DCS集散控制系统
DCS系统简介
百科名片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。
基本介绍首先，DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。
由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。
对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。
这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。
因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率 DCS，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。
系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。
为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。
这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。
在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DDC）功能的网络节点。
一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。
集散控制系统DCS介绍
I/O通道
在过程控制计算机中，种类最多，数量最大的是 各种I/O接口模件(卡件)。来自过程对象的被测信 号通过输入卡件，进入现场控制站，然后按一定 的算法进行数据处理，并通过输出卡件向执行设 备送出控制或报警等信息。
输入卡件
信号
现场控制站 数据处理
输出卡件
执行 设备
I/O通道
AI通道 AO通道 SI通道 SO通道
（1）操作员键盘 通常采用防水、防尘能力，有明确图案（或名称） 标志的薄膜键盘。操作键根据其功能可以分为 ：系统功 能键、控制调节键、翻页控制键、光标控制键、报警控 制键、字母数字键、可编程功能键、用户自定义键。 （2）工程师键盘： 在组态和编制程序时使用。键盘的键采用便于系 统生成的打字机键排列，键盘只有在系统生成时才和 主体连接。
开关量输入/输出通道（SI/SO） 开关量输入/输出通道（SI/SO）
SI通道 SI通道
开关量输入通道。用来输入各种限位开关、继电器 或电磁阀门连动触点的开、关状态；输入信号可能是交 流电压信号，直流电压信号或干接点。
SO通道 SO通道
开关量输出通道，用于控制电磁阀门、继电器、 指示灯、声报警器等只具有开、关两种状态的设备， 它是由端子板、SO板及机柜内电缆构成。
过程管理级
特征
信息量大 易操作性 容错性好
构成装置
监控计算机 工程师操作台 操作员操作站 (配有技术手段齐备、功能强的计算机、CRT显示器、操作 配有技术手段齐备、功能强的计算机、CRT显示器、操作 键盘、及较大存储量的软、硬盘) 键盘、及较大存储量的软、硬盘)
生产管理级
指定区域生产计划； 各单元间的协调控制； 装置的故障诊断处理和记录； 各类操作数据的显示和记录。
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。
集散控制系统(DCS)
• 友好性
DCS 的人机接口和软件面向工业控制 技术人员、工艺技术人员和生产操作人员， 操作方便，显示直观，了解生产状况直观。 DCS软件采用实用而简捷的人机会话系 统,CRT高分辨率交互图形显示,复合窗口技 术,画面丰富,纵观、控制、调整、趋势、流 程图、回路一览、批量控制、计量报表、 操作指导画面、菜单功能等均具有实时性。 平面密封式薄膜操作键盘、触摸式屏幕、 鼠标器、跟踪球等操作设备使其更便于操 作。
• 适应性、灵活性和可扩充性
DCS 的硬件和软件采用开放式、标准化 和模块化设计，系统为积木式结构，具有 灵活的配置，Байду номын сангаас适应不同用户的需要。 当工厂根据生产需要改变生产工艺和流 程时，可改变系统的某些配置和控制方案， 通过组态软件，进行一些填写表格式的操 作即可实现。
• 在线性与实时性
通过人机接口和I/O 接口，DCS 对过程 对象的数据进行实时采集、处理、记录、 监视、操作控制，并包括对系统结构和组 态回路的在线修改、局部故障的在线维护 等，提高了系统的可用性。
• 产品管理级（生产管理级）
在这一级上的管理计算机根据产品各部 件的特点，协调各单元级的参数设定，是 产品的总体协同员和控制器，负责厂级的 生产调度和优化。 要求根据用户的订货情况、库存情况、 能源情况来规划各单元中的产品结构和规 模，并可对产品重新计划，随时更改产品 结构。对于综合全厂生产和产品监视，以 及产品报告也都在这一层实现，并与上层 交换传递数据。具体有：规划产品结构和 规模；产品监视；产品报告；工厂生产监 视。
