自動控制技術發(fā)展趨勢

1、自動控制技術發(fā)展趨勢自動控制技術發(fā)展趨勢主講：黃福彥主講：黃福彥TELE-mail:目 錄自動化技術的發(fā)展自動化技術的發(fā)展集散型控制系統(tǒng)特點和優(yōu)點集散型控制系統(tǒng)特點和優(yōu)點DCSDCS發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢集散型系統(tǒng)的若干可靠性特點及應用集散型系統(tǒng)的若干可靠性特點及應用典型典型DCSDCS介紹介紹自動化研究的是什么？自動化研究的是什么？l自動化研究的是如何通過各種技術工具和系統(tǒng)（包括計算機） 延伸人的信息獲取、處理和決策控制的功能，提高生產能力、生產水平和勞動生產率，并不斷提高人和機器交互作用的水平，把人從繁重的、可程序化的工作中解放出來以從事更具創(chuàng)造性的勞動。l自動化技

2、術主要有兩個方面:用自動化機械代替人工的動力方面的自動化;在生產過程和業(yè)務處理過程中，進行測量、計算、控制等，這是信息處理方面的自動化。自動控制技術廣泛應用于工業(yè)過程控制、智能建筑和家庭自動化。l過程自動控制是自動化技術的一個重要分支。自動化研究的是什么？自動化研究的是什么？l從廣義上講，可把工業(yè)過程控制理解為從原料的投入一直到成品產出的整個生產過程。l所謂過程自動化，就是利用控制儀表、計算機、通信網絡等技術工具，自動獲取各過程變量值的信息，并對影響過程狀況變量進行自動調節(jié)和或操作，以達到提高經濟效益和勞動生產率、節(jié)約能源、減少污染和安全生產等目的。l工業(yè)過程自動化是通過自動化儀表、自動化技術

3、與生產工藝及設備的有機結合來實現(xiàn)的。l過程控制技術經歷了一個由簡單到復雜，從低級到高級，并日臻完善的過程。過程控制所涉及到的領域比較廣泛，對新技術的發(fā)展極為敏感。對其影響最大的是計算機技術、網絡技術、自動化理論與技術、自動化儀表技術。自動控制原理（自動控制原理（1 1）原始的控制方法原始的控制方法自動控制原理（自動控制原理（2 2）反饋控制反饋控制傳感器傳感器（測量溫度）執(zhí)行機構執(zhí)行機構（調節(jié)燃料）控制器控制器設定值設定值（控制目標）自動控制原理（自動控制原理（3 3）l一個復雜的控制系統(tǒng)原油蒸餾原油原油汽油汽油煤油煤油柴油柴油重油重油蒸餾塔蒸餾塔過程控制的過去、現(xiàn)在和將來過程控制的過去、現(xiàn)在

4、和將來3040年代基地式儀表4050年代氣動單元組合儀表5070年代電動單元組合儀表70年代中期至今DCS基于現(xiàn)場總線基地式儀表及FCS控制理論、計算機技術、網絡通信技術等相融合應用于實際工程中,形成了“工業(yè)IT”管控一體化管控一體化實時控制數(shù)據(jù)庫對象過程信息人機接口上層管理機數(shù)據(jù)庫HMI過程控制過程控制操作監(jiān)視操作監(jiān)視系統(tǒng)維護系統(tǒng)維護信息管理信息管理項目管理項目管理設備管理設備管理 計算機控制系統(tǒng)：計算機控制系統(tǒng)：DCS，PLC，F(xiàn)CS 網絡技術網絡技術 數(shù)據(jù)庫技術：關系數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫技術：關系數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫 多媒體技術多媒體技術DCSDCSDCS發(fā)酵系統(tǒng)發(fā)酵系統(tǒng)動力系統(tǒng)動力系

