分散控制系统
分散控制系统介绍概要
分散控制系统介绍概要分散控制系统(Distributed Control System, DCS)是一种广泛应用于工业自动化领域的控制系统。
它是以计算机为核心，通过分布式的控制器和现场设备相互连接，实现对工业过程中各种参数和设备的监控和控制。
DCS的核心思想是将控制系统分布在不同的现场设备中，通过现场设备之间的通信，实现系统的协调和控制。
相比于传统的集中式控制系统，DCS具有以下优势：1.可扩展性：DCS的控制器分布在不同的设备中，可以根据需求添加或移除控制器，实现系统的扩展和升级。
2.高可靠性：由于控制器分布在多个设备中，即使一些设备故障，其他设备仍然可以正常工作，保证了系统的高可靠性。
3.高性能：DCS中的控制器使用先进的计算机技术，具有较高的计算性能和响应速度，能够快速进行复杂的控制计算。
4.分布式控制：DCS将控制功能分布在多个控制器中，实现了分布式控制，提高了系统的灵活性和适应性。
DCS主要由三个组成部分构成，分别是现场设备、控制器和操作工作站。
现场设备包括各种传感器、执行器等，用于获取和控制工业过程中的各种参数和信号。
控制器是DCS的核心部件，它负责接收和处理现场设备发送的信号，进行控制计算，并根据计算结果发送控制指令给现场设备。
操作工作站是DCS的人机界面，操作员通过工作站可以对系统进行监控和控制。
工作站提供了友好的图形界面，显示各种参数和设备状态，并提供操作界面，操作员可以对参数进行调整和设备进行控制。
DCS的工作原理是现场设备将传感器采集到的信号通过数据通信网络传输到控制器，控制器进行控制计算，并根据计算结果发送控制指令给现场设备，现场设备执行控制指令，实现对工业过程的控制。
除了基本的监测和控制功能，DCS还具有一些高级功能，如数据采集和处理、报警和故障诊断、远程监控和控制等。
通过这些功能，DCS可以实现对工业过程的全面监控和控制，并对系统故障进行及时诊断和修复，提高系统的稳定性和可靠性。
分散控制系统
分散控制系统第一章分散控制系统概述一.概述分散控制系统缩写为DCS,全称为DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,起步于70年代,80年代以后进入优化阶段,从90年代开始,将生产调度、计划优化、经营管理决策方案引入计算机控制系统，使综合管理于优化控制相结合，产生了更大的经济效益和技术进步。
80、90年代国外DCS的代表产品有：TDS3000、WDPF、INFI90等，这些产品的共同特点是：（1）实现开放式的系统通信，向上通过网间连接器与其他网络联系，构成综合信息管理系统，向下支持现场总线，使过程控制各部分之间实现可靠的实时数据通讯。
（2）具有容错和自诊断能力，可靠性更高。
（3）操作员站具有很强的图形显示功能，操作简单，响应速度快。
国内近几年发展比较快的是上海新华控制工程有限公司，它最初是给国外的公司安装调试，后来随技术力量的壮大，逐渐把国外的技术消化吸收制造出XDPS，XDPS继承了国外技术的优点，同时在此基础上全部汉化，界面更友好，占领了国内不少的市场分额。
二．分散控制系统的特点相对分散控制而言是集中控制。
对于集中式计算机控制系统而言，中央计算机的处理速度以及计算机自身的可靠性是其两大应用目标。
计算机的处理速度越快，在一定时间范围内就可管理更多的设备，但处理速度受当时技术条件的限制，不可能要多快有多快。
另一方面就是所有的控制功能都集中到单台计算机上来完成，一旦计算机出了故障，就意味着所有功能都将失效。
基于这种情况，必须寻求一种更加可靠的计算机自动化控制系统，其方案不外乎两种：（1）使计算机本身更加可靠（2）引入功能上可替代的分散控制技术，以改善系统的可靠性对于第一种方案就意味着要求中央计算机更加可靠。
这已经受到技术条件的限制，后来的发展方向是分散型控制技术，原因归纳如下：60年代末70年代初，由于集成电路的发展，出现了功能完善、价格便宜的单板机、微型计算机，可以代替中央计算机的局部工作，以对其周围的装置进行过程检测和控制。
DCS分散控制系统的介绍
原理 应用 典型系统
介绍
• DCS分散控制系统指控制功能分散、风险 分散、操作显示集中、采用分布式结构的 智能网络控制系统. • DCS由四部份组成：I/O板、控制器、操作 站、通讯网络.
