DCS集散控制系统详解-上
DCS控制系统介绍
DCS控制系统介绍
DCS控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是一种基于现代技术的集散控制系统，它主要应用于工业生产和制造领域，用于控制和监控生产过程中各项参数和设备，以实现自动化生产。
DCS控制系统由多个分布在各个生产单元的控制器组成，这些控制器之间通过网络进行信息传输和数据交换，实现对整个生产过程的控制和监控。
每个控制器负责管理一定范围的生产设备和参数，通过与传感器、执行器等设备连接，实现对生产过程的监测和控制。
DCS控制系统的核心是集中管理系统，它由工程师对整个生产系统进行规划、设计和编程，定义各种控制策略和逻辑，以实现生产过程的自动化控制。
集中管理系统可以实时监测各个控制器的运行状态，收集和处理生产数据，为决策提供支持，确保生产过程的顺利进行。
DCS控制系统的分散控制器通常由工控机或PLC等硬件组成，它们负责执行集中管理系统下发的控制策略，控制各种生产设备的运行和参数调节。
分散控制器之间可以相互通信，实现对整个生产过程的协调与同步，提高生产效率和质量。
DCS控制系统具有高可靠性和稳定性，通过采用冗余设计和故障恢复机制，可以保证系统在出现故障时快速恢复，确保生产过程的连续性和稳定性。
同时，DCS系统可以对生产过程进行实时监测和报警，及时发现并解决问题，保证生产过程的安全性和可靠性。
总的来说，DCS控制系统是一种先进的生产自动化控制系统，具有集中管理、分散控制、多任务处理、模块化设计和高可靠性等特点，可以满
足各种工业生产领域的自动化控制需求，提高生产效率，节约成本，保证生产质量，是工业生产自动化的重要技术手段。
DCS集散控制系统
☞与四级设备对应的四层网络 ●现场网络 ●控制网络 ●监控网络 ●管理网络
图2.1 集散控制系统的体系结构
现场网络
控制网络
监控网络
管理网络
1.现场控制级
➢典型的现场控制级设备 ●各类传感器 ●各类变送器 ●各类执行器 ➢现场控制级设备的主要任务 ●完成过程数据采集与处理。 ●直接输出操作命令、实现分散控制。 ●完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。
●常规 PID ●微分先行PID ●积分分离 ●开关控制 ●时间比例式开关控制 ●信号选择 ●比率设定
常 用 算 法
●时间程序设定 ● Smith 预估控制 ●多变量解耦控制 ●一阶滞后运算 ●超前-滞后运算 ●其他运算等
(4) 控制回路组态
➢根据控制策略的需要，将一些功能模块通过软件连接起来，构成检测回路或控制回路。
（2）控制层软件：特指运行于现场控制站的控制器中的软件，针对控制对象，完成控制功能。 其基本功能：I/O数据的采集、数据预处理、数据组织管理、控制运算及I/O数据的输出。
（3）监控软件 指操作员站或工程师站上的软件，主要完成操作人员所发出的各个命令的执行、图形与画面的显示、报警信息的显示处理、对现场各类检测数据的集中处理。
➢待机运转方式 ●同时配备两台设备，使一台设备处于待机备用状态。 ●当工作设备发生故障时，启动待机设备来保证系统正常运行。这种方式称为1:1 的备用方式。 ●对于N台同样设备，采用一台待机设备的备用方式就称为 N:1 备用。 ●待机运行方式是 DCS 中主要采用的冗余技术。
➢后退运转方式 ●使用多台设备，在正常运行时，各自分担各种功能运行。 ●当其中之一发生故障时，其他设备放弃其中一些不重要的功能，进行互相备用。
1.4DCS(集散控制系统)
自律分散系统特点： 没有中央操作系统和中央协调系统。 自律控制器ACP（Autonomous Control Processor） 负责管理与协调功能
2、分散控制系统的网络功能 传统的DCS网络覆盖范围上至厂级管理信息系统，下至 过程控制站的I/O子系统。 最终实现 以现场总线为基础的底层网 Infranet 以局域网为基础的企业网 Intranet 以广域网为基础的互联网 Internet
比较： 1、传统层次分散系统 上位子系统故障时，下位子系统之间不能协调，但是下位 子系统仍旧保存局部信息，可进行局部控制。 具备自律可控性，不具备自律可协调性。 2、传统水平分散系统 部分系统不工作时，残余的子系统间可进行协调。但因不 工作的子系统丧失功能，不能与其他子系统进行信息交换， 其余子系统也不能对其进行控制。 具备自律可协调性，不具备自律可控性。 3、集中式系统 只有一个控制器，无自律可协调性和自律可控性。
(2)系统网络SNET SNET是连接HS2000系统中操作员站、I／O站和工程师站的干网， 配置在HS2000M中型系统中，应用于中等规模装置的控制系统，功 能如下： • 由I／O现场控制站向操作员站的数据传输； • 各I／O现场控制站间的数据传递，以满足大范围协调控制的需要； • 操作员站和工程师站向现场I／O控制站的组态数据或控制指令的传 递； • 保持各操作员站之间数据的一致性。 SNET采用双冗余结构，在任何—条网络失效的情况下都不会影响通 信功能，从而大大提高了通信的可靠性。 · 网络的冗余从板级作起； · 采用工业令牌总线协议(Token Bus)，符合IEEE 802.4标准； · 传输速率2.5Mbps； · 传输最大距离6.5km； · 传输介质采用隔离同轴电缆或光缆； · 网络上最大节点数为32个。
