集散控制系統(tǒng)

2023/9/251集散控制系統(tǒng)2023/9/252第一章概述§1.1集散控制系統(tǒng)的基本概念一、概念集散控制系統(tǒng)：以微處理器為基礎(chǔ)的采用分散控制、集中顯示和操作的新一代控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)又叫“分散控制系統(tǒng)”、“分布式控制系統(tǒng)”。英文：“Distributedcontrolsystem”簡寫成“DCS”二、集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展歷程

國外情況：

基地式儀表室內(nèi)遠傳控制

DDC DCS(第一代)

DCS(第二代局域網(wǎng))DCS(第三代開放性)DCS(第四代信息與集成)

國內(nèi)情況：

八十年代初，全套引進；八十年代末DCS制造開始起步；到九十年代，迅速發(fā)展壯大。2023/9/253DCS的發(fā)展

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第一階段（1975年—1980年）

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代表產(chǎn)品主要有美國Honeywell公司的TDC2000，Baily公司的Network90，F(xiàn)oxboro公司的Spectrum，日本橫河公司的Centum等

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主要由過程控制單元PCU、數(shù)據(jù)采集裝置DAU、CRT操作站、監(jiān)控計算機和數(shù)據(jù)高速公路HW五部分組成

2023/9/254◆

第二階段（1980年—1985年）

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主要代表產(chǎn)品有Honeywell公司的TDC3000，日本橫河公司的CentumA，B，D等

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主要由局部網(wǎng)絡(luò)LAN、多功能控制器MC、增強型操作站EOS、通用操作站US、網(wǎng)間連接器GW、系統(tǒng)管理模塊SMM和主計算機HC七部分組成

2023/9/255◆

第三階段（1985年—1990年）

—DCS向計算機網(wǎng)絡(luò)控制擴展，將過程控制、監(jiān)督控制和管理調(diào)度進一步結(jié)合起來，并且加強斷續(xù)系統(tǒng)功能，采用專家系統(tǒng)和開放系統(tǒng)互連參考模型為基礎(chǔ)的制造自動化協(xié)議MAP標準，以及硬件上的諸多新技術(shù)，從而克服了自動化孤島問題

—

典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TDCS3000，日本橫河公司的Centum-XL，Bailey的INFI-90等2023/9/256◆第四階段（1990年以后）

—DCS以管控一體化出現(xiàn)，在硬件上采用了開放的工作站，采用了Client/Server的結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上增加了工廠信息網(wǎng)，并可與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，在軟件上采用UNIX和X-Windows的圖形用戶界面，系統(tǒng)的軟件更豐富，一些優(yōu)化和管理良好的界面的軟件被開發(fā)并移植到DCS中

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典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TPS控制系統(tǒng)，日本橫河公司的Centum-CS控制系統(tǒng)，F(xiàn)oxboro公司的I/AS50/51系統(tǒng)等

—CISC------RISC(complex/reducedinstructionsetcomputer)2023/9/257二、DCS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)DCS系統(tǒng)有三大部分組成：1、分散過程控制裝置功能：生產(chǎn)過程的各種變量通過它轉(zhuǎn)化為操作監(jiān)視的數(shù)據(jù)，操作的各種信息業(yè)通過過程控制裝置送到各執(zhí)行機構(gòu)，對輸入輸出量進行A/D,D/A轉(zhuǎn)換以及濾波等運算組成：AIAODIDOPIPO等功能板，CPU、電源、端子板等2、操作管理裝置功能：操作員可以通過他了解生產(chǎn)能夠過程的運行狀況，并通過它發(fā)出操作指令給生產(chǎn)過程組成：人機界面等3、通信系統(tǒng)功能：在分散過程控制裝置與操作管理裝置之間完成數(shù)據(jù)交換和傳遞組成：線纜和接口2023/9/2582023/9/259

三、開放系統(tǒng)1、可移植性不同DCS廠家的軟件、程序、數(shù)據(jù)及人員可以相互借用，互相移植，到第四代硬件都可以移植。另外以職業(yè)帶來了安全方面的隱患。如，橫河公司的R3用富士公司的PROCESION代為I/O單元。2、互操作性網(wǎng)絡(luò)的連接，使數(shù)據(jù)互通，資源共享。現(xiàn)場總線標準化后，符合標準地各種檢測、變送和執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品可以互換和替代。第四代表現(xiàn)最明顯。3、可適宜性無論在運行的軟件版本高低都可以互通、匹配，就是說應(yīng)用新的同時不可能把舊的廢掉。4、可得到性也就是容易得到，由于各制造廠的產(chǎn)品具有統(tǒng)一的通信標準，就可以根據(jù)需要選擇產(chǎn)品。2023/9/2510§1.2集散控制系統(tǒng)的特點一、集散控制系統(tǒng)的特點

A：DCS的基本特點：集中管理，分散控制

B：

與模擬儀表相比較的特點：連接方便，容易更改，顯示方式靈活，內(nèi)容多樣，數(shù)據(jù)存儲量大。

C:與DDC比較：具有操作監(jiān)督方便，危險分散，功能分散等優(yōu)點結(jié)構(gòu)上又是遞階分級的二、分級遞階控制（畫圖）集散控制系統(tǒng)在水平與垂直方向都是分級的，如圖：操作站/工程師站/管理員站通信系統(tǒng)

