DCS工作原理及组成
dcs和sis工作原理
dcs和sis工作原理一、概述DCS（DistributedControlSystem）和SIS（SafetyInstrumentedSystems）是工业自动化领域中的两种重要系统，分别用于过程控制和安全联锁监控。
本文将介绍DCS和SIS的工作原理，包括其基本概念、组成、工作流程及常见应用场景。
二、DCS工作原理DCS是一种分布式控制系统，它将复杂的控制系统分布到多个控制器上，实现分散控制、集中操作的管理模式。
其工作原理如下：1.数据采集：DCS通过传感器、变送器等设备采集生产过程中的各类数据，如温度、压力、流量等。
这些数据被送入DCS的各个控制器进行运算和处理。
2.控制器运算：控制器根据采集的数据和预设的控制算法，对生产过程进行实时调整和控制。
3.输出控制：控制器将运算结果输出到执行器，如调节阀、电磁阀等，实现对生产设备的控制。
4.系统维护：DCS还配备有监控和报警功能，以便于工作人员实时掌握系统的运行状况，及时发现和处理故障。
SIS是一种安全联锁监控系统，用于在危险性较大的生产环境中，实现对关键设备的监控和保护。
其工作原理如下：1.传感器监测：SIS通过各类传感器监测生产环境中的危险参数，如可燃气体浓度、压力等。
一旦检测到异常情况，SIS会立即报警并采取相应的安全措施。
2.逻辑运算：SIS内部包含一系列的逻辑运算和控制单元，能够对检测到的数据进行处理和分析，判断是否触发紧急停车（ESD）等安全措施。
3.紧急停车：当SIS判断危险情况已经发生或即将发生时，会触发紧急停车，停止危险区域内所有设备，从而确保人员和设备的安全。
4.反馈调节：SIS在处理紧急停车后，会对系统的运行状况进行评估和调整，以确保生产环境的稳定和安全。
四、应用场景DCS和SIS广泛应用于各种工业生产环境中，包括但不限于以下场景：1.化工、石化、炼油等危险性较大的生产领域。
2.电力、钢铁、煤矿等大型工厂的自动化控制。
3.食品、制药等对生产过程有严格要求的行业。
DCS工作原理及组成
DCS工作原理及组成DCS(Distributed Control System)是分布式控制系统的缩写，是一种用于工业过程控制的自动化系统。
DCS系统通过将多个控制单元分布在不同的物理位置，通过网络进行通信，从而实现对工业过程的监控、控制和优化。
下面将对DCS的工作原理及组成进行详细介绍。
一、DCS的工作原理DCS系统由多个控制单元组成，这些控制单元分布在不同的物理位置，通过网络进行连接和通信。
每个控制单元都有自己的CPU、内存、输入输出接口等硬件设备，同时还包括控制算法、执行逻辑等软件。
DCS系统的工作过程可以分为三个阶段：数据采集、数据处理和控制执行。
在数据采集阶段，DCS系统通过传感器、仪表等设备采集工业过程的各项参数和信号，并将这些数据传输给控制单元。
在数据处理阶段，控制单元会根据预设的控制算法和逻辑进行数据处理和分析，生成相应的控制指令。
最后，在控制执行阶段，控制单元将生成的控制指令发送给执行器、调节器等设备，通过改变设备的工作状态来实现对工业过程的控制。
DCS系统的工作原理基于分布式控制的概念，即将控制功能和硬件设备进行分散化处理，每个控制单元负责一部分控制任务，并通过网络进行协作和通信。
这种分布式的架构使得DCS系统能够适应复杂的控制任务和多变的工业环境，具有较高的可靠性和灵活性。
二、DCS的组成DCS系统由多个组件组成，包括硬件设备、软件系统和人机界面等。
下面将对DCS系统的主要组成部分进行介绍。
1.控制单元：DCS系统由多个控制单元组成，每个控制单元都包括自己的CPU、内存、输入输出接口等硬件设备，同时还包括控制算法、执行逻辑等软件。
控制单元负责对工业过程的监控、控制和优化。
2.网络：DCS系统通过网络将各个控制单元连接在一起。
