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1、计算机控制技术,集散控制系统原理及其应用,课程,教材资料：,计算机控制技术,DCS/FCS,第一讲 绪论、系统组成及类型,绪论,计算机控制系统的组成,计算机控制系统的应用类型,思考题,云南广播电视大学/云南国防工业职业技术学院 机电工程学院 电气教研室,赵祖武,DCS出现的背景, 控制系统的可靠性问题 ： 因DDC控制集中，危险也集中，需迫切寻求新的途径，以解决控制系 统的可靠性问题。即希望吸收常规控制仪表（控制分散、危险也分散）和 计算机（集中操作、集中管理、集中显示）两者的优点。DCS因此而产生！ 复杂过程的协调优化问题： 对于复杂过程，其协调优化控制要求采用多级分布式控制的体系结构， 而
2、DCS的出现正好顺应了这一时代发展的要求！ 计算机及其网络的发展： 微型计算机性价比的提高及其网络技术的发展，为DCS的出现与发展奠 定了坚实的物质基础！,DCS的发展,DCS的体系结构(Structure),DCS一般采用现场控制级、过程监控级和过程管理级三级结构，相应的通信网络为现场控制网络、系统网络、管理网络，级内各站或各单元由本级的通信网络进行连接与通信。各级网络经通信接口设备（HUB/交换机/网桥/网关）互连。DCS第一、二、三代产品的结构如图所示。第四代的DCS则采用四级结构：现场仪表、装置控制、工厂监控与管理、经营管理。,典型DCS的体系结构： 过程控制级、过程监视级、过程管理级
3、。,典型DCS的体系结构,现场控制站：是DCS的核心，实时性要求高。完成数据的采集与处理、局部控制等。,工程师站 ： 进行系统配置（网络定义、I/O站与操作员站的定义及站号分配、数据点的组态等）、控制方案及控制算法组态、过程监控画面与报表的组态等。,操作员站： 人机界面的操作、状态监视、报警处理、报表打印等。,集散控制系统（DCS）的基本构成：,过程控制装置：现场控制站、数据采集站 集中操作管理装置：操作站、工程师站、监控计算机 通信系统：各层间通信网络,DCS的特点：,系统构成灵活 操作管理便捷 控制功能丰富 信息资源共享 安装调试简单 安全可靠性高 性能价格比高,(一）1975-1980（
4、初创期） 相应的产品称之为 第一代DCS,注重控制功能的实现，在功能上更接近仪表控制系统。 各厂家的DCS系统均由专有产品构成。,DCS的四个发展阶段,Honeywell TDC-2000 Bailey Network-90 Foxboro Spectrum Leeds & Northrup MAX-1 日本横河 CENTUM Kent公司 P4000 西门子 TelepermM 东芝公司 TOSDIC,世界上的第一套DCS,1975年12月，美国霍尼威尔（Honeywell）公司正式向市场推出了世界上第一套集散控制系统TDC-2000系统，成为最早提出集散控制系统设计思想的开发商。,（二）1
5、980-1985(成熟期) 相应的产品称之为 第二代DCS, 引入了局域网作为主干网，开始摆脱仪表控制系统的影响，向计算机控 制系统靠近，但网络协议仍各自为政。 在控制功能上：除回路控制外，增加了顺序控制、逻辑控制；加强了系 统管理站的功能。 在人机界面方面：图形用户界面逐步丰富。,Honeywell TDC-3000(LCN) Westing House WDPF Fisher PROVOX Rosemount RS3 Talor MOD-300 日本横河 YEWPACK-MARK ,（三）1985-90年代(扩展期) 相应的产品称之为 第三代DCS,Honeywell TDC-3000(U
6、CN) Westing House WDPF Foxboro I/A Series Leeds & Northrup MAX-1000 Bailey INIF-90 日本横河 CENTUM-XL/XL 日立 HIACS ,增加了上层网络，将生产的管理功能纳入到系统中，形成三级结构： 直接控制、监督控制和协调优化、生产管理。 各厂家已普遍采用标准网络产品。除现场控制站专有外，其余已采 用了市场采购的商品。 各种DCS的直接控制功能几乎无差异，相互间的差异主要体现在与 不同行业应用密切相关的控制方法和高层管理功能上。 组态实现标准化。,（四） 90S以后 相应的产品称之为 第四代DCS ( 或新型
