计算机仪表控制系统
自动检测技术及仪表控制系统 第二版
15.2 计算机控制系统
（2）集中控制系统
用一台计算机实现对众多被控对象或参数进行控 制的计算机系统。
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15.2 计算机控制系统
（2）集中控制系统 直接数字控制（DDC控制）：使用一台计算机 代替若干个调节控制回路的功能。 集中控制系统的优点：便于各种运算的集中处理； 各通道或回路的耦合关系在控制计算机中可以得 到很好的反映；由于系统没有分层，所有控制规 律可直接实现；
控制系统网络化，反馈控制回路从物理上的回路 系统变成了知识逻辑上的回路系统
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15.1 仪表控系统
（4）闭环回路控制系统网络化分析 现场级总线技术引入回路控制系统后，可获得如 下优点： 连线大大减少，极大地简化了系统复杂性； 系统整理可靠性增加； 数据通讯交互性增强，便于网络计算； 控制系统扁平化，便于底层与上层控制的沟通， 便于协调控制技术的应用。
15.2 计算机控制系统
（3）集散控制系统 典型的集散控制系统具有两层网络结构，下层负 责完成各种现场级的控制任务，上层负责完成各 种管理、决策和协调任务。
K D K AW0 ( s) WC ( s) Z ( s) W ( s) WD (s) K DWS (s) U ( s) 1 K A KT K SW0 (s) WC (s)
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15.1 仪表控制系统
（2）闭环回路连续特性分析
回路控制系统的时域特性可采用最常见的阶跃扰 动动态特性分析方法进行分析。 简化后，回路中存在调节控制单元与被控对象， 因此，回路系统一般不再是二阶系统。 Bode图的分析方法是控制系统频域分析的常用方 法。
所有仪表单元之间及其与被控对象之间都是通过 信号线直接相连的。
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15.1 仪表控制系统
（1）闭环回路控制系统 回路中给定值信号u与被控变量y之间的传递函数：
Y ( s) U ( s)
W ( s)
W0 ( s) WA ( s) WC ( s) 1 WT ( s) WS ( s) W0 ( s) WA ( s) WC ( s)
WS ( s ) K S ,WT ( s ) KT , WA ( s) K A ,WD ( s) K D
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15.1 仪表控制系统
（2）闭环回路连续特性分析 因此，u与y，u与z之间的传递函数可简化为：
K A W0 ( s) WC ( s) Y ( s) W ( s) U ( s) 1 K A KT K s W0 ( s) WC ( s)
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15.1 仪表控制系统
（1）闭环回路控制系统 回路控制系统现对于系统网络化具有如下特点：
具有严格意义上的回路结构
单元间信息的直接传送 控制算法的集中计算
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15.1 仪表控制系统
（2）闭环回路连续特性分析 除调节控制单元外，其他仪表单元作用类似于低通 滤波器，可以近似为常数：
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15.2 计算机控制系统
（1）计算机控制系统的发展和评价 通过以下几个方面对系统进行评价： 对系统控制质量的评价 对系统工程化的评价 对系统实时性的评价 对系统可靠性的评价 对系统可扩展性的评价 对系统经济指标的评价
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2
0
4
0
离散过程可保证控制系统的主要特性不变。实际应用中，常 取：
T (5 ~10)T0
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15.1 仪表控制系统
（4）闭环回路控制系统网络化分析 计算机网络快速发展，多种现场总线系统在工业 控制中的得到应用； 常规传感器、变送器、控制器、执行器、显示器 发展成网络化产品； 基本实现了检测、变送、显示、调节控制和执行 单元的网络化过程。
