DCS控制系统
DCS控制系统讲解
DCS控制系统讲解DCS（分散控制系统）是指通过计算机技术和通信技术将生产过程中的各个控制单元进行连接和协调，实现对整个生产过程的自动控制和监控的系统。
它是以计算机为核心，将各个控制单元分散在不同的位置，并通过通信网络进行连接的控制系统。
DCS系统由硬件和软件两部分组成。
硬件包括主机、输入输出设备、通信设备等。
主机是DCS系统的核心，用于处理各个控制单元发送过来的数据，并根据设定的控制策略进行控制。
输入输出设备用于与现场设备进行数据的交换，如传感器、执行器等。
通信设备用于连接各个控制单元，实现数据的传输和交换。
软件是指对DCS系统进行编程，实现各种控制功能和监控功能的程序。
DCS系统的特点是分布式控制。
各个控制单元可以分散在不同的位置，并通过通信网络进行连接。
这样就可以实现对整个生产过程的全面控制和监控。
此外，DCS系统还具有模块化设计的特点，各个控制单元可以独立工作，互不干扰。
这样就可以方便系统的扩展和维护。
DCS系统可以分为三层结构：生产现场层、控制层和管理层。
生产现场层是指生产过程中的实际控制单元，如传感器、执行器等。
控制层是指各个控制单元之间进行数据通信和控制的计算机集群，包括主机、通信设备等。
管理层是指对整个DCS系统进行监控和管理的计算机，包括人机界面和监控软件等。
DCS系统具有很高的可靠性和可扩展性。
由于各个控制单元可以独立工作，并通过通信网络进行连接，当其中一个控制单元发生故障时，其他控制单元仍然可以正常工作。
同时，当生产过程需要扩展时，只需要添加新的控制单元，而无需对整个系统进行大范围的改造。
DCS系统的应用范围广泛，包括电力、化工、冶金、环保、交通等行业。
在电力行业，DCS系统可以用于对电力系统进行监控和控制，实现电力的调度和分配。
在化工行业，DCS系统可以用于对化工过程中的反应装置、蒸馏装置等进行控制，实现化工生产的自动化。
在冶金行业，DCS系统可以用于对冶炼过程中的各个控制单元进行控制，提高生产效率和质量。
DCS_控制系统简介
DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。
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(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、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。
在系统功能方面，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。
工程师站是对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DCS4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。
与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能，DCS分散控制系统原理第一讲绪论DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开始采用以太网。
总的来看，变化主要体现在I/O板、操作站和通讯网络。
DCS控制系统介绍
DCS控制系统介绍
DCS控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是一种基于现代技术的集散控制系统，它主要应用于工业生产和制造领域，用于控制和监控生产过程中各项参数和设备，以实现自动化生产。
DCS控制系统由多个分布在各个生产单元的控制器组成，这些控制器之间通过网络进行信息传输和数据交换，实现对整个生产过程的控制和监控。
每个控制器负责管理一定范围的生产设备和参数，通过与传感器、执行器等设备连接，实现对生产过程的监测和控制。
DCS控制系统的核心是集中管理系统，它由工程师对整个生产系统进行规划、设计和编程，定义各种控制策略和逻辑，以实现生产过程的自动化控制。
集中管理系统可以实时监测各个控制器的运行状态，收集和处理生产数据，为决策提供支持，确保生产过程的顺利进行。
DCS控制系统的分散控制器通常由工控机或PLC等硬件组成，它们负责执行集中管理系统下发的控制策略，控制各种生产设备的运行和参数调节。