7、DCS ), Information（信息化） 、Integration（集成化） 混合控制，包容FCS；平台的开放化、应用服务专业化 。 I/O处理单元小型化、智能化、低成本。,Honeywell Plant Scape (大/中/小/微型)、 Experion PKS(过程知识系统） Foxboro A2 Siemens PCS7 横河 CS3000-R3 （PRM-工厂资源管理系统） ABB Freelance 2000、IndustrialIT 艾默生 DataV、Plantweb 和利时 HOLLiAS 浙大中控 Webfield ECS-100 上海新华 XDPF-400,国外著名
8、DCS产品,国内著名DCS产品,（体现在硬件结构、应用软件和网络协议方面）,底层向智能化及现场总线方向，使DCS向全数字化、彻底分散化方向发展； 高层向综合管理与决策化方向发展。 采用IEC61131-3编程标准、 ActiveX/DDE/NDDE/ODBC/OPC技术、通用 化监控软件（iFIX/InTouch等），使DCS向开放化方向发展。 工业以太网技术和Web Server功能的引入，使DCS “E网到底”：设备级网络、控制级网络、管理级网络均采用以太网，便于系统的互连与集成。 DCS与PLC相互渗透、融合，实现混合控制。 DCS应用服务专业化。,DCS的新进展(New Develop
9、ment),Open Architecture Open Software Open Control Open Information Open Application,计算机控制技术视频欣赏,计算机控制系统的组成原理,计算机控制系统，是以计算机为核心部件的自动控制系统。用计算机取代常规的检测、控制、显示、记录等仪器设备和大部分操作管理的职能，并具有较高级的计算方法和处理方法，使生产过程按规定方式和技术要求运行，以完成各种过程控制、操作管理等任务。,计算机控制系统的组成,广义对象,计算机,计算机单闭环控制系统结构框图：,计算机控制技术,DDC单回路,计算机控制系统基本框图（单闭环）,控制器,对
10、象,D/A,A/D,+,-,检变,计算机控制技术,液位检测与 变送装置,模拟I/O,用户,储水塔,计算机控制系统工作的三个步骤：,（一）实时数据采集 （二）实时控制决策 （三）实时控制输出,何为“实时”？,可以把实时理解为同时，同步的意思。在计算机控制中，信号输入、计算决策和输出控制都要在一定的时间范围内完成，如果超出这个时间，就失去了控制时机。故而，一个实时控制系统必定是一个在线系统。,计算机控制系统：,硬件系统（工业控制机和现场对象）和软件系统,1、硬件系统：,包括工业控制机和现场对象两大部分。 工业控制机：微机或单片机（CPU、I/O、接口、外设） 现场对象（生产过程）：被控对象、测量变
11、送、执行机构,2、软件系统：,包括：系统软件和应用软件 系统软件：操作系统、监控管理、语言处理、故障诊断、组态软件 应用软件：根据生产过程开发的控制程序（用户程序）,计算机控制系统主要可以分为六种类型：,数据采集系统（DAS） 直接数字控制系统（DDC） 监督计算机控制系统（SCC） 分级控制系统（LCS） 集散控制系统（DCS） 现场总线控制系统（FCS）,计算机控制系统的应用类型,1、数据采集系统（DAS）：,计算机只承担数据的采集和处理工作，而不直接参与控制。,现场对象（生产过程）,过程输入通道（IN）,计算机（CPU),显示,记录,打印,报警,2、直接数字控制系统（DDC）：,计算机闭
12、环控制，最普遍，最基础的应用方式。,现场对象（生产过程）,过程输入输出通道（I/O）,DDC计算机（CPU),显示,操作,打印,报警,3、监督计算机机控制系统（SCC）：,DDC级计算机的设定值由上位SCC级计算机优化给定。,现场对象（生产过程）,过程输入输出通道（I/O）,DDC级计算机,SCC级计算机,数据通信,IN,工业数据,显示、打印、记录、报警,操作,4、分级控制系统（LCS）：,（1）装置控制级（DDC）（过程控制级） （2）车间监督级（SCC）（过程监视级） （3）工厂集中控制级（管理级） （4）企业管理级,5、集散控制系统（DCS）：,结构（横向）分布(分散）、功能（纵向）分层
13、（分级）。,现场对象（生产过程）,过程输入输出通道（I/O）,控制站DDC,过程输入通道（IN）,数控采集站DAS,监控计算机（上位机）,操作站,数据库,通信系统（局部网络）,6、现场总线控制系统（FCS）：,连接智能设备和自动控制设备的，双向、串行、数字式、多节点的通信网络现场总线,现场对象（生产过程）,现场设备,现场总线,工作站,现场设备：智能化仪表（检测变换+通信、执行+通信）,END,思考题,1、 DCS的发展经历了哪几个阶段？ 2、计算机控制系统实时性工作指哪3个方面？实时性的含义是什么？ 3、计算机控制系统有哪几种应用类型？各类型的显著特点是什么？ 4、DCS典型的三级功能结构是什么？各级的主要功能是什么？ 5、简述计算机控制系统的组成，并画出单闭环计算机控制系统的框图。,