第二篇分散控制系统
第十一章分散控制系统
第一节 DCS的概述
分散控制系统(Distributed Control System，DCS)是以微处理器为基础的分散型计算机控制系统，它是4C(Control、Computer、Communication、CRT，控制、计算机、通信、阴极射线管图形显示)技术相结合的产物，其主要特性在于分散控制和集中管理，即对生产过程进行集中监视、操作和管理，而控制任务则由不同的计算机控制装置去完成。因此D C S也称为集散控制系统。
分散控制系统广泛用于电力、石油、化工、冶金、建材、制药、造纸、食品等各行业，成为过程控制系统的核心。20世纪80年代末期，我国电力行业开始应用DCS，到现在已经二十多年了。二十多年来，DCS已成为电站控制的主流仪表，从小的几十兆瓦到大的1000MW火力发电机组，到处都有D C S在保障其安全和经济运行。
一、分散控制系统的产生
分散控制并不是一个新的概念，早在过程控制初期就采用分散控制方式。当时，控制装置是安装在被控过程附近的，而且每个控制回路都有一个单独的控制器。这些控制装置就地测量出生产过程变量的数值，并把它与给定值相比较而得到偏差值，然后按照一定的控制规律产生控制作用，通过执行机构去控制生产过程，运行人员分散在全厂的各处，分别管理着自己所负责的那一部分生产过程。这种分散控制方式适用于那些生产规模不太大，工艺过程不太
复杂的企业。四、五十年代使用的气动控制器就是这种控制方式的产物，锅炉生产蒸汽的分散控制如图11-1所示。
随着被控过程的生产规模和复杂程度不断增加，单靠那些相互独立的控制回路来保持整个生产过程的安全、稳定和经济运行变得越来越困难了，因为这时的生产过程已经成为一个各部分相互关联的有机整体。随着生产过程的不断强化，这个有机整体中各个部分的相互作用和相互影响愈加强烈，如不能及时地协调和很好地处理各部分之间的关系，在几秒钟之内整个生产过程就可能陷于瘫痪。因此，人们不得不探索新的控制方式—集中控制。
集中控制的问题之一就是信息的远距离传输。要想在中央控制室内实现对整个生产过程的控制，就必须把反映过程变量的信号传送到中央控制室，同时还要把控制变量传送到现场的执行机构，因此变送器、控制器和执行器是分离的，变送器和执行器安装在现场，控制器安装在中央控制室。集中控制方式的优点是运行人员在中央控制室获得整个生产过程中的有关信息，能够及时、有效地进行各部分之间的协调控制，这有利于生产过程的安全和经济运行。
六、七十年代的集中控制主要采用模拟控制仪表，开始采用气动单元组合仪表和电动单元组合仪表，后来采用组件组装式仪表，如图11-2所示。
随着生产规模的不断扩大，中央控制室的仪表数量也越来越多，使操作人员难以应付。当时，有一台进口的300MW机组，采用的是组件组装式仪表，虽然控制盘台采用了马赛克的密集布置方式，但其控制盘台的长度还是在10米以上。在如此庞大的控制盘台前，要迅速、准确地找到所要监视和操作的对象是很困难的，这是模拟控制仪表固有的弊端。
值得注意的是，这种所谓的集中控制方式只是控制仪表和运行人员在地理位置上的集中，而就整个系统的控制任务而言，仍然是由许多控制器分别完成的，某一局部的控制器发生故障，不会对整个系统造成严重影响。从这一点来说，这种所谓的集中控制方式仅仅是生产过程运行管理的集中，而对生产过程的控制而言，仍然保
留着分散控制的特征。
六十年代初，计算机开始进入过程控制领域。最初它用于生产过程的安全监视和操作指导，后来用于生产过程的直接数字控制。由于当时的计算机造价很高，所以常常用一台计算机控制全厂所有的生产过程，这样，就造成了整个系统控制任务的集中。由于受当时硬件水平的限制，计算机的可靠性比较低，一旦计算机发生故障，全厂的生产就不能进行，因此，这种大规模集中式的直接数字控制系统基本上宣告失败。但人们从中认识到，直接数字控制系统确有许多模拟控制系统无法比拟的优点，只要解决了系统的可靠性问题，计算机用于闭环控制是大有希望的。控制工程师分析了集中控制失败的原因，提出了分散控制系统的概念。他们设想，像模拟控制系统那样，把控制功能分散在不同的计算机中完成，并且采用通信技术实现各部分之间的联系和协调。但遗憾的是，当时要实现这些设想还有许多困难，直到微处理机和固态存储器的出现，才使得这些想法付诸实践。
1975年，Honeywell公司创造性地推出TDC-2000分散控制系统，从此分散控制系统（DCS）诞生了。DCS使火电厂单元机组控制室的面貌发生了巨大变化，不但保证了生产过程的安全和经济运行，而且还大大减少了运行人员，火电厂单元机组控制室的DCS控制如图11-3所示。
二、分散控制系统的发展
TDC-2000的推出，为过程控制仪表的制造指明了方向。各仪表制造厂结合自身技术优势从不同方向介入DCS的研发和生产。以生产模拟电动仪表为主的仪表制造厂沿着Honeywell的研究方向，在常规控制方面进行了深入的研究，形成在常规控制方面见长的
DCS系统。以生产继电器、开关等逻辑器件为主的制造厂在逻辑控制、顺序控制方面发挥了他们的特长，在可编程逻辑控制器的研究基础上向DCS发展，它们在逻辑控制方面有明显的优势。生产计算机、半导体和集成电路为主的制造厂则在数据通信、计算机技术等方面进行了深入的研究，并向DCS发展，它们在通信、显示、内存、运算速度、网络等方面发挥了特长。
从分散控制系统出现到今天已经30多年了，它大致经历了四代发展过程。
㈠第一代DCS
第一代DCS的基本结构如图11-4所示，它们的基本组成为：
⒈过程控制单元(PCU)
过程控制单元一般由微处理器、存储器、多路转换器、I ／0板、内总线、电源、通信接口等组成。
⒉数据采集装置
数据采集装置是以微处理器为基础的微型计算机结构，其主要作用是采集数据，进行数据处理后，经高速数据通道送
到监控计算机。
⒊CRT操作中心
CRT操作中心由CRT、主机、键盘、外存、打印机等部分组成。它可以显示过程的各类信息，并对PCU进行组态和对全系统进行管理。
⒋监控计算机
这是分散控制系统的主计算机，国内习惯上称其为上位机。它综合监视整个系统的各工作站，管理全系统的所有信息。以实现全系统的优化控制与管理。
第一代DCS的典型产品有：Honeywell（霍尼韦尔）公司的TDC-2000；Taylor（泰勒）公司的MODⅢ；Foxboro（福克斯波罗）公司的Spectrum；Yokogawa(横河)公司的CENTUM；Hartman＆Braun（哈特曼-布朗）公司的Controlnic3；Kent(肯特)公司的P4000；Bailey(贝利)公司的NETWORK-90；Siemens（西门子）公司的Teleperm-M；HITACHI（日立）公司的HIACS-2000；Westinghouse(西屋)公司的WDPF等。
(二)第二代DCS
20世纪80年代，由于微机技术的成熟和局域网技术的进入，使得分散控制系统得到飞速发展。第二代分散控制系统是以局域网为主干来统领整个系统工作，系统中各单元都可以看作是网络
的节点，节点又可以挂接网桥或网间连接器GW，与同型网络和异型网络相连。图11-5显示了第二代分散控制系统的构成。其特点是系统的功能扩大并增强了。
第二代DCS组成为：局域网(LAN)是第二代集散系统的通信系统，它由传输介质(如同轴电缆、双绞线等)和网络结点组成；过程控制单元（PCU），也称为节点工作站；中央操作站是挂接在LAN上的节点工作站，其主要作用是对全系统的信息进行管理，它是全系统的主操作站；管理计算机又称为系统管理站；上位计算机也称为主计算机；网间连接器是局域网络其他工业网络的接口装置。
第二代DCS的典型产品有：HoneyweⅡ公司的TDC-3000；Yokogawa(横河)公司的CENTUM-XL；Taylor公司的MOD300；Bailey 公司的INFI-90；Westinghouse（西屋）公司的WDPF-Ⅱ；ABB公司的PROCONTROL-P；Siemens（西门子）公司的TElEPERM-ME；HITACHI （日立）公司的HIACS-3000；Leeds&Northup(利兹和诺思拉斯)公司的MAX-1000等。
(三)第三代DCS
第三代DCS结构的主要变化是局部网络采用了ISO标准的MAP（制造自动化规约），它的结构组成如图11-6所示。
由主计算机构成管理信息系统；通过智能变送器通信协议使节点工作站的系统智能进一步延伸到现场，使过程控制的智能变送器、执行器和本地控制器之间实现可靠的实时数据通信；操作站采用32位及以上高档微型计算机，增强了图形显示功能，采用了多窗口技术和光笔、球标等调出画面，使其操作简单且响应速度加快；大屏幕显示技术的应用进一步改善了人机界面。
第三代DCS的典型产品有： Foxboro（福克斯波罗）公司的I/A；Leeds&Northup(利兹和诺思拉斯)公司的MAX-1000+PLUS；西门子公司的TELEPERM-XP；Westinghouse（西屋）公司的WDPF-Ⅲ；贝利公司的Symphony；日立公司的HIACS-5000；Honeywell公司的TDC-3000／PM等。
