简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能
简述建筑设备集散式控制系统结构
简述建筑设备集散式控制系统结构一、引言建筑设备集散式控制系统是指将建筑内各类设备的控制集中管理的一种系统。
它通过集中控制器、传感器、执行器和通信网络等组成，实现对建筑内各种设备的统一控制和管理。
本文将从集散式控制系统的结构角度进行详细介绍。
二、集散式控制系统的组成1. 集中控制器集中控制器是整个集散式控制系统的核心，它负责汇集各个子系统的数据和指令，并进行处理和分发。
集中控制器通常采用高性能的工控计算机或嵌入式系统，具备强大的数据处理和通信功能。
2. 子系统子系统包括建筑内的各类设备，如空调系统、照明系统、电梯系统等。
每个子系统都有相应的传感器和执行器，用于感知环境和执行控制指令。
传感器负责采集环境参数，如温度、湿度、光照等，而执行器则负责控制设备的开关、调节等操作。
3. 通信网络通信网络是集散式控制系统中各个组件之间的桥梁，用于传输数据和指令。
通常采用现场总线或以太网等常见通信协议，以保证数据的可靠传输和实时性。
4. 监控与操作界面监控与操作界面是用户与集散式控制系统交互的窗口，通过它可以对系统进行监控、设置和操作。
常见的监控与操作界面有触摸屏、计算机终端和手机APP等。
三、集散式控制系统的工作原理1. 数据采集与传输各个子系统的传感器负责采集环境参数，并将数据传输给集中控制器。
传感器可以采用模拟信号或数字信号输出，集中控制器通过通信网络获取这些数据，并进行处理和存储。
2. 控制指令下发集中控制器根据采集到的数据和预设的控制策略，生成相应的控制指令。
这些指令通过通信网络发送给各个子系统的执行器，执行器根据指令进行相应的操作，如调节设备状态、开关设备等。
3. 系统监测与故障诊断集散式控制系统具备实时监测和故障诊断能力，能够对各个子系统的运行状态进行实时监测，并通过报警或日志记录等方式提醒用户。
一旦发现故障或异常情况，系统可以自动进行故障诊断，并尝试进行自动恢复或报警处理。
4. 数据存储与分析集中控制器负责对采集到的数据进行存储和分析，以便用户进行历史数据查询和分析。
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。
集散型控制系统介绍
集散型控制系统介绍什么是集散型控制系统？集散型控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是一种用于监控和控制工业过程的自动化系统，它由多个分布在整个工厂或工业设施的控制单元组成。
每个控制单元负责特定的控制功能，并与其他单元进行通讯和协同工作。
DCS系统的主要目标是实现工业生产的高效率和高可靠性。
DCS系统的特点1.模块化设计：DCS系统由多个独立的模块组成，每个模块具有特定的功能，并可以根据需要进行添加或移除。
这种模块化设计使得DCS系统更加灵活和可扩展。
2.分布式架构：DCS系统的控制单元分布在整个工厂或设施的各个区域，通过网络进行通讯。
这种分布式架构使得系统更加稳定，并且可以更好地应对设备故障或通讯中断的情况。
3.实时监控：DCS系统可以实时监控工业过程中的各种参数和状态，包括温度、压力、流量等。
监控数据可以通过图形界面直观地展示给操作员，帮助他们进行决策和调整。
4.集中管理：DCS系统通过中央控制台进行集中管理，操作员可以通过该控制台对各个控制单元进行配置和控制。
集中管理使得系统维护和管理更加简便，并且可以提高工作效率。
5.数据记录与分析：DCS系统可以记录和存储工业过程中的各种数据，如生产数据、报警记录等。
这些数据可以用于后续的分析和决策，帮助工厂或设施提高生产效率和质量。
DCS系统的应用领域DCS系统广泛应用于各个工业领域，特别是对于那些需要高度自动化和精确控制的工艺过程来说，DCS系统是不可或缺的工具。
下面是一些常见的DCS系统应用领域：•电力行业：DCS系统被用于发电厂和电网的控制和监测，可以实现对电力设备的远程操作和维护。
•石油和化工：DCS系统在炼油、化工生产和储运过程中起到关键作用，可以提高生产效率和安全性。
•制造业：DCS系统可以应用于各种制造过程的控制和监控，如汽车制造、钢铁生产等。
•水处理：DCS系统可以用于水处理厂的运行和监测，实现对水质和水压的控制。
集散控制系统的构成
机柜示例 ：浙大中控JX系统
柜顶风扇 控制站插件箱
接线端子 I/O插件箱
交流电源： 交流电源经过集散系统的电盘的断路器给系统 供电，保证现场控制站供电系统高效、稳定、无 干扰。
每一现场控制站场均用双相交流电源供电，两相 互为冗余。
如果附近有经常开关的大功率用电设备，应采用 超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽 层可靠接地。这样能很好的隔离共模干扰。
• 同步运转方式；
• 待机运转方式；
• 后退运转方式；
• 多级操作方式。
（1）同步运转方式
• 让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转， 输入相同的信号，进行相同的处理，然后对输出
进行比较，如果输出保持一致则系统是正常运行
的。
• 双重冗余、“三中取二”（连锁）
• 应用于可靠性要求极高的场合
（2）待机运转方式
集散控制系统的结构，尤其适用于有大量逻辑顺序控制的
过程。 （4）智能前端+通信系统+工业级微机
智能前端指用于生产现场的智能控制设备，作为分散控制 装置；用于小型集散控制系统。
第二节 DCS的结构特点
1、分级递阶控制体系结构
集散控制系统在水平和垂直方向都是分级
（层、块）的。
垂直分级：是指功能方面不同的分级，至 少有两个分级，即监控级和控制级。
SBUS 总线