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15.1 仪表控制系统 （3）闭环回路数字化离散分析 控制系统中当用数字仪表代替模拟仪表后，控制系统的特性 分析需要从离散化角度进行。
回路系统的采样周期为T，回路控制系统的截止频率为 0 则当采样周期T满足条件：
T 2T0 2
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第15章 计算机仪表控制系统
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Contents
15.1 仪表控制系统
15.2 计算机控制系统 15.3 计算机控制系统发展趋势
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15.1 仪表控制系统
（1）闭环回路控制系统 单回路控制系统
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15.1 仪表控制系统
（1）闭环回路控制系统 回路中给定值信号u与显示信号z之间的传递函数：
Z ( s) W ( s) U ( s) W0 ( s) WA ( s) WC ( s) WD ( s) 1 WT ( s) WS ( s) W0 ( s) WA ( s) WC ( s)
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15.1 仪表控制系统
（4）闭环回路控制系统网络化分析
电气信息的传输不再是点到点的直接方式，而是 通过网络以数字量方式进行，实际的物理回路不 再存在。
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15.1 仪表控制系统
（4）闭环回路控制系统网络化分析
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15.2 计算机控制系统
（3）集散控制系统 集散控制系统又称分散型控制系统；
它是一个为满足大型工业生产要求，从综合自动 化的角度，按功能分散、协调集中的原则设计； 具有高度可靠性，用于生产管理、数据采集和各 种过程控制。
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dcs仪表控制基本知识
DCS（分布式控制系统）是一种集散控制系统，它将计算机技术、控制技术和网络技术高度结合，用于实现对生产过程中的众多控制点进行控制。
DCS仪表控制基本知识包括以下几个方面：1. 仪表的分类：仪表分为一次仪表（现场仪表）和二次仪表（控制仪表）。
一次仪表直接与工艺介质相接触，如温度计、压力表等；二次仪表主要用于显示、控制、调节等，如PID控制器、报警器等。
2. 仪表的信号类型：仪表信号分为模拟信号和数字信号。
模拟信号包括温度、压力、流量等连续变化的信号，如4-20mA、1-5V等；数字信号包括开关量信号和脉冲信号，如0-1、1-0、2-3等。
3. DCS系统的组成：DCS系统通常由控制器（过程站）、操作站、通信网络和现场仪表等组成。
控制器负责实现对现场仪表的实时控制和调节；操作站用于监控和管理整个控制系统；通信网络负责连接控制器、操作站和现场仪表，实现数据传输。
4. DCS系统的控制功能：DCS系统可以实现多种控制功能，如温度控制、压力控制、流量控制、液位控制等。
通过PID控制算法等调节方法，实现对工艺过程的精确控制。
5. 仪表与DCS系统的连接：仪表通过信号传输线与DCS系统的输入/输出（I/O）卡件连接。
模拟信号通常采用4-20mA、1-5V等标准信号传输；数字信号采用开关量或脉冲信号传输。
6. DCS系统的组态：组态是指DCS系统根据实际应用需求进行配置和编程的过程。
通过组态软件，可以实现对DCS系统的控制策略、报警设置、历史数据存储等功能进行配置。
7. DCS系统的调试与维护：DCS系统调试主要包括系统硬件检查、通信网络测试、控制策略编程和调试等。
维护工作主要包括定期检查、故障排除、系统升级等。
通过以上对DCS仪表控制基本知识的了解，可以更好地把握DCS系统在工业生产过程中的应用和作用。
SIS与ESD、DCS、PLC之间的区别
SIS与ESD、DCS、PLC之间的区别1、SIS系统(Safety Instrumented System 安全仪表系统)属于企业生产过程自动化范畴，用于保障安全生产的一套系统，安全等级高于DCS的自动化控制系统，当自动化生产系统出现异常时，SIS会进行干预，降低事故发生的可能性。
