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1、1,集散控制系统,教师：李琦 控制科学与工程学院,2,课程介绍,课程说明 控制科学与工程学院开设的专业选修课 考核方式 1、平时成绩20% 2、期末成绩80% 计划学时 4 x 8 = 32 学时,3,课程介绍,教材 集散控制系统原理及应用（第三版） 何衍庆 主编 化学工业出版社，2009年6月 参考书 1.集散控制系统及现场总线 石油化工仪表自动化培训教材编写组 中国石化出版社 2. 集散控制系统原理与应用 俞金寿 主编 化学工业出版社 3. CENTUM CS1000 集散控制系统 赵瑾 主编 化学工业出版社 4.集散控制系统的设计与应用 王常力 主编 清华大学出版社,4,教员信息,姓 名
2、 : 李琦 办公室 : 创新园大厦 A730 电 话 : 84706002-3730 Email : ,5,课程内容组成,集散控制系统的构成 2 学时,2,4,集散控制系统性能指标的评估 4 学时,3,概述 2 学时,1,CS1000控制系统介绍 4 学时,6,课程内容组成,7,第一章 概述,绪论 第一节 集散控制系统的概念 第二节 集散控制系统的特点 第三节 集散控制系统的展望,8,一、DCS的产生,直接作用式气动执行器；控制装置安装在被控过程附近，每个回路有单独控制器；运行人员分布在全厂各处；适用于规模不太大、工艺过程不太复杂的企业。,1. 1930年初期-分散控制,9,典型的单回路连续控
3、制闭环控制系统框图,10,采用中央控制室，信息远距离传输； 变送器、执行器和控制器分离：变送器、执行器安装在现场，控制器在中央控制室； 优点：运行人员可获得整个的生产信息，便于协调控制；,2. 40年代：“集中控制”,11,2. 50年代初：“集中控制”,采用电动单元组合仪表和组件组装式仪表。 变送器、执行器和控制器分离：变送器、执行器安装在现场，控制器在中央控制室。 注意：控制仪表和运行人员在地理上的集中，控制器分别完成各控制任务，故障影响不大，管理集中，仍然分散控制；,12,3. 60年代初：集中控制 计算机用于生产过程直接数字控制，计算机造价高，一台计算机控制全厂的生产过程，整个系统控制
4、任务的集中。 特点：控制集中、管理集中 缺点：受硬件水平限制，计算机可靠性低，一旦发生故障，全厂生产瘫痪。,13,4. 70年代中期:分布式控制系统 分析集中控制的失败，提出了分布式控制系统的概念；把控制功能分散在不同的计算机中完成，采用通信技术实现各部分之间的联系和协调。,14,分布式控制系统:把控制功能分散在不同的计算机中完成，采用通信技术实现各部分之间的联系和协调。,15,1. 30年代初期：分散控制 (控制分散、 管理分散) 2. 40年代：“集中控制” (控制分散、管理集中) 3. 60年代：集中控制 (控制集中、管理集中) 4. 70年代至今:分布式控制 (控制分散、管理集中),总
5、结：,16,1、集中控制系统（Centralized Control System，CCS） 2、分散控制系统（Decentralized Control System，DCS） 3、分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）（集散控制系统）,二、控制系统分类,按照结构分类,17,1、集中控制系统,集中控制系统的概念:单机系统，用一台计算机对多个对象或设备进行集中管理和集中控制。,18,2、分散控制系统,多机系统，多台计算机分别控制不同的对象或设备，各自构成子系统，各子系统间有通信或网络互联的关系。,从整个系统来说，在功能上、逻辑关系上、物理上以及地理位置上
6、都是分散的。以计算机网络为组成核心的控制系统都是分散式系统。,19,3、分 布 式 控 制 系 统,利用控制技术（Control）、计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和阴极射线管（CRT）显示技术4C技术，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的新型控制系统，称集散控制系统，分布式控制系统（ Distributed Control System，DCS ） 。 主要特点：集中管理、分散控制。,20,比较分散控制系统和分布控制系统,相同：结构相似、子系统分散控制，DCS严格地说是分散控制系统的一种。 不同：DCS各子系统有密切联系和信息交换，系统对各子系
7、统的总体目标和任务进行协调和分配。,21,第一章 集散控制系统概述,绪论 第一节 集散控制系统的概念 第二节 集散控制系统的特点 第三节 集散控制系统的展望,22,一、DCS的定义,一类分散控制、集中管理、共用控制、共用显示的、开放的仪表和计算机控制系统。,第一节 集散控制系统的概念,集散控制系统产生的原因,模拟仪表难以胜任生产规模的不断扩大； 仪表技术需要适应工业技术发展的要求； 计算机集中控制的风险太大； 系统上下及子系统之间的通信联系要求越来越高。,23,1. 第一阶段（初创期）（19751980年） 分布控制系统是1975年首先由美国霍尼威尔（Honeywell）公司推出的。(日本横河
8、公司） 基本特点：集中管理、分散控制；融入4C技术，数据通信系统为初级局域网。 第一代典型产品（公司）： Honeywell公司的TDC2000 横河公司的CENTEM Foxboro公司的SPECTRUM 西门子(Siemens)公司的TELEPERM M,二、集散系统的发展历史,24,2. 第二阶段（成熟期）（19801985年） 系统硬件和软件技术不断更新，系统功能扩大或增强； 数据通信系统：总线网或环网；局域网； 缺点：通信系统各自为政、不同厂家通信困难“自动化孤岛”。,二、集散系统的发展历史,第二代典型产品（公司）： Honeywell公司的TDC3000 西屋公司的WDPF ABB
