DCS及現(xiàn)場總線技術(shù)

*1DCS及現(xiàn)場總線DCS——DistributedControlSystemFCS——FieldbusControlSystem*2個人簡介魏立新副教授電院自動化系教師聯(lián)系電話箱：wlx2000@本課的四大特點1、先進性：DCS—最流行的工業(yè)控制系統(tǒng)

FCS—最前沿的全數(shù)字工控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)*32、綜合性：集散型計算機控制系統(tǒng)（4C技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò))3、實用性：此課從事本專業(yè)工作聯(lián)系極為緊密的專業(yè)課。4、實踐性：本課不僅是專業(yè)理論知識，還是工程應(yīng)用技術(shù)；更是一種多學(xué)科交叉形成的先進工業(yè)控制技術(shù)。DCS及現(xiàn)場總線的學(xué)習(xí)方法DCS&FCS是當(dāng)今工業(yè)過程控制的主流系統(tǒng)，這門技術(shù)發(fā)展和更新極快.本課程內(nèi)容吸收近幾年DCS有關(guān)研究和教學(xué)經(jīng)驗，力求內(nèi)容系統(tǒng)性和實用性。通過學(xué)習(xí)應(yīng)了解DCS及現(xiàn)場總線的概念、特點、結(jié)構(gòu)、原理和發(fā)展?fàn)顩r；熟悉其基本功能特性、使用方法和設(shè)計方法；*4本課程涵蓋多門技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容*5本課程涵蓋多門技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容計算機技術(shù)（DCS硬件構(gòu)成、軟件平臺的應(yīng)用等）自動控制技術(shù)（實現(xiàn)DCS控制策略及算法的技術(shù)方法）人機接口技術(shù)（DCS組態(tài)技術(shù)和操作技術(shù)等）通信技術(shù)（DCS數(shù)據(jù)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等）現(xiàn)場總線技術(shù)（現(xiàn)場總線的核心、基礎(chǔ)、協(xié)議模型及典型的FCS技術(shù)）*6本課程與的相關(guān)課程的關(guān)系*7微機原理自動控制理論控制工程測控儀表與裝置DCS及現(xiàn)場總線*81、理論教學(xué)第一章

概述

4學(xué)時內(nèi)容：計算機控制系統(tǒng)概念、各類特點及應(yīng)用重點：實時、分時等概念，集散控制總體概念難點：集散控制概念

第二章

DCS的硬件體系及系統(tǒng)

4學(xué)時內(nèi)容：DCS構(gòu)成方式、要素及功能;典型范例重點：DCS結(jié)構(gòu)體系及各層功能難點：DCS結(jié)構(gòu)體系教學(xué)內(nèi)容、要求及學(xué)時分配*2011-2012（2）9第三章

DCS的軟件體系及功能

2學(xué)時內(nèi)容：DCS軟件體系——控制、監(jiān)控和組態(tài)軟件重點：DCS可靠性和可組態(tài)性難點：組態(tài)概念

第四章DCS的控制算法及組態(tài)

4學(xué)時內(nèi)容：PID控制、改進PID控制、前饋控制、串級控制時滯補償控制、順序控制算法及DCS實現(xiàn)重點：改進PID控制、前饋控制、時滯補償控制難點：控制算法——組態(tài)——DCS控制功能教學(xué)內(nèi)容、要求及學(xué)時分配*10第五章DCS數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)

4學(xué)時內(nèi)容：數(shù)據(jù)通信概念及技術(shù)、DCS網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議重點：DCS通信相關(guān)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及功能難點：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第六章現(xiàn)場總線技術(shù)基礎(chǔ)

4學(xué)時內(nèi)容：FCS的定義、特點、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式等重點：FCS的定義、特點難點：FCS的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式和標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)內(nèi)容、要求及學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容、要求及學(xué)時分配第七章典型的現(xiàn)場總線應(yīng)用2學(xué)時內(nèi)容：FF的特點及主要技術(shù)應(yīng)用；重點：不同F(xiàn)CS的應(yīng)用特點及區(qū)別難點：FCS的應(yīng)用技術(shù)方法*11*12考核權(quán)值分配平時成績（課堂考勤、測驗、作業(yè)等）占10%期末考試占90%教材及參考書(一)教材：《DCS及現(xiàn)場總線技術(shù)》肖軍主編