分散控制器之间可以相互通信，实现对整个生产过程的协调与同步，提高生产效率和质量。
DCS控制系统具有高可靠性和稳定性，通过采用冗余设计和故障恢复机制，可以保证系统在出现故障时快速恢复，确保生产过程的连续性和稳定性。
同时，DCS系统可以对生产过程进行实时监测和报警，及时发现并解决问题，保证生产过程的安全性和可靠性。
总的来说，DCS控制系统是一种先进的生产自动化控制系统，具有集中管理、分散控制、多任务处理、模块化设计和高可靠性等特点，可以满
足各种工业生产领域的自动化控制需求，提高生产效率，节约成本，保证生产质量，是工业生产自动化的重要技术手段。
dcs控制系统方案
dcs控制系统方案DCS控制系统方案1. 简介DCS（分散控制系统）是一种现代化的工业控制系统，它利用先进的计算机技术和通信技术，将整个控制过程分散在不同的控制单元中，从而实现对工业过程的全面控制。
本文将介绍DCS控制系统的基本原理、特点以及在工业领域的应用。
2. DCS控制系统的基本原理DCS控制系统采用了分散控制的思想，将所有的控制操作分布在不同的控制单元中。
每个控制单元负责管理和控制特定的工业过程，通过互联网或其他通信方式将数据传送到中央控制室。
中央控制室通过集中管理软件将所有的数据进行分析、处理和控制，从而实现对整个工业过程的全面控制。
3. DCS控制系统的特点DCS控制系统具有以下特点：3.1 分散控制DCS控制系统将控制操作分布在不同的控制单元中，实现了分散式控制。
这样做的好处是使控制系统更加灵活、可靠和稳定。
即使某个控制单元出现故障，其他控制单元仍可正常工作，不影响整个系统的运行。
3.2 高度可靠DCS控制系统采用了冗余设计，即在关键的控制设备上使用多个备份，一旦一个设备发生故障，系统会自动切换到备份设备，确保工业过程的连续运行。
这种冗余设计使得DCS控制系统具有较高的可靠性，提高了系统的可用性。
3.3 高度灵活DCS控制系统采用了模块化的设计思路，每个控制单元可以根据不同的需要进行灵活的组合和扩展。
当工业过程需要进行变更或扩大时，只需添加新的控制单元，而不需要对整个系统进行重构或替换，这大大提高了系统的灵活性和可扩展性。
3.4 智能化控制DCS控制系统集成了先进的智能控制算法和人工智能技术，通过大数据分析和机器学习等手段，可以对工业过程进行智能化控制。
系统能够根据实时数据和历史数据进行预测和优化，提高生产效率和质量。
4. DCS控制系统在工业领域的应用DCS控制系统在工业领域有广泛的应用，包括但不限于以下方面：4.1 制造业在制造业中，DCS控制系统可以实现对生产线的全面监控和控制，确保生产过程的稳定性和高效性。
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控制系统
定期维护和保养建议
日常维护
定期检查硬件设备状态，清理灰尘和杂物， 保持系统清洁。
定期保养
对硬件设备进行定期保养，如更换电池、清 洗滤网、紧固接线等。
软件更新
定期更新软件版本，修复bug，增强系统功 能和安全性。
数据备份
定期备份系统数据，以防数据丢失或损坏， 保障系统稳定运行。
05
案例分析：某化工厂 DCS控制系统应用实 例
调试过程及方法论述
调试准备
硬件调试
熟悉系统架构、硬件配置和软件功能，准 备调试工具和测试数据。
检查硬件设备连接，进行电源测试、信号 测试和通讯测试，确保硬件正常工作。
软件调试
联调测试
配置软件参数，测试软件功能，调整控制 逻辑，优化系统性能。
连接现场设备，进行系统联调，验证控制 功能、数据采集和报警功能等。
网络通讯设备配置
通讯协议
支持Modbus、 Profibus、Ethernet/IP 等多种标准通讯协议。
通讯接口
提供RS232、RS485、 以太网等接口，方便与 其他设备或上位机连接
。
通讯速率
根据实际需求选择合适 的通讯速率，确保数据 传输的实时性和稳定性
。
冗余配置
可采用双网冗余配置， 提高网络通讯的可靠性
人机界面设计原则
直观性
界面设计应直观易懂，使用户能够快速了解 系统的运行状态和操作方式。
响应性
界面应对用户的操作做出及时响应，提供友 好的反馈和提示信息。
一致性
保持界面风格、操作方式和信息呈现的一致 性，降低用户学习成本。
可定制性
允许用户根据实际需求定制界面布局和功能 ，提高用户体验。
04
DCS控制系统讲解
