分布式集中控制系统
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。
分布式控制系统DCS简介演示
云计算与大数据应用
随着云计算和大数据技术的快速发展，DCS也开始与这些技术结合，实现数据存 储、分析和处理的云化。
通过云计算和大数据应用，可以实现数据挖掘、预测分析、优化控制等功能，为 企业的决策提供有力支持。
总结词提高发电效率，保障电力全详细描述在电力行业中，分布式控制系统（DCS）主要用于协调控制发电机组、输配电网络和负载，实现高效发电和电力 安全。通过DCS，电力公司能够实时监控和管理电力生产过程，优化资源配置，提高发电效率，同时确保电网的 稳定运行。
化工行业应用案例
总结词
实现生产自动化，提高产品质量
分布式控制系统DCS简介演 示
汇报人： 2024-01-10
目录
• DCS概述 • DCS的体系结构 • DCS的主要功能 • DCS的发展趋势 • DCS的案例分析
01
DCS概述
DCS的定义
01
DCS是分布式控制系统的简称， 是一种集中管理和分散控制相结 合的控制系统。
02
它由多个控制器、输入输出模块 、通信网络和人机界面等组成， 实现对工业过程的控制和管理。
软件体系结构
01
02
03
04
实时操作系统
提供多任务调度、任务间通信 、内存管理等机制。
控制算法库
提供各种控制算法和策略，如 PID控制、模糊控制等。
人机界面软件
提供操作员界面，支持多种显 示和控制功能。
系统管理软件
负责系统配置、维护和管理。
网络体系结构
通讯协议
采用标准的通讯协议，如 EtherNet/IP、Modbus等。
DCS集散控制系统
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。
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，即通常所说的每秒比特数（b ps），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。
分布式控制系统概述
分布式控制系统概述
一、什么是分布式控制系统
分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）是一种用于
自动控制和自动管理的工业系统。
它通过使用一系列的模块化控制元件
（如传感器、执行器、软件控制单元、网络、工厂图像和图形显示器等）
来控制一个或多个实时过程。
分布式控制系统是一种传统的工业控制系统，其目的是通过一系列的设备和传感器来控制过程中的仪器，以保证整个过
程的安全运行和节能降耗。
二、分布式控制系统的组成
（1）传感器：这类设备用于检测工厂中的变量，如温度、压力、液
位和流量等，这些变量将被发送到控制器或计算机中，用于控制和监控变量。
（2）执行器：这类设备用于受传感器的控制，控制不同的过程参数，如温度调节器、流量调节器、压力调节器等，以实现指定的工厂控制功能。
（3）控制器：主要用于将传感器读取的信息和控制信号进行处理和
输出，以控制执行器的运行。
（4）网络：用于将控制系统中的各个元件连接起来，使系统中的模
块能够实现远程通讯。
（5）软件控制单元：用于控制传感器、执行器和控制器的运行，以
实现过程控制和计算功能。
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。
DCS系统的发展历程与趋势展望
DCS系统的发展历程与趋势展望DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）是一种用于监控和控制工业过程的自动化系统。
它的发展历程经历了几个重要的阶段，从最初的分散控制到现代的集成化实时控制系统，不断推动着工业自动化领域的发展。
本文将探讨DCS系统的发展历程，并对未来的趋势进行展望。
1. 第一阶段：分散控制系统在上世纪60年代，工业控制系统主要采用分散控制的方式。
这种方式下，每个设备或生产单元都有独立的控制器进行控制，互相之间缺乏通信与协调。
虽然这种系统可以满足简单工艺的需求，但对于复杂的生产过程来说，协调与集成的能力显得十分有限。
2. 第二阶段：中央集中控制系统为了解决分散控制系统的不足，上世纪70年代开始出现了中央集中控制系统。
这种系统将所有控制器集中在一个中央控制室，通过数据通信技术实现设备之间的信息交互。
这样一方面提高了控制系统的协调能力，另一方面也降低了系统的运行成本。
中央集中控制系统在许多工业领域获得了广泛应用，成为了当时工业自动化的代表性技术。
3. 第三阶段：分布式控制系统随着计算机和通信技术的发展，上世纪80年代起，DCS系统逐渐取代了中央集中控制系统。
分布式控制系统通过将控制器分布在各个生产单元中，实现了更强大的控制能力和更高效的信息交互。
此外，DCS系统还具备可靠性高、可扩展性强、维护方便等优点。
这使得它成为了工业自动化领域的主流技术，并广泛应用于石化、电力、制药等行业。
4. 当前阶段：集成化实时控制系统随着信息技术的不断发展，DCS系统正在向集成化实时控制系统的方向迈进。
这种系统不仅要求实时性高、可靠性好，还需要具备更强大的数据处理和分析能力。