——清華大學(xué)出版社（21世紀(jì)高等院校電氣信息類系列特色教材）(二)參考書：《集散控制與現(xiàn)場總線》劉國海主編

——機械工業(yè)出版社（21世紀(jì)高等院校電氣信息類系列教材）

《集散控制系統(tǒng)》劉翠玲主編

——北京大學(xué)出版社（21世紀(jì)高等院校自動化系實用規(guī)劃教材）提示：學(xué)習(xí)中保持清醒而智慧的頭腦比掌握知識本身更為重要。養(yǎng)成獨立思考、探索新思想、新技術(shù)的好習(xí)慣，將會受益一生。

*13第一章緒論1.1計算機控制系統(tǒng)基本概念1.2計算機控制系統(tǒng)分類1.3集散控制系統(tǒng)基本概念1.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)總體概念1.5DCS、FCS及PLC的差異*141.1計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)的概述計算機控制系統(tǒng)的信號特點計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的分類*151、計算機控制系統(tǒng)概述常規(guī)控制系統(tǒng)的工作原理*16模擬調(diào)節(jié)器執(zhí)行機構(gòu)被控對象測量變送器設(shè)定值reu被調(diào)參數(shù)y圖a

單回路常規(guī)控制系統(tǒng)示意圖ym1、計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)的工作原理*17u計算機保持器廣義對象測量變送器e(kT)u(kT)被調(diào)參數(shù)y圖b

單回路計算機控制系統(tǒng)示意圖ym采樣器A/DD/A計算機系統(tǒng)設(shè)定值r2、信號特點計算機控制系統(tǒng)的信號形式連續(xù)模擬信號:時間與幅值上均連續(xù)，如y(t)、u(t)離散模擬信號:時間是離散的，幅值上連續(xù)，如y*(t)、u*(t)離散數(shù)字信號:時間離散的，幅值為數(shù)字量，如y(kT)、u(kT)*18采樣器

A/D計算機

A/D保持器y(t)y*(t)

y(kT)

u(kT)

u*(kT)

u(t)2、信號特點計算機控制系統(tǒng)中的量化將離散模擬信號用二進制代碼逼近為數(shù)字信號的過程（如采樣值y*(t)量化為y(kT)的過程）量化單位qq=M/2n，M為被轉(zhuǎn)換的模擬量電信號滿量程，

n為A/D的轉(zhuǎn)換位數(shù)量化誤差

e=±q/2*19計算機控制系統(tǒng)的采樣過程*20y(t)t采樣器y(t)y*(t)y*(t)2T4Ttτ原始過程信號信號通過采樣器采樣后的信號過程信號采樣過程示意圖計算機控制系統(tǒng)的采樣的合理性采樣器接通時間τ遠(yuǎn)小于采樣周期T采樣信號y*(t)復(fù)現(xiàn)原信號在采樣瞬間的值y(t)A/D轉(zhuǎn)換后，y*(t)y(kT),k=1，2，……采樣周期T須滿足香農(nóng)定理當(dāng)滿足上述條件時，y*(t)與y(kT)只相差量化誤差*212、信號特點*22

設(shè)δ(t-kT)是t=kT時刻的理想采樣脈沖，則采樣周期T的選擇相當(dāng)重要。因為y*(t)只與y(t)在脈沖出現(xiàn)瞬間的值y(kT)有關(guān)，故采樣信號可用下式表示：2、信號特點信號的保持目的：將離散采樣信號恢復(fù)為被控對象能夠感知的連續(xù)模擬信號方法：采用保持器——由現(xiàn)在或過去時刻的采樣值,用某種函數(shù)去逼近2個采樣時刻間的原信號常用的保持器：零階、一階*23