然而，尽管第三代DCS有很多优点，但还是存在着自身无法克服的缺点：
(1)数据传输精度较低。目前从现场仪表到控制器和从控制器到现场的信号大都沿用DDZ-Ⅲ型仪表的模拟信号规格，即4～20 mA DC或l～5 VDC，采用点到点的传输方式，信号传输精度低，抗干扰和纠错能力差，难以发挥现场仪表的特长。成千上万对模
拟信号线接于输入输出单元，与DCS各层通信形成极大的反差和不协调，它制约了DCS的发展。
(2)分散程度不够。每台DCS的现场控制单元一般都要处理几十个控制回路，危险集中的问题并未很好解决。由此而带来实时性的问题，很难实现紧急停车时所要求的毫秒级响应速度。
(3)一次性投资较大。DCS号称贵族仪表，它比PLC要贵得多。
(4)不能远程组态。由于DCS采用传统的模拟信号作为I／0信号，所以无法在工程师站上对现场仪表进行远程诊断维护和组态。
(5) 需要大量的连接电缆和I／0设备。由于DCS的控制功能集中在控制器，因此缺少不了往返于控制器和现场仪表的电缆和大量的I／O设备。
由于DCS的品牌多，通信技术复杂，兼容性、互联性、互操作性、开放性差，安装调试和服务成本高，这一切也就孕育了下一代的现场总线技术。现场总线控制也称为FCS控制，从理论上相对来说，DCS技术不如FCS技术，但是，目前的现场总线国际标准由于是妥协于各方面的既有利益，因而并没有实现完全统一的初衷，以致仍难以真正做到开放、互联、互操作性。这一结果却为DCS 提供了技术上的上升空间，即将现场总线技术融合在DCS的技术进步中，由此产生了第四代DCS。
㈣第四代DCS
第四代分散控制系统以管理控制一体化的形式出现。在硬件上使用RISC替代CISC，采用客户机／服务器(client／server)结构，在网络结构上增加内联网，并可以与国际互联网联网。这
一代DCS主要是为系统信息管理、通信等方面提供综合解决方案。
第四代DCS的最主要特征是信息化(Information)和集成性(Integration)，它们都是两个“I”开头的单词。信息化就是一网到底，即第四代DCS提供了从现场一直到企业集团的整个数字化信息通道；集成性就是功能的集成和产品的集成：功能的集成是指DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外，还集成了PLC(可编程逻辑控制器)、RTU(采集发送器)、现场总线仪表等过程控制功能；产品的集成是指DCS厂商不再把开发组态软件或制造各种硬件单元视为核心技术，而是纷纷把第三方或原始设备制造商OEM的产品作为DCS的各个组成部分。
第四代DCS（FCS）的典型产品有：Honeywell公司的Experion PKS(过程知识系统)；Emerson公司的PlantWeb和Emerson-Westinghouse公司的Ovation；Invensys-Foxboro（英维思-福克斯波罗）公司的I/A Series 2A；横河公司的R3(PRM-工厂资源管理系统)；Siemens（西门子）公司的PCS7；日立公司的HIACS-7000；ABB公司的Industrial IT等系统。
目前，以上海新华、和利时、浙大中控为代表的国内DCS厂家也各自推出了相当于第三代或接近第四代的DCS产品，如新华公司的XDPF-400、和利时公司的HOLLiAS、国电智深公司的EDPF-NT、华能信息产业公司的PINECONTROL、浙大中控公司的Webfield(ECS)、上海电气自仪公司的MAX800、山东鲁能公司的LN2000。这些国内DCS 的技术水平可以与国外的DCS相媲美,其中，XDPF-400、HOLLiAS、上海电气自仪公司的MAX800和EDPF-NT已中标600MW火力发电机组。
Industrial IT系统组成如图11-7所示。Industrial IT支持多种
国际现场总线标准，它既具有DCS的复杂模拟回路调节能力，同时又具有高速顺序控制功能。
Industrial IT系统分三层：企业经营管理层：它作为远方客户，通过网络接口接入控制网络；监控管理层：主要由工作站和系统服务器组成,工作站包括操作员站和工程师站；现场控制层:主要由各个过程（现场）控制器、现场总线仪表和远程I/O站组成。现场控制器既具有DCS的复杂模拟回路调节能力，同时又具有高速顺序控制性能，它还可以采集来自多条现场总线（FF H1/HSE、Profibus DP/PA、HART）的过程数据和诊断信息，并完成过程自动控制任务。现场控制器还可以通过以太网与整个系统（如操作员站、工程师站、数据网关）通信。现场控制器均为全金属外壳封装，设备既可安装于机柜中，也可安装于墙上。S800/S900为分布式I/O站，它既可以安装在控制室，也可以安装在现场。若安装在现场，可以节省电缆
并减少安装费用。
第四代DCS的产生，引发了现场总线技术或现场总线控制系统FCS在火电厂应用的讨论。
火电厂300MW机组的点数（点数是信息量和指令量总和，信息量包括模拟量和开关量输入，指令量包括模拟量和开关量输出）在5000点左右；600MW机组的点数在7000点左右；现在，800MW、900MW、1000MW 机组在我国已经并网发电了，它们的点数在10000点左右。随着点数的增加，所需的控制电缆势必随之增加，以火电厂300MW机组为例，其所需的电缆长度约在500Km以上。试想，在有限的火电厂锅炉、汽轮机厂房空间内，不但要安装各种纵横交错的水、油、蒸汽、空气和燃料等工艺管道，还要向控制室敷设密如蛛网的电缆，这不仅给工程设计带来困难，而且还给安装、调试与维修带来极大的不便。更重要的是如此大量的信息涌向DCS入口，使DCS主机的负荷加重，不可避免地出现了“瓶颈”堵塞现象，它将严重威胁着DCS的正常运行。因此，寻求现场仪表的数字化、智能化，使大量的一般控制功能从DCS下放到现场仪表中去解决，以减少主机的负荷而增加系统的可靠性，同时也要求减少通往控制室的电缆数量。从火电厂的具体情况看，第四代DCS或FCS控制可从下列3方面先行试用：
⑴单参数调节回路。各加热器的水位调节以及单参数的压力、温度调节等，采用现场总线仪表，实现PID调节和被控参数的监测，这样，可以减轻DCS负荷，简化配置。在一台机组中，此类调节回路有30套以上，潜力是巨大的。
⑵辅助车间或系统的监控。电厂的辅助车间有水处理(补给水、污水等)、输煤、水泵房(供水系统)、锅炉的吹灰、除灰除渣、定期排污等系统，对象比较简单，独立性
强，且多采用顺控、联锁或单参数调节，目前已有一些火电厂使用了现场总线技术，实践证明效果良好。
⑶远程智能I／O站的输出。在电站主控系统DCS中，有部分测点比较集中的次要参数，如测量金属温度的测点，可采用远程智能I／0柜，其输出信号采用现场总线与DCS网络相连，能实现远方诊断和调校等功能。
第四代的DCS都包含了各种形式的现场总线接口，可以支持多种标准的现场总线仪表、执行机构等，此外，DCS产品还改变了相对集中的控制站结构，取而代之的是进一步分散的导轨式或现场安装的I／O模块。DCS将吸收FCS的长处，不断发展和壮大。因此DCS不是排斥FCS，而是包容FCS，实现真正的分散控制。
由于电站行业发展较快，因此电站应用DCS的数量已经超过石油和化工，成为了国内DCS的最大用户，据2004年统计，电站行业购买的DCS占据市场总额的三分之一以上。由于DCS是与电子和计算机技术结合最紧密的系统，它的生命周期取决于电子设备的制造寿命和信息技术的发展速度。目前，在电站运行的DCS平均寿命为6～8年，而在电站运行的发电设备平均寿命为30～40年。由此判断：电站DCS的升级或更新改造的项目将是频繁的；电站的DCS设计、安装、调试和维护的任务将是繁重的。
第二节 DCS的体系结构
一、体系结构
尽管各厂家的DCS各有特色，但其结构却大同小异。其组成结构充分体现了分散控制和集中管理的设计思想，如图11-8所示。
DCS纵向分层, 从下至上依次分为直接控制层、操作监控层和
生产管理层；DCS横向分散（站），以控制网络为纽带从左至右依次分为操作员站、现场控制站、工程师站，这里的操作员站、工程师站、现场控制站都可看作是DCS的一个子系统。对于大规模生产过程，现场控制站的数量会较多。下面介绍各层的构成和功能。
㈠直接控制层
直接控制层是DCS的基础，其主要设备是现场控制站。主要由控制器、 I/O模件、现场总线模件和现场总线仪表等部分组成。I/O模件和现场总线仪表直接与生产过程的传感器（如热电偶、热电阻等）连接，一方面采集反映生产状况的过程变量(如温度、压力、流量、料位、成分)和状态变量(如开关或按钮的通断，设备的启停)，并进行数据处理，另一方面向生产现场的控制机构（如阀门、挡板等）输出的模拟信号(4～20mADC)和数字信号(开或关、启或停)；现场控制器下与I/O总线连接，上与控制网络连接，它的功能有三个：一是进行直接数字控制(DDC)，即连续控制、逻辑控制、顺序
