集散型控制系统

现场总线（Fieldbus）的概念
•现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的
自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总 线。
•现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备
作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自 动控制功能的网络系统与控制系统。
现场总线的分类
•基金会现场总线（FF）:主要用于过程自动化、楼宇自动化 •PROFIBUS: 有全球最多的供货厂商数；国际化、开放式、不
依赖于设备生产商的现场总线标准；ห้องสมุดไป่ตู้泛适用于各种自动化领域。
•LonWorks:是以单个分散的、数字化、智能化的测量 •CAN (Control Area Network): 低成本，高互连；特别适合
传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统
缺点：
•信息集成能力不强： 控制器获取信息量有限，大量的数据如
设备参数、故障及故障纪录等数据很难得到。底层数据不全、信 息集成能力不强，不能完全满足CIMS系统对底层数据的要求。
•系统不开放、可集成性差、专业性不强：不同厂家产品之
间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差。这种系统很少留出 接口，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺 流程、配方等集成到通用系统中去。
集散型控制系统
集散控制系统的概念 集散控制系统的发展历史 集散控制系统的现状 集散控制系统的发展趋势 集散控制系统的特点 集散控制系统的组成 集散控制系统的工作原理 国产化DCS的发展目标
集散控制系统的概念
集散控制系统（Distributed Control System简 称DCS）也叫分布控制系统。它是利用计算机技术对 生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的 一种新型控制技术。是由计算机技术、信号处理技 术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形 显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。 它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，是在集中式控制系统的基础上发展、演 变而来的。在系统功能方 面，集散控制系统（DCS） 和集中式控制系统的区别不 大，但在系统功能的实现方 法上却完全不同。
集散控制系统的功能
发电厂集散控制系统功能覆盖发电 厂机、 炉、电、辅机及电气的 DAS、 FSSS、 MCS（ BMS）、 SCS、 DEH、 ECS。
国产化DCS的发展目标
国产 DCS的研制生产主要有两种模式，一 种是中外合作方式，主要是作外商的代理或进 行产品的售后服务；另一种是依靠自己的力量， 吸收国外先进技术独立自主地研制开发集散控 制系统。
集散控制系统的发展历史
第三代产品开发了高一层次的信息管理 系统。其共同特点是:实现了开放式的系统 通信, 向上能与MAP和Ethernet接口,或者通 过网间连接器与其它网络联系,构成复合管 理系统;向下支持现场总线,它使得过程控制 或车间的智能变送器、执行器和本地控制 器之间实现可靠的实时数据通信。过程控 制组态采用CAD方法,使其更直观方便,实现 自整定功能。
•可靠性不易保证：对于大范围的分布式系统，大量的I/O电缆
及敷设施工，不仅增加成本，也增加了系统的不可靠性。
•可维护性不高：由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线
故障诊断、报警、记录功能不强。另一方面也很难完成现场设备 的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。
现 场 总 线 控 制 系 统
集散控制系统的现状
当今DCS向综合化、开放化发展。工厂自动化要求各种设备 (计算机、DCS、单回路调节器、PLC等)之间的通信能力加强,以便 构成大系统。
操操操操
操操操
操操操操 SNET
I/O I/O I/O I/O #1 #2 #3 #4
操操 操操
操操操
DCS 结 构 图
网络结构图
PCS3100系统网络结构图
管理 计算机
网间 连接器
局部网络（LAN）
集中操作 监控级
工程师 操作站
操作员 操作站
通信联络
监督 计算机
网间 联络站
分散过程 控制级
现场 控制站
PLC
智能
其他
调节器 测控装置
集散控制系统的工作原理
如上图，分散过程 控制级是DCS的基础，用于直接控制生产 过程。它由各工作站组成，每一工作站分别完成数据采集、 顺序控制或某一被控制量的闭环控制等。分散过程控制级收 集的数据供监控级调用，各工作站接受监控级发送的信息， 并依次而工作，因此局部的故障不会影响整个系统的工作， 从而避免了集中控制系统中“危险集中”缺点。
网络通讯技术：新的通讯技术（FDDI、快速以太网等）， 无线通讯技术。
人机界面工程技术：DCS中引入多媒体技术，包括大显示 屏、摄录像、语言处理。使用先进的软件平台设计操作站和工 程师站人机界面软件。
控制技术：引入或设计自适应、预估、最优、模糊控制等 技术.
