DCS的网络与通信工业网络的特点
DCS系统简介
百科名片DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。
即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
基本介绍首先，DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。
由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。
对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。
这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。
因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率 DCS，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。
系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。
为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。
这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。
在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DDC）功能的网络节点。
一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。
DCS、SIS、PLC三大控制系统的特点与差异分析
DCS、SIS、PLC三大控制系统的特点与差异分析摘要：本文简略阐述了DCS、SIS、PLC三大控制系统本身的特点，并针对三者z之间所具有的差异性展开了综合性的探究，旨在明确区分各种控制系统的优劣势，为后续系统的高效应用提供参考。
关键词：工业生产；控制系统；装置引言：当前在工业生产领域较常应用DCS、SIS以及PLC三种控制系统，但从本质上来看，其在实际应用阶段存在着诸多不同，然而现阶段在上述控制系统的实际应用方面依然面临着一定的不利因素，基于此，有必要对其展开更为深入的研究。
1DCS、SIS、PLC三大控制系统的特点分析1.1DCS对于DCS控制系统来说，其主要包括三层，分别是过程控制级、集中操作监控级以及综合信息管理级，不同的层级中间包含着两级通信电路，通信网络则会为各装置之间的通信联系提供支持。
过程控制级的构成涉及到部分测控装置、智能调节器以及现场控制站，在集中操作监控级中则包含着网间连接器、操作站以及监控计算机等多个部分，网间连接器同上位管理级之间共同组成了信息综合管理级。
该控制系统主要包括以下几方面特点。
首先便是其技术应用的特殊性，网络是该控制系统实施最主要的技术之一，其全部的操作都直接关系到网络的应用，不管是哪个网络都要基于网络展开工作，其中最为基础的便是分散过程控制级。
其次便是其在硬件设备组装方式方面的特殊性，对于工业化生产来说，不同的工业生产有着各不相同的生产条件和需求，所以其在控制系统方面的要求也存在着较大的差异性，若是单纯采用传统的控制系统难以随便都控制系统进行调整。
但DCS控制系统所使用的是积木化的硬件设备组装形式，所以，工作人员能够从用户自身的实际需求出发，对系统的规模进行优化调整。
DCS控制系统如图1所示。
图1 DCS控制系统再次，其软件的设计呈现出模块化的特点，这种设计形式能够在极大程度上提升功能的多样性，进而为用户提供更多的选择，此举不仅能够起到减小工作量的作用，还可以减少对于系统空间的占用，可以为计算机的高质量运行创造良好的条件。
DCS系统中的网络通信技术浅析
１ ． Ｄ Ｃ Ｓ 系统 中的 网 络通 信 技 术 分 析
１ ． １ Ｆ ｒ ｅ ｅ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ８ ０ ０ Ｆ通信系统简介 Ｄ Ｃ Ｓ系 统 主要 是 在多 重 操 作 环 境 下 ． 通 过人 机 接 口对 生 产过 程 进
行过程控制 、 状态监视 、 数据采集和记录等。在此 系统 的通信 网络中 ， 采取总线网络结构和多层次且相互独立的环形 网络结构 ． 使 系统更 精 确 的将信息传递到相应 的节点 。其 网络结构大致 可以分 为五部分 ： 过 程数据管理层 、企业数据管理层 、过程 控制数据层 、模块 总线 以及 ￥ ８ ０ ０ Ｉ ／ Ｏ接 口模块。 １ ． ２现场控制站结构 与功能分析 在Ｄ Ｃ Ｓ 系统 的网络结构 中． 控制站是 Ｆ ｒ ｅ ｅ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ８ ０ ０ Ｆ 通信 网络实 现过程控制的核心设备 ． 其控制主要通过智能 的控制器模块来 实现 ． 智能控制器包括 多功能处理器 ＭＥ Ｐ、 网络处理模块 ＮＰ Ｍ等 。在智 能 控制器结构 中通过 １ Ｍ的通信模块和 ０ ． ５ Ｍ的 Ｉ ／ Ｏ扩展 总线进行 通信 ． 这种通信通道不仅支持 多功能处理器和桥控制器 ． 还支持 多种 Ｉ ／ Ｏ接 口模块 在一个机柜中 ． 现场控制单元通过 Ｎ Ｉ Ｓ 与Ｎ Ｐ Ｍ一组通信模 块 组成完整的控制通道节点 现场控制站主要通过一组 Ｎ Ｉ Ｓ和 Ｎ Ｐ Ｍ模 块来 共同工作 完成所 有 通信功能 。其中 Ｎ Ｉ Ｓ 模块连接着过程管理控制层 ． 与该层 进行数 据交 换． 主要承担着 系统通 信协议 的执 行 ． 信息 的发送与接 收 ： Ｎ Ｐ Ｍ模 块 则连接着控制通道 ． 在控制通道上 占据一个 地址 ． 成为一个独立 的控 制节点 ． 主要功能是将 多功能处理器和桥控制器产 生的例外报告 收集 起来 ． 分 类后形 成信包 ， 传人 Ｎ Ｉ Ｓ 模块 。与此 同时， Ｎ Ｉ Ｓ 模块将 收到的 本节点 的信息包 ． 通过 Ｎ Ｐ Ｍ模块传人多功能处理器等模块中 ， 将相应 的控制要求进行执行 为了通 信的可靠 性 ． 通信 接 口使 用冗余 结构 ． 也 就是说 一组 模 块 中包括两 个 Ｎ Ｉ Ｓ 和Ｎ Ｐ Ｍ 模块 ． 其 中两个 承担通 信工作 ， 另外 两个 备用． 一旦 出现故 障 ， 模 块将在极 短的时 间内 自动切换 ， 不会影 响 网 络 的正 常通 信 和通 信 安全 ． 同 时系 统会 接 到故 障 报警 信 号 ， 提 醒 操 作人 员排除故 障。这样 ． 系统 的安全性 、 可靠性 、 稳 定性将大 大提