DCS控制系统讲解DCS（Distributed Control System）是一种分布式控制系统，用于监控和控制制造过程中的各种设备和参数。
DCS系统在工业自动化领域广泛应用，可以管理许多不同的过程，如化工、电力、水处理、石油和天然气等。
DCS系统由多个分布在不同位置的控制节点组成，每个节点可以分别控制一部分设备或过程。
这些节点通过网络连接，互相通信和交换数据，形成一个大规模的控制系统。
这种分布式架构使得DCS系统具有高可靠性和高灵活性，可以实现实时监控和远程控制。
DCS系统的主要组成部分包括以下几个方面：1.控制器：控制器是DCS系统的核心组件，通常由一台或多台计算机组成。
它们负责处理和执行各种控制策略，并将结果发送给其他设备和节点。
控制器还可以接收来自传感器和执行器的数据，并进行实时监测和反馈控制。
2.人机界面（HMI）：HMI是DCS系统与操作人员之间的交互界面。
通过HMI，操作人员可以监视和操纵整个制造过程。
HMI通常包括图形显示、报警和故障处理等功能，使操作人员能够及时发现和解决问题。
3.输入/输出（I/O）模块：I/O模块用于连接DCS系统与实际的物理设备和装置。
它们通过传感器和执行器将过程物理量（如温度、压力、流量等）转换成数字信号，并将控制信号传输到执行器。
I/O模块是DCS系统与外界交流的桥梁，确保了信息的准确性和可靠性。
4. 网络通信：DCS系统中的各个节点通过网络连接，实现数据的传输和共享。
网络通信可以根据实际需求采用不同的协议和技术，如以太网、Profibus、Modbus等。
这些网络使得DCS系统具有分布式控制和集中监控的能力。
5.数据存储和处理：DCS系统需要对大量的数据进行存储和处理。
这些数据包括控制参数、过程状态、历史记录等。
数据存储和处理功能可以在DCS系统中实现，也可以通过连接外部数据库和服务器来实现。
DCS系统的工作原理基于控制算法和策略。
控制算法通常是根据过程的特点和需求进行设计和优化的。
DCS系统的基本原理和功能介绍
DCS系统的基本原理和功能介绍DCS系统（分散式控制系统）是一种用于工业自动化领域的控制系统。
它具备集中控制和分布控制相结合的特点，能够实现对工业过程的全面监控和控制。
本文将介绍DCS系统的基本原理和功能。
一、DCS系统的基本原理DCS系统的基本原理是基于计算机网络技术和现代测控技术。
它由分布在各个节点的控制器、传感器、执行器等硬件设备组成，通过通信网络互相连接。
各个节点通过通信网络实现数据的传输和共享。
DCS系统采用分布式控制的思想，将控制功能分散到各个节点中，各节点之间通过通信网络实现数据的传输和交互。
这种分布式的控制方式，使得系统更加灵活可靠，能够应对复杂工业过程的控制需求。
二、DCS系统的基本功能1. 监测和数据采集：DCS系统通过传感器对工业过程中的各种参数进行实时监测和数据采集，如温度、压力、流量等。
这些数据可以用于分析和预测工业过程的状态，从而实现对工业过程的全方位监控。
2. 控制和调节：DCS系统能够实现对工业过程的控制和调节。
通过发送控制信号给执行器，调节工业过程的参数以实现控制目标。
例如，通过调节阀门的开度来控制流量，通过调节加热器的功率来控制温度等。
3. 报警和安全保护：DCS系统能够实现对工业过程的报警和安全保护。
当工业过程出现异常情况时，系统可以及时发出警报，通知操作人员进行处理。
同时，系统还能够对工业过程进行安全保护，如防止过高压力、过高温度等因素对系统造成损害。
4. 数据存储和分析：DCS系统能够对采集到的数据进行存储和分析。
通过对历史数据的分析和统计，可以了解工业过程的运行情况，发现问题和优化工艺。
同时还可以用于生成运营报表和质量报告等。
5. 远程操作和监控：DCS系统支持远程操作和监控功能。
操作人员可以通过计算机或移动设备远程监控和操作系统，无需亲临现场。
这种远程操作和监控功能，使得操作更加方便高效，降低了维护成本。
6. 系统管理和配置：DCS系统还包括系统管理和配置的功能。
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可靠地传输数据。
5. 会话层 (Session Layer) ：调度两个节点间通信任务的启动和停止。 6. 表示层（ presentation layer）：信息格式的转换。 7. 应用层（ application layer）：召唤底层协议为其服务。
