过程控制及DCS技术
PLC、DCS、FCS三大工业控制系统的区别
PLC›DCS、FCS三大工业控制系统的区别随着工业技术的快速发展，相继出现了集散控制系统和现场总线控制系统，一些行业当中有的人认为FCS是由PLC发展而来的；另一些行业的人认为FCS又是由DCS发展而来的。
FCS与PLC及DCS之间既有密不可分的关联，又存在着本质的区别。
在工业过程控制中的三大控制系统，分别是PLC、DCS、FCSoPLC控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。
DCS集散控制系统，又叫计算机分布式控制系统，它是20世纪70年代中期迅速发展起来的，它把控制技术、计算机技术、图像显示技术以及通信技术结合起来，也称作4C技术，实现了对生产过程的监视、控制和管理。
它既打破了常规控制仪表功能的局限性，又较好的解决了早期计算机系统对于信息、管理和控制作用过于集中带来的危险性。
FCS现场总线控制系统的核心是总线协议，基础是数字智能现场设备，本质是信息处理现场化。
1、大型PLC构成的过程控制系统的基本特点⑴从上到下的结构，PLC既可以作为独立的DCS,也可以作为DCS的子系统。
(2)PID放在控制站中，可实现连续PID控制等各种功能。
⑶可用一台PC为主站，多台同类型PLC为从站；也可用一台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成PLC网络。
⑷主要用于工控中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。
2、DCS控制系统的基本特点⑴从上到下的树状系统，其中通信是关键。
(2)PID在控制器中，连接计算机与现场仪器仪表。
⑶是树状拓扑和并行连续的链路结构，有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。
⑷信号系统包括开关量信号和模拟信号。
(5)DCS一般是由现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层、和企业管理层构成。
传统DCS-现场级设备与控制器之间连接采用一对一I/O连线方式3、FCS控制系统的基本特点(I)FCS是3C技术的融合。
DCS控制技术在生产过程控制领域中的应用
２ Ｄ Ｓ的构成 Ｃ
作 为一种纵向分散和横 向分 散的大 型综合 控制 系统 ， 它 以多层计算 机网络为依托 ， 分布在 系统范 围 内的各种控 制 将 设备的数据处理设备连接在一起 ， 现各部 分信 息共享 的协 实 调工作 ， 同完成控制 、 共 管理及决策 功能。 ２ １ 其硬件设备 由管理 操作 应用 工作 站 、 场 控制 站 和通 ． 现 讯网络组成 ２ １ １ 管理 操作 应用工作站 包括 工程师 站 、 作员 站 、 ．． 操 历史 数据站等各种功 能服务 站 。① 工程 师站 提供 技 术人 员生 成 控制系统的人机接 Ｉ ， ７ 主要用 于系统 组态 和 维护 ， 术人 员 １ 技 也可 以通过工程 师站对 应用 系统 进 行监 视 。② 操作 员 站提 供技术人员与系统数据库 的人机 交互界 面 ， 用于监 视可 以完 成数据的状态值显 示 和操作 员对 数 据点 的操 作 。③ 历史 数 据站保存整个系统 的历史数据 ， 供组 态软件 实现 历史趋 势显 示、 报表打 印和事故追忆 等功能 。 ２ １２ 现场控制 站用 于控 制现 场信 号 的采集 处 理 ， ．． 控制 策 略 的实现 ， 有可靠的冗余保证及 网络通 信功能。 并 ２ Ｉ３ 通信网络 连接 分散控 制 系统 的各 个 分 布部分 ， 成 ．． 完 数据 、 指令及其 它信息 的传递。为保证 Ｄ Ｓ可靠性 ， Ｃ 电源、 通 信网络 、 过程 控制站均采用冗余配置 。 ２ ２ 分散控制系统 的 软件是 由实 时多任 务操 作 系统 、 据 ． 数 库管理系统 、 数据通 信软件 、 组态软件 和各种应用软件组成 。 ２ ３ 分散控制 系统在 结构 上采 用模 块化 设 计方 法 ， 过灵 ． 通 活组态 ． 合理 配置 ， 以实现模 拟量控 制系统 （ Ｓ 、 据采 可 ＭＣ ） 数 集系统 （ Ａ ）、 Ｄ Ｓ 顺序控 制系统 （ Ｃ ） Ｓ Ｓ 等功能 。