控制和批量控制等；二是与控制网络通信，以便操作监控层对生产过程进行监视和操作；三是进行安全冗余处理，一旦发现现场控制站硬件或软件故障，就立即切换到备用件，保证系统不间断地安全运行。现场总线变送器和现场总线执行器可构成控制回路，它可以减轻控制器的负担，实现了彻底的分散控制。
㈡操作监控层
操作监控层是DCS的中心，其主要设备是操作员站、工程师站、计算机网关。操作员站为32位(或64位)计算机，供集控值班员对生产过程进行监视、操作和管理，操作员站具有图文并茂、形象逼真、动态效应的人机界面(MMI)。工程师站也为32位(或64位)计算机，或由操作员站兼用。它既可供计算机工程师对DCS进行系统诊断维护，也可供控制工程师进行控制回路组态、人机界面绘制、报表制作和特殊应用软件编制。计算机网关用作控制网络和生产管理网络之间相互通信.
㈢生产管理层
生产管理层的主要设备是生产管理计算机，由若干台计算机组成。
目前供用户选择的DCS产品，一般仅限于直接控制层和操作监控层。其原因是下面两层有固定的输入、输出、控制、操作和监控模式，而顶层的体系结构因企业而异，要根据各企业的要求进行设计和配置。
二、简化结构
DCS从第一代发展到第四代，其结构没有太大的变化，仍然是三点一线式的结构，即由现场控制站（虚框所示）、工程师站、操作员站和通信网络组成，如图11-9所示。
第三节DCS的现场控制站
所谓现场控制站，是指分散控制系统中与现场关系最密切、最靠近生产现场的控制装置。不同厂家采用不同的命名，如基本控制器、多功能控制器、过程控制单元、分布式处理单元等。尽管其名称各不相同，但结构形式大致相同，都是以微处理器为核心的、按功能要求组合的各种电子模件的集合体，并配以机柜和电源等而形成的一个相对独立的控制装置。
现场控制站是DCS的核心，系统主要的控制功能由它来完成。系统的性能、可靠性等重要指标也都要依靠现场控制站保证，因此对它的设计、生产及安装都有很高的要求。
现场控制站接受来自现场的各种检测仪表(如各种传感器和变送器)传送的过程信号，对过程信号进行处理后向通信网络的传输。同时，它也用来接受上层操作员站或工程师站经通信网络传来的控制指令，并根据过程控制的要求进行控制运算，输出驱动现场执行机构的各种控制信号，实现对生产过程的直接控制。
现场控制站的硬件主要由控制器、模拟量输入 (AI)、模拟量输出 (A0)、开关量输入 (DI)、开关量输出 (DO)、事件顺序输入设备
(SOE)、脉冲量输入设备(PI)、电源和机柜等模件（或设备）组成。
由于现场控制站采用了以微处理器为基础的控制技术，它的硬件只能起到把信号输入到计算机或把信号从计算机中输出，并为程序的执行提供环境的作用。因此，要实现复杂的控制功能，必须有软件支持。
一、控制器
㈠组成原理
控制器也称为控制器模件或控制单元或主控制器，它是DCS的核心设备。控制器可以由一个、二个或多个控制模板分别构成非冗余控制单元、双模冗余控制单元或多模冗余控制单元。作为控制站的运算处理中心，控制模板一般由主CPU模块、实时数据存储器、冗余系统网络(SNet)驱动单元和冗余控制网络(CNet)驱动单元等功能模块组成。SNet是DCS的中枢，应具有良好的实时性、快速响应性、极高的安全性和网络的开放性等特点。控制网络常选用局域网，符合ISO提出的开放系统互联7层参考模型，以及IEEE提出的IEEE802.X局域网标准，并选用国际流行的局域网协议，如Ethernet等。Cnet是控制站内部使用的冗余实时网络，实现在控制站内部的各智能I/O模块和控制器之间的互联与信息传递。控制器负责协调处理控制站内部的所有I ／0模板或其他功能模板的数据交流和控制运算，如I／O信号处理、回路控制计算、网络通信处理、冗余诊断等功能。图11-10为控制器的工作原理框图,图中：WDT为监视计时器（俗称看门狗）；BIOS为基本输入输出系统；RTC为实时时钟。
控制器是一个智能化的高度自主运行的数据采集与控制系统，作为其核心的控制计算机对可靠性要求非常高。控制器是DCS中各个现场控制站的中央处理单元，是DCS的核心设备。在一套DCS应用系统
中，根据危险分散的原则，按照工艺过程的相对独立性，每个典型的工艺段应配置一对冗余的控制器，控制器在设定的控制周期下，循环地执行以下任务：从I／O设备采集现场数据→执行控制逻辑运算→向I／0输出设备输出控制指令→与操作员站进行数据交换。
㈡技术指标
⒈CPU
CPU及外围芯片的指标主要包含CPU型号、主频、内存容量、外存容量等内容。
⒉容量
控制器的处理容量包括可连接I／O的数量和可装载程序(即控制方案页)的容量，其中I／O的处理数量是包括物理点和逻辑点的总点数。
⑴I／O数量。所谓I／O数量是指每台控制器最多能挂接多少I ／0模块，由于每种I／O模块的I／0点数是固定的，所以也可以算出每台MCU可以容纳的最大I／O点数。比如，采用Profibus-DP为控制网络的DCS系统，每台控制器可挂接的I／0模块数量最多为125个，如果每个模块为8个通道，则可知控制器的I／0容量为125×
8=1000点。如果每个模块为16点，则控制器的I／O容量为2000点。当然，出于危险分散的考虑和机柜信号电缆进线空间的限制，在实际配置中不可能将控制器配置到1000点或2000点。事实上，每个控制器配置500点以下是比较合理的。
⑵软件容量。所谓软件容量指的是每个控制器能装载多少的控制算法。软件容量是受限于控制器的三类IC器件的容量：一是固态盘(SSD)的容量，主要用于保存用户编制的控制算法文件；二是内存容量，用于运行程序的存储器；三是掉电保持SRAM的容量，用于保存系统运行过程中产生的实时数据。这三个容量中只要任何一个被突破，控制器一般就会死机，或者在程序编译时系统就会提醒用户容量超限制，就表明控制器的控制算法不能再增加了。一般情况下，当用功能块图的方式编制控制算法时，每页算法一般能容纳20～30个功能块，每个控制器的控制算法总页数一般小于100页，所以每个控制器最大的功能块数一般不超过3000个。
⒊控制周期（速度）
控制周期是循环执行一次输入/输出、用户程序计算、网络通信的周期时间。可以根据需要把控制策略分解为几个子任务，并设定不同的控制周期，以提高运行效率。
在DCS中，一般不直接讨论控制器的“速度有多快”，而是用“控制周期”这一概念来间接描述。之所以说是间接描述，是因为离开具体的控制算法程序的长度，来比较两种控制器的控制周期是没有意义的。控制器循环调度执行一次完整的算法、通信和输入输出任务的周
期时间定义为控制周期。
在一个控制周期中，控制器依次执行下列任务：I ／O 数据输入、操作员指令输入、控制运算、I ／O 数据输出、操作员站显示数据传送及空闲等待直到开始进入下一个控制周期。DCS 的控制器的控制周期一般可以由用户设定，最短的可以做到50 ms 一个周期，依次可以设定为50 ms ，100 ms ，200 ms ，500 ms ，1 s ，2 s 等挡位。 ⒋负荷率
负荷率是控制单元所处理负荷占总体处理能力的比例，维持30％～40％的负荷率，应对突发事件或雪崩状态是必要的。
负荷率是速度的另一种表达，它关注在设定的正常控制周期下，控制器究竟有多少空余时间用于应付异常工况的处理。
控制器的负荷率定义与控制周期密切相关 %100?-=控制周期
空闲时间控制周期负荷率 （11-1） 负荷率要衡量的是控制器平时究竟有多大比例的空闲时间，负荷率越小，表明空闲时间占控制周期的比例越大。追求合理的空闲时间，主要是为了能使系统在雪崩（一个参数超限，引发许多报警和保护开关动作）状态下仍能胜任工作。在雪崩状态下，系统的数据量急剧上升，系统负荷最重。当现场设备停电后又上电，但DCS 系统没有停电的情况，就是一种典型的雪崩状况，这时候有大量的开关动作。大量的事件信息需要记录，通信时间在控制周期中的比重明显增大，导致控制器负荷率明显上升。一般的经验值是，只要平稳工况条件下控制器的负荷率小于40％，系统的设计就是合理的。
电子控制系统的组成和工作过程 一、教学分析 1．教材分析 本课是第一章第二节“电子控制系统的组成和工作过程”。从对比分析两种路灯控制系统的基本组成入手，再通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，来学习电子控制系统的基本组成和工作过程，从而为学生学习后面各章提供了一把钥匙。 2．学情分析 学生在通用技术必修2的学习中，已学过关于控制系统的一些概念，例如输入、控制、输出，以及功能模拟方法的含义，但对电子控制系统内部电子元件，例如发光二极管、光敏电阻、三极管等的工作原理不太了解，教师可用通俗的语言补充解释其作用，以利于学生的学习。 二、教学目标 1．知识与技能目标 （1）知道电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．过程与方法目标 （1）通过对两种路灯控制系统方框图的对照，知道电子控制系统的基本组成。 （2）通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，加深对电子控制系统组成的理解。 3．情感态度和价值观目标 （1）激发学生动手尝试的兴趣和热爱技术的情感。 （2）提高学生比较及分析电子控制系统的能力。 三、教学重难点 1．重点 （1）电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．难点 电子控制系统内部常见电子元件的工作原理。 四、教学策略 本节课程以多媒体技术为辅助教学手段，通过观察、基本知识讲授、小组探究、分析表达、技术试验、能力展示等教学方法和策略，在教师指导下，通过学生自主探究建构知识和技能。 五、教学准备 通用技术专用教室、多媒体、课件、路灯自动控制模型。 六、课时安排 共1课时 七、教学过程 （一）新课导入 教师展示：路灯自动控制模型 板书：第一章电子控制系统概述 第二节电子控制系统的组成和工作过程