2、DCS集散控制系统是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。
集散控制系统简称DCS，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。
SIS与DCS在石油、石化生产过程中分别起着不同的作用，如下图所示：生产装置从安全角度来讲，可分为3个层次：第一层为生产过程层，第二层为过程控制层，第三层为安全仪表系统停车保护层。
SIS与ESD之间的区别SIS是系统化的概念，更关注整体性的概念，从命名就可以看出来，SIS关注回路，关注系统整体。
安全型的现场检测器件（变送器，仪表，传感器）-> 安全型 A -》安全型控制器-安全型的DO -》安全型的现场执行器件（安全关断阀，泄压阀，保护器等）。
而ESD通常是指，安全控制系统厂家生产的，安全型控制器，（CPU），IO，等纯控制系统的概念。
从本质上来讲，SIS 的硬件系统不光包括，SIS控制器及IO（例如Triconex，HIMA，西门子400FH）。
还应包括所有跟控制器接口的其他输入部件，例如获得TUV SIL认证的传感器，变送器，检测装置；还应该包括所有输出部件，如获得TUV SIL认证的执行器（液压安全执行器，气动安全执行器，电动型安全执行器），还应该有获得认证的现场设备。
要求严格的现场，阀门本体也必须是有TUV 证书的。
例如核电厂的安全阀不光是锅炉与压力容器质检合格，还应该有核检证书，还应该有TUV 的安规证书，明确标明是SIL几等级。
ESD是生产厂家的安全性控制器用在不同的场合，根据不同的用途，有着这些不同的叫法，从理论上说，只有ESD，“未必” 会是个完整的SIS控制系统。
仪表及自动化控制系统管理制度
1.1 为加强仪器仪表及自动控制设备(以下简称“仪表设备”)管理工作，提高仪表设备管理水平，保障仪表设备安全经济运行，依据国家相关法律、法规及《公司管理制度》，特制定本制度。
1.2 仪表设备管理的主要目标是对仪表设备从规划、设计、创造、选型、购置、安装、使用、维护、修理、改造、更新直至报废的全过程进行科学的管理，使仪表设备处于良好的技术状态。
1.3 本制度所称仪表设备是指在我公司生产、经营过程中所使用的各类检测仪表、自动控制监视仪表、执行器、过程控制计算机系统、分析仪器仪表、可燃(有毒)气体检测报警器及其辅助单元等。
2.1 仪表设备由公用配套负责归口管理。
公用配套应设相应岗位和专职技术人员。
公用配套在主管经理领导下，负责公司仪表设备的管理。
2.2 公用配套仪表设备管理职责：2.2.1 贯彻执行国家有关仪表设备管理工作的方针、政策和法规，贯彻执行公司仪表设备管理制度、规程和规定。
2.2.2 组织制定和修订公司仪表设备管理制度、规程、标准和规定。
2.2.3 检查执行仪表管理制度、规程、标准和规定的情况。
2.2.4 参预新建装置、更新或者技措等重点项目中仪表设备的规划、设计选型等前期管理工作。
2.2.5 负责审批公用配套上报的仪表设备零购、更新计划，汇总到设备采购，负责审批仪表车间上报的仪表设备报废、仪表检修计划。
2.2.6 负责审查或者制定公司仪表设备及其系统的技改技措项目计划。
2.2.7 负责公司仪表设备的日常运行、维护管理工作。
2.2.8 负责审核公司重要仪表设备的检修项目及方案，参预重要仪表项目验收工作。
2.2.9 负责组织仪表设备新产品、新技术的交流及管理经验交流。
2.2.10 参加公司仪表设备的重大事故调查与分析。
及时上报仪表设备事故分析报告，及时上报仪表设备事故分析报告。
2.2.11 组织建立健全公司仪表设备台帐及档案。
3.1 仪表设备的前期管理是全过程管理中规划、设计、选型、购置、安装、竣工、投运阶段的全部管理工作，是综合管理的重要内容，为使寿命周期费用最经济，综合效率最高，必须重视前期管理工作。
仪表控制系统与计算机控制系统参数比较
33
825
同上
计算机
5000
1
5000
监控软件
70001ຫໍສະໝຸດ 7000总价格10650
总价格22810
性能分析，此套控制系统虽然价格上要稍微低点。但功能上支局限于在仪表上设定温度，在指针式电流电压表上观察数据变化，不能自动储存温度、电流、电压等数据。当碰到三相电流异常时不能报警并切断加热模块。不能实时直观的显示各温区的温度，电流电压等数据。
仪表控制系统与计算机控制系统参数比较
仪表控制系统
计算机控制系统
名称
价格
数量
合计
介绍
名称
价格
数量
合计
介绍
AI-808温度控制仪表
900
10
9000
每块仪表对一组温区控制，