HART总线模型及与标准OSI对照
变送器 光电隔离 RC滤波 No1 多路开关 No1 A/D No1 输出电路 No1 执行器 电磁隔离 双重化控制 输出电路 No2 RC滤波 No2 多路开关 No2 A/D No2 数据库 No2 站内总线接口 No2 数据库 No1 站内总线接口 No1
经 总 线 与 计 算 机 相 连
多路模拟量输入输出卡结构示意框图
计算机网络系统的特征：是一种开放网络系统，通过网络实现数据交换和资源共享。 对开放网络的要求（开放系统互连参考模型OSI）：开放系统中各种设备与网络连接 必须制定统一的规则。ISO采纳了OSI通用参考模型作为一个国际标准。
OSI Open Systems Interconnection
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 物理介质
CPU
反馈控制单元
报警输出单元
顺序控制单元
通 信 接 口 单 元
显示操作面板
HART 总线
集中监视操作站
现场控制站的功能框图
DCS现场控制站概述说明
概述：控制站支持多回路控制，在加强单回路控制器的基础 上增加了顺序控制功能。 特点：反馈控制与顺序控制由同一CPU操纵，容易完成生产 现场的工艺组合，能够实现生产全过程的自动化。
数字调节器单元内涵
缓冲罐的选择控制框图
PIC 101 IN 7DC-D5 IN1 7SL 103 7SS-AL OUT 3选1信号单元 IN2 OUT OUT 7DC-D5 PIC 102 IN PID调节单元
MAC2 M-2-1-04-0
MAC2 M-2-1-04-0
MAC2 M-2-1-04-0
STEP3 NO
注入阀(V001）打开
冷却罐满？ YES 注入阀(V001）关闭
LA01= ON？
冷却阀(V00ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）打开
下限时开关ON LA02
STEP4
NO
完成冷却？ YES 冷却阀(V002）关闭
TA01= ON？
TA01 V003 温度下限接点ON 去下一道工序
STEP5 NO
排出阀(V003）打开
3.5 现场总线系统的管理
组态管理软件的应用及FCS知识更新
3.1 集散控制系统的发展及其组成
发展过程
分散控制方式：仪表间相距过远、仪表盘尺寸过大、无法全面了解信息
及操作；
集中控制方式：危险过于集中，计算机出现故障时整个生产装置瘫痪； 集散控制方式：控制功能分散、操作管理集中---DCS。 集散控制中危险分散的方法：将控制功能分散到多台计算机上，采取双 重化冗余措施。
运算控制插件说明：
（1）插件可包含多路输入输出，例：MAC2有8路 1~5V输入，8路4~20mA输出。 （2）必要时需加接隔离电路，例：光隔输入、磁隔输 出。 （3）插件实际运算工作在计算机（控制部分RF-FIG3-2）内完成，插件与计算机之间采用站内通信总线交 换数据。
双重化（热备用）详细原理
反馈控制功能实例
（3）报警检测 回 路 连 接 数字滤波 开方 折线函数 脉冲输入 （1）信号输入交换
温度补偿积算
输入开路、上下 限及变化率报警
（2）补偿、积算
回 路 连 接
输出开路检测 输出变化率及高低限幅 脉冲输出、开关输出等
PID控制 （含内部运算）
回 路 连 接
（5）输出信号处理
（4）指示、调节
b.描述语言是设备描述的标准语言，采用设备描述编译器可以设备描述源程序转化为可输出文件。
FF通信模型简化的ISO/OSI三层结构
用户层
用户数据的长度（位）
现场总线 报文规范 子层
FMS-PDU 4~255
FMS PDU
FAS-PDU 5~256
运算控制工作流程（以其中某一通道为例说明）
双重化（冗余）输出控制电路原理
V+ 工作状态指示1#
检测读回
开关控制信号1#
双重化控制1#
+ 4~20mA输出 数据输出
开关控制信号2# 双重化控制2# V+ 工作状态指示2#
开关控制信号
双重化控制执行电路原理简图
双重化（冗余）输入控制电路原理
1#板 2#板 基准1 +5V 10K A1 基准2 +5V 10K
CPU控制回路的数量与实际要求的关系---生产装臵中联系紧密的控制回 路数目约为8~40个，状态量约为100~500个，集中在一个站内可省去通 信过程，实时性好。
横河公司： CENTUM A型集散控制系统
