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1、第二章第二章 集散控制系统的构成集散控制系统的构成 n n 第一节第一节 集散控制系统的构成方式及功能集散控制系统的构成方式及功能 n n 第二节第二节 DCSDCS的结构特点的结构特点 n n 第三节第三节 JX-300XJX-300X集散控制系统的构成集散控制系统的构成 n n 功能分层功能分层是集散控制系统的体系特征是集散控制系统的体系特征 ，反映了集散控制系统的，反映了集散控制系统的“ “分散控制、分散控制、 集中管理集中管理” ”的特点。的特点。 n n 典型系统分为四个层次典型系统分为四个层次 pp 集散控制系统的构成方式：分四个集散控制系统的构成方式：分四个 层次层次 第一节第一
2、节 集散控制系统的构成方式集散控制系统的构成方式 及功能及功能 一、分层结构 四个层次 1 1、现场级的功能、现场级的功能 n n 采集过程数据，对数据进行数据转换；采集过程数据，对数据进行数据转换； n n 输出过程操作命令；输出过程操作命令； n n 进行直接数字控制；进行直接数字控制； n n 完成与过程装置控制级的数据通信；完成与过程装置控制级的数据通信； n n 对现场控制级的设备进行检测和诊断。对现场控制级的设备进行检测和诊断。 现场级实现控制的前提：微处理器进入现场变送器、传感 器和执行器；现场总线的应用。部分或完全完成过程控制 级的功能。 四个层次 第二层第二层 2 2、控制级
3、的功能、控制级的功能 结构：过程控制设备结构：过程控制设备( (下位机下位机) )+I/OI/O卡件卡件 功能：功能： n n 进行数据转换和处理；进行数据转换和处理； n n 数据的监视和存储；数据的监视和存储； n n 实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控 制作用；制作用； n n 数据和设备的自诊断；数据和设备的自诊断； n n 数据通信。数据通信。 通信网络 I/O卡 控制器 四个层次 第三层第三层 3 3、监控级的功能、监控级的功能 中央控制室：操作站、工程师站中央控制室：操作站、工程师站( (上位机上位机) )、打印机、计算站、打印机、计算站
4、 功能：功能： n n 数据显示与记录；数据显示与记录； n n 过程操作（含组态操作、维护操作）；过程操作（含组态操作、维护操作）； n n 数据存储和压缩归档；数据存储和压缩归档； n n 报警、事件的诊断和处理；报警、事件的诊断和处理； n n 系统组态、维护和优化处理；系统组态、维护和优化处理； n n 数据通信；数据通信； n n 报表打印和画面硬拷贝。报表打印和画面硬拷贝。 工作站 通信网络 ( (集散控制系统集散控制系统 DCSDCS）集中操作监控集中操作监控 级级 四个层次 第四层第四层 4 4、全厂优化和调度管理级的功能、全厂优化和调度管理级的功能 从系统的观点：原料从系统的
5、观点：原料销售；优化协调销售；优化协调 功能：功能： n n 优化控制；优化控制； n n 协调和调度各车间生产计划和各部门的联系协调和调度各车间生产计划和各部门的联系 ； n n 主要数据的显示、存储和打印；主要数据的显示、存储和打印； n n 数据通信。数据通信。 二、集散控制系统的构成方式二：分块结构 （1 1）分散过程控制装置）分散过程控制装置 （2 2）操作管理装置）操作管理装置 （3 3）通信系统）通信系统 集散系统的基本结构：集散系统的基本结构： “ “三大块三大块” ” （1 1）分散过程控制装置）分散过程控制装置( (下位机下位机) ) n n 是集散控制系统与生产过程间的界