网络可以是局域网(LAN)、广域网(WAN)等不同范围的网络，用于实现控制单元之间的数据传输和通信。
3.数据采集系统：DCS系统通过传感器、仪表等设备采集工业过程的各项参数和信号。
DCS工作原理及组成
采用先进的数据压缩算法，降低数据存储和传输成本，提高数据处 理效率。
数据安全技术
采用加密、备份等安全措施，确保DCS数据的安全性和完整性。
控制算法优化技术
先进控制算法
应用模糊控制、神经网络等先进控制 算法，提高DCS的控制精度和稳定性
。
控制算法自整定
根据现场工况变化，自动调整控制算 法参数，实现控制性能的最优化。
SUMMAR Y
01
DCS概述
定义与发展历程
定义
DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）是一种由多个控制器 、操作站、通信网络等组成的控制系统，实现对工业过程的监视、控制和管理 。
发展历程
DCS起源于20世纪70年代，随着计算机技术、通信技术和控制技术的不断发展 ，DCS经历了从集中式控制系统到分布式控制系统的演变，逐渐成为工业自动 化领域的主流控制系统。
人机界面
显示屏
操作键盘
打印机
外部存储设备
显示系统状态、工艺流 程图、报警信息等。
用于输入操作指令和参 数设置。
打印报表、报警记录等 。
用于备份和恢复系统数 据。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
DCS工作原理
数据采集与处理
模拟量输入信号处理
01
将现场传感器输出的模拟信号转换为数字信号，并进行滤波、
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
DCS在工业自动化领域 应用案例
石油化工行业应用案例
1 2 3
原油蒸馏过程控制
DCS的基本结构及原理
DCS的基本结构及原理DCS（Distributed Control System，分散控制系统）是一种广泛应用于工业自动化领域的控制系统，它是由多个分布在不同位置的控制器通过网络连接而形成的分散控制系统。
DCS系统的基本结构和工作原理如下：1.基本结构：DCS系统的基本结构包含以下几个主要组成部分：(1)控制器：是DCS系统的核心，负责实时处理和控制系统中的各种信号和数据。
控制器通常由硬件和软件两部分组成，其中硬件包括处理器、存储器、输入输出接口等，而软件则是控制器的操作系统和应用程序。
(2)人机界面：为了方便操作和监控系统，DCS系统通常配备了人机界面，用于显示实时数据、控制参数的设定和调整，以及报警和故障的处理等。
人机界面有多种形式，如操作终端、PC软件、网络浏览器等。
(3)传感器和执行器：传感器负责收集各种设备和过程参数的实时数据，如温度、压力、流量等；而执行器则用于控制各种被控对象，如阀门、电机等。
传感器和执行器通过输入输出模块与控制器相连接。
(4)通信网络：控制器之间通过通信网络进行数据的传输和交换。
通信网络可以采用以太网、现场总线、串行通信等多种方式，其中以太网是DCS系统最常用的通信方式之一，它具有传输速度快、数据容量大、可靠性高等特点。
2.工作原理：DCS系统的工作原理主要包括以下几个方面：(1)数据采集和处理：根据控制策略和设定参数，控制器通过输入输出模块从传感器和执行器中采集实时数据，并对其进行处理和分析。
(2)控制策略和算法：控制器根据设定的控制策略和算法，对采集到的数据进行逻辑运算和计算，生成相应的控制命令。
(3)信号传输和执行控制：生成的控制命令通过通信网络传输给执行器，执行器根据控制命令调整对应的工作状态，控制被控对象的运行。
(4)监控和调节：DCS系统通过人机界面实时显示各种参数和数据，并根据实际情况进行监控和调节。
当系统出现异常或故障时，系统会产生相应的报警信号，提醒操作员及时处理。
dcs系统工作原理和组成
dcs系统工作原理和组成DCS系统（分布式控制系统）是一种用于监控和控制工业过程的自动化系统。