DCS的选型
• 操作站区别较大。有以PC机为基础的，有 以小型机为基础的，操作系统一般选用 UNIX类系统.。PC机操作系统采用NT，其 稳定性没有UNIX好,以NT操作系统作为操 作站的，点数要少一些，不然会频繁死机. • 控制器的电源系统，通常采用冗余供电， 电源的引入和散热是价格贵的主要原因.
DCS的通讯网络堵塞和人机界面死 机现象
• 在DCS的通讯网络上连接有几种不同的结点，它通常分为两大类。一类是直接与生产 过程通过I/O板连接起来的结点，我们称之为控制器。控制器根据功能不同又可以分为 数据采集控制器和回路控制器，两者可以合为一个结点。另一类结点是与人机相连的， 称为人机界面。它们通过通讯网络采集控制器中的数据。根据功能又分为操作站，这 是工厂运营的主要设备，它既要从控制器中读取数据，又要将运营人员的意图送给控 制器，所以数据传输是双向的. 人机界面的另外几种结点分别是工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务器。工程 师工作站通常只在系统投运前，把存储在控制器中的各种算法按照生产要求连接起来， 并填进参数最后下装给控制器，它是组态用的工具，系统投运以后可以离线。工程师 站的工作区别于用算法语言编程，称之为组态.机界面的另一个重要结点是动态数据服 务器，它是DCS和MIS系统的接口，是DCS和Web的隔离设备。它的特点是数据只能 上行，不能下行，而且存储的数据量是海量的。历史趋势站和动态数据服务器类似， 它的功能可以合并到动态数据服务器上，也可以单独成为一个结点. 操作站主要软件是操作系统、监控软件和控制器的驱动软件.DCS运行时间比较长的情 况下,控制器的组态也不断变化，但有一个现象是：组态只加不减，有一部分组态实际上已没 有与真正的I/O点相连,这时可以用逆向工程师站读取控制器中的组态，与正向工程师站的 内容进行比较，删除无效点，就可以避免网络堵塞和死机现象。 解决网络堵塞的第三 种方法是：如果采用例外报告的方式，可将例外报告的区域加大一些，以减少网络的 通讯量。例外报告的意思是现场的某点只在发生变化时把数据送到网络上，如果不发 生变化就不会传送。但为了防止点已经坏而人机界面不知道的情况。所以，即使点不 变化，超过一段时间也要报告。为了减少网络上的数量，把例外报告的二个参数都适 当加大，也能达到减少数据量的目的。
《分散控制系统》课件
详细描述
该钢铁厂分散控制系统出现故障时，能够快速定位并采取 有效措施进行处理，确保了生产的连续性和稳定性。
总结词
提高员工故障处理能力
总结词
建立完善的故障预防机制
详细描述
该钢铁厂注重员工故障处理能力的培训和提高，通过实际 操作和模拟演练等方式，使员工能够熟练掌握故障诊断和 处理技能。
THANKS
总结词
降低能耗和减少排放
详细描述
该化工厂分散控制系统通过优化控制策略，有效降低了 能耗和减少排放，符合绿色环保要求，提高了企业的社 会责任感。
某钢铁厂分散控制系统的故障诊断与处理
总结词
快速定位和解决故障
详细描述
该钢铁厂通过建立完善的故障预防机制，定期对分散控制 系统进行维护和检查，有效预防了故障的发生。
06
分散控制系统的案例分析
某电厂分散控制系统的设计与实施
总结词
成功实现自动化控制
01
02
详细描述
该电厂采用分散控制系统，实现了对发电机 组、锅炉、汽轮机等设备的自动化控制，提 高了生产效率和安全性。
总结词
注重系统稳定性与可靠性
03
总结词
优化人机界面，提高操作便利性
05
06
04
详细描述
设计过程中，充分考虑了系统稳定性 和可靠性，采用了冗余技术和故障诊 断功能，确保了系统的高效稳定运行 。
详细描述
该电厂分散控制系统的界面设计简洁明了，易 于操作，大大提高了操作员的工作效率和准确 性。
某化工厂分散控制系统的优化与改进
总结词
提升系统性能和安全性
详细描述
通过对原有分散控制系统的优化和改进，提高了系统的 性能和安全性，满足了化工厂生产工艺的特殊要求。
分散控制系统
