外协管理、工期管理等。生产管理：生产定货安排、零部件计划、外协管理、工期管理等。 成本控制：包括制造成本、管理成本、价格核定等。成本控制：包括制造成本、管理成本、价格核定等。 质量管理：包括零部件、半成品、成品质量、外协部件质量控制的统计、工艺参质量管理：包括零部件、半成品、成品质量、外协部件质量控制的统计、工艺参数分析等。数分析等。 幻灯片 342.2.3 DCS 示例霍尼韦尔示例霍尼韦尔 TDC-3000 系统系统 美国美国 Honeywel
32、l 公司公司 1975 年推出第一套集散控制系统年推出第一套集散控制系统 TDC-2000 以来，相继推出以来，相继推出TDC-3000、 TDC-3000*和和 TPS 系统。目前，在世界上应用较广而又具有四层体系结构的首推系统。目前，在世界上应用较广而又具有四层体系结构的首推Honeywell 公司推出的公司推出的 TDC 3000 系统，它于系统，它于 1983 年年 10 月发布，其宗旨就是要解决过程控月发布，其宗旨就是要解决过程控制领域内的关键问题制领域内的关键问题 过程控制系统与信息管理系统的协调，为实现全厂生产管理提供最过程控制系统与信息管理系统的协调，为实现全厂生产管理提供最佳
33、系统。佳系统。 而而 TPS 是是 Total Plant Solution 的缩写，它是全厂一体化系统。的缩写，它是全厂一体化系统。幻灯片 35在集散控制系统的构成图上，高速数据公路为通信系统的部分是该公司的第一代在集散控制系统的构成图上，高速数据公路为通信系统的部分是该公司的第一代系统（系统（ TDC-2000） ；以就地控制网（；以就地控制网（ LCN）为通信系统的部分是第二代系统（）为通信系统的部分是第二代系统（ TDC-3000） ；以；以万能控制网（万能控制网（ UCN）为过程控制器的通信网络、以）为过程控制器的通信网络、以 UCN 为开放式平台的为开放式平台的 TDC-3000*
34、系统是第系统是第三代系统；而三代系统；而 TPS 系统是以系统是以 WinNT 为开放式平台的新一代系统。为开放式平台的新一代系统。 幻灯片 36TDC-3000 系统分层结构图系统分层结构图 幻灯片 37 通信系统通信系统TDC-3000 系统的通信网络包括工厂信息网（系统的通信网络包括工厂信息网（ PIN） 、就地控制网（、就地控制网（ LCN） 、万能控制、万能控制网（网（ UCN） 、数据高速公路（、数据高速公路（ DH）和现场总线。）和现场总线。幻灯片 38工厂信息网（工厂信息网（ PIN）：信息管理的重要组成部分，通过）：信息管理的重要组成部分，通过 TPS 节点（节点（ GUS、
35、 PHD） ， PIN可直接与可直接与 LCN 相连，实现管理信息系统与过程控制系统相连。相连，实现管理信息系统与过程控制系统相连。局部控制网络（局部控制网络（ LCN）：是）：是 TPS 系统的主干网，符合系统的主干网，符合 IEEE 802.2 和和 IEEE 802.4 的的载波通信网络，曼彻斯特编码，实时时钟速率载波通信网络，曼彻斯特编码，实时时钟速率 12.5kHZ。媒体控制采用令牌存取通信控制。媒体控制采用令牌存取通信控制方式，符合方式，符合 IEEE802.4（令牌总线访问控制）（令牌总线访问控制） ，数据传输速率，数据传输速率 5Mbit/s，总线型拓扑结构。，总线型拓扑结构。
36、幻灯片 39万能控制网络（万能控制网络（ UCN）：是）：是 1988 年开发的以年开发的以 MAP 为基础的双重化实时控制网络，为基础的双重化实时控制网络，令牌传送载波带（模拟信号）总线网络，数据传输速率为令牌传送载波带（模拟信号）总线网络，数据传输速率为 5Mbit/s，支持，支持 32 个冗余设备。个冗余设备。数据公路（数据公路（ Data Highway）：是第一代集散型控制系统的通信系统，采用串行、）：是第一代集散型控制系统的通信系统，采用串行、半双工方式工作，优先存取和定时询问方式控制，传输介质为半双工方式工作，优先存取和定时询问方式控制，传输介质为 75 同轴电缆，传输速率为同轴
37、电缆，传输速率为250 kBit/s。 DH 上设置了一个通信指挥器上设置了一个通信指挥器 HTD 来管理通信，任何来管理通信，任何 DH 之间的通信必须由之间的通信必须由 HTD指挥。指挥。 幻灯片 40 分散过程控制装置分散过程控制装置 Honeywell 的的 TDC-3000 系统提供三个不同等级的分散控制：系统提供三个不同等级的分散控制： 以过程控制设备（如以过程控制设备（如 PM、 LM 以及以及 DH 上各设备）为基础，并对控制元件进行上各设备）为基础，并对控制元件进行控制的过程控制级；控制的过程控制级； 先进控制级，包括比过程控制级更加复杂的控制策略和控制计算，通常称为先进控制