9、公司的MASTER,25,3. 第三阶段（扩展期）（1985年以后） 主要特征：开放系统，局域网：通信标准符合国际标准组织的ISO的OSI（Open System Interconnect）开放系统互连的参考模型；不同制造厂家的产品可以进行数据通信，克服了 “自动化孤岛”等困难； 系统的软件和控制功能也有所增强。 代表产品: 美国Foxboro公司在1987年推出的I/AS系统 Honeywell公司的带有UCN网的TDC3000 横河公司带有SV-NET网的CENTUM-XL,二、集散系统的发展历史,26,4. 第四阶段（网络开放期）（1990年以后） 硬件：开放式的工作站，RISC (Re
10、duced Instruction Set Computing 精简指令集)代替CISC （复杂指令集），客户机/服务器的结构； 开放性、可操作性、互相联系、共享资源及运行第三方软件等已成为各制造厂家生产分布式控制系统的标准；在软件上则采用UNIX系统和X-Windows的图形界面，系统的软件更丰富； 计算机集成制造(CIMS)系统得到了应用。 第四代代表产品： Honeywell公司的TPS控制系统 横河公司的CENTUM-CS Foxboro公司的I/AS 50/51控制系统 ABB公司Advant系列OCS开放控制系统,二、集散系统的发展历史,27,国内外经典系统(DCS),28,随着对
11、管理和控制要求的提高:管控一体化 特点：软硬件、通信的合成化，现场总线的应用；windows操作系统的普遍应用 第五代代表产品：,5. 第五阶段（全网络化期）（1995年-）,国外： Honeywell公司EPKS系统 Emerson公司Delta V系统 横河公司Centum CS3000系统 西门子公司PCS 7系统 国内： 北京和利时信息技术有限公司（HOLLiAS MACS-F 系统；HOLLiAS MACS-S系统） 浙江中控技术股份公司（WebField JX ；WebField ECS系列控制系统） 其它,29,第一章 集散控制系统概述,绪论 第一节 集散控制系统的概念 第二节
12、集散控制系统的特点 第三节 集散控制系统的展望,30,特点一、分散控制,分散的含义： 控制分散、人员分散、地域分散、功能分散、危险分散、设备分散、操作分散。 分散的目的： 使危险分散，提高设备的可利用率,第二节 集散控制系统的特点,31,特点二、集中信息管理与集成,信息集成表现在：管控一体化、信息集成化和网络化 从单一的控制系统发展为开放的网络系统,第二节 集散控制系统的特点,32,特点三、自治性和协调性,自治性：组成部分是各自为政的自治系统，完成各自的功能，独立工作； 协调性：相互间又有联系，数据信息互相制约，在系统的协调下工作。主要通过数据库和通信网络完成。 自治性与协调性与分散控制、集中
13、管理相对应。,第二节 集散控制系统的特点,33,特点四、开放系统,开放系统：以规范化和实际存在的接口标准为依据而建立起来的计算机系统、网络系统及相关的通信系统。,第二节 集散控制系统的特点,34,开放系统主要体现在： （1）可移植性（Portability） 第三方的应用软件可以在集散控制中使用。 （2）互操作性（Interoperability） 在网络的各节点上的设备或装置：操作监视站（操作员站、工程师站）、分散过程控制站等，能够通过网络获得其他节点的数据、资源和处理能力。不同计算机系统之间能正确有效地进行数据互通、协同工作、共享资源。,第二节 集散控制系统的特点,35,（3）可适宜性（S
14、calability） DCS系统对计算机运行的要求变得更为宽松，系统的软件版本高低互用。 （4）可用性（Availability） 指对用户友好的程度。容易使用、容易学习、可在不同用户不同环境下正常运行的能力。 各厂家产品具有统一的、开放的通信标准，产品可以互换。,第二节 集散控制系统的特点,36,第一章 集散控制系统概述,绪论 第一节 集散控制系统的概念 第二节 集散控制系统的特点 第三节 集散控制系统的展望,37,第三节、分布式控制系统的展望,一、信息化和扁平化 一个方向是向下发展：向CIMS计算机集成制造系统、CIPS计算机集成生产系统发展。系统包括ERP（Enterprise res
15、ource planning)和MES（Manufacturing Execution System）。 另一个方向是向下发展：向FCS（Fieldbus Control System）现场总线控制系统发展。,38,1CIMS的概念及由来,CIMS即计算机集成制造系统，是基于1973年美国Joseph Harrington博士在其博士论文Computer Integrated Manufacturing中首次提出的CIM（Computer Integrated Manufacturing计算机集成制造）的概念而构成的一种现代制造系统。,39,Harrington博士提出的CIM概念包括的基本观
16、点： 企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动，彼此是紧密联系的，是一个不可分割的整体，应该在企业整体框架下统一考虑各环节的生产活动； 整个生产过程实质上是一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作是“数据”的物质表现。 应该说，这一概念具有很强的超前意识，正确地指出了在未来的计算机时代企业运行管理的最佳模式。,40,CIMS：以计算机系统为基础，综合生产过程中信息流、资金流和物资流的运动，集市场研究、生产决策、经营管理、设计制造与销售服务等功能为一体，使企业走向高度集成化、自动化和智能化的生产技术与组织方式。 它将CAD/CAM、PDM (Product Data Management)、ERP/MIS等企业所涉及到的设计、生产、管理业务融为一体，组成企业先进的生产和管理模式。,41,2、CIPS（Computer Integrated Producing System，计算机集成生产系统） 是企业在当前实施