工业控制网络知识点总结
工业控制网络知识点总结一、工业控制网络的概念工业控制网络是指用于工业自动化领域的数据通信系统，其目的是实现对生产设备、工艺过程和生产信息的监控和控制。
工控网络主要包括传感器、执行器、PLC、DCS、SCADA系统等组成部分。
工控网络的设计目标是提高生产效率、降低生产成本和提高生产安全性。
二、工业控制网络的特点1. 实时性：工控网络需要能够实时响应生产过程的变化，及时更新数据和控制设备。
2. 可靠性：工控网络对通信的可靠性要求非常高，因为生产过程中可能会遇到各种干扰和故障，需要能够确保数据传输的准确性和完整性。
3. 安全性：工业控制网络需要能够防范各种网络攻击和恶意操作，保证生产过程的安全性和稳定性。
4. 实时性：工控网络需要能够实时响应生产过程的变化，及时更新数据和控制设备。
5. 可扩展性：工控网络需要能够根据生产需求进行扩展和升级，灵活适应不同的生产环境和设备组合。
三、工业控制网络的组成部分1. 传感器和执行器：传感器用于采集环境参数，例如温度、压力、流量等；执行器用于对生产设备进行控制，例如电动阀门、马达、启动器等。
2. PLC（可编程逻辑控制器）：PLC是工控网络的核心设备，用于实现对生产过程的自动控制。
PLC能够根据预先编制的程序对输入信号进行处理，并输出控制指令，实现对执行器的控制。
3. DCS（分布式控制系统）：DCS是用于对生产过程进行集中监控和控制的系统，通常包括多个控制节点和界面站，能够实现对整个生产线的远程控制。
4. SCADA系统：SCADA系统是用于对生产现场进行实时监控和数据采集的系统，能够通过图形界面对生产现场进行动态显示和实时数据查询。
四、工业控制网络的通信协议工业控制网络使用的通信协议通常包括有线和无线两种类型，其中有线协议主要用于固定式设备的数据通信，无线协议主要用于移动设备和无线传感器网络的数据通信。
1. 有线通信协议（1）Profibus：Profibus是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议，适用于实时数据传输和设备控制。
集散控制系统的通信网络与系统特性
OSI模型的各层及其定义
层次
定义
7．应用
给开放系统互连OSI环境的用户提供服务，例如终端访问、文件传送协议、网络管理
6．表示
解释通讯数据的意义，如代码转换、格式变换等，使不同的终端可以表示。还包括 加密与解密、压缩与解压等。
5．会话
提供在两个进程之间建立、维护和结束连接（会话）的手段。
4．传送
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3.1.4 通信控制方式
链路控制
➢ 在共享链路的网络结构中，链路控制是一个关键问题。由于网 上连接着许多设备，它们彼此间要频繁地交换信息，这些信息 都要通过链路进行传输，所以必须确定在什么时间里，在什么 条件下，哪些节点可以得到链路的使用权，这就是链路的控制 问题。
➢ 链路的控制方式分为集中式和分散式两种。集中式控制是指网 络中有单独的集中式控制器，由它控制各节点之间的通信。星 型结构的网络便采用这种控制方式，控制机构集中在星型网络 的中央节点内。分散式是指网络中没有集中式链路控制器，各 节点之间的通信由它们各自的控制器来控制，环型及总线型网 络一般采用分散链路控制方式。
计算机中的信息是以二进制形式存在的，这 些二进制信息可以用一系列的脉冲信号来表 示，所谓基带传输，就是直接将这些脉冲信 号通过信道进行传输。
基带传输不适用于远距离数据传输。当传输 距离较远时，需要进行调制。用基带信号调 制载波之后，在信道上传输调制后的载波信 号，这就是载带传输。
7
5. 载带传输中的数据表示方法
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2.具有极高的可靠性
集散控制系统的通信系统必须连续运行，通信系统的任何 中断和故障都可能造成停产，甚至引起设备和人身事故。 因此通信系统必须具有极高的可靠性。一般集散控制系统 通信系统采用双网备份方式，以提高可靠性。
DCS系统
DCS系统目前，在连续型流程生产自动控制（PA）或习惯称之为工业过程控制中，有三大控制系统，即DCS（分散控制系统）、PLC（可编程逻辑控制器）和FCS（现场总线控制系统）。
什么是DCSDCS集散控制系统(Distributed Control System)是20世纪70年代中期发展起来的以微处理器为基础的分散型计算机制系统。
它是控制技术（Control）、计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）、图形显示(Display)相结合的产物．该装置是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散制的一种全新的分布式计算机控制系统。
DCS的特点DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。
DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。
操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。
因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。
分级递阶控制系统在垂直和水平方向都是分级的。
最简单的DCS系统至少在垂直方向分两级，即：操作管理级和过程控制级。
在水平方向上各个过程控制级之间是相互协调的分级，它们把数据向上送达操作管理级，同时接收操作管理级的指令，各个水平分级间相互也进行数据交换。
DCS系统越大，其垂直方向和水平方向分级的范围也越广。
分级递阶控制系统的优点是各个分级有各自的分工范围，相互之间有协调，通常，这种协调由上一级来完成。
分散控制分散是DCS的一个重要特点。
分散的含义不单是分散控制，还包含了其他意义。
如：地域分散，功能分散，设备分散，危险分散等。
