基于网络的过程计算机控制系统
DCS系统控制组态仿真软件的设计和实现
DCS系统控制组态仿真软件的设计和实现DCS系统（分布式控制系统）是一种基于计算机网络的现代工业自动化控制系统，它通过连接和集成各种智能设备和传感器，实现对工业过程的实时监测、控制和优化。
DCS系统控制组态仿真软件是一种用于设计和验证DCS系统控制策略的工具。
本文将重点介绍DCS系统控制组态仿真软件的设计和实现。
一、DCS系统控制组态仿真软件的设计目标1.提供友好的图形用户界面，方便用户进行系统配置和仿真实验的操作；2.具备强大的模型和仿真引擎，能够对复杂的DCS系统进行准确的仿真；3.支持多种控制算法和策略的设计与验证；4.具备数据采集和分析功能，方便用户对仿真结果进行分析和优化；5.支持多用户和多项目的管理，方便团队合作和项目追溯。
二、DCS系统控制组态仿真软件的实现方法实现DCS系统控制组态仿真软件可以采用以下方法：1.采用面向对象的软件设计方法，将DCS系统中的各个设备和控制模块抽象为对象，并建立对象之间的关系和交互；2.使用图形编程技术，设计可视化界面，提供丰富的组态元素库，支持用户灵活地配置和布置控制系统；3.建立仿真引擎，采用适当的数学模型和算法，对DCS系统进行准确的仿真计算；4.提供开放的接口和数据格式，支持与其他软件的集成和数据交换；5.实现网络通信功能，支持多用户之间的远程协作和共享。
三、DCS系统控制组态仿真软件的关键技术在设计和实现DCS系统控制组态仿真软件时，需要运用以下关键技术：1.图形编程技术：包括界面设计、图形绘制、交互操作等；2.数据模型技术：包括数据结构设计、对象关系映射等；3.控制算法技术：包括PID控制、模糊控制、优化算法等；4.仿真计算技术：包括数学模型建立、仿真引擎实现等；5.网络通信技术：包括客户端/服务器架构、远程访问、数据传输等。
四、DCS系统控制组态仿真软件的应用场景1.工业过程优化：通过仿真和优化控制策略，改进和优化工业过程的性能；2.设备选型和配置：通过仿真和验证不同设备和配置的性能，选择最佳的设备和配置方案；3.故障诊断和维护：通过仿真和故障分析，帮助用户找到故障原因并进行及时维修；4.操作培训和安全培训：通过模拟实际工作场景，提供操作培训和安全培训的环境。
网络化控制系统..
网络化控制系统——理论、技术及工程应用（第一讲）第一章网络化控制系统概论1.1网络化控制系统的产生与发展随着计算机技术和网络通信技术的不断发展，工业控制系统也发生了重大的变革。
网络化控制系统（Networked Control System, NCS）应运而生，其主要标志就是在控制系统中引入了计算机网络，从而使得众多的传感器、执行器、控制器等主要功能部件能够通过网络相连接，相关的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，避免了点对点专线的铺设，而且可以实现资源共享、远程操作和控制，增加了系统的灵活性和可靠性（工程技术大系统：大型工业联合企业// 电力系统、水源系统、能源系统、交通系统、邮电系统、通信系统、大型计算机网、生产协作网等）。
在控制系统中使用网络并不是一个新的想法，它可以追溯到20世纪70年代末期集散控制系统（Distributed Control System, DCS）的诞生。
DCS将控制任务分散到若干小型的计算机控制器（也叫现场控制站）中，每个控制器采用直接数字控制（Direct Digital Control，DDC）的控制结构处理部分控制回路，而在控制器与控制器、控制器与上位机（操作员站或工程师站）之间建立了计算机控制网络，这种控制结构使得操作员在上位机中能够对被控制系统的实时运行状态进行监控，某个控制回路的控制策略的设计也可以在上位机中组态完成，通过控制网络下载到对应的控制器中实时运行。
DCS大大提高了控制系统的可靠性（和DDC相比较），并实现了集中管理和相对分散控制。
随着处理器体积的减小和价格的降低，带有微处理器的智能传感器和智能执行器出现了，这为控制网络在控制系统中更深层次的应用提供了必要的物质基础，从而在20世纪80年代产生了现场总线控制系统（Fieldbus Control System,FCS）。