过程控制系统(DCS系统原理)精选
过程控制系统（DCS系统原理）精选过程控制系统，又称分布式控制系统（DCS），在现代工业生产中发挥着举足轻重的作用。
DCS系统原理以其高度集中、分散控制的特点，为生产过程提供了稳定、高效的保障。
下面，让我们一起来深入了解DCS系统的核心原理。
一、DCS系统概述DCS系统是一种以计算机技术、通信技术和控制技术为基础，实现对生产过程进行实时监控、操作和管理的控制系统。
它将整个生产过程划分为若干个子系统，通过分散控制、集中管理的方式，确保生产过程稳定、高效运行。
二、DCS系统原理1. 分散控制DCS系统采用分散控制原理，将复杂的工业生产过程分解为若干个相对简单的子过程。
每个子过程由相应的控制器进行实时监控和控制，降低了系统故障的风险，提高了生产过程的可靠性。
2. 集中管理虽然DCS系统采用分散控制，但整个生产过程仍需进行集中管理。
DCS系统通过高速通信网络将各子系统的数据实时传输至中央控制室，操作人员可以在中央控制室对整个生产过程进行监控、调整和优化。
3. 模块化设计4. 开放式通信协议DCS系统采用开放式通信协议，便于与其他系统进行集成。
这使得DCS系统可以轻松地与企业管理系统、数据库等实现数据交换，为企业生产提供全面的信息支持。
5. 故障诊断与处理DCS系统具备强大的故障诊断和处理能力，能够实时监测系统运行状态，发现异常情况及时报警，并采取相应措施进行处理，确保生产过程不受影响。
三、DCS系统在现代工业生产中的应用1. 石化行业：DCS系统在石化行业中应用广泛，用于对炼油、化工等生产过程进行控制，提高产品质量和产量。
2. 电力行业：DCS系统在发电厂、电网调度等领域发挥着重要作用，保障电力系统安全、稳定运行。
3. 冶金行业：DCS系统应用于冶金行业的烧结、炼铁、炼钢等工序，提高生产效率，降低能耗。
4. 环保行业：DCS系统在污水处理、烟气脱硫等环保领域具有显著效果，助力企业实现绿色生产。
DCS系统原理在现代工业生产中具有广泛的应用前景，为企业提高生产效率、降低成本、保障安全生产提供了有力支持。
DCS控制系统
DCS控制系统DCS系统（DIstirbuted Control System，分散控制系统）是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能。
是完成过程控制、过程管理的现代化设备。
针对不同行业、不同项目，在充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术的基础上，使用各种分散控制系统（DCS），高质量、高标准的完成工程设计、组态、成套供货、现场启动调试、性能测试及考核验收，推出切实可行的技术方案。
系统的主要技术概述※系统主要有现场控制站（I/O站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站OPS、工程师站ENS）、机柜、电源等组成。
系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。
※硬件系统在恶劣的工业现场具有高度的可靠性、维修方便、工艺先进。
底层汉化的软件平台具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；易于组态，易于使用。
支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要。
※系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性。
系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。
※系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真正分散。
※整个系统的可利用率至少为99.9％；系统平均无故障时间为10万小时，实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶金、建材诸多领域的完整监控。
※“域”的概念。
把大型控制系统用高速实时冗余网络分成若干相对独立的分系统，一个分系统构成一个域，各域共享管理和操作数据，而每个域内又是一个功能完整的DCS系统，以便更好的满足用户的使用。