分散控制系统(DCS)详细介绍一、系统概况：1.DCS系统的特点DCS系统也称分布式控制系统，其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一捉新型控制技术。
其功能特点是：通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。
2.分散控制系统的构成作为一种纵向分层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，将分布在全厂范围内的各种控制设备的数据处理设备连接在一起，实现各部分信息的共享的协调工作，共同完成控制、管理及决策功能。
1)其硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。
管理操作应用工作站包括工程师站、操作员站、历史数据站等各种功能服务站。
A.工程师站提供技术人员生成控制系统的人机接口，主要用于系统组态和维护，技术人员也可以通过工程师站对应用系统进行监视。
B.操作员总理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。
C.历史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。
现场控制站用于现场信号的采集处理，控制策略的实现，并具有可靠的冗余保证、网络通信功能。
通信网络连接分散控制系统的各个分布部分，完成数据、指令及其它信息的传递。
为保证DCS 可靠性，电源、通信网络、过程控制站都采用冗余配置。
2)分散控制系统的软件是由实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件和各种应用软件组成。
3)分散控制系统在结构上采用模块化设计方法，通过灵活组态，合理的配置，可以实现火电机组的模似量控制系统（MCS）、数据采集系统（DAS）、锅炉燃烧控制和炉膛安全系统（FSSS）、顺序控制系统（SCS）等功能。
3.名词术语解释DCS分散控制系统指控制功能分散、风险分散、操作显示集中、采用分布式结构的智能网络控制系统。
DAS数据采集系统指采用数字计算机控制系统对工艺系统和设备的运行参数、状态进行检测，对检测结果进行处理、记录、显示和报警，对机组的运行情况进行运算分析，并提出运行指导的监视系统。
分散式控制系统
采用9600Kb/s。
二、串行通讯及接口
（2）EIA485 （Electronic Industries Association 485）
属半双工通讯形式，仅需2个双绞线即可通讯，也可采用DB9接口、
水晶头等形式。
485总线式现场总线的鼻祖！
三、现场总线
现场总线（Fieldbus）起源于 20世纪80年代末、90年代初 用于现场总线技术、过程自动
二、串行通讯及接口
（3）模拟数据编码：ASK、FSK、PSK
ASK（amplitude-sheft keying ）：幅值键控编码
FSK（frequency-sheft keying）： 频率键控编码
PSK（phase-sheft keying）：相位键控
二、串行通讯及接口
（4）单字节数据的报文帧
一、概述
（4）管理级由：若干个管理计算机组成
功能： 监测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。 配置要求： 能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统。 能够连续运行可冗余的高可靠性系统。 优良的、高性能的、方便的人机接口，丰富的
相应的外部设备： 显示器、大屏幕显示装置、打印机、键盘、鼠标等 开放型DCS采用个人计算机作为人机接口站。
一、概述
操作站
一、概述
（3）监控级 工程师站 工程师站功能及其配置
功能：
控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置。
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。
三、现场总线