分散控制系统（DCS）失灵应急预案 （指导性范本） 中国华能集团公司编制 2006年12月
目录 1 总则 (1) 1.1编制目的： (1) 1.2编制依据： (1) 1.3分散控制系统失灵： (1) 1.4适用范围： (1) 2 事故类型和危害程度分析 (1) 2.2分散控制系统通信异常，导致信息传输中断； (2) 3 应急处置基本原则 (2) 4 应急处置体系 (3) 4.1应急组织机构 (3) 4.2应急指挥领导小组职责： (3) 4.3应急工作小组职责： (4) 5 预防与预警 (4) 5.1危险源监控点 (4) 5.2危险预防 (5) 5.3预警 (7) 5.4预警程序 (7) 6 应急处置 (8) 6.3.16检查并确认轻油快关阀、所有油枪轻油阀已关闭； (9) 7 事故处理恢复 (10) 8 事故调查分析与整改 (10)
分散控制系统（DCS）失灵应急预案 1 总则 1.1编制目的： 为防止分散控制系统失灵导致事故扩大，避免由于分散控制系统故障导致设备损坏事件的发生，特制定本预案。 1.2编制依据： 本应急预案依据《火力发电厂（热工控制系统）设计技术规程》、《火力发电厂分散控制系统运行检修导则》、《火力发电厂热工仪表及控制装置技术监督规定》、《中国华能集团公司重大突发事件（事故）应急管理办法》等结合《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》编写。 1.3分散控制系统失灵： 指分散控制系统硬件、软件以及系统出现故障导致锅炉、汽轮发电机组本体设备、辅助设备、其他相关系统及设备的控制故障，造成设备被迫停止运行，对机组运行及设备健康状况构成严重威胁的事件。 1.4适用范围： 本应急预案适用于华能集团公司所辖的火力发电厂分散控制系统失灵事件的应对工作。 2 事故类型和危害程度分析 2.1分散控制系统硬件故障，导致控制信号消失或对控制对象失去控制；
几种分散控制系统的SOE配置及测试比较 刘文丰…来源：中电联科技中心桂林DCS会议资料点击数：4821 更新时间：2007-10-3 14:32:40 刘文丰傅强 （湖南省电力试验研究院） 摘要：简述了SOE配置、性能测试的意义和方法，通过对5种分散控制系统的SOE性能进行测试，得出各事故顺序记录系统的分辨率，检验各系统是否真实记录事故前后重要信号状态变化，以便于分析机组事故原因；同时，对各DCS的SOE系统性能进行简单的比较分析。 关键词：SOE 性能分辨率分散控制系统 On Several SOE Dispositions of DCS and the Contrast on the Result of Performance Tests Liu Wenfeng, Fuqiang （Hunan Electric Power Test&Research Institute） Abstract: The essay gives a brief explanation on the SOE dispositions and the sign ificance and methods of the performance tests. The resolving power of the Recording System for SOE is concluded on the base of performance tests of SOE for five types of DCS, so it’s helpful to test whether the changes of signals have been accurate ly recorded before and after accidents and to analyze the cause of the generating-s
汽车电子控制系统 概述
第四章汽车电子控制系统概述 第一节汽车电子技术的发展背景 汽车既可作为生产运输的生产用品, 又可作为代步、休闲、旅游等消费用品, 汽车技术的发展是人类文明史的见证。随着社会、经济的发展, 汽车成为人类密不可分的伙伴。当然, 汽车的发展也带来了一些负面的影响, 如随着汽车保有量的增加, 交通条件、安全、环境污染也成了日益严重的问题。汽车的安全、环保和节能是当今汽车技术发展的主要方向。 一、安全、环保和节能推动了汽车技术的发展 汽车的安全性是人类社会的一大祸害, 车辆的制动安全性、驱动安全性与行驶安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。全世界每年由于交通事故死亡约50万人, 排在人类死亡原因的第10位; 中国当前每年因交通事故死亡占全国总死亡人数的1.5%, 约每年10万人。为此, 科技人员从汽车的主动安全性和被动安全性两个方面着手, 设计了防滑控制系统、车辆姿态控制系统、智能防撞预警与应急保护系统、碰撞后的保护系统等一系列电子控制装置。 HC和NOx 混合在一起, 在强烈的阳光照射下, 会发生一系列光化学反应, 产生臭氧和各种化合物。臭氧( O3) 具有很强的氧化性和毒性。1963年美国洛杉矶地区发生了光化学烟雾事件, 促使各国对大气污染的重视研究。据统计, 城市大气污染物一氧化碳( CO) 、碳氢化合物( HC) 和氮氧化物( NOx) 的主要污染源是汽车排气。因此, 世界各国都相继制订了日益严格的汽车排放物限制法规。另外, 随着汽车保有量的增加, 汽车噪声也是环境保护的重点治理对象。于是, 现代轿车普遍装有喷油与点火控制、废气再循环及三元催化等发动机尾气控制装置。人们还在降低机械噪声、隔振、隔音等方面进行了大量的实验与改进工作。 进入二十世纪70年代, 全球的石油危机, 使汽车节能问题受到
DCS分散控制系统原理 第一讲绪论 DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开始采用以太网。总的来看，变化主要体现在Ｉ／Ｏ板、操作站和通讯网络。控制器相对来讲变化要小一些。操作站主要表现在由专用机变化到通用机，如PC机和小型机的应用。但是目前它的操作系统一般采用UNIX，也有小系统采用NT，相比较来看UNIX的稳定性要好一些，NT则有死机现象。I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系统。 从理论上讲，一个DCS系统可以应用于各种行业，但是各行业有它的特殊性，所以DCS 也就出现了不同的分支，有时也由于DCS厂家技术人员工艺知识的局限性而引起，如HONEYWELL公司对石化比较熟悉，其产品在石化行业应用较多，而ＢAILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。用户在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员是否对该生产工艺比较熟悉；然后要看该系统适用于多大规模，比如NT操作系统的就适应于较小规模的系统；最后是价格，不同的组合价格会有较大的差异，而国产的DCS系统价格比进口的DCS 至少要低一半，算上备品备件则要低得更多。 DCS由四部份组成：I/O板、控制器、操作站、通讯网络。I/O板和控制器国际上各DCS 厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法的组合有些不一样，I/O板的差别在于有的有智能，有些没有，但是控制器读取所有I/O数据必须在一秒钟内完成一个循环；操作站差别比较大，主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监视软件,操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象；差别最大的是通讯网络，最差的是轮询方式，最好的是例外报告方式，根据我们的实验，其速度要相差七八倍。 第二讲DCS在选型中的几个问题 被控制对象确定以后，选用什么样的控制系统就成为重要问题。