※网络结构可靠性、开放性及先进性。
在系统操作层，采用冗余的100Mbps以太网；在控制层，采用冗余的100Mbps工业以太网，保证系统的可靠性；在现场信号处理层，12Mbps的PROFIBUS总线连接中央控制单元和各现场信号处理模块。
DCS技术在化学品生产中的应用与效益分析
DCS技术在化学品生产中的应用与效益分析DCS（分布式控制系统）技术是一种以计算机为核心的自动化控制系统，被广泛应用于化工行业中的生产过程控制。
本文将探讨DCS技术在化学品生产中的应用以及带来的效益。
一、DCS技术在化学品生产中的应用1. 过程控制：DCS技术能够对化学品生产过程中的诸多参数进行实时监测和控制。
通过对温度、压力、流量等关键参数的准确控制，可以提高工艺的稳定性和生产效率，并减少物料和能源的浪费。
2. 资源调配：DCS技术通过对生产设备和资源进行集中调度，实现了化学品生产的优化配置。
生产过程中的设备状态和资源利用情况可以通过DCS系统进行监控和管理，使生产达到最佳状态，并提高设备的利用率。
3. 故障诊断与维护：DCS技术集成了先进的故障诊断系统，能够实时监测设备的运行状态，一旦发生故障或异常，系统将及时报警并提供故障诊断信息，以便操作人员快速定位和解决问题。
此外，DCS技术还能进行远程维护，减少了人为因素对生产的影响，提高了设备的可靠性和稳定性。
4. 数据管理与分析：DCS技术能够对化学品生产过程中所产生的大量数据进行采集、存储和分析。
通过对数据的综合分析，可以发现问题和改进的空间，提高生产过程的可控性和可靠性，为决策提供依据。
5. 安全监测与控制：DCS技术能够对化学品生产过程中的安全问题进行监测和控制。
通过对危险因素的实时监测，系统可以及时报警并采取相应措施，保障生产过程的安全性和稳定性。
二、DCS技术在化学品生产中的效益分析1. 提高生产效率：DCS技术通过对生产过程的精准控制和优化配置，可以提高化学品生产的效率。
减少人为操作的干扰和误差，降低了生产过程中的损耗和延误，提高了产品的质量和产量。
2. 降低能耗和成本：DCS技术通过对能源的优化利用和生产过程的精细控制，可以降低能耗和生产成本。
减少能源的浪费和低效利用，降低了生产过程中的运行成本，提高了企业的竞争力和经济效益。
3. 提升产品质量：DCS技术通过对生产过程的实时监测和控制，可以保证产品的一致性和质量稳定性。
dcs的应用场景
dcs的应用场景摘要：一、DCS概述二、DCS的应用场景1.工业过程控制2.楼宇自控3.能源管理4.环保监测5.交通运输6.医疗设备7.智能家居三、DCS的发展趋势四、DCS在我国的应用案例正文：一、DCS概述分布式控制系统（DCS，Distributed Control System）是一种集散式工业控制系统，它采用分级、分布式、开放式的体系结构，通过对各种子系统的集成，实现对生产过程的监控、调度、控制和管理。
DCS具有高可靠性、易扩展性、易维护性和高度集成性等特点，广泛应用于各个行业。
二、DCS的应用场景1.工业过程控制DCS在工业过程控制中发挥着重要作用，可以实现对生产过程中的温度、压力、流量、液位等参数的实时监测和控制，确保生产过程的稳定运行。
同时，DCS还可以与其他系统如PLC、SCADA等配合使用，实现对整个工厂的集中管理和控制。
2.楼宇自控在楼宇自动化领域，DCS可以用于照明控制、空调控制、电梯控制、安防监控等系统，实现对建筑内部环境的智能调控，提高能源利用效率，降低能耗。
3.能源管理DCS在能源管理领域具有广泛应用，如电力系统、燃气系统、水务系统等。
通过实时监测和分析能源消耗数据，DCS可以有效地实现能源的合理调配和节约使用，为企业降低运营成本。
4.环保监测DCS在环保监测领域具有重要作用，可以用于监测大气污染、水污染、土壤污染等环境指标，为政府和企业提供决策依据，助力环境保护。
5.交通运输在交通运输领域，DCS可以应用于交通信号控制、地铁隧道通风、铁路牵引供电等系统，确保交通运输的安全、高效、顺畅。
6.医疗设备DCS在医疗设备领域具有广泛应用，如医疗影像设备、手术室净化系统、生物实验室等，为病患和医务人员提供安全、舒适、便捷的环境。
7.智能家居随着智能家居市场的快速发展，DCS也开始应用于家庭自动化系统，如智能照明、智能空调、家庭安防等，为消费者带来智能、舒适、便捷的生活体验。
