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1、Created with SmartPrinter trail version www.i-DCS的层次结构的层次结构复习上节课内容复习上节课内容Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-DCS各层的功能各层的功能Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-硬件硬件基本组成基本组成Created with Smart
2、Printer trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-高层管理网络高层管理网络Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-关键词：构成；联系本讲重点：DCS的构成与联系第四讲第四讲DCSDCS的构成与各部分的联系的构成与各部分的联系自1975年Honeywell公司推出第一套DCS以来，世界上有几十家自 动化公司推出了上百种DCS，虽然这些系统各不相同，但在体系结
3、构方 面却大同小异，所不同的只是采用了不同的计算机、不同的网络或不同 的设备。由于DCS的现场控制站是系统的核心，因此各个厂家都把系统 设计的重点放在这里，从主处理器、I/O模块的设计，从内部总线的选择 到外形和机械结构的设计，都各有特色。但是最大差异还是在于软件的 设计和网络的设计，使这些系统在功能上、性能上、易用性上及可维护 性上产生了相当大的差异。因此对DCS体系构的讨论，实际上是对系统 的软件组织方式、网络通信方式的讨论。本节将从系统的功能入手，说 明DCS各个部分的作用技术要求和相互关系。Created with SmartPrinter trail version www.i-Cr
4、eated with SmartPrinter trail version www.i-本节将要讲述内容如下：一，DCS的硬件构成及各部分的功能二，DCS的软件构成及部分的功能三，DCS的硬件和软件的联系四，和利时DCS系统的体系结构Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-一一, , DCS的硬件构成及各部分的功能除了上述四个基本的组成部分之外，DCS还可包括完成某些专门功能的站、扩 充生产管理和信息处理功能的信息网络。以及实现现场仪表、执行机构数字化
5、的现 场总线网络。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-1操作员站2现场控制站3工程师站4系统网络系统网络是连接系统各个站的桥梁。由于DCS是由各种不同功能的站组成 的，这些站之间必须实现有效的数据传输，以实现系统总体的功能，因此系统 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，特别是网络的 通信规约，关系到网络通信的效率和系统功能的实现，因此都是由各个DCS厂 家专门精心设计的，以太网逐步成为事实上的工业标准，越来越多的DCS厂家 直接
6、采用了以太网作为系统网络。近年来，以太网的传输速率有了极大的提高，从最初的10Mbit/s发展到现 在的100Mbit/s甚至达到1Gbit/s，这为改进以太网的实时性创造了很好的条件。 尤其是交换技术的采用，有效地解决了以太网在多节点同时访问时的碰撞问 题，使以太网更加适合工业应用。许多公司还在提高以太网的实时性和运行于 工业环境的防护方面做了非常多的改进。因此当前以太网已成为DCS等各类工 业控制系统中广泛采用的标准网络，但在网络的高层规约方面，目前仍然是各 个DCS厂家自有的技术。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created
7、with SmartPrinter trail version www.i-5服务器及其它功能站在现代的DCS结构中，除了现场控制站和操作员站、工程师站以 外，还可以有许多执行特定功能的计算机，如专门记录历史数据的历史 站；进行高级控制运算功能的高级计算站；进行生产管理的管理站等。 这些站也都通过网络实现与其他各站的连接，形成一个功能完备的复杂 的控制系统。随着DCS的功能不断向高层扩展，系统已不再局限于直接控制，而 是越来越多地加入了监督控制乃至生产管理等高级功能，因此当今大多 数DCS都配有服务器。服务器的主要功能是完成数据存储和监督控制层 的工作，如整个生产装置乃至全厂的运行状态监视、对
8、生产过程各个部 分出现的异常情况的及时发现并及时处置、向更高层的生产调度和生产 管理，直至企业经营等管理系统提供实时数据和执行调节控制操作等。 或者简单讲，服务器就是完成数据存储和服务于监督控制。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-6现场总线网络早期的DCS在现场检测和控制执行方面仍采用了模拟式仪表的变送单元和 执行单元，在现场总线出现以后，这两个部分也被数字化，因此DCS将成为一 种全数字化的系统。在以往采用模拟式变送单元和执行单元时，系统与现场