（2）数据链路层 是建立在物理传输能力的基础上，以帧为单位 传输数据。 它的主要任务就是进行数据封装和数据链接的 建立。封装的数据信息中，地址段含有发送节点和 接收节点的地址，控制段用来表示数据连接帧的类 型，数据段包含实际要传输的数据，差错控制段用 来检测传输中帧出现的错误。常见的集线器和低档 的交换机网络设备都是工作在这个层次上。
分散控制系统概述
分散控制系统概述分散控制系统（DCS）是指由多个独立的控制器组成的系统，每个控制器负责一个或多个设备或过程的控制。
它通常由一个控制中心和多个可编程逻辑控制器（PLC）组成。
DCS广泛应用于工业自动化领域，例如化工、电力、制造业等。
DCS系统的结构通常包括以下几个方面：1.控制器：DCS系统通常由多个控制器组成，每个控制器负责一个或多个设备/过程的控制。
控制器根据传感器和执行器提供的数据，采取相应的控制策略和算法，控制设备/过程的运行状态。
2.传感器和执行器：传感器是用于测量设备或过程参数的装置，例如温度传感器、压力传感器等。
执行器则用于控制设备或过程的运行状态，例如阀门、电机等。
传感器和执行器的数据通过信号传输到控制器，为控制器提供必要的信息。
3.控制中心：控制中心是DCS系统的核心，负责监控和管理整个系统。
控制中心通常配备有人机界面（HMI），用于人机交互和显示系统状态。
通过控制中心，操作员可以实时监控设备/过程的运行状态，进行参数调节和故障诊断。
4. 通信网络：DCS系统中的各个组件通过通信网络相互连接和交换数据。
通信网络可以是有线的或无线的，可以采用各种通信协议，例如以太网、Modbus等。
通信网络的稳定性和可靠性对于系统的正常运行非常重要。
DCS系统具有以下几个优势：1.高度灵活性：DCS系统的控制器可以独立运行，相互之间无需时钟同步。
这使得系统可以轻松地扩展和修改，适应不同的工艺需求和设备变化。
2.高可靠性：DCS系统中的多个控制器可以相互备份，以实现冗余，提高系统的可靠性和容错性。
当一个控制器发生故障时，其他控制器可以接管工作，确保系统的连续运行。
3.实时监控和反馈：DCS系统通过控制中心实时监控设备/过程的状态，并通过传感器提供的实时数据进行控制。
操作员可以根据实时数据进行参数调节和故障诊断，及时采取措施，避免设备/过程出现问题。
4.高级优化和控制算法：DCS系统可以配备先进的优化和控制算法，通过实时调节参数和控制策略，实现设备/过程的最佳性能。
DCS控制系统的优点与缺点(优缺点)
DCS控制系统的优点与缺点（优缺点）一、概述：1、DCS控制系统（分散控制系统）的工作原理主要基于分散控制的思想，即将控制任务分配给多个控制器进行处理。
这些控制器分布在生产现场的各个设备和单元，可以独立运行并实时采集、处理各种数据。
通过这些控制器与上级控制系统通过网络进行通信，实现联动控制和数据传输。
2、DCS控制系统的基本功能包括实时监测、实时控制和实时管理。
实时监测通过连接各种传感器和执行器，采集并监测生产现场的各种参数和状态，如温度、压力、流量等。
实时控制则是根据预设的控制策略，通过与各种执行器的联动操作，调整和控制设备的工作状态，如通过控制阀门的开度来调节液位，或通过调整变频器的频率来控制电机的转速。
实时管理则通过与上级管理系统进行数据交互和通信，实现对生产过程的实时管理和监控，使管理人员能够远程调整和优化生产过程，提高生产效率。
3、DCS控制系统的主要特点包括数据采集、控制、监测和报警。
数据采集通过传感器和输入/输出模块完成，控制是系统的核心功能，监测实时跟踪工业自动化过程的各项参数，并根据设定的控制策略进行调整和优化。
报警功能则在系统出现异常或故障时及时发出警报，提醒工作人员进行处理。
4、DCS控制系统的核心技术包括控制器技术、网络通信技术、数据处理技术和安全保障技术。
这些技术共同作用，使得DCS控制系统能够广泛应用于工业自动化生产线、大型设备控制和环保监测与治理等领域。
二、DCS控制系统的优点：1、高可靠性：由于DCS将系统控制功能分散在每台计算机上，系统结构采用容错设计，计算机故障不会导致系统其他功能的丧失。