它由多个分布在不同位置的控制器组成，通过网络连接进行通信和协调工作。
以下是DCS系统的工作原理和组成：1. 工作原理：- 数据采集：DCS系统通过各种传感器和仪器采集工业过程中的各种数据，如温度、压力、液位等。
- 数据传输：采集到的数据被发送到控制器或主服务器，可以通过有线或无线网络进行传输。
- 数据处理：控制器或主服务器对接收到的数据进行处理和分析，生成相应的控制策略和参数。
- 控制指令生成：根据控制策略和参数，系统生成相应的控制指令，如调节阀门开度、启动或停止设备等。
- 控制执行：控制指令被发送到相应的执行机构，如阀门、电机等，控制工业过程的运行状态。
- 监测和反馈：DCS系统能够实时监测工业过程的运行状态，并采集反馈数据。
这些数据可以用于调整控制策略和参数。
2. 组成：- 控制器（Controller）：是DCS系统的核心部分，通常由多个控制模块组成，用于数据处理、控制算法运算和控制指令生成等功能。
- 输入/输出模块（I/O Module）：负责与传感器和执行机构进行数据交互，将采集到的数据传输给控制器，同时将控制指令发送到执行机构。
- 人机界面（Human Machine Interface，HMI）：包括计算机、显示器、触摸屏等设备，用于操作和监控DCS系统，向操作人员提供过程状态信息和控制界面。
- 通信网络：用于连接控制器、I/O模块和人机界面，实现数据传输和系统通信功能。
- 数据存储与处理系统：用于存储和处理采集到的数据，提供历史数据查询、报表生成等功能。
- 供电系统：为DCS系统提供电源，保证系统的正常运行。
综上所述，DCS系统通过采集工业过程的数据，并通过控制器进行处理、生成控制指令和协调执行机构，实现对工业过程的监控和控制。
DCS工作原理与组成
DCS工作原理与组成DCS（分布式控制系统）是一种用于自动化控制的电子设备，它具有集中控制、分散操作的特点，广泛应用于各种工业自动化领域。
DCS的工作原理与组成主要包括以下方面：一、DCS的工作原理：DCS的全称是“Distributed Control System”，即分布式控制系统。
它是一种基于计算机的智能控制系统，采用分散控制和集中管理相结合的方式，实现对工业过程的自动化控制。
DCS系统主要由以下几个部分组成：1. 传感器（Sensors）：用于将被控对象（如温度、压力、流量等）的物理量转换成电信号输入到DCS系统中。
2. 控制器（Controller）：是DCS系统的核心部分，主要负责实时采集传感器信号，并根据预设的控制算法进行计算，并输出控制信号调节执行元件。
3. 执行元件（Actuators）：负责根据控制信号，对被控对象进行调节或控制，如电动阀门、执行器等。
5. 用户界面（User Interface）：提供给操作人员进行操作和监控的界面。
DCS系统的工作原理是，通过传感器采集被控对象的实时数据，传输给控制器进行处理，并根据预设的控制算法计算出相应的控制信号，通过通信系统传输到执行元件上，实现对被控对象的调节和控制。
二、DCS的组成：1. 分散式控制器（DCS Controller）：负责处理实时数据，计算控制信号，并通过通信系统传输到执行元件上，实现对被控对象的调节或控制。
一般来说，DCS系统中会有多个分散式控制器，以实现系统的冗余和容错功能。
3. 操作站（Operator Station）：提供给操作人员进行操作和监控的用户界面，一般包括显示器、键盘、鼠标等设备。
操作站通过通信网络与分散式控制器进行数据交换和通信，可以实时显示被控对象的状态和控制信号的变化。
4. 数据服务器（Data Server）：用于存储和处理DCS系统中的大量数据，如历史数据、报警数据等。
数据服务器可以保证数据的安全性和可靠性，并支持数据的查询和分析等功能。
DCS系统的基本原理和工作方式