5、統(tǒng)廢水處理廢水處理關關 系系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫實實 時時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫集成集成系統(tǒng)系統(tǒng)集成集成 信息信息離散信息離散信息實時信息實時信息 生產過程自動控制生產過程自動控制 設計、分析、整定設計、分析、整定 傳感器與執(zhí)行器技術傳感器與執(zhí)行器技術 信號測量、自動執(zhí)行機構信號測量、自動執(zhí)行機構 安全生產系統(tǒng)安全生產系統(tǒng) 報警、安全保護報警、安全保護 過程優(yōu)化與模型過程優(yōu)化與模型1960 -1985 單元控制單元控制l單回路單回路PIDPIDl串級控制串級控制l前饋控制前饋控制l均勻控制均勻控制l批量控制批量控制1985-1997 裝置級最優(yōu)化控裝置級最優(yōu)化控制制 自校正控制自校正控制 解藕控制解藕控制 模糊

6、控制模糊控制 跟蹤控制跟蹤控制 神經網絡控制神經網絡控制 最優(yōu)控制最優(yōu)控制 預測控制預測控制 自適應控制自適應控制 魯棒控制魯棒控制 軟測量技術軟測量技術1997工廠綜合自動化工廠綜合自動化 分散遞階控制分散遞階控制 靜態(tài)與動態(tài)協(xié)調控制靜態(tài)與動態(tài)協(xié)調控制 信息集成及網絡化信息集成及網絡化 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)國內外比較國內外比較電動單電動單元儀表元儀表集散控集散控制系統(tǒng)制系統(tǒng)現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)國外國外6070年代年代7080年代年代90年代年代7080年代年代90年代初年代初90年代中后期年代中后期國內國內10+ 年年集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）特點）特點 集

7、散型控制系統(tǒng)，是一種新型的過程控制集散型控制系統(tǒng)，是一種新型的過程控制系統(tǒng)系統(tǒng).整個裝置繼承了常規(guī)模擬儀表控制系整個裝置繼承了常規(guī)模擬儀表控制系統(tǒng)和計算機集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，并且克服統(tǒng)和計算機集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，并且克服了單微機控制系統(tǒng)危險性高度集中以及常規(guī)了單微機控制系統(tǒng)危險性高度集中以及常規(guī)儀表控制功能單一，人儀表控制功能單一，人/機聯(lián)系差的缺點。機聯(lián)系差的缺點。常規(guī)控制系統(tǒng)的弱點常規(guī)控制系統(tǒng)的弱點 常規(guī)控制即常規(guī)控制即7070年代工業(yè)控制中采用的模擬電動年代工業(yè)控制中采用的模擬電動儀表控制系統(tǒng)或計算機直接數(shù)字控制。儀表控制系統(tǒng)或計算機直接數(shù)字控制。l生產過程規(guī)模不斷擴大，中控儀表越來越多

8、，操生產過程規(guī)模不斷擴大，中控儀表越來越多，操作人員對過程的監(jiān)控和操作的要求也越來越多、作人員對過程的監(jiān)控和操作的要求也越來越多、高，模擬儀表難以勝任。高，模擬儀表難以勝任。l儀表技術發(fā)展很快，更新?lián)Q代的周期越來越短，儀表技術發(fā)展很快，更新?lián)Q代的周期越來越短，工業(yè)技術的發(fā)展要求儀表控制系統(tǒng)能適應它們發(fā)工業(yè)技術的發(fā)展要求儀表控制系統(tǒng)能適應它們發(fā)展的需要。展的需要。常規(guī)控制系統(tǒng)的弱點常規(guī)控制系統(tǒng)的弱點l如何把因計算機的故障造成的危害減少，使危險如何把因計算機的故障造成的危害減少，使危險分散，成為應用計算機控制系統(tǒng)首要解決的問題分散，成為應用計算機控制系統(tǒng)首要解決的問題l集中和綜合的操作和監(jiān)督要求對

9、全廠、各車間和集中和綜合的操作和監(jiān)督要求對全廠、各車間和工段級的控制和操作有相應的數(shù)據(jù)通信聯(lián)系，不工段級的控制和操作有相應的數(shù)據(jù)通信聯(lián)系，不僅要求有大量的數(shù)據(jù)傳送，而且要求有高速的數(shù)僅要求有大量的數(shù)據(jù)傳送，而且要求有高速的數(shù)據(jù)傳輸速率。據(jù)傳輸速率。集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）優(yōu)）優(yōu)點點 功能齊全 集散系統(tǒng)可以完成從簡單的單回路控制到復雜的多變量模集散系統(tǒng)可以完成從簡單的單回路控制到復雜的多變量模型優(yōu)化控制；型優(yōu)化控制；可以執(zhí)行從常規(guī)的可以執(zhí)行從常規(guī)的PIDPID運算到運算到SMITHSMITH預估，預估， 三階矩陣乘法三階矩陣乘法等各種運算；等各種運算；可以進行連續(xù)的反饋控制，也可以進