控制站

控制站

現(xiàn)場信號現(xiàn)場信號

2023/9/2511二、分散控制不僅僅指控制上的分散，隨著生場規(guī)模越來越大操作管理不可能在一個控制室內(nèi)完成，因此還有其他的含義：如：人員的分散、地域的分散、功能的分散、危險的分散、及操作的分散。三、自治和協(xié)調(diào)性分散的基礎(chǔ)是集散控制系統(tǒng)應(yīng)是自治的系統(tǒng)遞階分級的基礎(chǔ)是被分散的系統(tǒng)應(yīng)是相互協(xié)調(diào)的系統(tǒng)１、DCS的各組成部分使各自為政的自治系統(tǒng)，各自完成各自的功能，相互又有聯(lián)系，數(shù)據(jù)信息相互交換，各種條件相互制約在系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下工作。２、分散過程控制裝置是一個自治的系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)的采集、信號處理、計算及輸出功能2023/9/2512§1.3集散控制系統(tǒng)的展望一、總述

集散控制系統(tǒng)將向兩個方向發(fā)展：

一個是向上發(fā)展：向CIMS計算機集成制造系統(tǒng)，CIPS計算機集成過程系統(tǒng)發(fā)展。另一個是向下發(fā)展：即向FCS現(xiàn)場總線發(fā)展二、信息化集成系統(tǒng)提供了從現(xiàn)場到設(shè)備，從設(shè)備到車間、從車間到工廠、從工廠到企業(yè)集團的整個信息通道，體現(xiàn)了信息的全面性、準確性、實時性和系統(tǒng)性。１、硬件

存貯容量、傳輸速度、標準接口以及操作環(huán)境都有了很大的改變。２、軟件

軟件方面采用了標準化原則、實用性、安全性、和性價比原則

2023/9/2513二、場總線控制系統(tǒng)FCS(feildbuscontrolsystem)DCS未來發(fā)展的趨勢1、現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線的應(yīng)用在儀器儀表業(yè)帶來一場深刻的變革，將傳統(tǒng)的信號、通信、系統(tǒng)標準河自控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法，安裝調(diào)試等也將帶來新的思路。2、現(xiàn)場基金會FF

1994年成立10月成立，120成員單位，中國有冶金部自動化研究所、北京華控技術(shù)有限公司、中國儀器儀表協(xié)會等單位加入?；饡F(xiàn)場總線是在多臺智能化現(xiàn)場設(shè)備及自動化系統(tǒng)間的有數(shù)字化的雙向的多站通信連結(jié)而成的一種網(wǎng)絡(luò)，取代了4--20mA模擬信號標準，用于連結(jié)智能現(xiàn)場總想儀表和控制室設(shè)備的雙向數(shù)字多站通信協(xié)議。2023/9/2514

３、現(xiàn)場總線的特點①用戶對產(chǎn)品的選擇權(quán)增至最大②消除了4－20mA模擬儀表通信的瓶頸現(xiàn)象③降低現(xiàn)場安裝費用和減少相應(yīng)設(shè)備④為用戶提供更多功能⑤增強了系統(tǒng)的自治性⑥提高系統(tǒng)的檢測精度和魯棒性⑦系統(tǒng)組態(tài)簡單，安裝運行和維修方便三、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將是控制的到最終地分散，它把控制功能移到了現(xiàn)場沒了控制站。有人預計二十一世紀的控制是FCS取代DCS時代。但是，現(xiàn)場總線研究課題開發(fā)工作還在進行之中，一些控制功能和標準還不完善，發(fā)展方向拭目以待。2023/9/25152023/9/25162023/9/25172023/9/25182023/9/25192023/9/25202023/9/25212023/9/25222023/9/25232023/9/25242023/9/2525分布式控制的技術(shù)發(fā)展系統(tǒng)硬件的發(fā)展

◆開放結(jié)構(gòu)的工作站

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整體運算速度快

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存貯容量大

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圖形處理功能強

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良好的安全保護系統(tǒng)

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友好的人機界面2023/9/2526分布式控制的技術(shù)發(fā)展（續(xù)）

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現(xiàn)場總線

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互操作性

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更低的安裝費用

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更低的維護費用

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有助于維護

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改進功能2023/9/2527分布式控制的技術(shù)發(fā)展（續(xù)）

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現(xiàn)場總線

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互操作性

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更低的安裝費用

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更低的維護費用

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有助于維護

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改進功能2023/9/2528分布式控制的技術(shù)發(fā)展（續(xù)）◆

開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

—Client/Server網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

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標準網(wǎng)絡(luò)通信接口

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數(shù)字儀表綜合化

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數(shù)字儀表可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制功能運算、操作監(jiān)視、報警和控制，一些儀表還包括高級的控制算法

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采用數(shù)字儀表可大大節(jié)約現(xiàn)場接線和安裝費用，現(xiàn)場信號用同軸電纜傳送