集散控制系统原理及其应用 (1)
集散控制系统原理及应用
集散控制系统原理及应用集散控制系统（Distribution Control System，简称DCS）是一种基于计算机网络的自动化控制系统，用于集中控制和监视复杂的工业过程。
它由许多分布在整个工厂或工艺中的控制单元组成，这些控制单元通过网络互连，在一起协同工作，以实现对整个过程的控制。
集散控制系统的原理是通过采集和传递数据，实现对过程的实时监测和控制。
它主要包括以下几个组成部分：1. 传感器和执行器：用于采集过程变量和控制信号。
传感器将过程中的物理量转换成电信号，例如温度、压力、流量等。
执行器根据控制信号执行一定的操作，例如开关、调节阀等。
2. 控制单元：集散控制系统中最核心的部分，由计算机硬件和软件组成。
控制单元负责采集、处理和分析传感器采集的数据，在此基础上生成控制信号，并通过执行器将其发送给控制对象。
3. 通信网络：用于连接不同的控制单元，实现数据的传输和共享。
通信网络可以是以太网、现场总线等。
通过网络连接，各个控制单元之间可以实现数据的共享和协同工作。
4. 人机界面：提供人机交互的界面，使操作人员能够直观地监视过程状态、进行操作和维护。
人机界面通常采用图形化显示，包括监视画面、报警提示、操作按钮等。
集散控制系统的应用非常广泛。
它可以用于石油化工、电力、水处理、冶金等工业领域的各种生产过程的控制和监测。
具体应用包括：1. 石油化工：集散控制系统可以用于炼油、化工生产等领域。
通过实时监测和控制温度、压力、流量等参数，可以保证工艺过程的稳定运行。
2. 电力系统：集散控制系统可以用于电力发电和配电系统的监控和控制。
通过集中管理各个发电单元、调度用电负荷，可以实现电力系统的高效运行。
3. 水处理：集散控制系统可以用于水处理过程中的污水处理、给水处理、制水等。
通过实时监测和控制水质、水流等参数，可以提高水处理的效率和质量。
4. 冶金：集散控制系统可以用于冶金工业中的钢铁生产、铸造等过程的控制。
通过实时监测和控制温度、压力、流量等参数，可以保证冶金过程的稳定性和产品质量。
集散控制系统及其应用
当今国际市场上不同厂商的集散控制
系统不计其数，它们在结构形式上各有千秋， 功能上也有强有弱，但以下这些功能是必须 具备的。
1.3.1 输入数据处理
对模拟量来说,一般要进行采样、增益 最佳化、A/D转换、规格化、合理性检查、 零偏校正、热电偶冷端补偿、线性化处理、 超限判断、工程量变换、数字滤波、温度和 压力校正、开方处理、上下限报警等处理。 数字信号则进行状态报警及输出方式处理。 对脉冲序号，需进行顺时值变换及累积计算。
能过于单一，难以实现某些复杂控制能； 其次是难以集中操作和监视，长达几十米 的高密集排列仪表屏，操作和调整都十分 困难。
20世纪50年代末期人们开始将电子计 算机用于过程控制，试图利用计算机能执 行复杂控制、处理速度快和管理集中等特 点，来弥补常规仪表过于分散和控制功能 单一的不足，为工业过程控制开辟一条新 的途径。经过多年的摸索和实践，虽然取
• 得了一定的结果，但也暴露了它本身存在 的严重弱点：首先是危险高度集中，在一 个大型工厂中，一台计算机要控制几十个， 甚至几百个回路，当计算机的公共部分发 生故障时，轻则造成装置或整个工厂停车， 重则导致设备的损坏甚至发生火灾、爆炸 等恶性事故。其次是成本高，为了提高计 算机的可靠性，一般都采用双机、双工运 行或常规仪表备用，这样不仅维修工作量 大，而且成本将成倍增加，如果工厂的生 产规模不大，则经济性更差。
为继承常规仪表及集中计算机的优点， 并摒弃其不足，人们从事了新的探索。20 世纪70年代初由于微处理器机技术的高速 发展，过去由一台大型计算机完成的功能， 可以由几十甚至几百台微处理器机来完成， 各微处理机之间又可以用计算机网络连接 起来，构成一个完整的系统，正是在这一 基础上出现了集散控制系统。人们按控制 功能或按区域将微处理机进行分散配置， 每个微处理机只需控制少数几个回路，使 危险性大大分散。该系统又使用众
集散控制系统原理及应用()课件
某智能建筑中的楼宇自控系统案例
总结词
节能减排、提升居住体验
详细描述
智能建筑中的楼宇自控系统通过对建筑内的空调、照明、电梯等设备进行集中管理和智 能控制，实现了节能减排的目标。该系统通过实时监测室内外环境参数，自动调节设备 运行状态，提高了居住和工作环境的舒适度，提升了人们的居住和工作体验。同时，该
在集散控制系统的实施过程中，可能存在 与其他系统的兼容性问题，需要进行充分 的测试和调试。