10、行間斷的順序控制，可以進行連續(xù)的反饋控制，也可以進行間斷的順序控制， 邏輯控制，可以實現(xiàn)監(jiān)控，顯示，打印，報警，歷史數(shù)據(jù)存儲邏輯控制，可以實現(xiàn)監(jiān)控，顯示，打印，報警，歷史數(shù)據(jù)存儲等日常的全部操作要求。等日常的全部操作要求。集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）優(yōu)點）優(yōu)點人人/機聯(lián)系好，實現(xiàn)了集中監(jiān)控和管理機聯(lián)系好，實現(xiàn)了集中監(jiān)控和管理 操作人員通過操作人員通過CRT和操作鍵盤，和操作鍵盤， 可以監(jiān)控全部生產裝置可以監(jiān)控全部生產裝置以及整個工廠的生產情況，按預定的控制策略組成各種不以及整個工廠的生產情況，按預定的控制策略組成各種不同的控制回路，并調整回路的任一常數(shù)，而且還可以對機同的控制回路，并調

11、整回路的任一常數(shù)，而且還可以對機電設備進行各種控制，從而實現(xiàn)了真正的集中操作和監(jiān)控電設備進行各種控制，從而實現(xiàn)了真正的集中操作和監(jiān)控管理。管理。集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）優(yōu)點）優(yōu)點系統(tǒng)擴展靈活系統(tǒng)擴展靈活 集散系統(tǒng)采用模塊式結構，用戶可根據(jù)需要方便地擴大集散系統(tǒng)采用模塊式結構，用戶可根據(jù)需要方便地擴大或縮小系統(tǒng)的規(guī)模，或改變系統(tǒng)的控制級別。集散系統(tǒng)采用組或縮小系統(tǒng)的規(guī)模，或改變系統(tǒng)的控制級別。集散系統(tǒng)采用組態(tài)方法構成各種控制回路，很容易對方案進行修改。態(tài)方法構成各種控制回路，很容易對方案進行修改。集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）優(yōu)點）優(yōu)點 安全可靠性高 由于采用了多微處理機的分散

12、控制結構，危險性分散，由于采用了多微處理機的分散控制結構，危險性分散，系統(tǒng)中的關鍵設備采用雙重或多重冗余，還設有無中斷自動控系統(tǒng)中的關鍵設備采用雙重或多重冗余，還設有無中斷自動控制系統(tǒng)和完善的自診斷功能，使系統(tǒng)的平均無故障時間制系統(tǒng)和完善的自診斷功能，使系統(tǒng)的平均無故障時間MTBFMTBF達達到到10105 5天，平均修復時間天，平均修復時間MTTRMTTR為為 1010-2-2天，整個系統(tǒng)的利用率達天，整個系統(tǒng)的利用率達到到99.999%99.999%。集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）優(yōu)點）優(yōu)點安裝調試簡單 集散系統(tǒng)的各模件都安裝在標準機架內，模件之間采用多集散系統(tǒng)的各模件都安裝在標準機

13、架內，模件之間采用多芯電纜，標準化接插件連接，與過程的連接采用規(guī)格化端子板，芯電纜，標準化接插件連接，與過程的連接采用規(guī)格化端子板，到中控室操作站只需敷設同軸電纜進行數(shù)據(jù)傳遞，所以布線量到中控室操作站只需敷設同軸電纜進行數(shù)據(jù)傳遞，所以布線量大大減少，安裝工作量僅為大大減少，安裝工作量僅為 常規(guī)儀表的常規(guī)儀表的1/2-1/31/2-1/3。系統(tǒng)調試采。系統(tǒng)調試采用專用的調試軟件，使調試時間僅為常規(guī)儀表的用專用的調試軟件，使調試時間僅為常規(guī)儀表的1/21/2。集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）優(yōu)點）優(yōu)點 具有良好的性能價格比具有良好的性能價格比 在性能上集散系統(tǒng)技術先進，功能齊全，可靠性高在性能