(完整版)DCS系统介绍
5.2 监控画面组态
5.3 工作站组态
• 用于监视控制显示画面及部分组态功能。
5.4 通讯组态
• 用于组态工作站，打印机及第三方控制器。
六、DCS的基础知识
• I/O信号 • 系统冗余 • DCS系统的特点
6.1 IO信号
• I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是 I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一 个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器。
2.2 1940~1970年
• 第三次科技革命开始后，随着计算机技术的发展，人们开 始尝试将计算机用于过程控制。但当时采用的办法是用一 台计算机控制几十甚至上百个回路，这样做的危险性很高， 如果计算机出现故障，会导致很严重的后果，这造成了危 险集中。
2.3 1970~1990年
• 直到上世纪70年代，随着计算机技术的日渐成熟，人们才 开始将危险分散。就是原来靠一台大计算机完成的任务， 现在用几十台微处理器来完成，从而大大降低了危险系数。 至此DCS就诞生了。
• 3.2管理级别分类：现场控制级、过程控制级、过程管理 级、经营管理级
• 3.3网络结构分类：一级网络、二级网络、三级网络
3.1硬件组成
3.2.1现场控制级
• 又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集 和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供操作站显 示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到 监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量 或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。 这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。比如阀门、 电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。
3.2.2过程控制级
DCS控制系统讲解(计算机控制系统)
DCS控制系统第一章自控仪表工基础识图在讲DCS系统系统之前,先和大家一起回顾一下仪表工的基础识图，对今后大家日后的学习，仪表、控制系统检修维护都会有一定的意义。
1.1 仪表功能标志1.1.1 仪表功能标志组成仪表的功能标志由一个首位字母及一个或多个后继字母组成。
示例如下:例1 PI——功能标志P——首位字母（表示被测变量）I——后继字母（表示功能）例2 TIC——功能标志T——首位字母（表示被测变量）IC——后继字母（表示功能）表示连锁功能）1.1.2仪表功能字母代号仪表功能标志的字母代号见表1.1表1.1 常用仪表功能字母代号1.2 仪表检测流程图常见图形符号 1.2.1 常用仪表流程图符号及其含义a) 常规仪表b) 引入计算机或DCS 控制系统仪表1.3 仪表检测流程图识图MFRISA 30101MMPRISA 30102TSA 30103PIS 30104PIS 30105HL图1.1 工艺检测控制流程图1.4 仪表接线图识图（略）第二章 计算机控制系统及DCS 基础知识集散控制系统(Distributed Control System, DCS)是计算机控制系统的一种结构形式。
计算机控制是以自动控制理论和计算机技术为基础的，自动控制理论是计算机控制的理论支柱，计算机技术的发展又促进了自动控制理论的发展与应用。
计算机控制系统有多种结构形式，DCS就是其中的一种。
2.1 计算机控制系统基础知识2.1.1 计算机控制系统的一般概念计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程自动化的一门综合性学问。
计算机控制的应用领域是非常广泛的，从计算机应用的角度出发，工业自动化是其重要的一个领域；而从自动化的领域来看，计算机控制系统又是其主要的实现手段。
可以说，计算机控制系统与用于科学计算及数据处理的一般计算机是两类不同用途、不同结构组成的计算机系统。
计算机控制系统是融计算机技术与工业过程控制于一体的综合性技术，它是在常规仪表控制系统的基础上发展起来的。
集散式控制系统(DCS)开发及应用方案(一)
集散式控制系统（DCS）开发及应用方案一、实施背景随着工业4.0的到来，产业结构逐渐向智能化、自动化、信息化方向发展。
在此背景下，企业越发重视生产过程的优化与控制。
传统的手动控制和集中式控制系统已无法满足现代工业生产的需求，因此开发集散式控制系统（DCS）成为产业发展的必然趋势。