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CATALOGUE
集散控制系统的未来发展
技术创新
人工智能与机器学习
在集散控制系统中应用人工智能和机器学习技术，实现自适应控 制和优化决策。
5G通信技术
利用5G高速、低延迟的通信特性，提升集散控制系统实时数据传 输和处理能力。
边缘计算
将计算能力下沉到设备端，实现实时数据处理和快速响应，提高系 统性能和稳定性。
应用拓展
工业物联网
推动集散控制系统与工业 物联网的融合，实现设备 间的互联互通和数据共享 。
智能制造
结合智能制造需求，拓展 集散控制系统在生产流程 、质量检测等方面的应用 。
新能源领域
应用于风能、太阳能等新 能源领域，实现能源的分 布式管理和优化调度。
系统还能有效降低建筑能耗，减少对环境的影响。
THANKS
感谢观看
过程，优化生产效果。
挑战分析
技术难度
成本投入
集散控制系统的设计和实施需要专业的技 术支持，对技术人员的要求较高。
集散控制系统的建设需要较大的资金投入 ，包括硬件设备、软件购置、人员培训等 方面的费用。
维护管理
兼容性问题
由于集散控制系统涉及多个设备和模块， 其维护和管理具有一定的复杂性，需要专 业的维护团队进行支持。
集散控制系统原理及应用
集散控制系统原理及应用
集散控制系统是一种基于集中控制和分散执行的控制系统。
它通过将任务分配给不同的子系统执行，从而实现对整个系统的控制和监测。
集散控制系统的原理是将需要控制的对象分为若干个子系统，每个子系统由一个独立的控制单元负责控制。
这些控制单元通过通信网络进行相互连接和信息交换，从而实现系统的集中控制。
在集散控制系统中，有两种常见的通信方式：点对点通信和总线通信。
点对点通信是指每个子系统之间通过独立的通信线路进行信息传输，而总线通信则是通过一个共享的通信总线将所有子系统连接起来。
无论采用哪种通信方式，集散控制系统的目标都是实现对系统各个部分的控制和监测。
集散控制系统在工业自动化领域有广泛的应用。
例如，在工厂生产线上，可以将生产任务划分为若干个子系统，每个子系统负责一部分工序的控制。
通过集散控制系统，可以实现对整个生产线的协调和监测，提高生产效率和质量。
另外，集散控制系统在能源管理和交通控制等领域也有应用。
在能源管理方面，可以将能源供给和消耗划分为若干个子系统，通过集散控制系统进行能源的分配和监测，从而提高能源利用效率。
在交通控制方面，可以将交通信号灯、交通监控等划分为不同的子系统，通过集散控制系统实现对交通流量的调度和控制，提升交通运行效率和安全性。
总之，集散控制系统通过将系统任务分配给不同的子系统执行，
实现对整个系统的控制和监测。
它在工业自动化、能源管理和交通控制等领域都具有广泛的应用前景。
集散控制系统及应用
集散控制系统及应用集散控制系统属于一种分布式控制系统，它是由多台计算机或控制设备组成的网络，用于协同完成某个复杂的控制任务。
集散控制系统的主要目的是实现多设备的互联互通，提高整个系统的运行效率，增强系统的可靠性和适应性。
下面将对集散控制系统的基本原理和应用进行详细的介绍。
一、集散控制系统的基本原理集散控制系统的基本原理是采用分布式的思想，将一个大系统分割为多个子系统，并将这些子系统分布在不同的计算机或设备上。
每个子系统都有自己的控制器和传感器，可以实现独立的控制和监测功能。
同时，这些子系统通过网络进行通信，互相交换数据和协调工作，以实现整个系统的统一控制。
集散控制系统的基本原理包括以下几个方面：1. 分布式架构：集散控制系统采用分布式架构，将一个大系统划分为多个子系统，并将这些子系统分布在不同的计算机或设备上。
这种架构可以提高整个系统的灵活性和可扩展性。
2. 网络通信：集散控制系统中的子系统通过网络进行通信，可以实现实时的数据传输和控制指令的传递。
这样可以使系统的响应速度更快，同时可以实现远程控制和监测功能。
3. 数据交互：集散控制系统中的子系统可以实现数据的共享和交互。
通过共享数据，各个子系统可以协同工作，实现系统的统一控制。
4. 高可靠性：集散控制系统中的每个子系统都是相互独立的，即使一个子系统发生故障，不会影响整个系统的运行。
这样可以提高系统的可靠性和稳定性。
二、集散控制系统的应用集散控制系统具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 工业控制：集散控制系统可以用于工业生产中的自动化控制。