2、信號特點零階保持器恢復(fù)信號的示意圖*24

6T

4T

2Tt

y采樣信號y(kT)原信號y(t)恢復(fù)信號yh(t)零階保持器算式y(tǒng)h(kT+t)=y(kT)0≤t＜T,k=0,±1,±2,…由于它只是簡單地外推，故只有當(dāng)T足夠小時，零階保持器才能較好地恢復(fù)原信號。顯然：要改變控制策略及算法，只要改變計算機的程序就可以（軟）實現(xiàn)相應(yīng)功能。*25計算機控制系統(tǒng)工作過程(1)實時數(shù)據(jù)采集:檢測被控量的瞬時值，將采樣結(jié)果輸?shù)接嬎銠C中。(2)實時決策:給定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預(yù)定的控制規(guī)律進行控制運算——實時決策。(3)實時控制:將實時決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號適時地送給執(zhí)行裝置——實現(xiàn)過程控制。(4)信息管理:隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應(yīng)用。*26上述測、算、控、管的過程不斷重復(fù)，使系統(tǒng)按一定的動態(tài)(過渡過程)指標(biāo)進行工作。并同時可對被控制量和設(shè)備本身所出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時進行監(jiān)督并迅速做出處理——計算機控制系統(tǒng)最基本的功能。實時控制——指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間(采樣\控制間隔)內(nèi)完成。分時控制——因計算機運算處理速度遠(yuǎn)高控制回路的速度要求，故可使計算機依次的完成多個通道（回路）的實時控制。*273、計算機控制系統(tǒng)的組成及作用計算機硬件設(shè)備——指微機本身及其外圍設(shè)備，是計算機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；計算機控制軟件——指管理計算機的程序以及過程控制的應(yīng)用程序，是計算機控制系統(tǒng)的靈魂；計算機通信網(wǎng)絡(luò)——指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制單元之間的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，是進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交換的通道。*283、計算機控制系統(tǒng)的組成作用計算機控制系統(tǒng)的組成示意圖*29

軟件部分計算機控制系統(tǒng)

硬件部分控制計算機主機、外設(shè)、系統(tǒng)總線生產(chǎn)過程輸入輸出通道人—機聯(lián)系設(shè)備、通信設(shè)備

現(xiàn)場儀表（測量傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等）

操作系統(tǒng)匯編或高級語言、過程控制語言通信網(wǎng)絡(luò)軟件、診斷程序等

系統(tǒng)軟件

應(yīng)用軟件

過程輸入/輸出程序、過程控制程序人機接口程序、打印顯示程序各種公共子程序歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫計算機控制系統(tǒng)各部分功能

——由主機、接口電路及外圍設(shè)備組成。不同的系統(tǒng)，所需硬件也不同，一般可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要進行擴展。具有各種功能的插件板或功能模塊，可用標(biāo)準(zhǔn)總線連接起來，如PC總線構(gòu)成的各種工業(yè)控制計算機、PLC、DCS等。

*301.硬件由CPU和存儲器構(gòu)成，是整個控制系統(tǒng)的指揮部。它自動地對過程輸入通道發(fā)送來的工業(yè)參數(shù)進行巡回檢測，按照人們預(yù)先安排的程序，進行信息處理、分析和計算，并作出相應(yīng)的控制決策，通過輸出通道及時發(fā)出有關(guān)的控制命令。*311)計算機主機2)接口與輸入/輸出通道計算機和生產(chǎn)過程之間設(shè)置信息的傳遞和交換的連接通道———輸入/輸出通道，(過程通道)過程通道一般可分為模擬量輸入通道（A/D）、模擬量輸出通道(D/A)、開關(guān)量輸入通道和開關(guān)量輸出通道等。

過程通道是不能直接由主機控制的，必須由“接口”來傳送相應(yīng)的信息和命令。*323)通用外圍設(shè)備通用外圍設(shè)備主要是為了擴大主機的功能而設(shè)置的，通用外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模和要求來配置。*334)檢測及執(zhí)行機構(gòu)工業(yè)過程參數(shù)一般是非電物理量，必須經(jīng)過傳感器變換為等效的電信號。因此，檢測元件精度的高低直接影響微機控制系統(tǒng)的精度。為了控制生產(chǎn)過程，還需要有執(zhí)行機構(gòu)。常用的執(zhí)行機構(gòu)有電動、液動和氣動等形式。另有動力電機和控制電機等。*345)操作臺操作臺是人機對話（接口）的聯(lián)系紐帶。程序員使用該人機設(shè)備(運行操作臺)來輸入、修改和檢查程序。生產(chǎn)過程的操作人員必須了解控制臺的使用細(xì)節(jié)，否則會引起嚴(yán)重后果。*352.軟件軟件——各種功能程序的總和——操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、管理程序、控制程序、計算和自診斷程序等。軟件是微機系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作的。軟件質(zhì)量關(guān)系到計算機運行和控制效果的好壞，及硬件功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。軟件通常分兩類：系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫。