分散的目的是为了使危险分散，提高设备的可利用率。
自治与协调性DCS的各个组成部分是各自为政的自治系统，各自完成各自的功能，相互之间又有联系，数据信息相互交换，各种条件相互制约，在系统的协调下工作。
分散过程控制装置完成数据的采集、信号的处理、计算以及数据输出等功能。
DCS等名词解释
仪表工基础知识－－DCS等名词解释一、DCS－－－－分布式控制系统1、什么是DCS？ DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。
2、 DCS有什么特点？ DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。
DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。
操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。
因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。
3、 DCS的结构是怎样的？上图是一个较为全面的DCS系统结构图，从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。
过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。
操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。
管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。
4、 DCS的控制程序是由谁执行的？DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。
5、过程控制站的组成如何?DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成6、什么是DCS 的开放性？DCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接，并获取其信息的性能。
这种连接主要是通过网络实现的，采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS开放性的保障。
7、什么是系统冗余？在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。
通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。
DCS控制系统介绍
DCS控制系统介绍DCS控制系统（Distributed Control System）是一种基于现代信息技术的自动化控制系统，用于工业生产过程的监控、控制和数据处理等功能。
它基于计算机网络、通信技术和控制算法等技术，将控制任务分散到不同的控制节点上，实现多任务分布式自动化控制。
DCS控制系统由监控层、控制层和执行层构成。
监控层是最高层，主要负责监控过程工艺参数、生产状态和设备运行状态等信息，提供用户界面供操作员使用。
控制层是中间层，负责控制过程参数，调节和改变系统的工作状态。
执行层是最底层，主要负责执行控制层的指令，控制、调节和保护各种设备。
1. 分布式体系结构：DCS控制系统采用分布式体系结构，将控制任务分散到多个控制节点上，使系统具有高可靠性和高稳定性。
即使一些节点发生故障，其他节点仍然可以继续工作，保证系统的连续运行。
2. 多任务运行：DCS控制系统具有多任务运行的特点，可以同时处理多个任务，实现复杂的控制算法和优化运算。
系统可以根据需要进行任务的优先级调度，确保重要任务的执行效果和实时性。
3. 网络通信技术：DCS控制系统基于计算机网络和通信技术，实现控制节点间的数据交换和通信，实现远程控制、监控和故障诊断等功能。
控制节点可以通过网络实现数据共享和远程监控，提高系统的管理效率和设备的利用率。
4. 开放性接口：DCS控制系统通常采用开放式接口设计，使其可以与其他系统进行数据交换和集成。
如与企业资源计划（ERP）系统集成，实现生产计划和物料管理的统一、同时，也可以与其他自动化系统集成，如SCADA系统、MES系统等，实现全面的生产过程控制和管理。
5. 可扩展性：DCS控制系统具有较好的可扩展性，可以根据生产工艺的变化和需求的变化进行扩展和改造。
可以增加新的控制节点，增加新的功能模块，实现对系统的功能和性能的扩展，提高系统的灵活性和适应性。
DCS控制系统在工业生产中有着广泛的应用，包括化工、石油、电力、冶金、食品、制药等行业。
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3. DCS的网络与通信
总线结构中的令牌
A
前－E 后－B
BUS
C
前－无 后－无
E
前－D 后－A
B
前－A 后－D
D
前－B 后－E
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
令牌环
令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访 问控制方式，已由IEEE802委员会建议成为局域 网控制协议标准之一，即IEEE802.5标准。 在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊 的格式和标记。令牌有“忙（Busy）”和“空闲 （Free）”两种状态。 具有广播特性的令牌环访问控制方式，还能使 多个站点接收同一个信息帧，同时具有对发送站 点自动应答的功能。其访问控制过程如图4-3所 示。
3. DCS的网络与通信
传输介质 同轴电缆：基带50Ω，10Mbps，100节点
宽带75Ω，50Mbps，〉1000节点 抗干扰强，机械强度高，施工简单 双 绞 线：屏蔽（STP），非屏蔽（UTP） 2Mbps/10Mbps/100Mbps 抗干扰弱，施工简单，成本低 光 纤：100Mbps-1Gbps 抗干扰极强，施工复杂，成本高
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
令牌环传送过程
B
Free Token
C
站点