FCS作为网络化控制系统的新技术把控制网络一直延伸到了产生现场的控制设备，信号的传输完全数字化，提高了信号的转换精度和可靠性，同时由于FCS的智能仪表（变送器、执行器）带有微处理器，能够直接在生产现场构成控制回路，控制功能也可完全下放，实现了完全的分散控制。
集散控制系统原理及应用
集散控制系统原理及应用集散控制系统（Distribution Control System，简称DCS）是一种基于计算机网络的自动化控制系统，用于集中控制和监视复杂的工业过程。
它由许多分布在整个工厂或工艺中的控制单元组成，这些控制单元通过网络互连，在一起协同工作，以实现对整个过程的控制。
集散控制系统的原理是通过采集和传递数据，实现对过程的实时监测和控制。
它主要包括以下几个组成部分：1. 传感器和执行器：用于采集过程变量和控制信号。
传感器将过程中的物理量转换成电信号，例如温度、压力、流量等。
执行器根据控制信号执行一定的操作，例如开关、调节阀等。
2. 控制单元：集散控制系统中最核心的部分，由计算机硬件和软件组成。
控制单元负责采集、处理和分析传感器采集的数据，在此基础上生成控制信号，并通过执行器将其发送给控制对象。
3. 通信网络：用于连接不同的控制单元，实现数据的传输和共享。
通信网络可以是以太网、现场总线等。
通过网络连接，各个控制单元之间可以实现数据的共享和协同工作。
4. 人机界面：提供人机交互的界面，使操作人员能够直观地监视过程状态、进行操作和维护。
人机界面通常采用图形化显示，包括监视画面、报警提示、操作按钮等。
集散控制系统的应用非常广泛。
它可以用于石油化工、电力、水处理、冶金等工业领域的各种生产过程的控制和监测。
具体应用包括：1. 石油化工：集散控制系统可以用于炼油、化工生产等领域。
通过实时监测和控制温度、压力、流量等参数，可以保证工艺过程的稳定运行。
2. 电力系统：集散控制系统可以用于电力发电和配电系统的监控和控制。
通过集中管理各个发电单元、调度用电负荷，可以实现电力系统的高效运行。
3. 水处理：集散控制系统可以用于水处理过程中的污水处理、给水处理、制水等。
通过实时监测和控制水质、水流等参数，可以提高水处理的效率和质量。
4. 冶金：集散控制系统可以用于冶金工业中的钢铁生产、铸造等过程的控制。
通过实时监测和控制温度、压力、流量等参数，可以保证冶金过程的稳定性和产品质量。
基于网络控制系统的建模方法综述
２ ８—
第１ ６ 期
Ｎ０．１ ６
Ｑ 生
无 线 互联 科 技 ・ 网 络 地 带
ＡｕｇＵＳｔ，２０１ ５
的合理假设， 通过模型 （ １ ） 可得短时延的 ／ Ｎ Ｃ Ｓ 模型：
（ ☆ 十１ ） 州 ＆ ） ＋ｒ ０ （ ： ｒ ，
（ 詹 ） 《 詹 ）
表１ Ｎ ＣＳ 节点状态与网络状态之间的关系
ｙ （ ｔ ） ＝Ｃ ｘ （ ｔ ）
式中 （ ｆ ） Ｒ ， Ａ ， ， 具有适当维数的矩阵。 在后续所有建模 过程中作合理假设， Ｎ Ｃ Ｓ 均满足以下条 件：（ １ ） 传感器采用周期采样时间驱动； 控制器和执行器都采 用事件驱动 。（ ２ ） 系统的时钟同步问题不予考虑 。（ ３ ） 在考虑 时延 问题时暂不考虑网络数据 包的丢包问题。（ ４ ） 网络采 用
步的 指出了相应 的分析 和设 计方 法 。 １ 问题 描 述
Ｎ Ｃ Ｓ 的模型是分析和设计系统 的基础。 在Ｎ Ｃ Ｓ 中， 首先系 统的模型与被控对 象以及网络延时特性有关。 一般情况系Ｎ Ｃ Ｓ 结构如图１ 所示。 其延时一般包括３ 个部分： 表示传感器到 控制器的延时，ｒ 表示控制器到执行器的延时，『 ［ 表示控制 器 中的计 算 延时 。 现 在 的高性 能 处理 器 的处 理 时 间 比ｒ 、
单包传输。（ ５ ） 不考虑噪声干扰问题。 建 立符 合 网络特 性 的控制 系统 模 型是 对其进 行分析和 设 ２ ． １ 短时延的网络控制系统建模 计 的基 础， 但 是 传统 的控 制理 论给 出的系统模 型难 以应用到 网 短时延是指网络延时小于一个采样周期 ， 即： （ 络 控 制系 统 中。 为此 ， 本文针对 网络 控 制系 统 的出现 的不确 定 为采 样周 期 ） ， 短时延 网络 控制信 号时序 如 图２ 所示， 基于前面 短延时、 长时延和丢包建模 问题进行了总结性分析， 同时进一