可编程控制器
7
7950
指针电流表
25
33
825
每块仪表只能显示一相数据，并且不能报警
电流电压采集模块
260
11
2860
指针电压表
25
性能分析，此套控制系统在价格成本上要稍微高点，但它集多点优势于一体。
1.计算机采集所以的温度、电流、电压、设备运行情况等数据并连接海量数据库自动储存。最大储存时间可以达到3年（储存时间根据计算机储存空间而定）
2.用户在计算机上可以随意设定各温区的温度及报警温度。
3.用户在计算机上可以设定各温区的报警电流或电压，系统发现当超过所设定值就会切断加热模块并报警。
计算机控制系统概述
第十章 计算机控制系统概述
直接数字控制（Direct Digital Control，简称DDC）系统的构成 如图所示。计算机首先通过模拟量输入通道（AI）和开关 量输入通道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规 律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道 （AO）和开关量输出通道（DO）直接控制生产过程。DDC 系统属于计算机闭环控制系统，是计算机在工业生产过程 中最普遍的一种应用方式。
设定值 调节 生产 过程 模拟调 节器
工艺数据
调节 生产 过程 DDC计 算机 测量
设定值
工艺数据
测量
SSC 计 算 机
记录 显示 打印
SSC 计算 机
记录 显示 打印
监督控制系统的两种结构形式 （a）SCC+模拟调节器系统 （b）SCC+DDC系统
第十章 计算机控制系统概述
4.分散型控制系统 分散型控制系统（Distribute Control System—DSC），采用分散控 制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则， 把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监督级、综合 信息管理级，形成分级分布式控制，其结构如图所示。
第十章 计算机控制系统概述
目录
10.1 计算机控制系统组成 10.2 计算机控制系统特点 10.3计算机控制系统的优点 10.4计算机控制系统的典型形式 10.5计算机控制系统的发展方式
第十章 计算机控制系统概述
随着科学技术的进步，人们越来越多地利用计算机来实现控 制系统，近几年来，计算机技术，自动控制技术，检测与 传感技术，CRT显示技术，通信与网络技术等给计算机控 制技术带来了巨大的变革。人们利用这种技术可以完成常 规控制技术无法完成的任务，达到常规控制技术无法达到 的性能指标。随着计算机技术，高级控制策略，现场总线 智能仪表和网络技术的发展，计算机控制技术水平必将大 大提高。采用计算机对系统进行控制，不仅在工业、交通、 农业、军事等部门得到了广泛应用，而且在经济管理等领 域得到应用。与常规模拟控制系统相比，计算机控制系统 具有许多的有点。计算机参与控制，对控制系统的性能、 系统的结构以及控制理论等多方面都产生了极为深刻的影 响。
DCS控制系统详解
DCS控制系统详解（化工厂）提起DCS系统，化工人都不陌生，因为它是化工厂的大脑，会根据采集现场仪表（温度、压力、流量、液位等）信号作出判断，让输出的信号对管道的阀门进行控制由于DCS涉及的知识面很广，所以今天只介绍基本结构和原理部分，希望能为工厂中相关操作人员以及初学者提供参考。
01 基本结构DCS是Distributed Control System的缩写，直译为“分布式控制系统”。
由于产品生产厂家众多，系统设计不尽相同，功能和特点也各不相同。
国内在翻译时，也有不同的称呼：分散控制系统（简称DCS）集散控制系统（简称TDCS或TDQ 分布式计算机控制系统（简称DCCS）02 系统组成三站一线：工程师站、操作员站、现场控制站、系统网络1、工程师站对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络接点。
主要功能：提供对DCS 进行组态，配置工作的工具软件，并在DCS 在线运行时实时监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳工作状态之下。
2、操作员站处理一切与运行操作有关的人机界面（HIS，Human Interface Statio n,或01, Operator In terface，或MMI，Man Machi ne In terface）功能的网络节点。