DCS系统的基本原理和工作方式DCS（分散控制系统）是一种广泛应用于工业自动化领域的控制系统。
它以分布式的方式实现对工业过程的监控和控制。
本文将介绍DCS系统的基本原理和工作方式。
一、DCS系统的基本原理DCS系统由一组分布式的控制器和各种输入输出设备组成，这些设备通过数据通信网络连接在一起。
DCS系统的基本原理是将工业过程分成不同的控制区域，每个控制区域拥有一个分散控制器。
每个分散控制器负责控制一个或多个控制环路，对工业过程进行测量、监控和控制。
DCS系统的基本原理包括以下几个要点：1. 分布式结构：DCS系统将整个工业过程划分为多个控制区域，并分配相应的分散控制器。
这种分布式结构使得系统更加灵活和可靠。
2. 高级控制功能：DCS系统拥有丰富的控制算法和高级控制功能，可以实现对工业过程的精确控制和优化。
3. 数据通信网络：DCS系统通过数据通信网络连接各个分散控制器和设备，实现数据的传输和共享。
这种通信网络可以是以太网、现场总线等。
4. 可靠性和冗余：DCS系统通常具有冗余设计，当某个控制器或设备出现故障时，系统可以自动切换到备用设备，确保工业过程的连续运行。
二、DCS系统的工作方式DCS系统的工作方式可以分为以下几个步骤：1. 传感器数据采集：DCS系统通过各种传感器对工业过程进行数据采集，如温度、压力、流量等。
采集到的数据将通过输入模块传送到分散控制器。
2. 数据处理和控制算法：分散控制器接收到传感器采集的数据后，进行数据处理和控制算法的计算。
控制算法可以根据实时数据进行判断和优化，生成相应的控制策略。
3. 执行器控制：分散控制器将生成的控制策略通过输出模块发送给执行器，以实现对工业过程的控制。
执行器可以是电动阀门、马达等。
4. 监控和人机界面：DCS系统提供了直观的人机界面，用于监控工业过程的状态和参数。
通过界面，操作员可以实时查看和控制工业过程，进行故障诊断和设备管理。
5. 数据存储和分析：DCS系统可以将采集到的数据进行存储和分析，用于后续的运行优化和故障分析。
DCS工作原理及组成
ROM
用户存储器 通讯接口 其它模件
模件总线
内部I/O总线
其
它
AI AO DI DO PI
PO
模模模 模 模
模
件件件 件 件
件
连 接 模
件
DCS的过程控制单元
PCU
打印
CRT显 示
操作台
报警
的
功
能
DDC计 算 机
过程输入通道
过程输出通道
传感、 变送
执行、调节 过程对象
DCS的过程控制单元
AI
模 件
顺序功能图(SFC) 功能块图(FBD) 梯形图(LD) 结构化文本语言(ST) ➢ 四种控制编程语言相互引用，进行控制算法（及内部 计算）的组态；
DCS的组态过程
SFC
顺 序
顺序功能图用来连接连续
功 控制/逻辑控制和输入输
S1
S1
步1
步1 动作
动作
能 图 （
出监视功能，以描述和控 制过程事件顺序操作，适 合于需要多个状态控制的 事件。一个SFC是由一系
DCS网络
星型是以中央结点为中心与各结点连接而组成的，各结点 与中央结点通过点与点方式连接，中央结点执行集中式通 信控制策略。
OS EWS
PCU
➢介质访问协议简单
➢信息流汇集和集中管理,提高网 络效率
PCU
➢各站传输数据需通过中央节点,
传输效率高,但利用率低
➢故障容易检测和隔离
➢对中央节点的依赖性大
电机 限位开关
步激活条件 S2
T1
S2 步2 T2
T1 转换条件 1
S5
T4 S6
步2 动作
动作 T5
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络
的
作 DCS系统的网络是局域网，是一种工业局域网。
用
DCS网络
DCS
➢双绞线 网 ➢同轴电缆 络 ➢光纤
的 传 输 介 质
DCS网络
DCS
网络中各站点相互连接的方法和形式称为网络