过程控制及DCS技术
报警一览
报警类型 正常 高限 低限 高高限 低低限 正偏差 负偏差
描述 NR HI LO HH LL +DV -DV
颜色 绿色 黄色 黄色 红色 红色 黄色 黄色
能力目标 :1．能对液位控制JX-300X系统进行实时监控操作。 2．能进行液位系统的仿真运行维护。
知识目标 :1.实时监控操作方法 2.PID参数整定方法。
素质目标 :培养自主学习能力，挖掘潜在创造力，激发设计才 能，培养团队意识、组织协调能力、创新思维能力，培养分析 和解决问题的能力。
任务四 VVNS油气式锅炉的液位控制系统调试、运行
故障诊断
图15 列表框内控制站的选择
没有组态的I/O卡件在机笼内的颜色为灰色，它不显示任何信息。在每个机 笼旁有一个按钮 。按下此按钮 ,列表框右端蓝色的显示窗口显示整个机笼内 I/O卡件的故障信息。 单击每个I/O卡件，列表框右端蓝色的显示窗口显示相应的单个I/O卡件故障 信息。蓝色箭头 指示具体选中的是哪块I/O卡件。每个I/O卡件有5个指示灯， 从上到下，分别指示第0通道、第1通道、第2通道、第3通道、变送器或I/O卡 件型号不匹配的故障信息。当没有故障时，相应的指示灯颜色为绿色；出现 故障时，相应的指示灯的颜色为红色。I/O卡件旁标有绿色的∗号表明该卡件 正在工作，冗余的两I/O卡件之间有兰色的标志 相连 。
任务四 VVNS油气式锅炉的液位控制系统调试、运行
四、动手实践
途径
边学边做，同学之间进行讨论，观看视频课件，请教指导老师
过程
学生操作，教师指导，充分发挥学生的积极性和创造性 Nhomakorabea五、技能提高
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。
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素质目标 :培养自主学习能力，挖掘潜在创造力，激发设计才 能，培养团队意识、组织协调能力、创新思维能力，培养分析 和解决问题的能力。
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
一、课下完成任务情况检查
学生汇报温度控制系统的PID整定方法 选择一组学生进行操作
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
五、操作步骤
1、开通以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计以及锅炉内胆进水阀1、 阀4、阀11、阀15所组成的水路系统，关闭通往其他对象的切换阀。 2、将锅炉内胆的出水阀:阀14关闭。 3、检查电源开关是否关闭。 4、开启相关仪器和计算机软件，进入相应的实验六。 5、点击上位机界面上的“点击以下框体调出PID参数”按钮，设定好 给定值，并根据实验情况反复调整Ｐ、Ｉ、Ｄ三个参数，直到获得满 意的的测量值。 6、比例调节（P）控制 7、比例积分调节（PI）控制 8、比例微分调节器（PD）控制 9、比例积分微分（PID）调节器控制 10、用临界比例度法整定PID调节器的参数
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作来自七、技能提高 ——操作
分小组操作 小组汇报
八、总结
1、用临界比例度法整定三种调节器的参数，并分别作出系统在这三 种调节器控制下的阶跃响应曲线。 2、作出比例调节器控制时，不同P值时的阶跃响应曲线，得到的结论 是什么？ 3、分析PI调节器控制时，不同P和I值对系统性能的影响？ 4、绘制用PD调节器控制时系统的动态波形。 5、绘制用PID调节器控制时系统的动态波形。
三种控制模式各有优缺点，图6给出三种控制模式的波形，性能对比见表1 所示。从图6和表1可知，变周期过零调功方式，虽然只能用于各种纯阻性 负载，但其优点是十分明显的：对电网无干扰，能提高电网功率因数，节 能效果明显，所以越来越被广泛采用。
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
图3 “调压型”触发方式的工作波形
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