JX-300X典型的通信网络
SBUS总线
SBUS总线是控制站内部各卡件之间进行信息
交换的通道。主控制卡就是通过SBUS总线来管理 分散于各个机笼的I/O卡件的。
第一层为双重化总线SBUS-S2，位于控制站所管 辖的I/O机笼之间，连接主控制卡和数据转发卡。
第2章集散控制系统的体系结构
要是运算能力和运算速度。)
组成：超级微型机或小型机
4. 管理级
厂级管理计算机,或是若干个机组的管理计算机。 使用者：厂长、经理、总工程师、值长等行政 管理或运行管理人员。 主要任务：监测企业各部分的运行情况，利用 历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况， 从企业全局利益出发辅助企业管理人员进行决 策，帮助企业实现其规划目标。
集散控制系统的分散方式包含功能分散、
物理分散和地理分散三个不同的概念
体系结构：分级递阶控制结构 信息结构：自下向上逐渐集中，自上而下
逐渐分散。
DCS的分散方式
1. 功能分散：一个大系统的控制功能要分解为一
些基本的控制功能。
具有人机接口功能的集中操作站和具有过程接
口功能的过程控制装置的分散；
管理级属于厂级，可分成实时监控和日常管理两 部分。 实时监控是全厂各机组和公用辅助工艺系统的运 行管理层，承担全厂性能监视、运行优化、全厂 负荷分配和日常运行管理等任务，主要为值长服 务。
日常管理承担全厂的管理决策、计划管理、行政 管理等任务，主要是为厂长和各管理部门服务。
2.2
DCS的分散方式和体系结构
2.2.2
DCS的体系结构
体系结构：分级递阶控制结构——集散控制系统在水 平和垂直方向都是分层（级）的。 水平方向上各过程控制级之间是互相协调的分级，它 们把数据向上送达操作管理级，同时接受操作管理级 的指令，各水平级之间也进行数据交换； 垂直分级是功能方面不同的分级，至少有两个分级， 即操作管理级和过程控制级；这样的系统是分级递阶 系统。 信息结构：自下向上逐渐集中，自上而下逐渐分散。
2. 控制级：过程控制站和数据采集站
DCS简答题
1.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？答：集散型控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是以多台微处理器为基础的集中分散型控制系统。
世界上第一台实现集中管理和分散控制的新型计算机控制系统TDC2000型集散控制系统于1975年由美国Honeywell公司推出。
设计思想是“集中管理、分散控制”，所谓集中管理，就是把整个生产过程的全部操作、显示集中在同一个操作站进行；而分散控制就是用多个微处理器来分散承担生产过程的控制，每个微处理器只控制少量回路。
2.简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能。
答：按照DCS各组成部分的功能分布，自下而上分别是现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。
与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络（Field Network，Fnet）、控制网络（Control Network，Cnet）、监控网络（Supervision Network，Snet）和管理网络（Management Network，Mnet）。
（1）现场控制级的典型设备是各类传感器、变送器和执行器。
现场控制级设备直接与生产过程相连，是DCS的基础。
它的主要功能为三个方面。
一是完成过程数据采集与处理；二是直接输出操作命令、实现分散控制；三是完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享；四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。
（2）过程控制级主要由过程控制站、数据采集站和现场总线接口等构成。
主要功能表现在一是采集过程数据，进行数据转换与处理；二是对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；三是现场设备及I/O 卡件的自诊断；四是与过程操作管理级进行数据通信。
（3）过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。
操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管理装置。
集散控制系统
集散控制系统集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS 系统。
该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。
DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。
集散控制系统一般有以下四部分组成：1）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CRT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。
它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。
在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。
拿军队来举例的话，可以形容为最底层的士兵。
它们只要能准确地服从命令，并且准确地向上级汇报情况即完成使命。
至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。