14、上集散系統(tǒng)技術先進，功能齊全，可靠性高. .典型國外集散控制系統(tǒng)（典型國外集散控制系統(tǒng)（DCS） 由于集散系統(tǒng)具有眾多的優(yōu)越性，從由于集散系統(tǒng)具有眾多的優(yōu)越性，從1975年年美國霍尼韋爾公司發(fā)表美國霍尼韋爾公司發(fā)表“TDC2000”系統(tǒng)后，系統(tǒng)后，國外各家公司生產的集散系統(tǒng)有幾十種，下表國外各家公司生產的集散系統(tǒng)有幾十種，下表列出了國外集散系統(tǒng)的概況。列出了國外集散系統(tǒng)的概況。典型國外集散控制系統(tǒng)（典型國外集散控制系統(tǒng)（DCS）集散控制系統(tǒng)分類集散控制系統(tǒng)分類三代三代DCSDCS： 1 1、75-8075-80年，第一代。年，第一代。8 8位、位、cisccisc技術、常規(guī)儀表功能。技術、常規(guī)

15、儀表功能。 2 2、8080年代中年代中9090年代前期，第二代。年代前期，第二代。1616位、位、riscrisc技術、實時操作和程序編譯已比較完整。技術、實時操作和程序編譯已比較完整。 3 3、9090年代中到年代中到2121世紀，第三代。世紀，第三代。16/3216/32位、多位、多CPUCPU用于控制運算、冗余切換、通信等。用于控制運算、冗余切換、通信等。 國內集散控制系統(tǒng)國內集散控制系統(tǒng) 我國使用集散系統(tǒng)在七十年代末八十年代初，我國使用集散系統(tǒng)在七十年代末八十年代初，8585年進入推廣應用階段。目前國內已出現(xiàn)浙大中年進入推廣應用階段。目前國內已出現(xiàn)浙大中控、和利時、浙大中自、上海新華

16、等國內知名品控、和利時、浙大中自、上海新華等國內知名品牌。集散系統(tǒng)的應用，把我國過程控制推向一個牌。集散系統(tǒng)的應用，把我國過程控制推向一個新的水平，取得較為顯著的經濟效益，其發(fā)展前新的水平，取得較為顯著的經濟效益，其發(fā)展前景是十分廣闊的。景是十分廣闊的。DCS使先進控制成為可能使先進控制成為可能使用使用DCS不能僅僅簡單取代常規(guī)儀表的功能。不能僅僅簡單取代常規(guī)儀表的功能。DCS使用應盡可能達到最優(yōu)的性能價格比使用應盡可能達到最優(yōu)的性能價格比DCS是實現(xiàn)優(yōu)化、先進控制的基礎，是綜合自動是實現(xiàn)優(yōu)化、先進控制的基礎，是綜合自動化，化，TIA的基礎。的基礎。先進控制技術的發(fā)展先進控制技術的發(fā)展l常規(guī)（

17、經典）控制技術常規(guī)（經典）控制技術: 主要是主要是PID控制技術控制技術 目前的控制系統(tǒng)中仍約有目前的控制系統(tǒng)中仍約有90采用的是常規(guī)采用的是常規(guī)PID控制技術（包控制技術（包括一些改進型括一些改進型PID控制技術）控制技術） PID控制具有如下主要控制具有如下主要優(yōu)點優(yōu)點： 1. 不需要對象的模型。不需要對象的模型。 2. 分析、設計和實現(xiàn)簡單，易于被現(xiàn)場工程師所接受。分析、設計和實現(xiàn)簡單，易于被現(xiàn)場工程師所接受。 3. 具有較強的魯棒性。具有較強的魯棒性。常規(guī)常規(guī)PID控制的缺點控制的缺點 1. PID控制器參數(shù)的整定較困難控制器參數(shù)的整定較困難,需要豐富的經驗才能達到較好的需要豐富的經驗