图4 “定周期过零调功型”触发方式的工作波形
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
图6 可控硅三种控制模式的工作波形
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
四、可控硅电力控制器的选用 1、选用知识一 ——单相“晶闸管调整器”的选 用 2、选用知识二 ——三相“晶闸管调整器”的选 用 3、产品知识——北京市朝阳自动化仪表厂单相晶 闸管调整器
（2）“定周期过零调功型”触发方式
（3）“变周期过零调功型”触发方式
“变周期过零调功型”触发方式是从“定周期过零调功型”触发方式演变而 来的。即在满足“过零触发”和“输入信号和占空比的关系”两个前提条 件下，尽可能缩短控制周期，从而减小测量仪表的抖动，并提高控温的精 度，
（4）三种控制模式的性能对比及控制模式确定
二、团体讨论、评价
分小组进行讨论，对刚刚的操作进行评价 选择一组学生进行操作
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
三、任务分析
控制原理
本系统所要保持的恒定参数是锅炉内胆温度给定值，即控制的任务是控制锅炉 内胆温度等于给定值。根据控制框图，采用DCS控制系统。
可控硅电力控制器
位式控制是一种间断式控制方式，由于热供给量与热需求量不能保持平衡，温 度必然存在一定的波动，对于控制质量要求高的场合，显然难于满足需要。必 须改进控制方式，使得热供给量能始终与热需求量相匹配，提高控制精度。随 着电力电子技术发展，研制成功了基于可控硅的大电流连续控制器——可控硅 电力控制器，由于其独特的优越性，目前在工业中已被广泛应用于各种电力设 备中，诸如窑炉、热处理炉、电气高温炉、合成电炉、变换脱硫加热炉、热处 理炉、热水炉、蒸汽锅炉、导热油炉、高周波机械、电镀设备、印染设备、涂 装设备、射出机、押出机等。
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
六、安全提示
1、实验前，锅炉内胆的水位必须高于热电阻的测 温点。 2、给定值必须要大于常温。 3、实验线路全部接好后，必须经指导老师检查认 可后，方可通电源开始实验。 4、在老师指导下将计算机接入系统，利用计算机 显示屏作记录仪使用，保存每次实验记录的数据 和曲线。
任务一 锅炉内胆温度二位式控制
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作 任务三 锅炉夹套水温PID整定 任务四 锅炉夹套和内胆温度串级控制
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作 Tuning the PID Parameter of the Inner
Boiler
能力目标 :1．能够正确整定水温PID参数。 2．能够实时检测和传输温度。
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
九、小结，学生课后自学布置
1、在阶跃扰动作用下，用PD调节器控制时，系统有没有 余差存在？为什么？ 2、在温度控制系统中，为什么用PD和PID控制，系统的 性能并不比用PI控制有明显地改善？ 3、连续温控与断续温控有何区别？为什么？
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
十、下次课任务布置
任务7.3：锅炉夹套水温PID整定，通过调研、资料查询、 小组讨论，；制作汇报文档
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
可控硅电 力控制器
调节器
PID调节 给定值
温度 传感器
图1 温度控制系统原理图
任务二 锅炉内胆水温PID整定操作
（1）“调压型”触发方式
“调压型”触发方式，也称为“移相型”触发方式，即在交流电的半个周期 （正半周期或负半周期）内通过控制（移动）触发脉冲的相位，来调整“导 通时间”（又称导通角）和关断时间（又称控制角）的比例来达到改变输出 电压平均值的目的，输出的连续性比较好，被控参数比较稳定（见图3所 示）。