主要是根据项目规模和投资预算来考虑的，以数字技术为基础的DCS系统和早期的模拟仪表组成的控制系统，从工程项目的实施来看，本质差别不大，主要考虑项目规模和投资预算，但DCS与模拟仪表相比，它更为复杂，技术性要求更高，下面我来谈谈DCS系统选型中的几个问题。从理论上来讲，DCS可以用与不同的工艺过程，它是通用的，但是，DCS的制造厂家专长与某一领域。如：HOMEYWELL主要用于石化部门，BAILEY公司的N90、INFI90主要用于电力系统，ROSEMOUNT的RS3、Δ-V大多用于化工系统。但也不能否认不同工艺过程会有一些特殊要求，如：电厂一定要有电调设备和SOE，石化部门一定要有选择性控制，水泥行业一定要有大纯滞后控制补偿等，选型时也要考虑这些因素。 第二点就是经济性，应该从DCS本身价格和预计所创效益角度考虑。DCS有国产的和进口的，对相同档次而言，进口的控制功能强一些，有一些先进的控制算法，如Smith预估、三维矩阵运算等，国产DCS价格要比进口的低很多，也能满足技术要求。从结构上来看，国外DCS的控制器各厂家差别不太远，控制器的预置算法稍有差别，控制器与I/O板的连接方式也有所不同。而操作站区别较大。有以PC机为基础的，有以小型机为基础的，操作系统一般选用UNIX类系统。小型机的价格要比PC机高很多，进口小型机操作站的价格要高于四万美金，而且许多机型已经停产（如DEC公司的VAX机和α机）。PC机的操作站不到三万美金，它的操作系统采用NT，其稳定性没有UNIX好。小型机的接口采用SCSI，传输速率是串行的8倍之多。以NT操作系统作为操作站的，点数要少一些，不然会频繁死
DCS系统结构及各部分功能简介 一、仪表与控制系统概述 1、控制过程的性质 控制过程的性质可被分成两大类，一类是连续调节性质的（一般称之为过程控制，或流程控制），另一类是状态控制性质的（一般称之为程序控制，或逻辑控制）。 调节是控制的一种。调节特指通过反馈的方法对连续变化的对象进行连续的控制，如通过调节燃气阀门的大小以控制燃烧火焰的大小，从而达到控制加热器温度，使其保持在预定温度范围内的目的。在这里温度是一个连续变化的量，对温度的调节也是连续进行的。调节的过程并没有明显的起点和终点，而只有对目标值的允许偏差以及进行测量和控制的周期。刚才所说的允许偏差和测量控制周期是连续过程调节的两个最基本的要素，除了这两大要素外，连续过程调节最重要的要素是调节算法，如经典的PID调节、现代的模糊控制等。所有这些要素都极大地影响着调节的效果和质量。 控制所包含的范围更广，除了上述对连续变化的对象进行调节外，还包括了对非连续对象、非连续过程的控制等。 非连续控制一般指某种装置的状态或位置，对其进行控制实际上就是按照一定的方式改变其状态或位置，如某个电力开关的合闸或分闸。而非连续过程则由一组非连续对象按照工序的要求组合在一起，以完成一个比较复杂的动作或任务，这样的过程有很明显的起点和终点，控制过程和动作过程是完全对应的。对非连续过程的控制是一种顺序控制或程序控制，是根据各个被控对象的动作时间、动作顺序和逻辑关系进行的控制。刚才所说的动作时间、动作顺序和逻辑关系是对非连续过程实行控制的要素。 在实际的生产过程中，更多遇到的，是连续控制（或调节）和非连续控制的混合型控制，即对各种不同工况的过程控制。因为生产的复杂性，同样的生产装置也会有不同的生产工况或生产阶段，生产工况的切换是根据操作人员的指令或
分散控制系统 分散由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据和集中管理的自动控制系统。 分散控制系统是控制（Control）、计算机（Computer）、数据通信（Communication）和屏幕（CRT T阴极射线管屏幕）显示技术的综合应用。 这些技术术语的英文第一个字母均为C所以通常也将分散控制称 为4C 技术。 分散控制系统（见图）采用微处理机分别控制各个回路，而用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级的控制。 各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。 分散控制系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互以及监控 和管理等功能。 生产过程的控制系统，经历了从模拟控制（即未经量化的变量控 制）系统、计算机监督控制系统、直接数字控制系统、多级控制系统到分散控制系统的发展过程。 直接数字控制系统的缺点是可靠性低，计算机本身的故障会使整 个系统失去控制。 因此一般把计算机监督控制系统与直接数字控制系统组合起来， 只把模拟控制器不能胜任的任务和发生故障后不致危及整个系统的任务交给直接数字控制系统去完成。 随着对生产过程控制的要求越来越高，出现了计算机多级控制系统，使得数据获取和控制装置大为增加，电缆大为延长，监督控制系统的中央数字控制
任务趋于繁重，它的设计成本增加，并且安装费时，因而应用受到限制。 分散控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是生产过程的一种比较完善的控制与管理系统。 在分散控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能相对集中。 这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不象在直接数字控制系统中那样，会由于计算机的故障而使整个系统失去控制。 当管理级发生故障时，过程控制级（控制回路）仍具有独立控制能力，个别控制回路发生故障时也不致影响全局。 相对集中的管理方式有利于实现功能标准化的模块化设计。与计算机多级控制系统相比，分散控制系统在结构上更加灵活、布局更为合理和成本更低。 分散控制系统出现于1975 年前后。由于当时微型计算机价格比较昂贵，出于经济性的考虑，采用由一台微型计算机控制几个回路（见多回路调节器），还没有能彻底实现分散化的控制。 随着微型计算机价格的不断降低，到1980年前后终于彻底地分散到一台微型机只控制一个回路。 这种完全分散的控制系统又称完全分散控制系统或集散系统。 技术概述系统的主要技术概述系统主要有现场控制站（I/O站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站OPS工程师站ENS、机柜、电源等组成。 系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。
分析DCS控制系统中的结构部分 1，DCS由4部分组成 DCS由4部分组成：I/O板、控制器、操作站（人机界面（EMI））、通信网络。I／O板和控制器国际上各DCS厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法的组合有些不一样，I／O板的差别在于有的有智能，有的没有，但是控制器读取所有LO数据必须在Is内完成一个循环；操作站差别比较大，主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用Windows操作系统、采用专用的还是通用的监视软件，操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象；差别最大的是通信网络，最差的是轮询方式，最好的是例外报告方式，其速率相差较大。 I／O板通过端子板直接与生产过程相连，读取传感器传来的信号。20板有几种不同的类型，每一种I／O板都有相应的端子板。如模拟量输人，4～20mA的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板；4～16个通道不等；模拟量输出，通常都是4～20mA的标准信号，一般它的通道比较少，4～8个通道；开关量输人，16～／1／1JL 出，开关量输入和输出还分不同电压等级的板，如直流24V，125V；交流220V或115V 等，8～16个通道不等；脉冲量输人，用于采集速率的信号，4～8通道不等；快速中断输入；HART协议输入板；现场总线LO板。 每一块LO板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整，信号在进人LO板以前要进行整修，如上下限的检查、温度补偿、滤波，这些工作可以在端子板完成，也可以分开完成，完成信号整修的板称为信号调理板。I／O总线和控制器相连。 作为一个DCS控制器，必须具各的功能块有：与硬件连接的功能块通常是4块，这与输人板的类型有关；包括模拟量输入功能块、模拟量输出功能块、开关量输入功能块、开关量输出功能块。每一个功能块必须与特定的端子板连接在一起。如果有接收现场总线的信号，还需要接收现场总线信号的功能块。另外有4块与网络相连的功能块，它们分别是：模拟量网络输入、模拟量网络输出、开关量网络输入、开关量网络输出。其次是PID功能块、站功能块，再其次是算术运算（加、减、乘、除），然后才是函数运算（一次滤波、