*363.計算機控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計算機控制系統(tǒng)中的比重越來越大。計算機控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為兩大類：對等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Peertopeer；客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)Client/Server。自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)——現(xiàn)場總線技術(shù)*37計算機控制的優(yōu)點(1)消除模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點:漂移問題，參數(shù)整定范圍窄，比例、積分和微分系數(shù)不能單獨調(diào)整，(2)可在整個控制范圍內(nèi)實行多參數(shù)調(diào)節(jié)。(3)當(dāng)信號噪聲大時，數(shù)字低通濾波器與模擬濾波器相配合，對高頻的脈沖噪聲有較好的濾波效果，特別是數(shù)字濾波可抑制甚低頻的周期干擾。

*38(4)使用靈活，便于實現(xiàn)特殊的控制規(guī)律，如修改部分程序就能改變調(diào)節(jié)規(guī)律，而無需改變硬件設(shè)備，計算機控制系統(tǒng)可以在線改變控制方案。因而可以在不增加硬件設(shè)備的情況下逐步提高控制水平。(5)具有增加控制回路而不會顯著地增加費用的特點，還可實現(xiàn)打印、制表、報警、顯示等附加功能。*39強調(diào)計算機控制系統(tǒng)是以分時方式對控制對象進行控制的，它以定時采樣和階段控制來代替常規(guī)調(diào)節(jié)裝置的連續(xù)檢測和連續(xù)控制。

*40第二節(jié)計算機控制系統(tǒng)分類

*41檢測及變送控制對象執(zhí)行機構(gòu)多路開關(guān)接口外部通道變送器接口接口接口接口A/DD/A反多路開關(guān)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出傳感器主機及操作臺通用外部設(shè)備顯示終端磁盤驅(qū)動器打印機軟件微型計算機生產(chǎn)對象操作臺實時時鐘基本計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖按照系統(tǒng)的功能分類——計算機巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)計算機集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)工業(yè)過程計算機集成制造系統(tǒng)（流程CIMS）*421、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)

——主要對過程參數(shù)進行定時巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、參數(shù)的越限報警以及對數(shù)據(jù)進行積累和實時分析。計算機不直接參與生產(chǎn)過程的控制。代替大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對整個生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視。*43數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DataAcquisitionSystem，DAS）*44

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

……數(shù)

字計算機CRT打印機報警過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程執(zhí)行機構(gòu)

人……2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControl)

DDC系統(tǒng)中用一臺微機對多個被控參數(shù)進行巡回檢測，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進行控制運算，并輸出到執(zhí)行機構(gòu)對生產(chǎn)過程進行控制。DDC系統(tǒng)中，計算機不僅完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)多回路的PID調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通過改變軟件就可以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。*45*46圖DDC系統(tǒng)框圖直接數(shù)字控制(DDC)計算機CRT打印機報警操作臺過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程過程輸出通道

執(zhí)行機構(gòu)

執(zhí)行機構(gòu)…………3、微機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SupervisoryComputerControl）兩級控制第1級用DDC計算機或調(diào)節(jié)器，完成直接控制；第2級用SCC計算機根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)——即按照一定算法進行優(yōu)化計算，自動地改變DDC系統(tǒng)的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況(最低消耗、最低成本、最高產(chǎn)量等)。又稱給定值控制SPC(SetPointComputerControl)。SCC系統(tǒng)不僅可以進行給定值控制，同時還可以進行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。*47監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖*48監(jiān)督控制計算機(SCC)CRT打印機報警DDC計算機或調(diào)節(jié)器輸入通道

輸出通道被控生產(chǎn)過程操作臺輸入通道*494.集散型計算機控制系統(tǒng)（DCS）

監(jiān)控計算機CRT操作站現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站

被控對象被控對象……….…高速數(shù)據(jù)通道….….集散控制系統(tǒng)（DCS）組成框圖DCS采用分散控制和集中管理的控制理念與網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)，靈活地將控制設(shè)備、服務(wù)器、基礎(chǔ)自動化單元等聯(lián)系在一起。按功能分散、危險分散、管理集中和應(yīng)用靈活等原則進行設(shè)計，具有高可靠性能，便于維修與更新。它以系統(tǒng)最優(yōu)化為目標(biāo)，以計算機為核心并與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、控制技術(shù)、顯示技術(shù)、人機接口技術(shù)、I/O接口等技術(shù)相結(jié)合——用于過程控制和生產(chǎn)管理的工控主流控制系統(tǒng)。*50傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)*51*525、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場總線——連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。FCS的基本結(jié)構(gòu)*53FCS用現(xiàn)場總線把具有輸入、輸出、運算、控制和通信功能的現(xiàn)場總線數(shù)字儀表（如傳感器、變送器、執(zhí)行器）等集成一體，構(gòu)成現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的信息集成。*54