此外，由于系统中的每台计算机都承担一项任务，因此可以使用具有特定结构和软件的专用计算机来实现所要实现的功能，从而提高系统中每台计算机的可靠性。
2、开放性：DCS采用开放、标准化、模块化、系列化设计。
系统中各计算机采用局域网通信，实现信息传输。
当系统功能需要更改或扩展时，新添加的计算机可以方便地连接到系统通信网络或从系统通信网络中移除，几乎不会影响系统中其他计算机的工作。
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《分散控制系统与现场总线技术》
课程设计指导书
华北电力大学自动化系
一、课程设计简介
课程编号: 1110204
课程名称：《分散控制系统与现场总线技术》课程设计
英文名称：Total Distributed Control System and Field Bus Technology
课程类型:（必修）
学时：1周
学分：1
适用对象：自动化
二、课程设计的目的
分散控制系统与现场总线技术是目前国内外工程领域应用非常广泛而有效的计算机控制技术，作为自动化类本科学生应当具备和掌握与此相关的基础知识、概念和设计方法。
本课程设计是在分散控制系统与现场总线技术课程结束之后进行的一个综合性实践环节，主要目的是使学生在课程内容学习的基础上，运用所学的基础理论知识和设计方法，针对工程应用问题能够进行有关计算机监控系统等内容的综合分析设计以及仿真，通过该教学环节使学生进一步加深对分散控制系统与现场总线技术的认识和理解，同时也给学生提供了一个实践和增加感性认识的机会，为今后从事实际工作打下一定的基础。
三、本课程设计和其他课程的联系
本课程设计的先修课程为：计算机控制技术与系统、过程控制、网络应用基础等。
四、课程设计的要求和内容
总体要求
1、能够运用所学分散控制系统与现场总线技术的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案等的要求，进行方案的总体设计和分析评估。
2、设计报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写报告等。
设计内容
1、DCS数字控制系统方案设计分析
2、DCS程序控制应用方案分析设计
3、DCS现场站数据共享方案设计分析
4、基于现场总线技术的数据采集方案设计分析
5、基于现场总线技术的智能仪表与上位站通信设计分析
6、分散控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计
7、分散控制系统差错控制技术分析设计
8、分散控制系统容错技术分析设计
9、分散控制系统网络结构与通信协议设计
10、分散控制系统与SIS系统数据通信安全性方案设计分析
11、工业I/O接口设备（卡件）新技术发展
12、现场总线技术（Fieldbus）综述
13、网络化控制系统（NCS）综述
14、分散控制系统人-机交互界面新技术发展综述
15、工业以太网解决的关键问题（技术）分析
16、分散控制系统接地系统设计与可靠性分析
17、分散控制系统的电源系统配置方案综述
18、OPC技术综述
19、SOE技术综述
20、工程师站综述
21、操作员站综述
22、现场控制站综述
23、分散控制系统与SIS的接口技术分析
24、工程过程PLC顺序控制系统与DCS系统网络集成设计分析
25、工程过程PLC网络监控系统设计分析
26、基于例外报告技术实现的DCS系统网络通信设计
27、现场控制站实时数据库应用设计分析
28、相位调制解调（PM）数据通讯方案设计分析
29、基于CRC校验原理差错通讯控制方案分析
30、电站数据采集系统（DAS）方案设计与分析
31、电站模拟量控制系统（MCS）方案设计与分析
32、电站顺序控制系统（SCS）方案设计与分析
33、电站汽轮机数字电液控制系统（DEH）方案设计与分析
34、电站小汽轮机数字电液控制系统（MEH）方案设计与分析
35、电站锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）方案设计与分析