第一章 计算机控制系统概述
3.按照控制方式分类
按照控制方式的不同，计算机控制系统 可分为开环控制系统和闭环控制系统。
第三节 计算机控制系统中的计算机
（1）一台SCC计算机可监督多台DDC或模拟调节器， 而一台DDC可控制多个回路和参数，使多台DDC或模拟调节 器能协调工作。
（2）当系统中模拟调节器或DDC控制器出了故障，可 用SCC系统代替调节器进行调节，提高了系统的可靠性。
四、集散控制系统
集散控制系统（Total Distributed Control—TDC） 也称为分布式控制系统或分散式控制系统（Distributed Control System—DCS），采用了分散控制、集中操作、 分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，形成具有层 次化体系结构的分级分布式控制。
③实时控制输出：根据控制决策，适时地 对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
计算机 控制系统
硬件：计算机、接口电路、外围 设备和生产对象等组成。
软件：系统程序和应用程序
一、计算机控制系统的硬件组成
主机
过程通道
硬件
I/O接口 常用外部设备
操作控制台
计算机控制系统的硬件组成
1 .主机
主机，即我们说的计算机，是整个系统的核心部分， 它的功能、性能直接影响到系统的优劣。 单片机 PLC 工业PC
PROFIBUS (process field bus 过程现场总线)
HATR总线（可寻址远程传感器数据网络）
FF总线（基金会现场总线）
2.按照控制规律分类
（1）数字程序和顺序控制 （2）比例积分微分控制（PID控制） （3）最小拍控制 （4）复杂规律的控制 （5）智能控制 ……
（1）程序和顺序控制
PID控制是现在应用最广、最为广大工程 技术人员熟悉的技术。PID控制结构简单、参 数容易调整，因此，无论模拟调节器或者数 字调节器，多数使用PID调节规律。
dcs控制原理
dcs控制原理DCS控制原理DCS（Distributed Control System）即分散控制系统，是一种基于计算机网络和现场总线技术的自动化控制系统。
DCS在工业控制领域中得到广泛应用，它通过将控制任务分散到各个现场设备上，实现对工业过程的监控和控制。
DCS控制原理可以概括为以下几个方面：1. 分散控制与集中控制的区别传统的集中控制系统以中央控制器为核心，通过集中控制室的操作员对整个系统进行监控和控制。
而DCS系统采用分散控制的方式，将控制功能分散到各个现场设备上，通过计算机网络将各个设备连接起来，形成一个分布式的控制系统。
这种分散控制的方式使得DCS具有更高的可靠性和可扩展性。
2. 通信网络构架DCS系统的核心是通信网络，它连接了各个现场设备和控制中心。
通信网络可以采用以太网、现场总线等多种技术，实现设备之间的数据交换和信息传输。
通信网络的可靠性对于DCS系统的正常运行至关重要。
3. 控制策略DCS系统通过控制策略实现对工业过程的控制。
控制策略可以分为开环控制和闭环控制两种方式。
开环控制是根据预先设定的控制规则对系统进行控制，不考虑系统的反馈信息。
闭环控制则是根据系统的反馈信息对控制器进行调节，使系统的输出达到预期的目标。
DCS系统通常采用闭环控制，通过传感器采集工业过程的数据，然后根据设定的控制算法对系统进行调节。
4. 控制算法DCS系统中的控制算法是实现控制策略的核心部分。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
PID控制是一种经典的控制算法，通过比较设定值和实际值的差异，计算出控制量，并对系统进行调节。
模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，它能够处理不确定性和模糊性较强的系统。
