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1、第一章1-1大家好! 今天呢我们来介绍第一章，集散控制系统的第一节，DCS的概述。在这个集散控制的概述这一部分里面呢，我们主要来介绍一下这个集散控制的一些基本的知识，下面我们来看一看关于学习目标和课程简介。那么学习目标呢主要来了解一下集散系统的一些基本的概念、发展、特点、结构和分类。课程简介方面，这节课主要给大家介绍的是集散系统的基本概念、发展历史、技术特点、结构形式和产品类型，授课的深度以了解为原则。下面我们来看一下知识结构。那么这节课的知识结构呢主要包括这么四大部分内容，第一个是DCS的发展背景、第二个是DCS的应用特点、第三个是DCS的结构体系，第四个是DCS结构分类。那么在这四部分内容
2、里面，他们分别又包括一些小的方面，比如说像发展背景里面，就要来介绍一下发展历程和发展趋势；在应用特点里面主要介绍一下应用概况和技术特点。在结构体力里面要介绍四个结构，他们分别是过程控制级、集中监控级、生产管理级和综合管理级。在结构分类里面主要来介绍一下集散系统的产品结构类型和一些实用结构类型。 首先我们介绍第一个，集散系统的发展背景。这个集散系统的发展背景我们先从它的发展历程来看。1975年，美国霍尼威尔公司首次推出了综合分散控制系统TDC2000（Total Distributed Control-2000），它的问世立即引起了工业界的极大轰动，被称之为“最鼓舞人心的事件”。随后世界各国大公
3、司纷纷效仿，推出了一个又一个集散控制系统。从此过程控制迈进了集散系统的新时代。下面我们看看这个变革的过程。 首先来看看初创期，初创期是在1975到1980年期间，那么这时候是第一代产品，主要的生产公司和产品有：美国霍尼威尔公司的TDC2000，日本横河公司的YAWPARK，美国福克斯博罗公司的SPECTRUM，贝利公司的NETWORK90，德国西门子公司的*TELEPERM M，英国肯特公司的P4000，还有日本东芝公司的TOSDIC。那么这些产品呢，他的主要特点集中在这么三个方面：一个是利用先进的CPU技术构成控制站，实现的控制功能是成熟可靠的。第二个选用CRT进行监视，所提供的信息比较少，
4、因此人机界面功能显得薄弱一点。第三个各个厂家独自技术，专利产品，通讯自成一体，没有一个相互数据通讯的技术标准。 看下面一个时期。第二个时期是成熟期，是从1980年到1985年，之后的产品是第二代产品，主要的生产公司有美国霍尼威尔公司的*TDC3000，菲舍尔公司的PROVOX，泰勒公司的 MOD300，西屋公司的WDPF，日本横河公司的YEWPACK-MARK。那么这个时期的这些产品主要特点也是反映在三个方面，第一个方面是增加了局域网，因此数据通讯能力提高了，DCS的结构逐渐地靠拢计算机系统。 第二个方面是除了反馈控制功能之外，增加了顺序控制功能，使控制能力进一步扩展。第三个，操作站的显示图形
5、更加丰富，从键盘操作发展到鼠标操作，还增加了触屏功能，使人机界面更加友好。 看第三个阶段，第三个阶段是扩展期，1987年以后，这时候是第三代产品，主要生产公司有美国霍尼威尔公司的TDC3000LCN/UCN，日本横河公司的CENTUM-XL；XL，美国福克斯博罗公司的*I/A Series，还有贝利公司的INFI90，西屋公司的WDPF。那么这时候的产品的主要特点也分了四个方面。一个是增加了上层网络，引进了管理功能，形成控制、监视、管理的三层框架结构，第二个通讯网络采用标准化产品，选用各种实时网络和以太网；第三个操作站全部采用市场化产品，如windowsNT操作系统。第四个组态语言实现了标准化
