DCS的基本结构及原理

1、分散控制系统的基本结构和原理，分散控制系统的概念，分散控制系统的结构特点，分散控制系统的控制原理，分散控制系统与仪表控制系统的区别，主要内容，分散控制系统的概念，分散控制系统：分散控制系统在英语中字面翻译为“分散控制系统”。因为有很多制造商，不同的系统设计，不同的功能和特点，产品的命名有其自身的特点。在中国的翻译中，也有不同的名称：分布式控制系统；全分布式控制系统(简称TDCS或上止点)；分布式计算机控制系统(简称DCCS)。系统组成、三站一线：工程师站、操作员站、现场控制站、系统网络、工程师站、离线组态的网络联系人、组态工作和DCS的在线系统监督、控制和维护。主要功能：为集散控制系统配置提供

2、工具和软件，当集散控制系统在线运行时，实时监控集散控制系统网络上各节点的运行情况，以便系统工程师通过工程师站及时调整系统配置和一些系统参数设置，使集散控制系统随时处于最佳工作状态。操作员站和网络节点，处理与操作相关的所有人机界面(his或OI、操作员界面或人机界面)功能。主要功能：为系统操作员提供人机界面，让操作员了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况等。及时通过操作台，通过输入设备控制和调整工艺流程，确保生产过程的安全、可靠、高效和优质。现场控制站是集散控制系统的核心。处理现场输入输出并实现直接数字控制功能的网络节点。系统的主要控制功能由它来完成。系统性能和可靠性等重要指标也

3、取决于现场控制站。它的设计、生产和安装都有很高的要求。分散控制系统中的主要任务执行器。系统网络是连接系统所有站点的桥梁。由于集散控制系统由不同功能的站组成，这些站之间必须实现有效的数据传输，才能实现系统的整体功能。系统网络的实时性、可靠性和数据通信能力关系到整个系统的性能，尤其是网络的通信协议、网络通信的效率和系统功能的实现。集散控制系统实现的技术关键。分散控制系统的结构、基本组成，基本组成由现场级、控制级、监控级和管理级组成。现场级主要包括各种工艺通道卡或模块。控制级别包括所有工艺站。监控级别包括辅助设备，如工程师站、操作员站、历史站和打印机。管理层包括管理计算机。四层中间对应的通信网络由三

4、层组成：控制网络(Cnet)、监控网络(Snet)和管理网络(Mnet)。现场液位传感器、变送器、执行器等。现场级设备通常位于受控生产过程附近。典型的现场级设备是各种传感器、变送器和执行器，它们将生产过程中的各种物理量转换成电信号。例如：向控制站或数据采集站发送符合现场总线协议的420mA电信号(通用变送器)或数字信号(现场总线变送器)，并将控制站输出的控制量(420mA电信号或现场总线数字信号)转换为机械位移，驱动调节机构控制生产过程。目前，现场级信息传输有三种方式：一是传统的420mA(或其他类型的模拟信号)模拟传输方式；一种是现场总线的全数字传输方式；一种是混合传输模式，其中调制的数字信

5、号叠加在420mA模拟信号上。基于现场总线的现场信息数字化传输是未来的发展方向。控制级-现场控制站，主要由现场控制站和数据采集站组成。通常，在发电厂中，现场控制站和数据采集站集中安装在主控制室后面的电子设备室中。现场控制站接收来自现场设备(如传感器和变送器)的信号，根据特定的控制策略计算所需的控制量，并将其发送回现场执行器。现场控制站可以同时完成连续控制、顺序控制或逻辑控制功能，也可以只完成其中一项。控制级数据采集站类似于现场控制站，也接收现场设备发送的信号，对其进行必要的转换和处理，然后发送给分布式控制系统的其他部分，主要是监控级设备。数据采集站接收大量过程信息，并通过监控设备传输给操作员。

6、数据采集站不直接完成控制功能，这是它与现场控制站的主要区别。一般来说，电子室不再是独立设置的，更多的是一个远程输入输出站。监控层的主要设备包括操作员站、工程师站、历史站和计算站。操作台安装在中央控制室。工程师站、历史站和计算站一般安装在电子设备室。监控级操作员站，是操作员与分布式控制系统交换信息的人机接口设备。操作员通过操作台监控整个生产过程。操作人员可以在操作台观察生产过程的运行情况，读出各过程变量的值和状态，判断各控制回路是否正常工作，并随时切换手动/自动控制模式，修改给定值，调整控制量，操作现场设备干预生产过程；此外，操作员站还可以打印各种报告，并在屏幕上复制图片和曲线。为了实现上述功能