系统软件：发展或选用更新型有效的实时多任务操作系统、 网络操作系统和网络数据库。
集散控制系统的特点
分散控制系统（DCS）是采用标准化、模块化和系列化的设计， 具有 以下特点： 自主性 协调性 在线性与实时性 高可靠性 适应性、灵活性和可扩充性
友好性
集散控制系统的组成
▪ 分散过程控制级（DDC） ▪ 计算机监督控制级（SCC） ▪ 生产管理级（MIC）
至其他局域网
综合信息 管理级
集散控制系统的发展历史
1975年Honeywell公司推出的TDC2000集散控制系 统是一个具有许多微处理器的分级控制系统,以分散 的控制设备来适应分散的过程对象,并将它们通过数 据高速公路与基于CRT的操作站相连接,互相协调,一 起实施实时工业过程的控制和监测,实现了控制系统 的功能分散,负荷分散从而危险性也分散。在此期间 世界各国相继推出了自己的第一代DCS。
集散控制系统的发展趋势 总的发展趋势可体现在如下几个方面:各制 造厂商都在“开放性”上下功夫,力求使自己 的DCS与其他厂商的产品很容易地联网;大力 发展和完善DCS的通信功能,并将生产过程控 制系统与工厂管理系统联结在一起,形成管控 一体的产品;高度重视系统的可靠性,在软件的 设计中采用容错技术;在控制功能中,不断引进 各种先进控制理论,以提高系统的控制性能,如 自整定、自适应、最优、模糊控制等;在系统 规模和结构上,形成由小到大的产品,以适应不 同规模的需求。
可靠性：提高电子元器件的集成度,采用定制IC、集成电源、 工业级CPU卡件,发展现有的容错技术。
产品系列化：形成小型集中式系统,小、中、大型集散控制 系统，以及管理－控制一体化系统的系列化；开发现场安装的 智能化仪表及现场总线通讯技术。
现场总线控制系统
简 化 的
C I M S 网 络 体 系 结 构
国产化DCS今后的发展目标是在计算机技 术、通讯网络技术、信号处理技术、过程控制 技术以及人机界面工程技术等方面达到或超过 国外DCS 90年代中期水平，研制生产出新一 代DCS，进一步推动DCS的国产化进程，在工 业控制领域广泛适用，形成产业规模。要进一 步完成的主要内容包括:
国产化DCS的发展目标
工业设备测控单元互连
•HART (Highway Addressable Remote Transducer):
ISO开放系统互连基本参考模型
监控级的任务是对生产过程进行监视与操作。监控级根据生 产管理级的技术要求，确定分散过程控制级的最优给定量。 监控级能全面地反映各工作站的情况，提供充分的信息，因 此本级的操作人员可以据此直接干预系统的运行。
管理级则是整个系统的中枢，它根据监控级提供的信息及生 产任务的要求，编制全面反映整个系统工作情况的报表，审 核控制方案，选择数据模型，制订最优控制策略，并对下一 级下达命令。
集散控制系统的发展历史
第二代产品在原来产品的基础上,进一步提高 了可靠性,新开发的多功能过程控制站、增强型操 作站、光纤通信等更完善了DCS。其基本结构由 六部分组成,即局域网络、多功能现场控制站、增 强型操作站、主计算机、网络连接器和系统管理
站等。第二代产品的特点是采用模块化、标准化 设计,数据通信向标准化迁移,板级模块化,单元结 构化,使之具有更强适应性和可扩充性。控制功能 更加完善,它能实现过程控制、数据采集、顺序控 制和批量控制功能。