例如，在自动化生产线上，可以将不同的工作站作为子系统，通过集散控制系统进行控制和协调，实现生产线的整体控制和监测。
2. 智能建筑：集散控制系统可以用于智能建筑的控制和管理。
例如，在智能楼宇系统中，可以将空调、照明、安防等子系统连接在一起，通过集散控制系统进行统一控制。
这样可以提高建筑的能源利用效率和安全性。
集散控制系统原理及应用资料
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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DCS系统的体系结构
系统网络
控制网络
通讯介质转换
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一、集散控制系统的发展历史
模拟仪表难以胜任生产规模的不断扩大； 仪表技术应适应工业技术发展的要求； 计算机集中控制的风险太大； 系统上下及子系统之间的通信联系要求越来越高。
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第一阶段（1975年—1980年）
— 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 — 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
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：AI AO DI DO PI PO等功能板， CPU、 电源、端子板等。
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2、操作管理装置
功能：操作员可以通过它能够了解生产过程的运 行状况，并通过它发出操作指令给生产过程
集散控制系统原理及应用何
集散控制系统原理及应用何集散控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是一种应用于工业生产自动化领域的控制系统，它基于微处理器和通信技术，将大规模的控制任务分布到不同的控制器上进行处理，并通过实时通信进行协调和交互。
DCS的核心思想是将控制任务分散在各个子系统中，使得控制系统可以实现分布式、分层和模块化的控制结构。
DCS的基本原理和特点如下：1. 分布式结构：DCS将控制任务分布到不同的控制器上，每个控制器负责一个或多个子系统的控制。
通过分布式结构，DCS可以灵活地应对不同规模和复杂度的工业过程。
2. 分层控制：DCS可根据控制层次的不同，进行层层控制。
通常分为主控制层、过程控制层和执行控制层。
主控制层负责决策和优化，过程控制层负责实时控制和监视，执行控制层负责控制执行。
3. 模块化设计：DCS系统由多个功能模块组成，每个模块负责特定的功能，可以独立地开发、配置和维护。
这种模块化设计使得DCS具备良好的扩展性和可维护性。
4. 实时通信：DCS采用实时通信技术，保证各个控制器之间的数据传输和信息交互的实时性。
这种实时通信可以在控制系统中进行远程监控和远程操作。
DCS的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 工业生产：DCS广泛应用于各种工业生产过程中，例如石化、电力、钢铁、水处理等行业。
DCS可以实现对工业过程的实时控制和监测，提高生产效率和产品质量。
2. 环境监测：DCS系统可以应用于城市环境监测，通过控制和监控空气质量、噪音、水质等参数，实现对环境的实时评估和预警。
3. 城市交通：DCS可以应用于城市交通控制系统，通过实时监控交通流量和信号灯的控制，优化交通流动，减少拥堵和事故的发生。
4. 智能建筑：DCS可以应用于智能建筑系统，通过控制和监测温度、照明、空调等设备，提高建筑的能源利用效率和舒适性。
5. 制造业：DCS在制造业中可以用于生产线的控制和监测，提高生产效率和产品质量。
集散控制原理及应用
集散控制原理及应用集散控制原理是一种控制系统的设计方法，它将一个大系统分解成多个子系统，每个子系统由一个集散控制器来控制。
集散控制器可以根据系统的需求对子系统进行协调和优化，从而实现整个系统的稳定运行和高效性能。
在集散控制原理中，集散控制器根据系统的输入信号和反馈信号，通过控制算法对每个子系统进行控制，使得各个子系统之间能够协调工作，并最终达到整个系统的控制目标。