配有YEWCOM 7000小型机作为上位机， 包括现场控制站CFCD2、操作站 COPSV／COPCV、数据通讯母线HFBUS等构成。 上位机可以连接数个终端和其它外 设。现场控制站CFCD2用作直接控制， 操作站COPSV／COPCV完成操作和现 场监视，现场控制站和操作站通过 HF-BUS相连接。
HART协议信息结构属于HDL。数据长度不恒定，最多可包括25个字节。
HART总线各层功能介绍
概述：对应ISO/OSI模型的1，2，7层。 物理层：标准BELL202 FSK信号加载于4~20mA信号上,其中1200HZ代表 逻辑‘1’，2200HZ代表逻辑‘0’。 数据链路层：规定完整的通信数据结构。 应用层：规定HART命令,命令分为3类。
集散控制系统原理及装置
第3章 第1部分
第3章 集散控制系统与现场总线系统
3.1 集散控制系统（DCS）发展及其组成 了解DCS的基本概念及组成
3.2 DCS现场控制站的功能
3.3 DCS操作站的功能 3.4 DCS控制系统的通信及现场总线
现场操作站的组成及主要模块原理
功能简述及操作界面 CENTUM系统的HF及其它现场总线
集散控制系统的组成
监控操作站(上位机） 网关
通信总线
现场控制站
现场控制站
现场控制站
现场控制站危险分散的设计原则
（以日本横河CENTUM集散控制系统为例）
1、站内一个微处理器控制8~40个回路； 2、自带程序存储器和数据库，能脱离操作站（上位机）独立控制生产 过程； 3、可以多个现场操作站组合控制一个大型生产过程，某站故障时只影 响所控制的回路。 集散控制可能涉及的问题
8入8出模拟量 接口卡
液位
流量
P124 RF-TAB 3-2 CFCD2 反馈控制内部仪表
反馈控制功能应用实例
冷却塔的顺序控制
STEP1 NO
START
启动按钮(PB01 ON）
冷却罐空？ YES
LA02= ON？
PB01(启动按钮）
STEP2
排出阀(V003）关闭
V001 上限时开关ON V002 LA01
利用VB开发的一种总貌显示操作界面
现场总线技术应用基础
第3章 第2部分
现场总线技术的应用
采用现场总线的必要性：4-20mA模拟信号传输无法满足开放数字化通信的
要求。
现场总线的基本描述：连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、
多节点、多分支结构的通信链路。
总结：现场总线是以智能化仪表为基础实现网络化数据传送。 计算机网络通信的基础
站内集中控制危险的防范措施
1、控制站内关键部件都采用双重化冗余； 2、冗余备用设备始终处于热备用待机方式； 3、设备自诊断监视，发现故障无间断平滑切换。
运算控制器1 SC 运算控制器2 SC
双重化措施示意图
双重化（热备用）详细原理 P120 RF-FIG3-2、3-3 核心问题：主要部件采用双配臵。 双配臵部件包括：（1）运算控制部件、（2）供电电源、（3）总线及 通信耦合器等。 双重化切换原理：两个运算控制插件并联相接，某一运算控制插件有 故障时相互切换，同时保证切换时无扰动。
主要介绍操作功能---运行中的操作画面
（1）总貌画面—反映生产过程总体状况 P 132 （2）分组画面--对应显示各内部仪表状态，在操作中观察其它回路 的关联变化。 P 133 （3）回路调整画面--细致观测单元仪表的情况，可用于单回路的 PID整定。 P 134 （4）报警画面--按时间顺序排列显示报警（总貌种只显示报警性质 和场所），有声光配合。 P 136 （5）趋势分组画面--显示过程变化曲线，可出现在总貌画面和趋势 画面。 P 135 （6）流程子画面—绘有过程图形的仪表面板。显示在屏幕上，可模 拟原有仪表。 P 137
+24V1
+24V2
VD1
I
VD2
A2 VD1 VD2
+
V1' VT1 K1 V1 R1 R2 V2 VT2 K2 10K V2' K1
+
-
-
K2
R1 I
Vi Rt
R1
10K
-7.5V
-7.5V
a.电流双重化输入
b.电压双重化输入
3.2 DCS现场控制站的功能
输 入 输 出 接 口 卡 运 算 功 能 单 元
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
信息数据包装及传输过程
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层