自适应控制则是根据系统的动态特性自动调整控制参数，适应不同工况下的控制需求。
5. 系统安全与可靠性DCS系统在工业控制中承担着重要的任务，因此系统的安全与可靠性是至关重要的。
为了保证系统的安全性，DCS系统通常采用多重冗余的设计，即在关键部件和通信路径上设置备用设备，一旦主设备发生故障，备用设备可以立即接管工作，确保系统的连续运行。
计算机网络化控制
通信网络
控制器
网络控制系统
控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程， 控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程，用于 工业生产现场的测量与控制信息传输， 工业生产现场的测量与控制信息传输，产生或引发物质或 能量的运动和转换， 能量的运动和转换，因此与一般的数据通信网络相比有起 特殊的要求。 特殊的要求。 （1）具有较好的响应实时性。控制网络不仅要求传输速度 具有较好的响应实时性。 而且在工业自动化控制中还要求响应快， 快，而且在工业自动化控制中还要求响应快，即响应实时 性要好，一般为10ms 10ms～ 性要好，一般为10ms～1s 级； 高可靠性。即能安装在工业控制现场，具有耐冲击、 （2）高可靠性。即能安装在工业控制现场，具有耐冲击、 耐振动、耐腐蚀、防尘、防水以及较好的电磁兼容性， 耐振动、耐腐蚀、防尘、防水以及较好的电磁兼容性，在 现场设备或网络局部链路出现故障的情况下， 现场设备或网络局部链路出现故障的情况下，能在很短的 时间内重新建立新的网络链路； 时间内重新建立新的网络链路； 简洁实用。以减小软硬件开销，从而减低设备成本， （3）简洁实用。以减小软硬件开销，从而减低设备成本， 同时也可以提高系统的健壮性； 同时也可以提高系统的健壮性； 具有好的开放性。控制网络尽量不采用专用网络。 （4）具有好的开放性。控制网络尽量不采用专用网络。
CSMA协议的冲突退避算法采用了二进制指数算法， CSMA协议的冲突退避算法采用了二进制指数算法，即根 协议的冲突退避算法采用了二进制指数算法 据冲突的历史估计网上信息量而决定本次应等待的时间。 据冲突的历史估计网上信息量而决定本次应等待的时间。 当发生冲突时， 当发生冲突时，控制器延迟一个随机长度的间隔时间后 重新发送数据， 重新发送数据，即：
基于Internet的远程过程控制系统设计
基于 Ｉｔｒ ｅ 的远程 过程控 制 系统 设计 ｎｅｎ ｔ
尹 敏 谭 连 生 杨双 华 赵 甫哲
（ 中师 范 大学计 算机 科 学 系， 华 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ９
（ ｅ ａｔ ｅ ｔｏ ｏ ｐ ｔｒＳｉｎ ｅ Ｌ ｕ ｈ ｏｏ ｇ ｎｖ ｒ ｔ ， Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆＣ ｍ ｕｅ ｃ ｃ ，ｏ ｇ ｂ ｒｕ ｈ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｍ ｅ ｉ Ｌ ｕ ｈ ｏｏ ｇ ｅｃ ｓ ｒｈｒ ， Ｅ ３ Ｕ， Ｋ ） ｏ ｇ ｂ ｒｕ ｈ Ｌ ｉｅｔ ｓｉ Ｌ Ｔ Ｕ ． ｅ ｅ １ ｌ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ： Ｔ ｄ ｔ ｃ ｍｐ ｔｒ ｂ ｓ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｈ ｓ ｂ ｅ ｄ ｌ ｕ ｅ ｉ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ｕ ｔ ｅ ． ｗｅ ｅ ，ｉ ｌ ｒ ａ Ｏ ｏ ａｅ， ｏ ｕ ｅ － ａ ｅ ｏ ｔ ａ ｅ ｎ ｗｉ ｅｙ ｓ ｄ ｎ ｈ ｒ ｃ ｓ ｉ ｄ ｓ ｉ ｓＨｏ ｖ ｒ ｌ ｔ ｗｏ ｋ ｈ ｏ ｒ ｔｅ ｓ Ｓ ｆｒ ｂ ｅ ｄ ｎ ｏ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｓ ｓ ｍａ ｉ ｅ ｉｎ ａ ｅ ｎ ｏ ｅ ｎ ｅ ｅｏ ｉ ｇ ｙ ｔ ｅ ｔ ｄ ｓｇ ｍｅ ｈ ｄ ｌ ｇｅ ｏ ｕ ｄ ｌ ｅ ｆｒ ｔ ｅ ｎ ｅ ｎ ｔ ｂ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｔ １ ｈ ｃ ｔ ｏ ｏｏ ｉｓ ｒ ｇ ｉ ｅ ｉ ｓ ｏ ｈ Ｉ ｔ ｒ ｅ － ａ ｄ ｒ ｃ ｓ ｃ ｎ ｒ ． ｅ ｎ ｓ ｏＴ