7、，操作台由具有强大图形处理功能的微型计算机和相应的外部设备组成，一般配有大屏幕显示器、大屏幕显示装置、打印机、键盘、鼠标或球标。监控级工程师站，是为控制工程师配置、配置、调试和维护分布式控制系统而设置的工作站。工程师站的另一个功能是对各种设计文件进行分类和管理，形成各种设计文件，如各种图纸和表格。工程师站一般由装有一定数量外部设备的PC机组成，如打印机、绘图仪等。监控级-历史站，主要任务是存储过程控制的实时数据、实时报警、实时趋势等与生产密切相关的数据，用于事故分析、性能优化计算和故障诊断；与外网的接口也可以通过历史站实现，这样外网就可以在不直接接入DCS监控网络的情况下获得所需的数据，既保证

8、了开放性又保证了安全性。管理层-管理系统。管理层次包含广泛的内容。一般来说，它可以是发电厂的厂级管理计算机，也可以是几个机组的管理计算机。它面对的用户是行政或运营经理，如厂长、经理、总工程师和长期价值。工厂级管理系统的主要任务是监控企业各部分的运行，利用历史数据和实时数据预测各种可能的情况，协助企业管理者从企业的整体利益出发做出决策，帮助企业实现其规划目标。管理层-管理计算机。管理计算机的要求是：实时操作系统和能够高速响应控制系统的数据库。大量数据的高速处理和存储可以连续运行冗余和高可靠性的系统，长时间保存生产数据，具有优秀、高性能和便捷的人机界面，丰富的数据库管理软件、过程数据采集软件、人机

9、界面软件、生产管理系统生成等工具软件，从而实现全厂联网和计算机集成。管理层-实时监控和日常管理。管理水平也可以分为再实时监控是全厂各单元和常用辅助工艺系统的运行管理层，承担全厂性能监控、运行优化、负荷分配和日常运行管理的任务，即监控信息系统(SIS)。日常管理负责全厂的管理决策、计划管理、行政管理等任务，即管理信息系统(MIS)。系统网络结构、通信介质、集散控制系统网络，在早期的集散控制系统中，传统的集散控制系统大多采用制造商开发的专用计算机网络。该网络覆盖用户的工厂级管理信息系统以及现场控制站的输入/输出子系统。系统网络，包括其硬件和软件，是由各种制造商专门设计的专有产品。近年来，随着技术的

10、发展，分布式控制系统的网络化取得了很大的进步。许多标准网络产品相继推出，尤其是以太网逐渐成为事实上的工业标准，越来越多的集散控制系统制造商直接采用以太网作为系统网络。随着网络技术的不断进步，分布式控制系统的上层将与互联网融合，而下层将采用现场总线通信技术将通信网络扩展到现场。最后，实现了基于现场总线的底层网络：基于局域网的企业网、基于广域网的内部网、互联网。从功能上看，分散控制系统是一个多功能的分级控制系统，按功能可分为四个层次：运行管理、生产管理、过程管理(监督和控制)和直接控制。并非所有应用中的集散控制系统都具有上述四种功能。目前，大部分应用系统只在中小规模的第一层和第二层进行配置和播放，

11、而少数应用系统使用第三层功能，在大规模集成控制系统中只应用全部四层功能。现场控制站，现场控制站的硬件一般采用专用工业计算机系统。它主要包括两部分：一部分是由运算单元(即主中央处理器)和存储器组成的计算机单元，称为逻辑部分或主控制器；另一部分是现场测量单元和执行单元的输入输出设备，即过程量输入输出或现场输入输出，称为过程通道。从系统的结构形式来看，集散控制系统确实类似于仪表控制系统。现场端仍采用模拟仪表的传输单元和执行单元，主控室端采用计算单元和显示、记录及定值单元。但从本质上讲，集散控制系统和仪表控制系统是有本质区别的。集散控制系统和仪表控制系统的区别。首先，集散控制系统是基于数字技术的。除了