网 拓扑。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络
络 配置和相互间的连接结构。
的
拓
扑
星型结构网络
结
总线型结构网络
构
环型结构网络
DCS网络
OS PCU2
总线拓扑结构采用单根传输线作 为传输介质，所有的站点都通过 相应的硬件接口直接连接到传输 介质上，或称总线上。
EWS PCU1
➢各站点之间的数据传输 为直达通道,相对独立
➢结构简单，可扩充性好
➢介质访问控制协议复杂， 站点必须是智能的。
➢对总线的性能和可靠性 有要求
DCS网络
顺序功能图(SFC) 功能块图(FBD) 梯形图(LD) 结构化文本语言(ST) ➢ 四种控制编程语言相互引用，进行控制算法（及内部 计算）的组态；
DCS的组态过程
SFC
顺 序
顺序功能图用来连接连续
功 控制/逻辑控制和输入输
S1
S1
步1
步1 动作
动作
能 图 （
出监视功能，以描述和控 制过程事件顺序操作，适 合于需要多个状态控制的 事件。一个SFC是由一系
DCS网络
环型网络：指整个网络的物理链路构成一个闭环，所有的
计算机节点都挂接在这个环上。 ➢网络结构简单,传输效率高, 实时性好
OS
EWS
➢信息流在网络中的传输是单 向和逐点进行,网络传输方向 由网络软件设置
➢不易扩充
PCU2 PCU1
➢当某一结点故障时,整个系 统的工作不能进行
解决网络和站点故障的方法 ✓双向双回路环 ✓增加旁路屏蔽故障站点
内任一种编写。
DCS的组态过程
FBD
功
能 功能块图是用图形形式功能块语言编制的用于完成一
快 定运算或控制功能的程序。由基本功能块、连线、输 图 入输出端子及段组成，它以图形方式表示，并规定了
所有功能模块的调用顺序和相应模块运算所需的参数。
DCS的组态过程
LD
梯
形 梯形图是一种专门用于基本逻辑控制的连续执行语
AO
模 件
DCS的过程控制单元
DI
模 件
DCS的过程控制单元
DO
模 件
DCS的过程控制单元
DCS
操
➢采集由控制系统送来的现场模拟量信号和数字量信号
作 ➢在数据库中存储数值和状态
员 站
➢存储当前和历史过程量及计算量
的
➢显示过程画面,打印报表
功
➢对被控设备发出指令
能
➢获取用于显示和存档的数据
DCS的操作员站
图 言。由一些触点（常开、常闭、正传感、负传感、 反转）、线圈（输出、单稳态、锁定、解锁、跳 转）、连线及定时器、计数器、步序器组成。它擅 长于快速执行离散逻辑，包括马达控制、连锁、随 意检查、以及简单的顺序控制
DCS的组态过程
结
构 结构化文本语言由一些关键
化 文 本
字和相应操作指令组成，包 括符号（关键字、运算符、
DCS网络
DCS
过 程 控 制 单 元 的 系 统 结 构
DCS的过程控制单元
DCS
SNET
过
程
控 CNET
网络通讯接口
制
单
元 的
基本控制单元
系
统 结
在物理结构上基本
构
控制单元是分离的,
由独立的模件构成
DCS的过程控制单元
PCU
的
基主 本控
控
模 件
制
单
元
基 本
I/O 模 件
BCU单元
CNET
CPU
ROM
用户存储器 通讯接口 其它模件
模件总线
内部I/O总线
其
它
AI AO DI DO PI
PO
模模模 模 模
模
件件件 件 件
件
连 接 模
件
DCS的过程控制单元
PCU
打印
CRT显示
操作台
报警
的
功
能
DDC计算机
过程输入通道
过程输出通道
传感、 变送
执行、调节
过程对象
DCS的过程控制单元
AI
模 件
DCS的过程控制单元
INICI12
的 HCU
网 DSOE
络
HSI
HSI
EWS
HSI
HSI
HSI
HSI
DCS网络
DCS
部 分 的 网 络
DCS网络
DCS
部 分 的 网 络
DCS网络
DCS
部 分 的 网 络
DCS网络
DCS
部 分 的 网 络
DCS网络
DCS
客户机
部 分
的 服务器 网 络
应用服务器