ｃ ｎ ｒ １ ａ ｅ ｉ ｔ ｉ ，ｙ ｔｍａｉ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｓ ｏ ｕ ｄ ｌ ｅ ｆｒ ｔ ｅ ｅ ｉ ｆ Ｉ ｔ ｒ ｃ － ａ ｅ ｒ ｃ ｓ ｏ ｔ ｌ ｈ ｓ ｅ ｅ ｏ ｔ ． ｓ ｄ Ｏｌ ｈ ｓ ｓ ｓｅ ｔ ｏＢ ｃ ｅ ｉ ｍｅｈ ｎ ｄ ｒ ｇ ｉ ｅｉ ｓ ｏ ｈ ｄ ｓｇ ｏ ｎ ｅ ｔ ｂ ｄ ｐ ｅ ｓ ｃ ｎｒ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ａ ｓ ｏ ｏ ｄ ｖ ｌｐ ｄＴｈ ｍａｎ ｓ ｕ ｔ ａ ， ｏ ｈ ｅ ｔ Ｉ ｔ ｒ ｅ － ｅ ｅ ｓ ｏ ｌ ｐ ｏ ｒ ｂ ｐ ａ ｅ ｉ ｔｅ ｘｓ ｉｇ ｏ ｕｅ － ａ ｅ ｅ ｅｏ ｅ ． ｅ ｉ ｉｓ ｅ ｈ ｔ ｈ ｗ ｔ ｅ ｘｒ ｎ ｅ ｎ ｔ ｌ ｖ ｌ ｈ ｕ ｄ ｒ ｐ ｌ ｅ ａ ｅ ｙ ｌｃ ｄ ｎ ｈ ｅ ｉｔ ｃ ｍｐ ｔ ｒ ｂ ｎ ｓ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｓ ｍ ｉｒ ｒ ｈ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ， ａ ｅ ｎ ａ ｄ ｅ ｓ ｄ ｏ ｔ ｙ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｙ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｏ ｔ ｅ ｕ ｒ ｏ ｅ ｏ ｅ ｎｓ ｈ ｓ ｂ ｅ ｄ ｒ ｓｅ ． Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ｌ ｃ ｍｐ ｔ ｒ ｂ ｅ ｏ ｔ ｌ Ｉ ｔ ｒ ｅ ，ｎ ｅ ｎ ｔ ｂ ｓ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｒｓ ｒｃ ｓ ｏ ｔｏ ， ｏ ｕ ｅ － ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ，ｎ ｅ ｎ ｔ Ｉ ｔｒ ｅ－ ａ ｅ ｏ ｔ ｓ ｏ ｏ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、计算机工业网络基础
• 网络拓扑结构
4．树线形结构
树线形结构的特点：
树形结构是分层结构，适用于分级管
理和分级控制系统。与星形结构相比， 由于通信线路总长度较短，故它连网 成本低，易于维护和扩展，但结构较 星形结构复杂。
一、计算机工业网络基础
• 网络传输介质
传输介质又称传输媒体，是通信系统中接收方与发送方之间的物 理通道，起了设备互连和传播信息的作用。传输介质可分为两大 类：有线介质（如双绞线、同轴电缆、光纤等）和无线介质（如 卫星通信、红外通信、微波通信的载体）。
运行员 操作站 监控级
运行员 操作站
计算站
过程控制站 控制级 基本控 制单元 现场级
通信 接口 基本控 制单元
过程控制站 Cnet 基本控 制单元 基本控 制单元
通信 接口 基本控 制单元
数据采集 Cnet 基本控 制单元 Fnet 数据输入 输出单元
通信 接口 数据输入 输出单元
Cnet 数据输入பைடு நூலகம்输出单元
485 总线
下位机
本地监控 Modem 计算机 （上位机2） 下位机
电话网 Modem
...