12、现场的传输和执行单元，所有其他都是数字模式。此外，集散控制系统的计算单元不是为每个控制回路设置一个计算单元，而是将几个控制回路集成在一起，由一个现场控制站完成这些控制回路的计算功能。这种结构不仅是为了成本。一个控制站执行多回路控制的结构形式是由于集散控制系统现场控制站有足够的能力完成多个回路的控制计算。分布式控制系统具有很大的灵活性。从功能上讲，当一个现场控制站执行多个控制电路的计算和控制功能时，协调控制电路更加方便，这在模拟仪表系统中是无法实现的。一个现场控制站应该控制多少个回路与被控对象有关。系统设计人员可以根据控制方法的要求，安排系统中使用多少个现场控制站，以及在每个现场控制站中布置哪些

13、控制回路。在这方面，区议会有很大的灵活性。分散控制系统的特点分散模式，2)分散模式从仪表控制系统的角度来看，分散控制系统最大的特点是它具有传统模拟仪表所不具备的通信功能。从计算机控制系统的角度来看，集散控制系统的最大特点是将整个系统的功能分成几个不同的计算机，每台计算机通过网络实现协调和系统集成。在分布式数据控制系统中，计算机的功能可分为检测、计算、控制和人机界面。在集散控制系统中，检测、计算和控制由现场控制站的计算机完成，人机界面由操作员站的计算机完成。这是两种功能完全不同的计算机。一个系统有多个现场控制站和多个操作员站，每个现场控制站或操作员站控制或监控一些受控对象。这种划分是功能相同但范

14、围不同的计算机。分散控制系统的特点，因此，分散控制系统中多台计算机的划分具有功能以及控制和监视范围。这两个部分构成了跟单信用证“分销”一词的含义。3)数据库系统的总体数据库是分布式控制系统的核心。有了这个整体数据库，分布式控制系统才能真正实现资源共享。每个控制站都有一个分布式数据库，其中只包含每个站所需的数据点信息。通过分散的数据采集和处理，在作为分散控制系统软件核心的整体数据库的基础上形成整体数据库。数据库设计是分布式控制系统的核心，上层数据库和下层数据库应该保持一致，避免冲突。数据库配置也是整个分布式控制系统设计的关键。如何合理分配数据点，使得各个现场站的结构更加合理，数据交换更加合理。因

15、此，数据库设计是分布式控制系统的核心。数据库确认后，可以进行进一步的配置工作，所有的显示、操作、报告和历史记录都围绕数据库进行。集散控制系统的定义：集中显示，分散控制。1)集中数据库，显示和管理整个系统的数据信息，实现信息的集中管理，方便资源共享。2)分布式处理单元，系统可以有多个现场控制站，每个控制站控制部分电路；集散控制系统定义，1)以回路控制为主要功能的系统；2)除变送器和执行单元外，各种控制功能、通信和人机界面均采用数字技术；3)用计算机阴极射线管、键盘和鼠标/轨迹球代替仪表板，形成系统人机界面。4)回路控制功能由现场控制站完成，系统可以有多个现场控制站，每个控制站控制回路的一部分；5

16、)人机界面由操作员站实现，系统可以有多个操作员站；6)系统中的所有现场控制站和操作员站通过数字通信网络连接。信号传输方式的演变，机械气动模拟电量数字电量基础仪表向单元组合仪表的发展，以及控制装置向控制系统的发展，导致这种根本变化或质变的因素是信号传输的出现。也就是说，信号传输技术导致了功能的划分和协作，这使得控制设备演变成控制系统。正是因为信号传输起着如此重要的作用，其标准的发展和演变才成为仪表控制系统划时代的标志。信号传输方式的演变，如qdz的符号是20100 kPa的信号传输标准；二类电气单元组合仪表的标志为010毫安信号传输标准；三类电气单元组合仪表的标志是420毫安的信号传输标准。近年来，被控制工程界广泛关注的现场总线标准是控制系统从模拟技术向数字技术演变后的新一代信号传输标准。计算机可靠性提升计算机控制系统。电子计算机诞生于20世纪40年代，但直到1958年才进入控制领域。它在控制系统中的发展与计算机的可靠性密切相关。计算机控制系统在电厂中的应用深度表明了它与可靠性的关系。对于控制系统因此，首先应用的计算