同时，物联网、云计算、大数据等新技术的出现，为DCS系统的升级提供了更多可能性。
未来的DCS系统将更加注重信息的共享与互联，实现设备之间的智能协同和智能优化控制。
展望未来，随着工业自动化的智能化和数字化发展，DCS系统将继续朝着更高水平迈进。
DCS系统的介绍
DCS系统的介绍DCS（分布式控制系统）是一种集成了过程控制、数据采集、通信、运算和显示等功能的自动化控制系统。
它主要应用于诸如发电厂、化工厂、石油化工、冶金、制药、水处理、水电站等领域。
DCS系统通过集中控制器、工作站、输入/输出子系统、通信网络等构成，实现对整个系统的实时监控和自动控制。
1.集中控制器（CPU）：集中控制器是DCS系统的核心，负责实时监控和控制系统的各种参数。
它可以处理来自传感器和执行器的输入和输出信号，执行控制算法，并向操作员提供实时数据。
2.工作站：DCS系统通常包括一台或多台工作站，用于操作员监控和操纵系统。
工作站提供了人机界面，使操作员能够查看关键数据、趋势图、报警信息等。
通过工作站，操作员可以对系统进行调整和优化，实现最佳控制效果。
3.输入/输出子系统：输入/输出子系统负责将传感器和执行器与DCS系统进行连接。
它包括模拟输入、模拟输出、数字输入、数字输出等接口模块，用于将各种信号转换为数字信号，以便于集中控制器的处理。
4.通信网络：DCS系统中的各个组件通过通信网络进行连接。
通信网络是实现数据传输和交换的重要一环，它可以是以太网、现场总线、红外线通信等。
通信网络高效稳定的运行是确保DCS系统正常运行的关键。
1.高度集成：DCS系统集成了过程控制、数据采集、通信、运算和显示等功能，可以实现对整个系统的一体化管理，提高工作效率和生产效益。
2.实时监控：DCS系统可以提供实时的数据和趋势图，使操作员对系统状态进行实时监控和分析。
这样，操作员可以及时发现和处理潜在问题，保证生产过程的稳定性和安全性。
3.灵活可扩展：DCS系统可以根据实际需要进行灵活扩展和升级。
用户可以根据生产线的变化进行系统配置和改造，以适应新的生产要求。
4.可靠性高：DCS系统采用了分布式架构，其中集中控制器、工作站和输入/输出子系统等可以实现冗余备份，提高了系统的可靠性和稳定性。
5.易于操作：DCS系统提供了友好的用户界面和操作方法，使操作员能够轻松地操作和管理系统。
DCS系统原理和结构
DCS系统原理和结构DCS（分布式控制系统）是一种在工业过程控制领域中被广泛应用的自动化控制系统。
它的原理和结构是通过集中管理和控制分布在整个系统中的分散设备，实现对工业过程的自动化控制。
1.可分布性：DCS系统的设备分布在整个系统范围内，通过分布式的结构和网络连接，实现各个设备之间的信息交互和共享。
这种可分布性的特点使得DCS系统具备高度的灵活性和可扩展性。
2.分散性：DCS系统采用模块化的设计方式，将整个系统划分为多个功能模块，每个模块对应一个具体的任务。
这样可以降低系统的复杂性，提高系统的可靠性和可维护性。
3.高可用性：DCS系统采用冗余设计，通过多个相同的设备并行工作，保证系统在一些设备发生故障时能够自动切换到备用设备。
这种冗余设计可以降低系统的停机时间，提高系统的可用性。
4.分层结构：DCS系统采用分层的结构，将整个系统划分为多个层次，每个层次对应不同的功能和责任。
常见的DCS系统通常包括控制层、运行层、管理层和信息层。
控制层负责对过程进行实时监测和控制，运行层负责对过程进行计划和调度，管理层负责系统的管理和维护，信息层负责采集和存储过程数据。
5.数据共享：DCS系统通过网络连接将各个设备连接在一起，实现数据的共享和交换。
各个设备可以实时获取和传递数据，以便进行控制决策和调度操作。
这种数据共享的机制可以保证整个系统各个部分之间的协调和一致性。
硬件部分包括传感器、执行器、PLC（可编程逻辑控制器）、DCS控制器、通信模块等。
传感器用于将过程中的各种参数（温度、压力、流量等）转换为电信号，以便进行监测和控制。
执行器用于接收控制指令，并对过程进行调节和控制。
PLC是一种专用的计算机设备，负责对设备进行控制和监测。
DCS控制器是DCS系统的核心设备，负责整个系统的控制和管理。
通信模块用于设备之间的数据传输和通信。
软件部分包括操作系统、HMI（人机界面）、控制逻辑编程、数据存储等。
操作系统负责整个DCS系统的运行和管理。
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状态 栏
讯，消息，停机，服务器，操作站，安全级别
• 最新或最早产生的报警信息，系统默认为最新报警
报警 区
4 DCS标准键盘快捷键
F1 F2 F3 F4 F5
调出系统菜单
选择对象 调出相关流程图
报警摘要画面
报警确认
基于有图名或 图号的流程图 输入图名或图 号，按回车键
4 DCS标准键盘快捷键
F7 F8 F12 PgUp PgDn
• DCS机柜主要是安装DCS的控制器、电源卡件、I/O卡件、通讯卡件等。
• 仪表电源柜是个分电柜，把电气来的电源分成多路，分别送给各个仪表柜。 • 端子柜主要安装安全栅、继电器、等以及从现场来的信号线。 • 集成的线缆接入DCS机柜的I/O卡。
毕
Fin!