主要功能：为系统的运行操作人员提供人机界面, 使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等,并可通过输入设备对工艺过程进行控制和调节, 以保证生产过程的安全、可靠、高效。
3、场控制站现场控制站是DCS的核心，是对现场I/O处理并实现直接数字控制（DDC功能的网络节点。
系统主要的控制功能由它来完成，系统的性能、可靠性等重要指标也都要依靠现场控制站保证。
其设计、生产及安装都有很高的要求，是分散控制系统中的主要任务执行者。
计算机控制系统的体系结构
计算机控制系统的体系结构摘要：计算机控制系统是计算机与控制理论相结合的产物，它经历了一个不断演变发展的过程：从简单的计算机控制系统逐步发展为多级分布式计算机控制系统。
本文从计算机控制系统的硬件与软件两方面来分析其体系结构。
在硬件系统方面，分析了直接数字控制系统DDC体系结构；集散控制系统DCS体系结构；现场总线控制系统FCS体系结构；可编程控制器系统PCS或PLC体系结构这四类系统。
在软件方面，是从系统软件和应用软件两个方面来进行分析的。
关键字：计算机，控制系统，体系结构一、计算机控制系统简介随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
即用计算机的硬件和软件来实现控制器的功能。
这是用计算机取代模拟控制器的初衷，其特点是：（1）用软件可以实现复杂的控制规律。
（2）可以显示、存储、打印系统的运行状态。
具有报警功能；人机接口功能。
（3）控制规律可以很方便的改变。
（4）通讯组网功能。
自动控制技术、计算机技术、检测和传感技术、网络和通信技术、显示技术等的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的变革。
随着计算机技术、高级控制策略、现场总线智能仪表和网络技术的发展，计算机控制技术水平必将大大提高。
计算机控制系统：应用计算机（控制计算机）来实现生产过程自动控制的系统。
二、计算机控制系统硬件体系结构计算机控制系统的体系结构主要分为四大类：直接数字控制系统DDC体系结构；集散控制系统DCS体系结构；现场总线控制系统FCS体系结构；可编程控制器系统PCS或PLC 体系结构。
这四种体系结构有其各自不同的发展背景和特点，自然也有着不同的适用范围。
2.1 直接数字控制系统DDC体系结构DDC是Direct Digital Control，即直接数字控制的缩写，它是计算机进入控制和自动化领域以来最早应用的体系结构。
DDC控制系统以微机为核心，并配以一定数量的外围设备，使系统具有丰富的控制、显示和数据处理功能。
DDC控制系统的主要工作过程是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与给定值进行比较，并按预定的数学模型（如PID控制规律）进行运算，其输出直接控制被控对象，使被控参数稳定在给定值上。
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。
第一章计算机测控系统概述
期望温度
输 入 变 换
+
电 压 放 大
功 率 放 大
执 行 机 构
减 速 器
调 压 器
电 热 器
炉 子
实际温度
热电偶
给定电压
比较 热电偶
u 前 置 放 大 功 率 放 大
执行机构
减速器
M
电热器 调压变压器
炉子
~220V
1-24
扰动 输入量 + -
控制器
控制量
被控对象
输出量
反馈元件
特点： 1) 由负反馈构成闭环，利用误差信号进行控制； 2) 对于外界扰动和系统内部参数的变化等引起的误差能够 自动纠正；
1）计算机主机
2）过程通道 3）操作控制台
1-28
过程通道
1) 接口与输入输出通道：主机与被控对象信息传递的纽带。 2) 检测元件及仪表：将被测（被控）参数由非电量变为电 量，并将这些电量变为A/D转换器所能转换的统一电压。 3) 执行机构：执行控制动作从而达到控制被控参数的目的 （有电动、气动、及液动控制形式、各种控制电机 （交、 直流电机、步进电机等。））
1-43
分布控制系统也称集散控制系统，是以微处理器为基础的集中 分散控制系统，主要特征是集中管理和分散控制 主要分为三部分：操作管理站、现场控制站和通信网络，以实 现分散控制与集中管理和操作的功能。 操作管理站负责系统的管理、控制组态、系统生成，实现控 制系统的控制操作、过程状态显示、报警状态显示、历史数 据的收集和各种趋势显示及报表生成与打印等
1-16
控制周期（采样周期）：完成实时数据采集、 实时控制决 策，实时控制 输出所用的时间。
实时的概念：是指信号的采集、计算决策、输 出控制都要在一定的时间内完成， 满足系统的要求。