AC
D （a）
B
Busy Token
D
（b）
AC
B
Free Token
A
D （c）
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
网间互连设备
重复器（Repeater） 网桥（Bridge） 路由器（Router） 网关（Gateway）
范围
传输技术
局域网 ＜20KM 基带，延迟低，出错率低
城域网 ＜100KM 宽带/基带
广域网 ＞100KM 宽带，延迟大，出错率高
介质 单一 多种 多种
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
网络拓扑结构
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
传输介质
DCS的网络与通信工业网络的特点
数据从一个网络站发送到集线器上以后，就被中继到 集线器中的其它所有端口，供网络上每一用户使用。
独立型集线器通常是最便宜的集线器，最适合于小型 独立的工作小组、部门或者办公室。独立型集线器上 均带有BNC接口，通常用于连接网络服务器。
选择集线器主要从网络站容量考虑端口数（8口、16口 或24口），从数据流考虑速度（10M、100M）。
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
ISO/OSI参考模型
International Organization of Standardization Open System Interconnect Reference
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
ISO/OSI参考模型
网卡根据总线类型来划分可以分为ISA、PCI和ELSA三 种。
按接口来划分：网卡的接口有AUI接口（粗缆接口）、 BNC接口（细缆接口）和RJ-45接口。
根据工作对象的不同:局域网中的网卡(也称之ห้องสมุดไป่ตู้以太 网或Ethernet网卡)可以分为服务器专用网卡、PC网卡、 笔记本电脑专用网卡和无线局域网网卡四种。
令牌总线
令牌总线访问控制方式（Token-Bus）是在综合 了CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方 式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式。 令牌总线控制方式主要用于总线型或树型网络 结构中。该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。 如图4-4所示，一个总线结构网络，如果指定每一 个站点在逻辑上相互连接的前后地址，就可构成 一个逻辑环。如图中A→B→D→E→A（C站点没 有连入令牌总线中）。
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
路由器（Router）
DCS的网络与通信工业网络的特点
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
网关（Gateway）
3. DCS的网络与通信
DCS的网络与通信
工业网络的特点： 1. 快速实时响应能力 2. 具有极高的可靠性 3. 适应恶劣的工业现场环境 4. 分层结构
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
具有远程通信功能的多机系统
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
网络的分类
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
对等层通信
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
CSMA/CD
CSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过 程概括如下： （1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。 （2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。 （3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送， 并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总 线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。 （4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时 间，重新进入侦听发送阶段。
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
网桥（Bridge）
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
网卡类型
按照网卡的连接速度，网卡可分为10M网卡、100M网卡、 10M/100M自适应网卡和1000M网卡四种。
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
CSMA/CD发送过程流程图
站点要求发送
有载波？ Y
N
发送一帧信息
有冲突？ N
一次发送结束
Y 发出阻塞信号
冲 突 >16？
Y
放弃发送 另作处理
DCS的网络与通信工业网络的特点
图 4.3 CSMA/CD发 送 过 程 流 程 图
延时处理 N
3. DCS的网络与通信
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
重复器（Repeater）
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
DCS的网络与通信工业网络的特点
3. DCS的网络与通信
集线器(HUB)
集线器(HUB) 可以说是一种特殊的中继器，作为网络 传输介质间的中央节点，它克服了介质单一通道的缺 陷。