...
下位机 PLCn 子系统1
...
下位机
远程监控 计算机
一、计算机工业网络基础
• 网络的三大功能：
（l）数据传送 （2）资源共享 （3）提高计算机的可靠性和可用性
• 网络的类型 通信网络的类型可以按不同的标准进行划分，按网络范围和计算机 之间互连的距离可分为广域网（WAN）和局域网（LAN）两种。
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层1 数据链 路层1 物理层1 路由器 网络层协议转换 数据链 路层1 物理层1 数据链 路层2 物理层2 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链 路层2 物理层2
网络1
网络2
一、计算机工业网络基础
网关又称为网间连接器，能使不同类型（异种网络操作系统）的网络 连接在一起。 下图是网关连接示意图
• 网络访问控制
信息访问控制有：查询、令牌环、令牌总线、CSMA／CD、信息槽 等。
• 信息交换技术
信息交换技术是计算机网络实现技术中十分重要和基本的内容， 它分为两类：线路交换与存储转发交换。存储转发交换中又分为 两种：报文存储转发交换与报文分组存储转发交换。
一、计算机工业网络基础
• 网络协议及其层次结构
◆ 控制层 ★ 处于控制的中间层次
★ 连接不同的可编程设备、控制器、人机终端等，通 过网关设备与信息层相连，很多应用实时性要求较高， 包括I/O的实时刷新、互锁信息和控制器等之间报文的 报文传递等
★ 通信特点是要求有较高的网络速率，实时性要求高 的情况下要求通信是确定的、可重复的
◆ 设备层 ★控制网络的最底层 ★面向大量的现场设备，包括离散型的I/O（光电传 感器、接近开关等），温度变送器、流量计等较 为复杂的设备，通过扫描器或网关设备将数据传 送到控制层 ★通信特点是速度要求不一定很高，有一定的智能 和容错能力，要求网络节点设备的经济性、智能 化，设备添加/删除简单方便，故障诊断和纠错容 易，适应现场的不同恶劣条件
采用分散控制和集中管理的设计思想、分而自治和综合协调的设计原 则，并采用层次化的体系结构. 所谓分散控制是用多台微型计算机，分散应用于生产过程控制; 所谓集中管理是用通信网络技术把多台计算机构成网络系统.
分散控制系统是纵向分层、横向分散的大型综合控制系统。
见下图:
三、集散控制系统（DCS）
至其它局域网 管理计算机 管理级 Mnet 网间连接器 局域网（LAN) 运行员 操作站 Snet 工程师 工作站
TCP/IP网 IPX/SPX网
网关
网关
X.25
二、计算机网络控制技术概述 1、典型控制网络体系结构
• 工业控制网络的基本层次
◆ 信息层 ★ 控制系统的最上层 ★ 通信的主要特点：通信数据量大，通信的发生较 为集中，要求有高速链路支持，对实时性要求不高
★ 通信范围从车间级到全厂级甚至因特网范围，与 数据库技术、互联网技术、数据分析和处理技术紧 密关联 ★ 可连接的设备包括控制器、PC、操作员站、高速 I/O、其它局域网设备，通过网关设备可以连接入因 特网
二、计算机网络控制技术概述
3.控制网络与信息网络的区别
控制网络和信息网络有以下四点区别：
(1)控制网络中数据传输的及时性和系统响应的实时性是控制系
统最基本的要求。 (2)控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性、可靠性。
(3)在企业自动化系统中，分散的单一用户必须借助控制网络进
入系统，所以通信方式多使用广播和组播方式，在信息网络中某个 自主系统与另外一个自主系统一般都建立一对一的通信方式。
常用仪表
现场总线仪表
常用仪表
三、集散控制系统（DCS）
2.集散控制系统（DCS）的特点
• 分散性和集中性
• 自治性和协调性
• 灵活性和扩展性 • 先进性和继承性
• 可靠性和适应性
• 友好性和新颖性
三、集散控制系统（DCS）
3.集散控制系统（DCS）的体系结构
主要有三代产品 •第一代DCS的基本结构
主计算机 操作站 网关
第一、二代DCS基本上为封闭系统，
不同系统之间无法互连，第三代DCS
MAP或MAP 兼容网络 LAN
局域网(LAN)遵循开放系统互连参考 模型的7层通信协议,符合国际标准，
节点工作站
节点装置
比较容易构成信息集成系统。
智能变送器
智能仪表
三、集散控制系统（DCS）
电厂DCS实例
三、集散控制系统（DCS）
操作站 监控机
其基本结构由监控机、操作