18、才能達到較好的控制效果，到目前為止還沒有一系統(tǒng)化的控制效果，到目前為止還沒有一系統(tǒng)化的參數(shù)整定方法參數(shù)整定方法。 2. 幾乎沒有利用對象的有用信息幾乎沒有利用對象的有用信息, 如如:主要的信息，一些可主要的信息，一些可測的相關參數(shù)等測的相關參數(shù)等 3. 只適用于只適用于單輸入單輸出單輸入單輸出系統(tǒng)，最多亦就加入前饋或串級系統(tǒng)系統(tǒng)，最多亦就加入前饋或串級系統(tǒng)無法處理無法處理多輸入多輸出多輸入多輸出復雜工業(yè)系統(tǒng)的控制問題復雜工業(yè)系統(tǒng)的控制問題,尤其是控制要尤其是控制要求中包含有約束限制。求中包含有約束限制。 4. 魯棒性能有限魯棒性能有限,工作點漂移時無法保證性能，跟蹤與抗干擾矛盾。工作點漂移時無

19、法保證性能，跟蹤與抗干擾矛盾。先進控制先進控制與常規(guī)單回路控制不同與常規(guī)單回路控制不同具有比常規(guī)具有比常規(guī)PID更好控制效果的控制策略更好控制效果的控制策略大時滯、強耦合、不確定性、大時滯、強耦合、不確定性、 非線性、復雜約束、等等非線性、復雜約束、等等基于模型和（或）知識的控制基于模型和（或）知識的控制足夠計算能力的支持足夠計算能力的支持先進控制技術的主要內容先進控制技術的主要內容1 1）過程變量的采集與處理）過程變量的采集與處理2 2）多變量動態(tài)過程模型辨識技術）多變量動態(tài)過程模型辨識技術3 3）軟測量技術）軟測量技術, ,工藝計算模型工藝計算模型4 4）先進控制策略（預測控制）先進控制策

20、略（預測控制）5 5）故障檢測、預報、診斷和處理）故障檢測、預報、診斷和處理6 6）工程化軟件及項目開發(fā)服務）工程化軟件及項目開發(fā)服務流程工業(yè)流程工業(yè)先進控制功能結構先進控制功能結構決策層決策層管理層管理層調度層調度層經營決策系統(tǒng)經營決策系統(tǒng)監(jiān)控層監(jiān)控層控制層控制層關系數(shù)據(jù)庫關系數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)生產調度系統(tǒng)生產調度系統(tǒng)過程監(jiān)控系統(tǒng)過程監(jiān)控系統(tǒng)DCS系統(tǒng)系統(tǒng)生產過程生產過程產品策略產品策略生產計劃生產計劃調度指令調度指令優(yōu)化設定優(yōu)化設定控制信息控制信息原油蒸餾組份控制原油蒸餾組份控制常規(guī)蒸餾常規(guī)蒸餾多產煤油多產煤油多產汽油多產汽油汽油汽油煤油煤油柴油柴油重油重油

21、汽油汽油煤油煤油柴油柴油重油重油汽油汽油煤油煤油柴油柴油重油重油先進控制的效果先進控制的效果平均值平均值指標指標平均平均一般控制一般控制先進控制先進控制效益效益先進控制的效益先進控制的效益成本曲線成本曲線質量質量合格合格限制限制效益效益常規(guī)控制常規(guī)控制先進控制先進控制綜合自動化的關鍵技術綜合自動化的關鍵技術l多變量預測控制多變量預測控制l預測函數(shù)控制（預測函數(shù)控制（PFC）l模糊控制模糊控制l軟測量軟測量l其它復雜控制其它復雜控制l專用控制軟件專用控制軟件 先進過程控制軟件（先進過程控制軟件（APC）自動化孤島自動化孤島1 + 1 = 2 ? “自動化孤島自動化孤島”連在一起連在一起“自動化孤

22、島自動化孤島”集成在一起集成在一起DCS的發(fā)展的發(fā)展l分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System DCS） 是應用計算機技術對生產過程進行集中監(jiān)測、管理和分散控制的綜合性網絡系統(tǒng)。l自1975 年美國HONEYWELL 公司推出第一套分布式控制系統(tǒng)（ TDC - 2000） 以來,DCS 已經在工業(yè)過程控制領域中得到了廣泛的應用?？v觀其近三十年的發(fā)展歷程,計算機（Computer） 技術、控制（Control） 技術、通信（Communication） 技術以及顯示技術（CRT） 的不斷進步與DCS 的更新?lián)Q代息息相關。例如,局域網絡技術（LAN） 的應用標志著第二代