ASASEthernet,TCP/IP監(jiān)控計算機顯示操作站現(xiàn)場總線網(wǎng)間連接器H2或高速Ethernet

現(xiàn)場總線橋低速現(xiàn)場總線(H1)小型PLC過程控制生產(chǎn)制造裝置級網(wǎng)絡(luò)6、流程計算機集成制造系統(tǒng)流程計算機集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystems）——流程CIMS

通過計算機硬、軟件的綜合運用，利用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)過程中的人員、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息與物流有機集成，并實現(xiàn)優(yōu)化運行的復(fù)雜大系統(tǒng)。

CIMS代表了當(dāng)今工廠綜合自動化的最高水平，被譽為是未來的工廠。*55*56

流程計算機集成制造系統(tǒng)

經(jīng)營決策企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度過程優(yōu)化過程控制第五層：企業(yè)決策，生產(chǎn)規(guī)劃第四層：供銷,財務(wù),計劃,管理等第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)優(yōu)化第二層：先進控制，過程優(yōu)化第一層：單元自動化,簡單控制生產(chǎn)過程

流程CIMS的遞階控制示意圖*57流程CIMS是工程大系統(tǒng)，它所要解決的不是局部優(yōu)化問題，而是工廠、公司乃至一個區(qū)域的總目標(biāo)或總?cè)蝿?wù)的最優(yōu)化問題。最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)包括產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好、原料和能耗最小、成本最低、可靠性最高、環(huán)境污染最小等指標(biāo)，它反映了技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境等多方面的綜合性要求。流程CIMS的理論基礎(chǔ)是大系統(tǒng)理論。*58*592.按照控制規(guī)律對計算機控制系統(tǒng)分類1)程序控制和順序控制

程序控制是控制被控量按照預(yù)先規(guī)定的時間函數(shù)變化，被控制量是時間的函數(shù)，如加熱爐的溫度控制。順序控制則可以看作是程序控制的擴展，在各個時期所給出的設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定值的給出，不僅取決于時間，還取決于對以前的控制結(jié)果的邏輯判斷。*602)PID控制調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分的函數(shù)。PID控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整,因此一直是應(yīng)用最廣、最為成熟的技術(shù)。

3)有限拍控制有限拍控制的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時間最短，要求設(shè)計的系統(tǒng)在盡可能短的時間里完成調(diào)節(jié)過程。有限拍控制通常在數(shù)字隨動系統(tǒng)中應(yīng)用。*614)復(fù)雜規(guī)律的控制控制系統(tǒng)性能指標(biāo)不單是過渡過程的品質(zhì)，而且包括能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指標(biāo)。對于存在隨機擾動、純滯后對象以及多變量耦合的系統(tǒng)，僅用PID控制是難以達(dá)到滿意的性能指標(biāo)的，因此，針對實際情況采用各種復(fù)雜規(guī)律的控制——串級控制，前饋控制，純滯后補償控制，多變量解耦控制以及最優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制等。*625）智能控制智能控制理論是把先進的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學(xué)科。智能控制理論可以看作是三個主要理論領(lǐng)域的交叉或匯合:人工智能、運籌學(xué)和控制理論。智能控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一個大系統(tǒng)——綜合的自動化系統(tǒng)。模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家系統(tǒng)等均可稱智能控制*631.2DCS總體概念及特點它是綜合了4C技術(shù)的控制系統(tǒng)。設(shè)計原則及主要特點：危險、控制分散操作、管理集中分級管理、分而自治集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進、功能完備、應(yīng)用靈活、操作方便、運行可靠等多方面顯著特點，為計算機控制開創(chuàng)了一個嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，并得到了廣泛的應(yīng)用。*64初期DCS產(chǎn)生的基本思路：1）分散控制：分解集中控制——多個專門的過程分散控制裝置（FCS）2）集中操作：保持操作習(xí)慣——良好的人/機操作界面(操作站)數(shù)據(jù)通信：建立操作站過程分散控制裝置的數(shù)據(jù)聯(lián)系