分散控制系统(DCS介绍 一、系统概况: 1. DCS系统的特点 DCS系统也称分布式控制系统,其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一捉新型控制技术。其功能特点是:通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。 2. 分散控制系统的构成 作为一种纵向分层和横向分散的大型综合控制系统,它以多层计算机网络为依托,将分布在全厂范围内的各种控制设备的数据处理设备连接在一起,实现各部分信息的共享的协调工作,共同完成控制、管理及决策功能。 1 其硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。 管理操作应用工作站包括工程师站、操作员站、历史数据站等各种功能服务站。 A. 工程师站提供技术人员生成控制系统的人机接口,主要用于系统组态和维护,技术人员也可以通过工程师站对应用系统进行监视。 B. 操作员总理提供技术人员与系统数据库的人机交互界面,用于监视可以完成数据的状态值显示和操作员对数据点的操作。 C. 历史站保存整个系统的历史数据,供组态软件实现历史趋势显示、报表打印和事故追忆等功能。 现场控制站用于现场信号的采集处理,控制策略的实现,并具有可靠的冗余保证、网络通信功能。
通信网络连接分散控制系统的各个分布部分,完成数据、指令及其它信息的传递。为保证DCS可靠性,电源、通信网络、过程控制站都采用冗余配置。 2 分散控制系统的软件是由实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件和各种应用软件组成。 3 分散控制系统在结构上采用模块化设计方法,通过灵活组态,合理的配置,可以实现火电机组的模似量控制系统(MCS、数据采集系统(DAS、锅炉燃烧控制和炉膛安全系统(FSSS、顺序控制系统(SCS等功能。 3. 名词术语解释 DCS分散控制系统指控制功能分散、风险分散、操作显示集中、采用分布式结构的智能网络控制系统。 DAS数据采集系统指采用数字计算机控制系统对工艺系统和设备的运行参数、状态进行检测,对检测结果进行处理、记录、显示和报警,对机组的运行情况进行运算分析,并提出运行指导的监视系统。 MCS模拟量控制系统指通过控制变量自动完成被控制变量调节的回路。 CCS协调控制系统指将锅炉-汽轮发电机组作为一个整体进行控制,通过控制回路协调锅炉汽轮机在自动状态下运行给锅炉、汽轮机的自动控制系统发出指令,以适应负荷变化的需要,尽最大可能发挥机组的调频、调峰的能力,它直接作用的执行级是锅炉燃料控制系统和汽轮机控制系统。 SCS顺序控制系统指对火电机组的辅机及辅助系统,按照运行规律规定的顺序(输入信号条件顺序、动作顺序或时间顺序实现启动或停止过程的自动控制系统。 FSSS炉膛安全监控系统指对锅炉点火和油枪进行程序自动控制,防止锅炉炉膛由于燃烧熄火、过压等原因引起炉膛爆炸(内爆或外爆而采取的监视和控制措施的自动系统。其包括燃烧器控制系统BCS和炉膛安全系统FSS。
第二节分散控制系统的主要硬件 目前，世界上生产分散控制系统的厂家众多，用途不一，推出的产品琳琅满目，各具特色。不同的系统具有不同的设计思想，因此其硬件的结构上也有很大的差别。就是对于一个具体的分散控制系统来说，其硬件涉及的技术范围也很广，构造也十分复杂。所以本节从构成分散控制系统的用于电厂功能的主要三大功能硬件设备：过程控制设备、人机接口设备、系统通信设备着手，对分散控制系统的硬件功能与其结构做分析和介绍。 一、过程控制设备 1。过程控制设备的功能 在分散控制系统中，过程控制设备是最基层（直接控制级）的自动化设备，它接受来自现场的各种检测仪表（如各种传感器和变送器）传送的过程信号，对过程信号进行实时的数据采集、噪声滤除、补偿运算、非线性校正、标度变换等处理，并可按要求进行累积量的计算、上下限报警以及测量值荷包径直向通信网络的传输。同时，它也用来接受上层通信网络传来的控制指令，并根据过程控制的要求进行控制运算，输出驱动现场执行机构的葛洪控制信号，实现对生产过程的数字直接控制，满足生产中连续控制、逻辑控制、顺序控制等的需要。过程控制设备还具有接受各种手动操作信号，实现手动操作的功能。 在分散控制系统的应用中，用于过程控制级的设备有两类品种：一是分散控制系统自身的“现场控制单元”，二是可纳入分散系统中应用的其他独立产品——可编程逻辑控制（PLC）、可编程调节器等。一般的这些独立产品都是一些通用型的设备，通过专门的接口与分散控制系统连接，并实现其功能。而自身的现场控制单元，是指分散控制系统与现场关系最密切，最靠近生产现场的控制装置。是属于分散控制系统的系列产品，不同的分散控制系统生产厂家，对自己系统中的过程控制设备取有独特的名称，如基本控制器、多功能控制器等等。表2—1列出了几个用于电厂的典型分散控制系统的过程控制设备，其名称无一相同，下面将通称为“现场控制单元”。不同厂家的现场控制单元所采用的结构形式大致相同。概括地说，现场控制单元是一个以微处理器为核心的、按功能要求组合的，各种电子模件的集合体，并配以机柜和电源等而形成的一个相对独立的控制装置。 表2-1 典型系统的过程控制设备 2。现场控制单元 现场控制单元是面向过程、可独立运行的通用性计算机测控设备，尽管不同厂家生产的现场控制单元在结构尺寸、输入输出的点数、控制回路数目、采用的微处理器、设计的模件、实现的控制算法等各方面有所不同，但它们均是由机柜、电源、I/O通道、以微处理器为核心的功能模件等几部分组成，我们在此分析实现功能的功能模件及I/O模件。 （1）功能模件
ＤＣＳ分散控制系统概述 概念 DCS DCS概念 的产生及发展 DCS DCS的产生及发展 分散控制系统的体系结构 分散控制系统的特点 火电厂自动化
ＤＣＳDCS概念 DCS DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（ 即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed Control System Control System）、分散控制系统。它的主要基础是）、分散控制系统。它的主要基础是4C 4C技术，即计算 技术，即计算机－机－Computer Computer Computer、控制、控制、控制 －Control Control、通信－、通信－、通信－Communication Communication Communication和和CRT CRT显示显示技术。 DCS DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近或电子设备 系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近或电子设备间的过程控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。 DCS DCS自自19751975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、 年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯 能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。DCS DCS DCS系统过去只应 系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C 4C 4C技术及软件技术的迅猛 技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业。
11-1 解1）由公式可知： 轮齿的工作应力不变，则则，若，该齿轮传动能传递的功率 11-2解由公式 可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系： 设提高后的转矩和许用应力分别为、 当转速不变时，转矩和功率可提高 69%。 11-3解软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。（ 1）许用应力查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG270-500正火硬度：140～170HBS，取155HBS。 查教材图 11-7， 查教材图 11-10 , 查教材表 11-4取， 故： （ 2）验算接触强度，验算公式为：