具体来说，集散控制器可以根据系统的要求对各个子系统进行优化调整，调节各个子系统的参数，使得整个系统在运行过程中能够保持稳定性。
集散控制原理的应用非常广泛。
首先，它可以应用于工业自动化领域，例如在生产线上对各个机器进行控制和优化，通过集散控制原理可以有效提高生产效率和产品质量。
此外，它还可以应用于供电系统、交通系统、环境监测系统等各个领域，用于对系统进行集中管理和控制。
以供电系统为例，集散控制原理可以用于对电力系统的各个子系统进行控制和优化。
例如，可以通过集散控制器对发电系统进行控制，根据负荷需求合理分配发电机组的运行状况，调节输出功率和电压，以保证供电系统的稳定和安全运行。
另外，可以通过集散控制器对输电系统进行控制，实现对输电线路的负载均衡和电压调节，以确保电力传输的稳定性和高效性。
在交通系统中，集散控制原理可用于对交通信号灯进行控制和优化。
通过集散控制器对各个路口的信号灯进行协调调度，可以根据实时交通情况合理控制红绿灯的时长和节奏，以减少交通拥堵和事故发生，提高交通效率。
在环境监测系统中，集散控制原理可以用于对监测站点的数据采集和处理。
通过集散控制器对各个监测点的数据进行集中管理和控制，可以及时发现和处理异常情况，保障环境监测的准确性和及时性。
总的来说，集散控制原理是一种分布式控制方法，能够对一个大系统进行分解和协调。
它的应用非常广泛，可以应用于各个领域，用于系统的控制和优化，提高系统的稳定性和性能。
随着科技的不断发展和进步，集散控制原理将会在更多的领域得到应用和推广。
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第1章 计算机控制系统概述
➢技能点：
学 利用计算机控制系统实训装置，培养以下技能 习 ●熟练掌握计算机控制系统的构成方法 目 ●了解模拟信号、开关信号的处理方法 标 ●理概述
☞计算机控制系统是以计算机为核心部件的自动控制系统。 在工业控制系统中，计算机承担着数据采集与处理、顺 序控制与数值控制、直接数字控制与监督控制、最优控 制与自适应控制、生产管理与经营调度等任务。它已取 代常规的模拟检测、控制、显示、记录等仪器设备和大 部分操作管理的职能。并具有较高级的计算方法和处理 方法，使生产过程按规定方式和技术要求运行，以完成 各种过程控制、操作管理等任务，计算机控制系统广泛 应用于生产现场，并深入各行业的许多领域。
第1章 计算机控制系统概述
第1章 计算机控制系统概述
1.2.2 直接数字控制系统
直接数字控制（Direct Digital Control，DDC）系统的构 成如图1.4所示。计算机通过过程输入通道对控制对象的变 量作巡回检测，根据测得的变量，按照一定的控制规律进行 运算，计算机运算的结果经过过程输出通道，作用到控制对 象，使被控变量符合要求的性能指标。DDC系统属于计算机 闭环控制系统，是计算机在工业生产中最普遍的一种应用方 式。
第1章 计算机控制系统概述
第1章 计算机控制系统概述
根据要求按偏差进行运算，所得数字量输出信号经D/A 转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量 稳定在设定值上。这种系统称为闭环控制系统。
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。
第1章 计算机控制系统概述
图1.2 计算机控制系统的组成框图
第1章 计算机控制系统概述
工业控制机硬件：硬件是指计算机本身及外围设 备。硬件包括计算机、过程输入、输出接口、人机接 口、外部存储器等。
计算机是计算机控制系统的核心，其核心部件是 CPU。CPU通过人机接口和过程输入输出接口，接收 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，完成巡回检测、数据处理、控制计算、逻辑 判断等工作。
外部存储器包括磁盘、光盘、磁带，主要用于存储 大量的程序和数据。它是内存储容量的扩充，可根据要 求决定外部存储器的选用。
第1章 计算机控制系统概述
1.1.3 软件系统
软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和， 通常包括系统软件和应用软件。
系统软件一般由计算机厂家提供，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。