*65*66*67日本橫河電機*68

DCS的特點1分級遞階控制:雙向分級、各自分工、相互協(xié)調(diào)縱向：上下可分2-5級（過程控制級、操作管理級等）

橫向：可分多級（根據(jù)控制規(guī)模和控制方案確定）2分散控制:控制分散、人員分散、地域分散、功能分散、設(shè)備分散、操作分散——目的：危險分散。

設(shè)備的冗余設(shè)置——提高系統(tǒng)的可靠性。3自治和協(xié)調(diào)性——DCS的形成的基礎(chǔ)

系統(tǒng)分散的基礎(chǔ)：被分散的系統(tǒng)是自治的系統(tǒng)。

遞階分級的基礎(chǔ)：被分級的系統(tǒng)是相互協(xié)調(diào)的。廣義的集散內(nèi)涵：控制分散、通訊分散、數(shù)據(jù)庫分散、供電分散、負(fù)荷分散等數(shù)據(jù)及通訊管理集中、控制目標(biāo)集中、顯示操作的集中等*69集散控制系統(tǒng)從其本質(zhì)和內(nèi)部機理上講——

它是以微處理機為核心的計算機控制系統(tǒng)；從其外部構(gòu)成方式和應(yīng)用角度上講——

它類似于單元組合式儀表控制系統(tǒng)。因而，系統(tǒng)的組態(tài)及擴展都十分容易。*70集散系統(tǒng)在功能上真正實現(xiàn)了

————

管理集中和控制分散既實現(xiàn)了操作、管理和監(jiān)視的縱向分級集中，又實現(xiàn)了控制、危險的橫向分散，從根本上提高了系統(tǒng)的可靠性。DCS系統(tǒng)是目前公認(rèn)的最理想的工業(yè)控制系統(tǒng)之一，在國內(nèi)外冶金、電力、石油、化工、建筑等工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。*71DCS的特點——獨立性協(xié)調(diào)性友好性適應(yīng)性、靈活性和可擴充性實時性可靠性*72DCS的發(fā)展歷程第一代DCS——開創(chuàng)期(1975年~1980年)DCS的組成現(xiàn)場控制站現(xiàn)場監(jiān)測站CRT操作站數(shù)據(jù)高速公路監(jiān)控計算機*73CRT操作站

監(jiān)控計算機

數(shù)據(jù)高速公路HW現(xiàn)場監(jiān)測站

現(xiàn)場控制站第一代DCS基本結(jié)構(gòu)

……

……第二代DCS——成長期(1980年~1985年)以局部網(wǎng)絡(luò)LAN為主干其它各單元都是掛在它上面的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點工作站主要組成部分局部網(wǎng)絡(luò)多功能現(xiàn)場控制站增強型操作站通用型操作站網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)管理模塊主計算機*74局部網(wǎng)絡(luò)LAN其它網(wǎng)絡(luò)DHW網(wǎng)關(guān)多功能控制器網(wǎng)關(guān)……系統(tǒng)管理模塊通用操作站主計算機增強型操作站……DCS的擴展期（1985年以后）特點：1、DCS向綜合化、開放化發(fā)展2、大型DCS進一步完善的同時，發(fā)展小型集散控制系統(tǒng)3、采用人工智能技術(shù)*75MAP——ManufactureAutomationProtocol

傳統(tǒng)DCS的局限測量變送和執(zhí)行機構(gòu)仍是基于模擬儀表不同廠商的產(chǎn)品互不兼容，互操作性差傳統(tǒng)DCS的編程計算工具仍顯簡單與上位機的接口硬件和規(guī)約各不相同*76

PLC發(fā)展對DCS的影響可編程邏輯控制器（PLC）簡介PLC最初功能PLC的編程PLC的改進與發(fā)展采用數(shù)據(jù)高速通道DH增加模擬量信號的處理功能網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)系統(tǒng)集成*77DCS體系的發(fā)展FCS與DCSFCS可能會取代DCS，但相當(dāng)長時間內(nèi)將共存DCS的開放性與FCS初步兼容、異質(zhì)兼容和同質(zhì)兼容DCS發(fā)展：上融合Internet技術(shù)（互聯(lián)網(wǎng)）中采用Intranet技術(shù)（企業(yè)信息網(wǎng)）底采用Infranet技術(shù)（控制網(wǎng)）三網(wǎng)融合——無縫集成——綜合自動化*78集散控制系統(tǒng)的展望(1)操作性能進一步提高，操作、管理、組態(tài)