DCS管控一体化时期：90年代初至今 • 代表产品： Honeywell，TPS系统（Total Plant System） PKS系统(Process knowledge System) FOXBORO，I/A’S 50/51系列控制系统 Invensys 横河，CENTUM－CS ABB，ADVANT系统OCS开放控制系统 • 当今的 DCS是生产过程控制系统与信息管理系统紧密结 合的“管控一体化”的新一代集散型控制系统。由于工 厂、企业的信息集成和管理已经提到一定的高度，DCS 系统的功能已不再只局限于生产过程的控制，在整个工 厂、集团公司的管理中，DCS 也能发挥相应的作用。
DCS集散控制系统
☞与四级设备对应的四层网络 ●现场网络 ●控制网络 ●监控网络 ●管理网络
图2.1 集散控制系统的体系结构
现场网络
控制网络
监控网络
管理网络
1.现场控制级
➢典型的现场控制级设备 ●各类传感器 ●各类变送器 ●各类执行器 ➢现场控制级设备的主要任务 ●完成过程数据采集与处理。 ●直接输出操作命令、实现分散控制。 ●完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。
●常规 PID ●微分先行PID ●积分分离 ●开关控制 ●时间比例式开关控制 ●信号选择 ●比率设定
常 用 算 法
●时间程序设定 ● Smith 预估控制 ●多变量解耦控制 ●一阶滞后运算 ●超前-滞后运算 ●其他运算等
(4) 控制回路组态
➢根据控制策略的需要，将一些功能模块通过软件连接起来，构成检测回路或控制回路。
（2）控制层软件：特指运行于现场控制站的控制器中的软件，针对控制对象，完成控制功能。 其基本功能：I/O数据的采集、数据预处理、数据组织管理、控制运算及I/O数据的输出。
（3）监控软件 指操作员站或工程师站上的软件，主要完成操作人员所发出的各个命令的执行、图形与画面的显示、报警信息的显示处理、对现场各类检测数据的集中处理。
➢待机运转方式 ●同时配备两台设备，使一台设备处于待机备用状态。 ●当工作设备发生故障时，启动待机设备来保证系统正常运行。这种方式称为1:1 的备用方式。 ●对于N台同样设备，采用一台待机设备的备用方式就称为 N:1 备用。 ●待机运行方式是 DCS 中主要采用的冗余技术。
➢后退运转方式 ●使用多台设备，在正常运行时，各自分担各种功能运行。 ●当其中之一发生故障时，其他设备放弃其中一些不重要的功能，进行互相备用。
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控制系统介绍三篇
DCS控制系统介绍三篇篇一：DCS控制系统介绍集散控制系统的英文原名为:DistributedControlSystem，简称DCS，通常也称为集散控制系统。
集散控制系统的控制功能，主要由计算机技（computer）、控制技术（Control）、显示技术（CRT）和通信技术（communicate）来完成，一般也称为4C技术，4C技术是DCS系统的四大支柱。
DCS中通信技术更为重要，操作员站的操作、工程师站系统的组态以及现场设备信息的交换都依靠通信技术来完成。
第一节集散控制系统的构成一集散控制系统的构成方式如图是集散控制系统典型结构。
功能分层是集散控制系统的体系特征反映了集散控制系统的“分散控制、集中管理”的特点。
从功能上看可以分为：四个层次，分别是现场控制级的功能；过程装置控制级；车间操作管理级；全厂优化和调度管理级。
从结构看分为：三大块，分别是分散过程控制装置；集中操作和管理系统；通信系统。
图4.1DCS结构（一）集散控制系统的各层功能1、现场控制级的功能（1）微处理器进入现场变送器、传感器和执行器；现场总线的应用。
部分或完全完成过程控制级的功能；（2）采集过程数据，对数据进行数据转换；（3）输出过程操作命令；（4）进行直接数字控制；（5）完成与过程装置控制级的数据通信；（6）对现场控制级的设备进行检测和诊断。
2、过程装置控制级的功能过程装置控制级的结构采用过程控制设备+I/O卡件，其功能是：（1）采集过程数据，进行数据转换和处理；（2）数据的监视和存储；（3）实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控制作用；（4）数据和设备的自诊断；（5）数据通信。
3、车间操作管理级的功能车间操作管理级设备有中央控制室操作站、打印机、拷贝机、工程师站、计算站，能完成功能是：（1）数据显示与记录（2）过程操作（含组态操作、维护操作）（3）数据存储和压缩归档（4）报警、事件的诊断和处理（5）系统组态、维护和优化处理（6）数据通信；（7）报表打印和画面硬拷贝。
DCS、SIS和MIS三大控制系统的区别