其中：小齿轮转矩 载荷系数查教材表11-3得齿宽 中心距齿数比 则： 、，能满足接触强度。 （ 3）验算弯曲强度，验算公式： 其中：齿形系数：查教材图 11-9得、 则： 满足弯曲强度。 11-4解开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力降低以弥补磨损对齿轮的影响。 （ 1）许用弯曲应力查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮 45钢正火硬度：170～210HBS，取190HBS。查教材图11-10得 ,
查教材表 11-4 ，并将许用应用降低30% （ 2）其弯曲强度设计公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数查教材表11-3得取齿宽系数 齿数，取齿数比 齿形系数查教材图 11-9得、 因 故将代入设计公式 因此 取模数中心距 齿宽 11-5解硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触强度。
《机械设计基础》 习 题 解 答 机械工程学院
目录 第0章绪论-------------------------------------------------------------------1 第一章平面机构运动简图及其自由度----------------------------------2 第二章平面连杆机构---------------------------------------------------------4 第三章凸轮机构-------------------------------------------------------------6 第四章齿轮机构------------------------------------------------------- -----8 第五章轮系及其设计------------------------------------------------------19 第六章间歇运动机构------------------------------------------------------26 第七章机械的调速与平衡------------------------------------------------29 第八章带传动---------------------------------------------------------------34 第九章链传动---------------------------------------------------------------38 第十章联接------------------------------------------------------------------42 第十一章轴------------------------------------------------------------------46 第十二章滚动轴承---------------------------------------------------------50 第十三章滑动轴承-------------------------------------------- ------------ 56 第十四章联轴器和离合器------------------------------- 59 第十五章弹簧------------------------------------------62 第十六章机械传动系统的设计----------------------------65
汽车电子控制系统 概述 第四章汽车电子控制系统概述第一节汽车电子技术的发展背景汽车既可作为生产运输的生产用品, 又可作为代步、休闲、旅游等消费用品, 汽车技术的发展是人类文明史的见证。随着社会、经济的发展, 汽车成为人类密不可分的伙伴。当然, 汽车的发展也带来了一些负面的影响, 如随着汽车保有量的增加, 交通条件、安全、环境污染也成了日益严重的问题。汽车的安全、环保和节能是当今汽车技术发展的主要方向。 一、安全、环保和节能推动了汽车技术的发展汽车的安全性是人类社会的一大祸害, 车辆的制动安全性、驱动安全性与行驶安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。全世界每年由于交通事故死亡约50 万人, 排在人类死亡原因的第10位; 中国当前每年因交通事故死亡占全
国总死亡人数的 1.5%, 约每年10 万人。为此, 科技人员从汽车的主动安全性和被动安全性两个方面着手, 设计了防滑控制系统、车辆姿态控制系统、智能防撞预警与应急保护系统、碰撞后的保护系统等一系列电子控制装置。 HC 和NOx 混合在一起, 在强烈的阳光照射下, 会发生一系列光化学反应, 产生臭氧和各种化合物。臭氧( O3) 具有很强的氧化性和毒性。1963 年美国洛杉矶地区发生了光化学烟雾事件, 促使各国对大气污染的重视研究。据统计, 城市大气污染物一氧化碳( CO) 、碳氢化合物( HC) 和氮氧化物( NOx) 的主要污染源是汽车排气。因此, 世界各国都相继制订了日益严格的汽车排放物限制法规。另外, 随着汽车保有量的增加, 汽车噪声也是环境保护的重点治理对象。于是, 现代轿车普遍装有喷油与点火控制、废气再循环及三元催化等发动机尾气控制装置。人们还在降低机械噪声、隔振、隔音等方面进行了大量的实验与改进工作。 进入二十世纪70 年代, 全球的石油危机, 使汽车节能问题受到世界各国高度重视, 汽车耗油量被相应的法规限制, 并成为汽车报废的一个主要标志。到二十世纪末, 美国政府提出了耗油为3L/100km 的” 3 升车”计划。传统的化油器等发动机部件虽然有了很大的改进, 依然满足不了排放和油耗两大法规的要求。可见, 传统技术已无能为力, 只有采用汽油喷射及电子点火等易于应用的电子控制新技术, 才能有所突破。 二、电子信息技术的发展推进了汽车技术向集成与智能迈进汽车技术特别是汽车电子控制技术在世界较发达国家发展迅猛, 其先决条件是电子技术和计算机技术的迅猛发展。二十世纪物理学的革命, 促使半导体技术的迅速发展, 特别是集成电路( IC) 和大规模集成电路( LSI) 及超大规模集成电路( VLSI) 的发展, 使电子元件过渡到了功能块和微型计算机, 不但功能极强, 而且价格便宜, 可靠性好, 结构紧凑, 响应敏捷, 迅速推动了汽车电控技术的发展。
分散控制系统(DCS)详细介绍 一、系统概况： 1.DCS系统的特点DCS系统也称分布式控制系统，其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一捉新型控制技术。其功能特点是：通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。 2.分散控制系统的构成作为一种纵向分层和横向分散的大型综合控制系统，它以多层计算机网络为依托，将分布在全厂范围内的各种控制设备的数据处理设备连接在一起，实现各部分信息的共享的协调工作，共同完成控制、管理及决策功能。1)其硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。 管理操作应用工作站包括工程师站、操作员站、历史数据站等各种功能服务站。A.工程师站提供技术人员生成控制系统的人机接口，主要用于系统组态和维护，技术人员也可以通过工程师站对应用系统进行监视。B.操作员总理提供技术人员与系统数据库的人机交互界面，用于监视可以完成数据的状态值显示和操作员对数据点的操作。C.历史站保存整个系统的历史数据，供组态软件实现历史趋势显示、报表打印和事故追忆等功能。现场控制站用于现场信号的采集处理，控制策略的实现，并具有可靠的冗余保证、网络通信功能。通信网络连接分散控制系统的各个分布部分，完成数据、指令及其它信息的传递。为保证DCS 可靠性，电源、通信网络、过程控制站都采用冗余配置。2)分散控制系统的软件是由实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件和各种应用软件组成。3)分散控制系统在结构上采用模块化设计方法，通过灵活组态，合理的配置，可以实现火电机组的模似量控制系统（MCS）、数据采集系统（DAS）、锅炉燃烧控制和炉膛安全系统（FSSS）、顺序控制系统（SCS）等功能。 3.名词术语解释DCS分散控制系统指控制功能分散、风险分散、操作显示集中、采用分布式结构的智能网络控制系统。DAS数据采集系统指采用数字计算机控制系统对工艺系统和设备的运行参数、状态进行检测，对检测结果进行处理、记录、显示和报警，对机组的运行情况进行运算分析，并提出运行指导的监视系统。MCS模拟量控制系统指通过控制变量自动完成被控制变量调节的回路。CCS协调控制系统指将锅炉-汽轮发电机组作为一个整体进行控制，通过控制回路协调锅炉汽轮机在自动状态下运行给锅炉、汽轮机的自动控制系统发出指令，以适应负荷变化的需要，尽最大可能发挥机组的调频、调峰的能力，它直接作用的执行级是锅炉燃料控制系统和汽轮机控制系统。SCS顺序控制系统指对火电机组的辅机及辅助系统，按照运行规律规定的顺序（输入信号条件顺序、动作顺序或时间顺序）实现启动或停止过程的自动控制系统。FSSS炉膛安全监控系统指对锅炉点火和油枪进行程序自动控制，防止锅炉炉膛由于燃烧熄火、过压等原因引起炉膛爆炸（内爆或外爆）而采取的监视和控制措施的自动系统。其包括燃烧器控制系统BCS和炉膛安全系统FSS。AGC自动发电控制，根据电网对各电厂负荷要求对机组发电功率由电网调度进行自动控制的系统。MFT总燃料跳闸指保护信号指令动作或由人工操作后，快速切断进入炉膛的所有燃料而采取的措施。DEH 汽轮机数字式电液控制系统，是按电气原理设计的敏感元件、数字电路以及按液压原理设计的放大元件和液压伺服机构构成的汽轮机控制系统。ATC或ATSC汽轮机自启动，根据汽轮机的运行参数和热应力计算，使汽轮机从盘车开始直到带初负荷按程序实现自启动。 OPC超速保护控制功能，是一种抑制超速的控制功能，常见有以下两种：i.当汽轮机转速达到额定转速的103%时，自动关闭中、高压调节汽门；当转速恢复正常时，开户这些汽门以维持额定转速。ii.当汽轮机转速出现加速度时，发出超驰指令，关闭高、中压调速汽门；当加速度为0时由正常转速控制回路维持正