由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。
2）过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。
生产工艺的调节都是靠它来实现。
比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。
上面说到现场控制级是“士兵”，那么给它发号施令的就是过程控制级了。
它接受现场控制级传来的信号，按照工艺要求进行控制规律运算，然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。
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一、简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能（画出通用结构图、各部分硬件组成和实现的功能）
答：按照DCS各组成部分的功能分布，所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。
与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。
1）现场控制级设备的任务主要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；完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。
2）过程控制级的主要功能是采集过程数据，进行数据转换与处理；对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；现场设备及I/O 卡件的自诊断；与过程操作管理级进行数据通信。
3）过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。
操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管理装置。
工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。
工程师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种图样、表格等。
监控计算机的主要任务是实现对生产过程的监督控制，如机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。
根据产品、原材料库存以及能源的使用情况，以优化准则来协调装置间的相互关系，以实现全企业的优化管理。
4）经营管理级是全厂自动化系统的最高一层。
主要功能是监视企业各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。
它从系统观念出发，从原料进厂到产品的销售，市场和用户分析、定货、库存到交货，生产计划等进行一系列的优化协调，从而降低成本，增加产量，保证质量，提高经济效益。
（集散控制系统的体系结构图）
集散控制系统的硬件结构
控制站，进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。
1、机柜
2、电源
一个现场控制站均采用双电源供电，互为冗余。
（1）采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接地，以克服共模干扰的影响。
（2）采用交流电子调压器，快速稳定供电电压。
（3）配有不间断供电电源UPS，以保证供电的连续性。
（4）现场控制站内各功能模块所需直流电源一般为±5V、±15V(或±12 V)、以及+24V。
3.控制计算机
（控制计算机）
控制计算机一般是由CPU、存储器、输入/ 输出通道等基本部分组成。
CPU ：用以实现算术运算和逻辑运算。
可以执行复杂的先进控制算法，如自动整定、预测控制、模糊控制和自适应控制等。
存储器：控制计算机的存储器分为RAM和ROM。
在控制计算机中ROM 占有较大的比例。
由于控制计算机在正常工作时运行的是一套固定的程序，DCS中大都采用了程序固化的办法。
在冗余控制计算机系统中，还特别设有双端口随机存储器RAM ，其中存放有过程输入输出数据、设定值和PID参数等。
总线：是将现场控制站内部各单元连接起来的通信介质。
4、操作站
（操作站）
操作站一般分为操作员站和工程师站两种。
工程师站主要是技术人员与控制系统的人机接口，可以对应用系统进行监视。
工程师站为用户提供了一个灵活的、功能齐全的工作平台，通过组态软件来实现用户所要求的各种控制策略。
有些小型DCS的工程师站可以用一个操作员站代替。
5、冗余技术
同步运转方式
让两台或两台以上的设备或部件同步运行，进行相同的处理，并将其输出进行核对。
两台设备同步运行，只有当它们的输出一致时，才作为正确的输出，这种系统称为“双重化系统”(Dual System)。
三台设备同步运行，将三台设备的输出信号进行比较，取两个相等的输出作为正确的输出值，这就是设备的三重化设置。
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。
冗余措施
通信网络的冗余：采用一备一用的配置。
操作站的冗余：采用工作冗余的方式。
现场控制站的冗余：有的采用1:1 冗余，也有的采用N:1 冗余。
采用无中断自动切换方式。
电源的冗余：除了220V 交流供电外，还采用了镍镉电池、铅钙电池以及干电池等多级掉电保护措施。
输入/输出模块的冗余：部分重要卡件采用1:1 冗余。
DCS软件还采用了信息冗余技术。