6、面是集散控制系统与生产过程间的界面，即过程界即过程界 面。面。 过程变量过程变量分散过程控制装置分散过程控制装置操作监视的数据操作监视的数据 操作信息操作信息分散过程控制装置分散过程控制装置执行机构。执行机构。 n n 数数/ /模、模模、模/ /数转换、控制算法、软件滤波等数转换、控制算法、软件滤波等 分散过程控制装置部分分散过程控制装置部分的特征的特征 适应恶劣的工业生产环境；适应恶劣的工业生产环境； 分散控制，监视和控制分离；分散控制，监视和控制分离； 实时性；实时性； 独立性和可靠性要求高。独立性和可靠性要求高。 （2 2）操作管理装置）操作管理装置( (上位机上位机) ) n n 是
7、集散控制系统与操作人员、管理人员间的界面是集散控制系统与操作人员、管理人员间的界面 ，即人机界面即人机界面。 n n 监视和操作。监视和操作。 集中操作和管理系统部分集中操作和管理系统部分 特征特征 信息量大；信息量大； 易操作性；易操作性； 容错性好；容错性好； （3 3）通信系统）通信系统 n n 是分散过程控是分散过程控 制装置与操作制装置与操作 管理装置之间管理装置之间 数据传递和交数据传递和交 换的换的桥梁桥梁。 通信系统部分特征通信系统部分特征 开放性：上层与其他厂商产品间开放性：上层与其他厂商产品间 互操作性：下层与其他厂商变送器、执行器互操作性：下层与其他厂商变送器、执行器 间
8、间 传输速率传输速率 误码率误码率 中央操作台 网间连接器 生产管理级生产管理级 LANLAN局域网局域网 过程管理级过程管理级 管理计算机 工程师操作站工程师操作站 操操 作作 员员 站站监控计算机监控计算机 网间连接器网间连接器 高速数据公路高速数据公路 过程控制级过程控制级 DDCDDC直接数直接数 字控制站字控制站 数据数据 采集站采集站 多功能多功能 控制站控制站 可编程逻辑可编程逻辑 控制站控制站 单回路调节单回路调节 控制站控制站 （1 1）工业级微机）工业级微机+通信系统通信系统+商用商用PCPC机（或机（或工业级微工业级微 机）机） n n 工业级微机用作多功能、多回路的分散
9、控制装置；工业级微机用作多功能、多回路的分散控制装置； 操作管理机使用操作管理机使用PCPC机，相应软件由软件厂商开发。机，相应软件由软件厂商开发。 （2 2）回路控制器）回路控制器+通信系统通信系统+工业级微机工业级微机 n n 回路控制器作为分散控制装置；工业级微机作为操回路控制器作为分散控制装置；工业级微机作为操 作管理站，通用性强、自行开发软件。适用于中小作管理站，通用性强、自行开发软件。适用于中小 型企业（集散控制系统）。型企业（集散控制系统）。 三、典型硬件构成分析 （3 3）PLC+PLC+通信系统通信系统+工业级微机工业级微机 n n PLCPLC作为分散控制装置；其他同作为分
10、散控制装置；其他同2 2。在制造业广泛应用的。在制造业广泛应用的 集散控制系统的结构，尤其适用于有大量逻辑顺序控制的集散控制系统的结构，尤其适用于有大量逻辑顺序控制的 过程。过程。 （4 4）智能前端）智能前端+通信系统通信系统+工业级微机工业级微机 n n 智能前端指用于生产现场的智能控制设备，作为分散控制智能前端指用于生产现场的智能控制设备，作为分散控制 装置；用于小型集散控制系统。装置；用于小型集散控制系统。 1 1、分级递阶控制体系结构、分级递阶控制体系结构 集散控制系统在水平和垂直方向都是分级集散控制系统在水平和垂直方向都是分级 （层、块）的。（层、块）的。 n n 垂直分级：是指功