6、，大多数产品采用IEC61131-3国际标准的五种组态语言。 第四个阶段就是2000年以后的高速发展期，那么这时候是第四代产品。主要生产公司有美国霍尼威尔公司的EXPERION PKS，日本横河公司的CS3000 R3，美国福克斯博罗公司的A2，爱默生公司的PLANT WEB，还有ABB公司的INDUSTRIAL IT。 那么这个时候的特点，主要是集中在四个方面，一个是信息化和集成化程度提高了，另外呢，引入了混合控制系统；第三个，DCS包含了现场总线的功能，使控制功能进一步分散开来，最后一个是DCS平台开放化，应用服务更加专业化。那么下面我们来介绍一下发展背景里面的第二个问题的发展趋势。那么从
7、上面的介绍我们知道了，DCS是计算机技术、控制技术、通讯技术和CRT显示技术的综合产物。具有控制、危险分散，显示、操作集中，可靠性高的特点。许多年前，当FCS出现时，不少人预测将来FCS会取代DCS。然而发展到今天，DCS依旧具有较强的生命力。近几年我国DCS的增速大概维持在10%以上，也说明了这一点。现在的DCS作为生产过程自动化的计算机技术，向下延伸到现场的检测仪表、调节阀，向上扩展到生产管理、企业经营，完全突破了生产过程自动控制这个区域。定位到企业全面解决问题的高度上。DCS今后的发展趋势应该延续这个目标。做到技术水平不断的提升，技术内容不断的创新，那么从目前各个厂家的产品来看，比如：霍
8、尼威尔公司的过程知识系统 (PKS)，爱默生公司的易普森过程管理系统(Plant Web)，都表现出了这个特点来。 那么下面我们要介绍的是第二部分，关于集散系统的应用特点，应用特点首先我们来看看第一个就是关于集散系统的应用概况。那么我国的化工企业应用集散系统最多了，到1998年为止，有1100多套不同型号的DCS在化工企业投入使用。其中100%的大型乙烯厂、94%的大型氨厂、65%的中型氨厂都应用DCS进行过程控制和企业管理。吉化公司化肥厂应用DCS最早，1981年引进日本横河CENTUM系统，控制9个机组的合成氨生产工艺。运行安全可靠，受到广泛好评。随后的10年间，许多大中型化工厂都采用DC
9、S进行技术改造，利用DCS丰富的硬件、软件功能开发了许多先进控制系统，构成了节能效果显著的复杂控制回路，收到了明显的社会效益和经济效益。 下面我们来看看第二部分，就是技术特点。这个技术特点呢一共有这么五个方面，首先我们看看第一个，控制功能丰富。那么几乎所有的DCS都具有反馈控制、顺序控制功能，那么这两个方面适应了化工生产过程的实际需求。 第二个是可靠性高，DCS把控制功能分散到各个计算机上实现，系统结构采用冗余设计，即使一台计算机故障也不会导致系统控制功能瘫痪。另外一个呢，就是DCS的通讯网络采用冗余技术，当一条通讯链路发生故障时，可以通过另一条通讯链路通讯，保证通讯网络的正常工作。 第三个是
10、开放性好，DCS采用局域网方式通信，便于和其他计算机系统实现数据通讯，标准的通讯接口和通讯协议，使不同厂家的产品可以互连互换。 第四个是灵活性强，灵活性强主要体现在DCS组态方便，根据测量、控制的方案选用功能模块连接，就可以构成需要的控制系统，调用基本图形连接就可以构成工艺流程图，通过填空连接就可以组成多种监视和操作画面。 第五个特点是易于维护。DCS的某个局部或某个计算机出故障时，可以在不影响系统运行情况下在线更换，具有维护简单、快捷的特点。那么上面呢，我们就介绍了五个集散系统的技术特点，下面我们来介绍第三个，集散系统的结构体系。 这个集散系统的结构体系方面，一共有四个方面来考虑，一个叫过程
11、控制级、第二个叫集中监控级、第三个叫生产管理级、第四个叫综合管理级。那么这四部分相应的，首先来看第一个过程控制级，过程控制级主要包括哪些部件呢？他们包括的是现场控制站、现场仪表、可编程调节器、PLC等等。 那么他们实现什么功能？主要实现的是：过程数据的采集，数据检查，开环控制和闭环控制，设备检测和系统测试、自诊断，实施安全性、冗余化措施。 第二个是集中监控级，主要包括的是：操作员站、工程师站、功能仪表等等。那么主要实现的功能是完成系统组态，监视过程控制的所有信息，完成参数修改、报警确认、数据存档、打印报表等操作。 再看第三个部分，第三个部分就是生产管理级主要部件就是一个管理计算机，这个管理计算