23、DCS 的產生;開放系統(tǒng)（OS） 則產生了第三代DCS?？梢哉f,DCS 是4C 技術發(fā)展的必然產物;同時,DCS 的發(fā)展也推動了相關技術的應用與發(fā)展,如可編程序控制器（ PLC） 技術、現(xiàn)場總線（Fieldbus） 技術、智能控制（ Intelligent Cont rol ）技術與過程控制軟件等。這些高新技術將為DCS邁向大型化的計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS） 提供有力的支持和保障。DCS特點特點lDCS 是分級遞階的控制系統(tǒng),集中管理和分散控制是它的主要特點。采用分級遞階的體系結構,主要是從系統(tǒng)工程的角度出發(fā),通過功能分層、危險分散來提高系統(tǒng)的可靠性和應用的靈活性。最簡單的DCS 至少在垂

24、直方向上分為兩級,即操作管理級和過程控制級。l在水平方向上各個過程控制級之間是相互協(xié)調的分級,在完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳和接受操作管理級指令的同時,各水平級間也可進行數(shù)據(jù)交換。這種分工協(xié)作的關系能夠使整個系統(tǒng)在優(yōu)化的操作條件下運行。DCS 中的分散是在相互協(xié)調基礎下的自治。l分散的含義不僅是分散控制,還包含有人員分散、地域分散、功能分散、危險分散、設備分散以及操作分散等含義。分散的最終目的是為了有效提高設備的可利用率?；谏鲜鎏攸c,在局域通信網絡（LAN） 的支持下,一套完整的DCS 一般由監(jiān)控管理級、過程控制級和現(xiàn)場級組成。DCS結構結構傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)結構概述傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)結構概述l分散控制系統(tǒng)

25、DCS指的是控制與危險分散、地域安裝分散，管理和顯示集中。l20世紀70年代中期以完成模擬量控制的DCS推向市場，代替原來以實現(xiàn)PID功能為主的模擬儀表控制。首先提出DCS這種思想的是原制造儀表的廠商，當時主要應用于化工行業(yè)，后又有計算機行業(yè)從事DCS的開發(fā)。分散問題的提出分散問題的提出l70年代微機技術還不成熟，計算機技術還不夠發(fā)達。操作站、控制器、I/O卡和網絡接口卡等都是DCS生產廠家自行開發(fā)的，也就是所有部件都是專用的。l70年代初，有人用如DEC公司PDP11/24這樣的小型機代替原集中安裝的模擬儀表控制。安裝在中央控制室的PDP11/24，用電纜把現(xiàn)場儀表的信號傳到中央控制室。小型

26、機既作為控制器、同時把連接小型機的CRT又作為顯示設備（即人機界面）。一臺小型機需接收幾千臺變送器或別的傳感器來的信號，完成幾百個回路的運算。l很顯然其危險有點集中。一旦小型機壞了，控制和顯示都沒有了。當時數(shù)字控制沒有達到預期的目的。分散系統(tǒng)的組成分散系統(tǒng)的組成l后有人提出把控制和顯示分開。一類計算機完成控制任務，另一類計算機完成顯示任務。另外，一個工廠的工藝過程可以分為幾個相對獨立的部分，作為被控對象可能需要顯示和控制的點很多，控制部分也可分為幾個部分。其中有一些還需要閉環(huán)控制或邏輯運算，再把在計算機控制系統(tǒng)中獨立工序上需顯示和控制的輸入、輸出點分配到數(shù)臺計算機中去，建立過程控制站，在網絡上