38、级，包括比过程控制级更加复杂的控制策略和控制计算，通常称为工厂级；工厂级；最高控制级，提供用于高级计算的技术和手段，例如适用于复杂控制的过程模型，最高控制级，提供用于高级计算的技术和手段，例如适用于复杂控制的过程模型，过程最优控制及线性规划等，称为联合级。过程最优控制及线性规划等，称为联合级。 幻灯片 41 TDC-3000 系统的操作和管理站系统的操作和管理站 增强型操作站（增强型操作站（ EOS） ，它是，它是 TDC-2000 CRT 操作站的改进型操作站的改进型 ； 本地批量操作站（本地批量操作站（ LBOS） ，主要用于小系统；，主要用于小系统； 万能操作站（万能操作站（ US） ，
39、是，是 TPS 系统中主要的人机界面，是综合管理的人机接口；系统中主要的人机界面，是综合管理的人机接口； 新操作站（新操作站（ US） ，是带有工业标准协处理器的万能操作站，采用，是带有工业标准协处理器的万能操作站，采用 RISC 工作工作站处理器，操作系统的软件是站处理器，操作系统的软件是 HP-UX，开放的，开放的 X-WINDOW 技术，操作员能够同时观察工技术，操作员能够同时观察工厂信息、网络数据和过程控制数据。厂信息、网络数据和过程控制数据。 全局用户操作站（全局用户操作站（ GUS： Global User Station） ，是采用，是采用 WinNT 操作系统的操作系统的 TP
40、S 节节点之一，采用点之一，采用 LCN 和和 Intel Pentium II 双处理器系统。双处理器系统。 幻灯片 42 系统模件系统模件 TDC 3000 系统在系统在 LCN 上挂接多种模件：上挂接多种模件： 万能操作站（万能操作站（ US） 。 历史模件（历史模件（ HM）可以收集和存储历史数据，存储系统和控制组态数据。）可以收集和存储历史数据，存储系统和控制组态数据。 应用模件（应用模件（ AM）用于连续控制、逻辑控制、报警处理和批量历史收集等等，）用于连续控制、逻辑控制、报警处理和批量历史收集等等，其控制策略可用标准算法。此外，还有优化用工具软件包：回路自整定软件包、预测其控制策
41、略可用标准算法。此外，还有优化用工具软件包：回路自整定软件包、预测控制软件包、实时质量控制软件包控制软件包、实时质量控制软件包 (SPQC） 、过程模型和优化软件包等。、过程模型和优化软件包等。 可编程序控制器接口（可编程序控制器接口（ PLCG） 。 计算机接口（计算机接口（ CG） ，提供与其他厂家如，提供与其他厂家如 DEC、 IBM、 HP 等主计算机之间的连接。等主计算机之间的连接。 网络接口模件（网络接口模件（ NM） ，提供，提供 UCN 和和 LCN 之间的连接。之间的连接。数据公路接口（数据公路接口（ HG） ，将数据公路（，将数据公路（ DH）与）与 LCN 相连。相连。
42、幻灯片 432.3 DCS 的硬件结构的硬件结构2.3.1 DCS 硬件结构概述硬件结构概述目前，世界上的目前，世界上的 DCS 生产厂家很多，不同的系统采用的计算机硬件差别很大。对生产厂家很多，不同的系统采用的计算机硬件差别很大。对于现场控制站，从可编程序控制器（于现场控制站，从可编程序控制器（ PLC）到单片机组成的小型控制采集装置；从）到单片机组成的小型控制采集装置；从 STD（总（总线）计算机和工业线）计算机和工业 PC 等小型工控机到各种等小型工控机到各种 16 位和位和 32 位总线型工业控制计算机系统；从智位总线型工业控制计算机系统；从智能仪表控制系统到交流变频调速器（能仪表控制
43、系统到交流变频调速器（ VVVF）等，都是可选的现场控制站系统。所以，只能）等，都是可选的现场控制站系统。所以，只能着重从功能上和类型上来介绍着重从功能上和类型上来介绍 DCS 的现场控制站和操作员站的组成。的现场控制站和操作员站的组成。 幻灯片 44硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力是硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力是 DCS 系统的突出优点。系统的突出优点。 DCS 的硬件系的硬件系统是通过网络将不同数目的现场控制站、操作员站和工程师站连接起来，共同完成各种采统是通过网络将不同数目的现场控制站、操作员站和工程师站连接起来，共同完成各种采集、控制、显示、操作和管理功能。集、控制、显示、操作和管理功能。 幻灯片 452.3.2 DCS 的过程控制级的过程控制级在在 DCS 中，各种现场检测仪表（传感器、变送器等）送来的过程信号均由过程控中，各种现场检测仪表（传感器、变送器等）送来的过程信号均由过程控制级各单元进行实时的数据采集，滤除噪声信号，进行非线性校正及各种补偿运算，折算制级各单元进行实时的数据采集，滤除噪声信号，进行非线性校正及各种补偿运算，折算成相应的工程量，根据组态要求还可进行上下限报警及累积量计算。所有测量值和报警值成相应的工程量，根据组态要求还可进行上下限报警及累积量计算。所有测量值和报警值