二、工作原理集散式控制系统（DCS）是一种分布式控制系统，它将控制功能分散到多个智能节点，实现多点控制。
每个智能节点都具备独立的处理能力，可以自主完成局部控制任务，同时又通过通信网络相互连接，实现信息共享和全局控制。
这种系统结构提高了控制效率，降低了控制风险，并可以根据实际生产需求进行灵活的配置和扩展。
三、实施计划步骤1.需求分析：明确控制对象和控制要求，分析现有设备和工艺流程，为系统设计提供依据。
2.系统设计：根据需求分析结果，设计系统的硬件架构、软件功能和网络拓扑结构。
3.硬件选型与配置：选择合适的处理器、传感器、执行器等硬件设备，并配置到相应的智能节点上。
4.软件开发：编写控制算法、数据处理和通信协议等软件程序，实现系统的各项功能。
5.系统集成与调试：将各个智能节点连接起来，进行系统集成和调试，确保系统的稳定性和可靠性。
6.用户培训与文档编写：对用户进行操作培训，编写用户手册和维修手册等文档资料。
7.项目验收与推广：完成项目验收，收集用户反馈，对系统进行持续优化和推广。
四、适用范围集散式控制系统（DCS）适用于各种工业生产领域，如石油化工、电力、制药、食品加工等。
它适用于大型生产线和复杂工艺流程的控制，同时也可以用于小型工厂和实验室的自动化控制。
五、创新要点1.分布式架构：采用分布式控制系统结构，将控制功能分散到多个智能节点上，提高了系统的可靠性和灵活性。
2.智能节点自治：每个智能节点具有独立的处理能力，可以自主完成局部控制任务，降低了对中心控制器的依赖。
3.信息共享与全局控制：通过通信网络实现信息共享和全局控制，提高了生产过程的协调性和一致性。
第一章 集散控制系统概述
☞而采用一台计算机工作、 另一台计算机备用的双机 双工系统，或采用常规仪 表备用方式，虽可提高控 制系统的可靠性，但成本 太高，如果工厂的生产规 模不大，则经济性更差， 用户难以接受。因此，有 必要吸收常规模拟仪表和 计算机控制系统的优点， 并且克服它们的弱点，利 用各种新技术和新理论， 研制出新型的控制中型计算机控制系 统相比，具有十分显著的特点。
(1)系统构成灵活
☞从总体结构上看，DCS可以分为通信网络和工作站两大 部分，各工作站通过通信网络互连起来，构成一个完 整的系统。工作站采用标准化和系列化设计，硬件采 用积木搭接方式进行配臵，软件采用模块化设计，系 统采用组态方法构成各种控制回路，很容易对方案进 行修改。用户可根据工程对象要求，灵活方便地扩大 或缩小系统的规模。
☞20 世纪 70 年代初，大规模集成电路的问世及微处理 器的诞生，为新型控制系统的研制创造了物质条件。 同时，CRT 图形显示技术和数字通信技术的发展，为 新型控制系统的研制提供了技术条件，现代控制理论 的发展为新型控制系统的研制和开发提供了理论依据 和技术指导。根据“危险分散”的设计思想，过去由 一台大型计算机完成的功能，现在可以由几十台甚至 几百台微处理机来完成。各微处理机之间可以用通信 网络连接起来，从而构成一个完整的系统。
☞*集中操作管理装臵是人与DCS联系的接口，按其功能 又可分为操作员工作站（简称操作站）、工程师工作 站（简称工程师站）和监控计算机（又称上位机）等。 通信系统（又称通信网络）是DCS的中枢，它将DCS的 各部分连接起来构成一个整体。因此，操作员站、工 程师站、监控计算机、现场控制站、数据采集站和通 信系统等是构成DCS的最基本部分，如图1 所示。
☞初创期DCS的典型代表有：美国霍尼威尔 (Honeywell) 公 司 的 TDC-2000 ， 福 克 斯 波 罗 (Foxboro) 公 司 的 SPECTRUM，日本横河 (YOKOGAWA) 公司的 CENTUM 及 德国西门子 (Siemens) 公司的 TELEPERM M 等。
第1章_DCS集散控制系统[1]
2、 输入模块
1 高电平模拟量输入
数字滤波 平方根 线性化 补偿 量程变换 报警检查 累加器
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输入模块
2 热电偶或mV信号输入
信号检查（热电偶断路） 冷端补偿 线性化
3 热电阻输入
电桥、恒流源
4 脉冲输入
FC … FC
…
FC … FC
Field Controller
Process Unit
Process Unit
Process Unit
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1.3 DCS体系结构
现场级 控制级 监控级 管理级
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现场级
接近被控对象 典型设备：传感器、变送器和执行器 环境相对恶劣：高温、高电磁干扰… 大量电缆
直接控制层设备组态
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3、控制功能组态
模拟量输入块 FT123 AI PV PID控制块 FT123 PV SV BIV PID PV BOV 模拟量输出块 FT123 AO IV OV BOV