27、稱為一個節(jié)點。把原來由一臺小型機完成的運算任務由幾臺或幾十臺計算機（控制器和人機界面）去完成，其中一臺機器壞了不影響全局。l所謂“群狼代替老虎”的戰(zhàn)術，達到危險分散；并在地域上，控制器按工藝過程分開安裝，以減少連接電纜，并達到地理分散的目的。l這就是另一層分散的意思，把顯示、操作、打印等管理功能集中在一起，用網絡把上述完成控制和顯示的兩部分連成一個系統(tǒng)。這種網絡是專用的。從以上敘述，分散系統(tǒng)分成3部分：過程控制器、人機界面和通信網絡。通信網絡進入工業(yè)控制系統(tǒng)通信網絡進入工業(yè)控制系統(tǒng)l以通信網絡作為紐帶，網絡結構可分為總線式、環(huán)型式和星型式l從橫向來看，連在網絡上的過程控制站和人機界面通稱為網絡

28、節(jié)點。節(jié)點是參加網絡通信的最小單位。操作站中的軟件、硬件都是專用的。連在網絡上的節(jié)點有操作站、現(xiàn)場控制單元和計算機接口單元。除星型結構外，環(huán)型和總線式結構邏輯相同。早期DCS的操作站和網絡的接口都是廠家自己開發(fā)的，操作站與網絡連接時，有一個專用接口，后來因為操作站主機也采用個人微機或小型機，所以操作站和計算機的接口相同。l對于中小型系統(tǒng)，系統(tǒng)都是由用戶或工程公司集成，采用星型結構比較多。一臺人機界面與多臺控制器相連，控制器之間沒有直接聯(lián)系。人機界面起著信息交換的作用。如需增加人機界面，增加輔站。如人機界面有故障，則影響整個網絡的通信，輔站也不能工作。大中型系統(tǒng)由分散型系統(tǒng)制造廠商提供，采用總線

29、或環(huán)型結構。l從現(xiàn)場應用情況看，除傳統(tǒng)DCS和PLC外，還有現(xiàn)場總線系統(tǒng)，如基金會總線系統(tǒng)FF，其特點是變送器、控制閥都數(shù)字化，如PID一些算法存在變送器、控制閥中，數(shù)據(jù)調用通過網絡進行。把傳統(tǒng)控制器去掉，人機界面直接連在網絡上。另外一種系統(tǒng)仍保留控制器，通過現(xiàn)場總線把I/O信號送到控制器，現(xiàn)場總線只是解決現(xiàn)場信號的遠程傳輸問題。系統(tǒng)集成未來系統(tǒng)集成未來1015年的發(fā)展方向和主要年的發(fā)展方向和主要潮流潮流 l雖然新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)DCS和PLC不會嘎然停止，還會延續(xù)很長時間，現(xiàn)場總線也會和DCS、PLC聯(lián)合使用，在相當長時間內，現(xiàn)場總線和DCS、PLC不是相互替代，而是相互融合和集成，今后現(xiàn)

30、場總線更多將以技術面目而非系統(tǒng)面目出現(xiàn)在實際應用中。如Modbus協(xié)議，已成為DCS、PLC和現(xiàn)場儀表連接的紐帶，以太網全面進入工業(yè)控制領域，不僅管理層運用以太網，底層也可采用以太網，促使DCS技術本身得到很大發(fā)展。l小型系統(tǒng)也可采用回路控制器和計算機數(shù)字直接控制，前者是把現(xiàn)場信號直接連到回路控制器端子上，后者是把現(xiàn)場信號通過I/O卡連到計算機，算法在計算機內，計算完后再送到現(xiàn)場執(zhí)行機構。計算機既作控制，又要完成人機界面的任務。DCS發(fā)展方向發(fā)展方向l傳統(tǒng)分散系統(tǒng)的缺點傳統(tǒng)分散系統(tǒng)的缺點l傳統(tǒng)分散系統(tǒng)控制器和人機界面的軟硬件都是專用的，不開放，各家DCS開發(fā)商都創(chuàng)造了一種計算機“方言”，比如INFI90、TDC3000、CS1000、CS3000、Teleperm等方言，彼此無法互操作，也不能與第三方通信。如PI公司的優(yōu)化控制軟件，iFIX，InTouch等監(jiān)控軟件與這些DCS通信都必須開發(fā)專用驅動軟件。這些驅動軟件的開發(fā)都是很昂貴的，建立工廠MIS系統(tǒng)投入很大，需開發(fā)連接軟件。lDCS的替代操作站的替代操作站l解決傳統(tǒng)DCS封閉的缺陷，最有效的辦法就是采用替