DCS、SIS和MIS三大控制系统的区别文章稍长，安帕尔科技技术部建议收藏慢慢研究，阅读大概需要3-4分钟1.DCS集散控制系统(Distribu te d Control system)是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。
自70年代中期第一套集散控制系统问世以来，集散控制系统已经在工业控制领域得到了广泛应用。
集散控制系统的主要特性是通过实时监控达到集中管理和分散控制。
2.SIS厂级监控信息系统(Supervisory Informn ti on System)是集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体的厂级自动化信息系统。
SIS的目标是通过大规模的数据搜集处理，实现生产实时信息与管理信息的共享，在此基础上，通过计算、分析、统计、优化、数据挖掘手段，实现化工厂生产过程监视、工艺设备性能及经济指标分析和运行指导。
主要特性体现再系统决策支持上。
3.MIS管理信息系统(Management Information System)，是一个由人、计算机等组成的能进行信息的收集、传送、储存、维护和使用的系统，能够实测企业的各种运行情况，并利用过去的历史数据预测未来，从企业全局的角度出发辅助企业进行决策，利用信息控制企业的行为，帮助企业实现其规划目标。
这里给出的定义强调了管理信息系统的功能和性质，也强调了管理信息系统中的计算机对企业管理而言只是一种工具。
二、DCS、SIS和MIS关系DCS系统重在实时监控和精确控制，以设备安全、稳定运行为目的。
SIS是建立在DCS基础上的，通过对监测数据的实时分析对全厂生产运行实时指挥调度，以保证生产整个系统的运行质量和经济性为目的。
而MIS是管理信息系统，主要任务是信息处理、任务流转和工作协同等，为全厂的生产经营和行政管理人员提供所需的信息，强调生产、辅助、财务等关系协调，主要完成设备和维修管理直至生产经营管理、财务管理以及办公自动化。
因此，SIS系统、MIS系统、DCS 系统是面向不同层次、不同目标，具有不同功能的三种系统，既有相互联系，又有重大区别。
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自控术语定义
• 联锁：某一参数达到规定值或某一设备启、停 或开、关时，联动或闭锁对另一设备的控制。
• FO：故障状态打开的阀门（气关阀） • FC：故障状态关闭的阀门（气开阀）
• 调节器正反作用：当给定值不变，被控变量测 量值增加时，控制器的输出也增加，称为“正 方向”；或者当测量值不变，给定值减小时。 控制器的输出增加称为“正方向”。反之称为 “反方向”。
高可靠性
• 由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机 上实现，系统结构采用容错设计，因此某 一台计算机出现的故障不会导致系统其它 功能的丧失。此外，由于系统中各台计算 机所承担的任务比较单一，可以针对需要 实现的功能采用具有特定结构和软件的专 用计算机，从而使系统中每台计算机的可 靠性也得到提高。
自控术语定义
• 有源 ： 信号源本身可以输出信号，不需要负 载电源，可直接驱动阻性负载， 例如，四线 制的仪表，两线为电源线，两线为信号线，信 号回路不能再接电源。信号回路需要接电源， 否则信号源将无信号输出，例如，两线制变 送器，需要在信号回路中接入电源。
• 无源 ： 信号回路需要接电源，否则信号源将 无信号输出，例如，两线制变 送器，需要在 信号回路中接入电源。（针对模拟量）
DCS集散控制系统
简介
主讲人：江小龙
DCS系统
• DCS即分布式控制系统（集散控制系统），指 控制分散、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。它是由计算机 技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网 络技术、人机接口技术相互发展渗透而产生的， 既不同于分散的仪表控制系统，又不同于集中 式计算机控制系统， 它是吸收了两者的优点，在它们的基础上又发 展起来的一门系统工程技术，具有显著的优越
自控术语定义
• 干接点和湿接点干接点：针对开关量 在工 业控制领域中，是一个标准的名词。继电 器的干触点，表示触点回路的供电由外部 电路供应，继电器仅仅提供一个“结点 （接点）”接通一下电路而已，“其他一 概不管”；而湿触点则与干触点相对应： 除了提供接通回路的触点之外，还提供触 点回路上所需要的电流。
性。
DCS系统在工厂中的应用举例
术语定义