高速数据通道
站、数据采集装置、过程控 制单元及高速数据通道等5部 分组成。
数据采集装置
过程控制单元
三、集散控制系统（DCS）
3.集散控制系统（DCS）的体系结构
•第二代DCS的基本结构 组成：
主计算机 操作站 系统管理站
(1)局部网络 (LAN) ；
(2)节点工作站，即指过样控制单(PCU)； (3)中央操作站，它是挂接在LAN上的节点
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
一、计算机工业网络基础
• 网络互连
网络互连是指采用网络互连设备将同 一类型的网络或不同类型的网络及其 产品相互连接起来组成地理覆盖范围 更大，功能更强的网络。 网络互连常用设备有： 中继器、网桥、路由器、网关。 中继器是网络物理层的一种介质连接设 备，是延长网络距离的最简 单、最廉
一、计算机工业网络基础
• 网络拓扑结构
1．星形结构
星形结构的特点：
hub
（1）结构简单，便于管理。
（2）控制简单，建网容易，通信功能简单。
（3）网络延迟时间小，传输误差较低。
一、计算机工业网络基础
• 网络拓扑结构
2．环形结构
环形结构的特点：
（1）在环路上，每个节点的地位是相同的，每个
节点都可以获得网络的控制权。 （2）不需要进行路径选择，控制比较简单，意味
LAN LAN
工作站，负责对全系统的信息进行综合管 理，是系统的主操作站；
子 系 统
网关
网关 一般工业网
过程控制单元
(4)系统管理站，又称为系统管理模块； (5)主计算机，也称管理计算机；
(6)网关(GateWay)。
三、集散控制系统（DCS）
3.集散控制系统（DCS）的体系结构
•第三代DCS的基本结构
2.现场总线的优点
•一对N结构
•可靠性高 •可控状态
•互可操作性与互换性
•系统结构的高度分散性 •系统的开放性
四、现场总线控制系统(FCS)
3.现场总线对自动化领域的变革
现场总线对当今的自动化领域带来的变革是：
•用一对通信线连接多台数字仪表取代一对信号线只能连接一台仪表；
•用多变量、双向、数字通信方式取代单变量、单向、模拟传输方式； •用多功能的现场数字仪表取代单功能的现场模拟仪表；
数据链路层 MAC1 物理层1 MAC1 物理层1 MAC2 物理层2 MAC2 物理层2 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 LLC LLC 网桥 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 LLC 数据链路层
价的互连设备。 网桥同类型网络之间的互连设备。
网段1
网段2
一、计算机工业网络基础
路由器属于OSI网络层的一种互连设备，对应于网络层进行数据分组 转发，用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层互不相同 的协议。下面为路由器工作原理：
二、计算机网络控制技术概述
2、控制网络的特点
从技术上讲，控制网络有以下一些技术特点： (1)要求有高实时性和良好的时间确定性； (2)传送的信息多为短帧信息，且信息交换频繁； (3)容错能力强，可靠性、安全性好； (4)控制网络协议简单实用，工作效率高； (5)控制网络结构具有高度分散性； (6)控制设备的智能化与控制功能的自治性； (7)与信息网络之间有高效的通信，易于实现与信息网络的集成。
•用分散式的虚拟控制站代替集中式的控制站；
•用现场总线控制系统FCS代替传统的分散控制系统DCS； •变革传统的信号标准、通信标准和系统标准；
•变革传统的自动化系统体系结构、设计方法和安装调试方法。
四、现场总线控制系统(FCS)
4.FCS对 DCS的变革
•FCS的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器就采用现 场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互连。
一、计算机工业网络基础
• 网络协议及其层次结构
利用分层方法，可以容易地实现 网际联网、网络配置间的连接。为了 实现计算机系统之间的互连，1977年 国际标准化组织（ISO）提出了开放 系统互连参考模型OSI（Open System Interconnection／Reference Model）。这个网络层次结构模型规 定了七个功能层，每层都使用它自己 的协议。