9、之 间是通过模拟信号线连接的，而在实现全数字化后，系统与现场之间的连接也 将通过计算机数字通信网络，即通过现场总线实现连接，这将彻底改变整个控 制系统的面貌。由于现场总线涉及到现场的测量和执行控制等与被控对象关系密切的部分， 特别是它将使用数字方式传输数据而不是使用简单的4mA20mA模拟信号，其传 输的内容也完全不局限于测量值或控制量，而包含了许多与现场设备运行相关的 数据和信息，因此现场总线的传输问题要比模拟信号的传输问题复杂得多，这就 是现场总线虽已出现多年，但至今仍然不能形成如4mA20mA这样统一标准的原 因。这种多标准并存的局面很有可能长期延续下去，因为工业的应用是复杂多样 的，而
10、现场总线又涵盖了许多应用方面的内容(4mA20mA标准仅仅实现了各 种物理量的电气表示，而不管被表示的物理量做什么用途)，加上各个利益集团的 竞争，因此在一个不会很短的时期内，无法用一个单一的标准来满足所有需求。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-带有现场总线网络的DCS系统Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version ww
11、w.i-7高层管理网络目前DCS已从单纯的低层控制功能发展到了更高层次的数据采集、监督控 制、生产管理等全厂范围的控制、管理系统，因此再将DCS看做是仪表系统已 不符合实际情况，从当前的发展看，DCS更应该被看成是一个计算机管理控制 系统，其中包含了全厂自动化的丰富内涵。从现在多数厂家对DCS体系结构的 扩展就可以看到这种趋势。几乎所有的厂家都在原DCS的基础上增加了服务器，用来对全系统的数据 进行集中的存储和处理。服务器的概念起源于SCADA系统，因为SCADA是全 厂数据的采集系统，其数据库是为各个方面服务的，而DCS作为低层数据的直 接来源，在其系统网络上配置服务器，就自然形成了这样的数
12、据库。针对一个 企业或工厂常有多套DCS的情况，以多服务器、多域为特点的大型综合监控自 动化系统也已出现，这样的系统完全可以满足全厂多台生产装置自动化及全面 监控管理的系统需求。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-由于网络，特别是高层网络的灵活性，使得系统的结构也表现出非常大的灵 活性，一个大型DCS不一定就是如上图所示的结构形式，如可以将各个域域的工程 师站集中在管理网上，成为各个域域公用的工程师站；或某些域不设操作员站而采 用管理层的信息终端实
13、现对现场的监视和控制；甚至将系统网络和高层管理网络 合成一个物理上的网络，而靠软件实现逻辑的分层和分域。7高层管理网络Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-DCS的基本构成已如上节所述，而DCS软件的基本构成也是按照硬件的 划分形成的，这是由于在计算机发展的初期，软件是依附于硬件的，对于 DCS的发展也是如此。当DDC系统的数字处理技术与单元式组合仪表的分散 化控制、集中化监视的体系结构相结合产生了DCS时，软件就跟随硬件被分 成现场控制站软件、操作
14、员站软件和工程师站软件，同时，还有运行于各个 站的网络软件，作为各个站上功能软件之间的桥梁。通过以上对DCS中各个站的功能描述，可以很清楚地知道每个站上的软 件的功能，如现场控制站上的软件主要完成各种控制功能，包括回路控制、 逻辑控制、顺序控制以及这些控制所必需的现场I/O处理；操作员站上的软 件主要完成运行操作人员所发出的各个命令的执行、图形与画面的显示、报 警的处理、对现场各类检测数据的集中处理等；工程师站软件则主要完成系 统的组态功能和系统运行期间的状态监视功能。二，DCS的软件构成及部分的功能Created with SmartPrinter trail version www.i-C
15、reated with SmartPrinter trail version www.i-下面分别描述各个站的软件功能及其构成1. 现场控制站软件现场控制站软件的最主要功能是完成对现场的直接控制，这里面包括了回路控 制、逻辑控制、顺序控制和混合控制等多种类型的控制。为了实现这些基本功能，在 现场控制站中应该包含以下主要的软件。(1) 现场I/O驱动(2) 对输入的过程量进行预处理(3) 实时采集现场数据并存储在现场控制站内的本地数据库中(4) 进行控制计算(5) 通过现场I/O驱动，将控制量输出到现场。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-2. 操作员站软件操作员站软件的主要功能是人机界面，即HMI的处理，其中包括图形画面的 显示、对操作员操作命令的解释与执行、对现场数据和状态的监视及异常报警、 历史数据的存档和报表处理等。(1) 图形处理软件(2) 操作命令处理软件(3) 历史数据和实时数据的趋势曲线显示软件。(4) 报警信息的显示、事件信息的显示、记录与处理软件。(5) 历史数据的记录与存储、转储及存档软件。(6) 报