分散控制系统概述 摘要：分散控制系统的发展,基本结构,特点;分散控制系统的过程控制站功能,硬件组成及各部分的作用;运行操作站的功能,硬件组成及各部分的作用;工程师站的 功能及设备组成;数据通信网络的组成,工作原理,在分散控制系统中的作用。 关键词：分散控制系统、构成原理、过程控制站、运行操作员、和工程师站 引言：分散控制系统由多个(对)以微处理器为核心的过程控制采集站，分别分散地对各部分工艺流程进行数据采集和控制，并通过数据通信系统与中央控制室各监控操作站联网，对生产过程进行集中监视和操作的控制系统。 正文： 一分散控制系统的发展与构成 在生产控制领域，常规模拟仪表控制系统经历了基地式，单元组合式，组件组装式等几个发展阶段段。应当说仪表控制系统不同阶段的发展，一方面整个科学技术发展水平密切相关，比如采用电子管，晶体管，小规模集成电路，大规模集成电路，都局限于一定时期电子技术的发展水平；另一方面，生产过程的规模对控制水平的要求也处于不断和发展进步中。直至今天，也并不是任何一个简单的生产过程都需要采用分散控制系统，然而，以现代化大型发电机组为例，设备与生产过程十分复杂，需要采用复杂控制方案，常规模拟仪表由于受其功能的限制，就难以满足要求。一台300MW机组需要操作控制的项目达410-450点，需要监视的测点在1000点以上，如果采用常规模拟仪表，中央控制室表盘仪表多达数百台件，控制台长达十几米，操作和监视相当困难，稍有不慎就可能造成重大事故，因此，十分有必要采用新型的仪表控制系统。 自从1975年世界上第一套集散控制系统诞生之后，工业控制自动化进入了一个崭新的时期。经过20多年的发展，其体系结构不断更新，功能日益完善，已经朝着计算机集成综合制造方向发展。总的来说，计算机过程控制系统的体系，结构的发展，经历了直接数字控制系统，集中型计算机控制系统，分层计算机控制系统和目前广泛采用的分散控制系统等几个阶段。 分散控制系统(DOS)又名集散型控制系统,分布式控制系统.它是利用计算机技术对生产过程进行集中监视操作,管理和分散控制的一种新型控制技术,是计算机技术,信息处理技术,测量控制技术,通信网络技术和人机接口技术相互渗透发 展而产生的一种新型先进事控制系统.分散控制系统由集中管理部分,分散控制监测部分和通信部分组成.集中管理部分又可分为操作员工工作站,工程师工作站和管理计算机.操作员工作站的任务是对生产过程进行监视和操作;工程师工作站的任务是组态(根据对象特性,生产过程的需要组成不同的控制状态和方式)和维护;管理计算机用于全系统的信息处理和优化控制.分散控制监测部分按功能可分为控制站,监测站;通信部分则完成数据,指令及各种信息的传递。 计算机分散控制系统的特点有: (1) 通用性很强,系统组态灵活。由于分散系统的硬件采用了积木式结构，软件实现了模块化，所以整个系统的配置具有很大的灵活性。选用各种功能的软件模块，根据需要进行组态，既可构成各种控制功能的系统。 (2) 由于采用了数字化通信技术，数据处理迅速，显示操作集中，人机联系
DCS 系统概念及结构 1.概念:DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed Control System）。它的主要基础是4C技术，即计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术。 2.结构：HOLLiAS—MACS系统是由:以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统（DCS）、大型数据采集监控系统（SCADA）功能。 HOLLiAS—MACS系统硬件由:工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、打印服务站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成。 HOLLiAS—MACS系统软件包括：工程师站组态软件；操作员站在线软件；现场控制器运行软件；服务器软件等。 —MACS系统中的“站” （1）工程师站：工程师站运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。工程师站主要有以下功能：组态（包括系统硬件设备、数据库、控制算法、图形、报表）和相关系统参数的设置。 （2）操作员站（站号为50---79）操作员站运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。操作员站主要完成以下功能：各种监视信息的显示、查询和打印，主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等。 （3）服务器（站号为0开始）：服务站运行相应的管理程序，对整个系统的实时数据和历史数据进行管理。 （4）现场控制站（站号为10---49）现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元、现场总线和专用机柜等部分组成，采用分布式结构设计，扩展性强。 4. HOLLiAS—MACS系统的硬件系统结构-“网络” （1）监控网络：监控网络为冗余高速以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上。该网络中主要的通讯节点有工程师站、操作员站、服务站，采用TCP/IP通讯协议。对于工程师站.操作员站和服务器的计算机，我们进行统一的编号（也就是IP地址），通常用以下顺序： (2)、系统网络：系统网络为冗余高速以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤 将各个通讯节点连接到中心交换机上。该网络中主要的通讯节点有服务站、现场控制站，采用TCP/IP通讯协议。 (3)、控制网络：由于工程师站下装现场控制站是通过TCP/IP协议进行，因此现
项目1 汽车电子控制系统概述 教学目标： 1、汽车电子技术的发展背景。 2、汽车电子控制系统的一般组成。 3、汽车电子控制技术基础知识。 教学内容： 一、汽车电子技术的发展背景 1、安全、环保和节能推动了汽车技术的发展 2、电子信息技术的发展推进了汽车技术向集成与智能迈进 3、汽车电子技术应用的优越性 由于电子技术、计算机技术和信息技术等新技术的发展和应用，汽车电子控制在控制的精度、范围、适应性和智能化等多方面有了较大发展，实现了汽车的全面优化运行。因此，在降低排放污染、减少燃油消耗、提高安全性和舒适性等方面，电子控制汽车有着明显的优势。 （1）减少汽车修复时间 汽车电气设备的故障约占汽车总故障的1/3。由于汽车构造比较复杂，零部件比较多，工作环境不可控制（如道路条件，环境的温、湿度），加上人为的因素，所以汽车的可靠性差，无故障间隔时间短；随着电气设备在汽车零部件中比例的增加，电气设备的故障率还会提高。由于电子控制汽车均装有自诊断系统，提高了故障诊断的速度和准确性，从而缩短了汽车的修复时间，带来很好的社会效益和经济效益。 （2）节油 汽车发动机采用电子综合优化控制，与传统的化油器式发动机相比，可以节约燃油消耗10%~15％左右。汽车是一个较复杂的多参数控制的机械，而且行驶条件随机变化。对其采用优化控制后，计算机可以对控制对象的有关参数（如温度、气体压力、转速、排气成分）进行适当采样，然后进行数据处理，最终控制汽车的执行机构，这样便可使汽车在最佳工况下工作，以达到节油目的。发动机各部件的优化控制主要有：电子控制点火装置、电子控制汽油喷射和混合气浓度控制装置等，此外还有发动机闭缸控制节油装置、怠速控制、废气再循环控制和爆震控制等优化控制。 （3）减少空气污染