12、机主要来规划产品的结构和规模，监视生产过程，检查产品质量，整理生产报告。 最后是综合管理级，主要部件是应用服务器，实现的功能就是实现企业的生产调度、计划、销售、库存、财务、人事等方面的协调管理工作。 下面我们来介绍这个结构里面的产品的结构类型。我们谈产品结构类型呢，首先谈谈第一个，就是用的是：控制器+数据公路+操作站+上位机这个产品结构。这个产品结构类型他的特点是对最初产品做了改造和扩展，目的是提升产品的性能指标。属于第一代典型产品。比如美国霍尼威尔的产品TDC2000就属于第一代产品。那么我们现在看到的这张图是霍尼威尔TDC2000产品的一个结构图，它属于第一代产品。那么在这个图里面呢，它有
13、数据公路，还有控制器，这个控制器包括的是多功能控制器、基本控制器和扩展控制器，那么另外还有操作站和工程师站。 再看第二种，第二种是控制器+通讯网络+信息管理系统。那么这个结构形式呢，它的主要特点是通讯网络采用了局域网技术，因此产品的联网、通信能力迅速提高。属于第二代典型产品。在第二代典型产品里面，主要有美国霍尼威尔公司的TDC3000这个产品。这张图是霍尼威尔公司的TDC3000，集散控制系统的结构图，它属于第二代产品，主要包括局部控制网络、万能控制网络，数据公路这三种通信网络。那么在控制站里面呢，包括的是基本控制站、扩展控制站，多功能控制站、先进的多功能控制站等等。那么另外呢，它还有逻辑管理
14、站。在操作站方面它有万能操作站，还有万能工作站，还有历史模件和应用模件等等。 再看第三个，第三个是现场控制站+局域网+信息综合管理系统。那么这个结构形式它的特点是产品硬件结构做了更新，在开放化系统互连、互操作方面有了新的进展，进一步融合现场总线技术，可与智能仪表通信。属于第三代典型产品。比如像美国ABB公司的产品工业IT就属于这一类的。这张图是ABB公司的集散控制系统，它属于第三代产品。那么在网络方面呢，它有服务网络、控制网络还有现场总线三级。那么在控制器方面呢它有PRC现场仪表，还有控制器等等这些现场控制方面的装置。那么在操作站方面它有操作站还有工程师站等等。 再看第四种的产品结构类型是PL
15、C+通讯网络+操作站。那么这个是用PLC来构成一个集散系统，它的特点呢是比较适合工业生产过程的逻辑控制、联锁保护。属于侧重顺序控制的DCS典型产品。 再看第五种，第五种是可编程调节器+通讯网络+操作站，特点是比较适合工业生产过程的反馈控制。属于侧重反馈控制的DCS典型产品。那么我们现在看到的图它是用日本横河生产的YS170这个调节器，YS170调节器本身是一个可编程调节器，那么用它加上通讯网络，然后再加上一些接口，比如IS485的接口，那么就再加上一个打印机、还有计算机，就可以组成一个什么呢？组成一个集散控制系统了。那么这个集散控制系统呢，因为SPC调节器虽然是有顺序控制的一些功能，但是它主要
16、是实现一些模拟量的反馈控制，所以它是侧重于反馈控制的一个类型。 下面我们来介绍的是最后一个问题，关于DCS的实用结构类型。那么这些实用结构类型里面呢，它一共是这么几个、四个方案，先看前三个方案。前三个方案的第一个方案是单回路控制器+通信网络+工业控制机。 第二个方案是可编程逻辑控制器+通信网络+工业控制机。 第三个方案是智能前端+通信网络+工业控制机。那么你看这三个方案的特点呢，他们都是用工业控制机来做什么呢？来做操作站，来进行系统的监视和操作。那么相关的操作站的软件，既可以自行开发、也可以市场购买。 最后一种第四种是工业控制机+通信网络+工业控制机，第4种方案的特点是 一个工业控制机做现场控制站，一个工业控制机做操作站，那么相关的控制站和操作站软件既可以自行开发也可以市场购买。 今天呢我们就介绍到这里，谢谢观看。 1-2同学们，大家好！ 今天我们来介绍那个第一章，集散控制系统,第二节集散控制系统硬件系统。 那么在集散控制系统节目课