☞本章主要介绍计算机控制系统的软硬件组成以及工业控 制中的应用类型，讨论了计算机控制系统的输入输出信 号处理方式以及PID控制算法等。
第1章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的组成
1.1.1 基本概念
☞计算机控制系统就是利用计算机(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。
☞在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出是 数字信号，而现场采集到的信号或送到执行机构的信 号大部分是模拟信号，因此，与常规的按偏差控制的 闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有模/数 （A/D）转换器和数/模（D/A）转换器这两个环节，控 制系统结构框图如图1.1所示。
第1章 计算机控制系统概述
第1章 计算机控制系统概述
第1章 计算机控制系统概述
学 ➢知识点： 习 ●掌握计算机控制系统的组成原理 目 标 ●了解计算机控制系统的应用类型
●掌握集散控制系统的基本组成 ●掌握计算机控制系统的信号处理原理 ●掌握计算机控制系统的输入、输出通道的组成 ●掌握理想PID控制算法
第1章 计算机控制系统概述
所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都在一定的 时间范围内完成，也就是说计算机对输入的信息，以足 够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制 的时机，控制也就失去了意义。实时的概念不能脱离具 体过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一 个实时控制系统必定是在线系统。
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接， 并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产 过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进 行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
第1章 计算机控制系统概述
1.1.2 硬件系统
计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部 分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要 求而设计的计算机（一般是微机或单片机），它包括 硬件和软件两部分。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。计算机控制系统的 组成如图1.2所示。
第1章 计算机控制系统概述
1.2.1 数据采集系统
在数据采集系统中，计算机只承担数据的采集和处理工 作，而不直接参与控制。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 对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析， 为操作人员提供参考，如图1.3所示。
第1章 计算机控制系统概述
过程输入接口将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，过程输出接口把 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。
人机接口包括显示操作台、屏幕显示器(CRT)或数 码显示器、键盘、打印机、记录仪等，它们是操作人员 和计算机进行联系的工具。
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。在计算机控制系统中，每个被控对象或控 制任务都有相应的控制程序，以满足相应的控制要求。
第1章 计算机控制系统概述
1.2 计算机控制系统的应用类型
计算机控制系统种类繁多，命名方法也各有不同。 根据应用特点、控制功能和系统结构，计算机控制系 统主要可分为六种类型：数据采集系统、直接数字控 制系统、计算机监督控制系统、分级控制系统、集散 型控制系统及现场总线控制系统。