分布式集中控制系统
Distributed Control System
中央控制室
1 DCS的定义
• 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。
网间 连接器
局域网 （LA N ）
管理 计算机 站
综合信息管理级
网间 联络站
操作员 站
调出趋势画面
调出上一幅画面
搜索点画面 和另外的系统 条目
在与当前画面 有关的一系列 画面中调出上 一幅
在与当前画面 有关的一系列 画面中调出下 一幅
5 DCS监控区控制点控制面板
5 DCS监控区控制点控制面板
5 DCS监控区控制点控制面板
6 UPS
• UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），即不间断电源，
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。
2 DCS的特点
• 各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整
协调 性
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。
2 DCS的特点
• 控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处
是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流
电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备 如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。
• 当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压
器，同时它还向机内电池充电。 • 当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向 负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。 • UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
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、ຫໍສະໝຸດ 示报警等。3 DCS操作界面
菜单栏
命令区
工具条
消息区
监控区
报警区
状态栏
3 DCS操作界面
Station Edit View Control Action Configure Help 320 330 530
• Station(操作站)：操作站的连接、登录、连接属性以及退出
菜单 栏
• Edit(编辑)：文本的剪切、复制与粘贴 • View(视图)：细目画面、相关显示页、报警综合页、用户图形列表、事件 窗口、趋势列表、报告列表、系统状态窗口 • Control(控制)：主要用于数值设定与M/A模式切换 • Action(活动)：报警事件的记录、报警消声、请求报告、打印相关事项 • Configure(组态/配置)：组态工具、历史记录、报告记录、进度表等 • Help(帮助)：帮助菜单相关 • 320、330、350：项目号
工程师 站
监控 计算机
集中操作监控级
高速数据通道
现场 控制站
现场 监测站
数据 采集站
其它
分散过程控制级
生产过程现场装置及自动化仪表
分散 控制 配置 灵活
集中 操作 组态 方便
分级 管理
人机 交互 性强
基本 思想
2 DCS的特点
• 系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出
高可 靠性
现的故障不会导致系统其它功能的丧失。
7 机柜
• 机柜是冷轧钢板或合金制作的用来存放计算机和相关控制设备的物件，可以提供对存放设
备的保护，屏蔽电磁干扰，有序、整齐地排列设备，方便以后维护设备。
• 机柜同样有着和UPS电源重要的辅助作用，一个好的机柜意味着保证计算机可以在良好的环 境里运行。 • 机柜系统性地解决了计算机应用中的高密度散热、大量线缆附设和管理、大容量配电及全 面兼容不同厂商机架式设备的难题，从而使数据中心能够在高稳定性的环境下运行。
2 DCS的特点
• 通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软
灵活 性
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。
2 DCS的特点
• 功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护
易于 维护
控制 功能 齐全
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。
2 DCS的特点
• 可由专用的管理计算机站（Computer Station）、
控制 功能 齐全
操作员站（Operator Station）、工程师站
（Engineer Station）、记录站（Record
• •
使能/禁止一个选择的点 调出已选择对象的细目画
3 DCS操作界面
命令 区 消息 区 监控 区
• 用于输入系统命令，
• 用于对用户操作的
• 系统及用户数据监
譬如调用组，报表
或级别密码
信息提示和反馈，
如所选点的值或要
控区，执行监控组
态或数据浏览
求改变级别
3 DCS操作界面
• 当前系统的运行状态，包括日期与时间，报警，通
3 DCS操作界面
• 调出系统菜单
调出报警摘要画面 确认最近或选择的报警
•
• •
刷新当前页面
调用指定趋势画面 调用指定操作组画面 提升/降低一个参数 值 确认/取消对值得改 变
工具 条
• • •
关联画面-调用目前选择对象的 • 相关画面
• 车 • 面
调用指定画面-输入图号，按回 •
调用相连的下/上一页画
Station）、现场控制站（Local Control Station）
和数据采集站（Data Collection Station）等组
成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编
程逻辑控制器构成。
2 DCS的特点
• 处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制
控制 功能 齐全
站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，
• 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，以提高计算机的可靠性。
2 DCS的特点
• DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计。
开放 性
• 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。 • 注：此处系统是指DCS的系统本身，非Windows 操作系统。