• APC－先进过程控制 CCS－压缩机控制系统 CCTV －现场摄像监视系统 DCS－集散控制系统 DLP/MPDP－大屏幕监视系统 EWS－ DCS 工程师站 FAS－火灾报警监视系统 FRR－本项目的现场机柜 间 GDS－可燃、有毒气体报警系统 I/O－过程输 入/输出 LCR－本项目现场控制室 MMS－机组监 视系统 OPS－ DCS 操作员站 PAS－在线分析仪系 统 PLC－可编程序控制系统 SAT－现场验收 SIL/AK －安全度等级 CCR－中央控制室 FRR －现场机柜间 LCR －现场机柜间 SIS－安全仪表系统 GDS－可燃 气体和有毒气体检测的监控系统 GPS－时钟同步系 统 OTS －动态仿真系统
易于维护
• 功能单一的小型或微型专用计算机，具有 维护简单、方便的特点，当某一局部或某 个计算机出现故障时，可以在不影响整个 系统运行的情况下在线更换，迅速排除故 障。
协调性
• 各工作站之间通过通信网络传送各种数据， 整个系统信息共享，协调工作，以完成控 制系统的总体功能和优化处理。
控制功能齐全
• 控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于 一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等 先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS 的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作 员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等 组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程 控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场 控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通 过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级 对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优 化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算 机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机 设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计 划调度、仓储管理、能源管理等。
回 用 水 现 场 控 制 室
烯 烃 循 环 水 现 场 控 制 室
空 分 现 场 控 制 室
锅 炉罐 装区 置现 现场 场控 控制 制室 室
系 统 构 成 例
DCS控制系统简图
工程师站
操作员站
交换机 控制器
I/O卡件
现场仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
DCS特点介绍
DCS是分布式控制系统(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、集中操作、分级管 理、配置灵活、组态方便，DCS特点如下。
开放性
• DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化 设计，系统中各台计算机采用局域网方式 通信，实现信息传输，当需要改变或扩充 系统功能时，可将新增计算机方便地连入 系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影 响系统其他计算机的工作。
灵活性
• 通过组态软件根据不同的流程应用对象进 行软硬件组态，即确定测量与控制信号及 相互间连接关系、从控制算法库选择适用 的控制规律以及从图形库调用基本图形组 成所需的各种监控和报警画面，从而方便 地构成所需的控制系统。
DCS在大美煤炭深加工项目中的应用
• 甲醇制烯烃（I/O点4919个） • 聚乙烯（I/O点1637个） • 聚丙烯（I/O点3037个） • 公用工程（I/O点2824个）
DCS在大美尾气综合利用项目中的应用
中央控制室
甲
醇 制 烯 烃 现 场 控 制 室
聚 乙 烯 现 场 控 制 室
聚 丙 烯 现 场 控 制 室
自控术语定义
• AI ： 模拟量输入analoginput
• AO ： 模拟量输出analogoutput
• DI ： 数字（开关）量输入digitinput
• DO ：数字（开关）量输出digitoutput
• 两线制三线制四线制：两线制是指现场变送器 与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既 是电源线，又是信号线。四线制是指现场变送 器与控制室仪表联系有两根电源线和两根信号 线，三线制是指一根电源线一根信号线一根共 用线。