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4、操作画面组态
通用操作画面组态
作用：操作员工作站实现现场运行监视及 辅助操作。工程师工作站实现整个系统的 配置、组态、调试和维护。
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管理级
厂级生产任务规划 供应链分析与控制系统联动 库存及产品需求分析、生产计划的制定 维护信息管理与规划
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1.4 DCS特点
适应性和扩展性 控制能力 人机联系平台 可靠性
DCS系统介绍
DCS 发展历史
第二阶段：1980—1985.，在这个时期集散控 制系统的技术特点表现为： 1）微处理器的位数提高，CRT显示器的分辨 率提高 2）强化的模块化系统 3）强化了系统信息管理，加强通信功能
DCS 发展历史
第三阶段，1985年以后，集散系统进入第三 代，其技术特点表现为： 1）采用开放系统管理 2）操作站采用32位微处理器 3）采用实时多用户多任务的操作系统
DCS 发展历史
第一阶段：1975-1980年，在这个时期集散控 制系统的技术特点表现为： 1）采用微处理器为基础的控制单元，实现 分散控制，有各种各样的算法，通过组态独立 完成回路控制，具有自诊断功能 2）采用带CRT显示器的操作站与过程单元分 离，实现集中监视，集中操作 3）采用较先进的冗余通信系统
DeltaV I/O Card Types
Outputs
- AO, 8 Channel, 4 to 20 mA, HART – AO, 8 Channel, 4 to 20 mA – I.S. AO, 8 Channel, 4 to 20 mA – DO, 8 Channel, 120/230 VAC, Isolated – DO, 8 Channel, 120/230 VAC, High Side – DO, 8 Channel, 24 VDC, Isolated – DO, 8 Channel, 24 VDC, High Side – High Density DO, 32 Channel, 24 VDC, High Side – I.S. DO, 4 Channel, 12 VDC I.S. Power
DCS 特点
1） 高可靠性。由于DCS将系统控制功能分散在各台计 算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算 机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外，由 于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对 需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机， 从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。 2） 开放性。DCS采用开放式，标准化、模块化和系列 化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现 信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计 算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不 影响系统其他计算机的工作。
集散控制系统(DCS)基础培训课件
当前集散控制系统面临的挑战和机遇
与其他系统的集成和互操作性 面临的机遇
工业4.0和智能制造的推动
当前集散控制系统面临的挑战和机遇
云计算、大数据等技术的应用 市场需求增长和定制化服务的机会
发展趋势预测：智能化、网络化等方向
智能化
01
02
利用人工智能和机器学习技术提高系统自适 应性和智能化水平
实现故障预测和自主维护，减少人工干预
在楼宇自动化领域，DCS可用 于楼宇照明、空调、安防等系
统的集中管理和控制。
CHAPTER 02
硬件组成与功能实现
控制器类型及其特点
01
02
03
PLC型控制器
采用可编程逻辑控制，适 用于中小型控制系统，具 有编程灵活、易于维护等 特点。
专用控制器
针对特定控制需求设计， 具有高性能、高可靠性等 特点，适用于大型和复杂 控制系统。
实时曲线显示
将采集到的数据以曲线形式实时 展曲线查询
提供历史曲线查询功能，可查看 过去一段时间内的数据变化趋势
。
报表生成与打印
根据用户需求生成各类报表，如 日报、周报、月报等，并支持打
印功能。
CHAPTER 05
系统集成与调试维护方法
DCS与其他系统集成策略探讨
执行情况检查与记录
阐述如何对DCS系统维护保养的执行情况进行检查和记录，包括保养计划的执行情况、保 养效果的评估等方面的内容。同时，强调建立完善的维护保养档案的重要性。
CHAPTER 06
发展趋势与新技术应用前景
当前集散控制系统面临的挑战和机遇
面临的挑战 系统复杂性和维护成本增加
对安全性和可靠性的更高要求
混合型控制器