自动化服务器
输入/输出 模件
DCS网络
星型是以中央结点为中心与各结点连接而组成的，各结点 与中央结点通过点与点方式连接，中央结点执行集中式通 信控制策略。
OS EWS
PCU
➢介质访问协议简单
➢信息流汇集和集中管理,提高网 络效率
PCU
➢各站传输数据需通过中央节点,
传输效率高,但利用率低
➢故障容易检测和隔离
➢对中央节点的依赖性大
DCS原理概述
DCS
➢本质：DCS系统实际上是一种控制设备或装置
的 ➢含义：体现在“集中”和“分散”上
本
质
和
操作管
含
理集中
义
➢控制分散 ➢功能分散 ➢物理分散
➢地理分散
DCS原理概述
DCS
DCS系统的通信网络，对下联系着现场过程控制站，
网
完成生产过程的数据采集、运算、处理；对上联系着 人机接口装置，完成现场数据的上传、显示、操作。
DCS原理
DCS
上位计算
CRT显示
网间连接 非本系统网络
机
操作站
器
的
基
本
结
高速数据通道
扩 展 接 口
构
过程控制单元
过程控制单元
生产过程
DCS原理概述
集控室
OS
OS
电子设备间 PCU PCU
EWS
SNET PCU
马达控制中心
现场
现场一次仪表（变送器、执行器、开关、电磁阀等）
DCS原理概述
DCS
• DCS----分散控制系统
DCS
令牌协议
网
广播式通信协议
络
自由竞争协议
的
传
存储转发式通信协议
输
协
议
中途
目的
源
中途
DCS网络
DCS
例外报告技术
网
络
数据压缩技术
采
用
确认重发技术
的
技
vv
术 DB
DB
t
t0
t1 t0
t1
t2
t2
DCS网络
DCS
Hale Waihona Puke 部 分 的 网 络DCS网络
部
分
过程控制管理网络结构
DCS
INICI03 INICI03
DCS
操 作 员 站 的 结 构
DCS的操作员站
操 作 员 站 与 传 统 监 视 方 法 比 较
DCS的操作员站
DCS
操 作 员 站 的 结 构
DCS的操作员站
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、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行 组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线 运行时实时地监视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随时处在最佳的工作状态之下。
的 名
Distributed Control System
称 • DCCS----分布式计算机控制系统
Distributed Computer Control System
• TDCS（TDC）----集散控制系统
Total Distributed Control System
电力系统以DCS为标准名称
DCS的工程师站
DCS
的 软 件 体 系
DCS的软件体系
PCU
站 的 软 件 结 构
DCS的软件体系
各 部 分 软 件 的 衔 接
DCS的软件体系
DCS
• 串行表示组态
步骤有先后顺
的•
序 并行表时组态
组 步骤可同时进
态 行。
过
程
组态流程
DCS的组态过程
控 制 控制方案组态主要是针对过程控制站组态，在工程师站上 方 通过方案组态工具进行组态，下装至过程站。 案 组 ➢ 控制方案组态符合IEC1131-3标准； 态 ➢ 系统支持：
电机 限位开关
步激活条件 S2
T1
S2 步2 T2
T1 转换条件 1
S5
T4 S6
步2 动作
动作 T5
） 列操作步(step)和转移
输入 1输入
(transition)组成，每个操
2
S4
T2 转换条件 2
作步包含一组影响过程的 步激活条件
动作(action)。支持并发序
T3
列和各种限定符，每个动