36、监控信息系统（SIS）综述
37、管理信息系统（MIS）综述
38、DCS数据库系统综述
39、PLC与现场总线智能仪表通讯分析
40、现场总线控制系统（FCS）应用现状及发展趋势综述
（要求：每题最多不超过2人，报告4000字以上，统一格式打印）五、教学方法及手段
指导教师给出设计题目范围和要求，并指导和解答设计中有关的难点和问题，由学生根据设计题目范围及内容要求选定题目，在查阅收集资料基础上独立完成。
六、时间进度安排
1、选择设计题目；
2、根据设计题要求目查阅收集参考资料；
3、方案分析研究与设计（图纸设计）、仿真实验等；
4、课程设计报告撰写；
5、课程设计答辩。
七、考核方式
根据课程设计报告内容和答辩情况综合评定成绩。
八、推荐参考书
1、计算机控制技术与系统，李大中主编，北京：中国电力出版社2009.
2、白焰，吴鸿，杨国田. 分散控制系统与现场总线控制系统—基础、评选、设计和应用. 北京：中国电力出版社，2001.
3、600MW火力发电机组培训教材－热工自动化/华东六省一市电机工程学汇编，中国电力出版社2000。
4、单元机组自动控制技术，林文孚胡燕编著，中国电力出版社2004。
5、集散控制系统的设计与应用，王常力廖道文主编，清华大学出版社1993。
6、计算机控制技术，俞光昀等，电子工业出版社
7、微型计算机控制技术，潘新民等，邮电出版社
8、计算机控制系统，何克忠等，清华出版社
9、先进控制技术及应用，王树青等，化学工业出版社
10、新型PID控制及其应用，陶永华等，机械出版社
11、计算机控制系统基础，陈炳和编著，北京航空航天大学出版社
2010年6月修订
《分散控制系统与现场总线技术》课程设计
任务书
一、目的与要求
1．通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；
2．结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；
3．培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；
4．要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要求，进行方案的总体设计和分析评估；
5．报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。
二、主要内容
1．每个学生依据个人情况选择课程设计题目；
2．分散控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施综述；
3．分散控制系统工程应用方案设计分析；
4．现场总线技术发展应用综述；
5．基于现场总线技术的工程应用方案设计分析；
6．分散控制系统差错、容错控制技术设计分析；
7．工程师站、操作员站功能应用综述；
8．现场控制站工程应用控制方案设计分析；
8．SOE、事故追忆技术分析综述；
9．分散控制系统接地系统设计与可靠性分析；
10．分散控制系统电源安全供电系统配置方案综述。
三、进度计划
序号设计内容完成时间备注
1 选择课程设计题目，查阅相关文献资料12月26日
2 文献资料的学习根据所选题目进行方案设计12月27日
3 与指导教师讨论设计内容、修改设计方案12月28日
4 撰写课程设计报告12月29日
5 课程设计答辩12月30日
四、设计成果要求
1．针对所选题目的国内外应用发展概述；
2．课程设计正文内容，包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等；
3．课程设计总结或结论以及参考文献；
4．要求设计报告规范完整按照《华北电力大学课程设计标准格式》撰写。
五、考核方式
《分散控制系统与现场总线技术》课程设计成绩评定依据如下：
1．课程设计报告；
2．独立工作能力及设计过程的表现；
3．答辩时回答问题情况。
成绩综合评定分为优、良、中、及格、不及格五个等级。
学生姓名：刘潇阳
指导教师：李大中老师
2011年12月29日。