11、能方面不同的分级，至垂直分级：是指功能方面不同的分级，至 少有两个分级，即少有两个分级，即监控级监控级和和控制级控制级。 第二节 DCS的结构特点 （1 1）按控制功能多层结构）按控制功能多层结构 控制级控制级：一般的简单：一般的简单 控制控制 优化控制或优化控制或监控级监控级： 对象数学模型和参数已对象数学模型和参数已 知，确定直接控制层的知，确定直接控制层的 控制器的设定值控制器的设定值 学习层或自适应层：学习层或自适应层： 对实际系统的观测来辨对实际系统的观测来辨 识优化层中所使用的数识优化层中所使用的数 学模型结构和参数，使学模型结构和参数，使 模型和实际过程一致模型和实际过程一致 自
12、组织层：按系统总自组织层：按系统总 控制目标选择下层所用控制目标选择下层所用 的模型结构、控制策略的模型结构、控制策略 等等 （2 2）多级结构）多级结构 水平分级：各过程控制水平分级：各过程控制 级之间是互相协调的分级，级之间是互相协调的分级， 它们把数据向上送达操作管它们把数据向上送达操作管 理级，同时接受操作管理级理级，同时接受操作管理级 的指令，各水平分级之间也的指令，各水平分级之间也 进行数据交换；为了减少同进行数据交换；为了减少同 一级的各子系统之间信息的一级的各子系统之间信息的 交换和决策的冲突，在分散交换和决策的冲突，在分散 的各决策子系统添加一级协的各决策子系统添加一级协 调
13、级。调级。 （3 3）多重结构多重结构 信息：自下向上逐渐集中，自上而下逐渐分散。信息：自下向上逐渐集中，自上而下逐渐分散。 第一重：按一定物理规律变化的物理现象；第一重：按一定物理规律变化的物理现象； 第二重：受控系统（从信息处理和控制角度）；第二重：受控系统（从信息处理和控制角度）； 第三重：经济实体，评价其效益和利润（经济学角第三重：经济实体，评价其效益和利润（经济学角 度）度） n n 比较：比较： 多重结构：主要从建模考虑；多重结构：主要从建模考虑； 多级结构：子系统关联、横向分解、纵向分级；多级结构：子系统关联、横向分解、纵向分级； 多层结构：复杂控制规律多层结构：复杂控制规律 （
14、4 4）DCSDCS递阶控制结构的优点递阶控制结构的优点 系统结构灵活，容易改变，系统的容量可以扩大或系统结构灵活，容易改变，系统的容量可以扩大或 缩小；缩小； 控制功能增强，除了直接控制外，还有优化控制、控制功能增强，除了直接控制外，还有优化控制、 自学习、自适应和自组织等功能；自学习、自适应和自组织等功能； 降低了信息存储量、计算量，减少了计算时间；降低了信息存储量、计算量，减少了计算时间； 可以设置备用自系统，降低成本，提高可靠性；可以设置备用自系统，降低成本，提高可靠性； 各级的智能化将进一步提高系统的性能。各级的智能化将进一步提高系统的性能。 2 2、分散控制结构、分散控制结构 n
15、n 分散控制结构的类型：分散控制结构的类型： 垂直型（阶层型）：监视、调整垂直型（阶层型）：监视、调整 水平型：自我管理水平型：自我管理 二者混合型二者混合型 垂直型垂直型( (层次分散层次分散) )与与水平型水平型( (水平分散水平分散) )示示 意图意图 DCSDCS的分散控制结构体现在：的分散控制结构体现在： n n （1 1）组织人事的分散；）组织人事的分散； n n （2 2）地域的分散；）地域的分散； n n （3 3）功能的分散；）功能的分散； n n （4 4）负荷的分散。）负荷的分散。 3 3、冗余控制结构、冗余控制结构 n n 为了提高系统的可靠性，集散控制系统重要设备为了提高系统的可靠性，集散控制系统重要设备 、对全局系统有影响的公共设备上常采用冗余结、对全局系统有影响的公共设备上常采用冗余结 构。构。 n n 经常采用的冗余方式有：经常采用的冗余方式有： 同步运转方式；同步运转方式； 待机运转方式；待机运转方式； 后退运转方式；后退运转方式； 多级操作方式。多级操作方式。 （1 1）同步运转方式）同步运转方式 让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转 ，输入相同的信号，进行相
