分散控制系统

分散控制系统介绍概要分散控制系统(Distributed Control System, DCS)是一种广泛应用于工业自动化领域的控制系统。

它是以计算机为核心，通过分布式的控制器和现场设备相互连接，实现对工业过程中各种参数和设备的监控和控制。

DCS的核心思想是将控制系统分布在不同的现场设备中，通过现场设备之间的通信，实现系统的协调和控制。

相比于传统的集中式控制系统，DCS具有以下优势：1.可扩展性：DCS的控制器分布在不同的设备中，可以根据需求添加或移除控制器，实现系统的扩展和升级。

2.高可靠性：由于控制器分布在多个设备中，即使一些设备故障，其他设备仍然可以正常工作，保证了系统的高可靠性。

3.高性能：DCS中的控制器使用先进的计算机技术，具有较高的计算性能和响应速度，能够快速进行复杂的控制计算。

4.分布式控制：DCS将控制功能分布在多个控制器中，实现了分布式控制，提高了系统的灵活性和适应性。

DCS主要由三个组成部分构成，分别是现场设备、控制器和操作工作站。

现场设备包括各种传感器、执行器等，用于获取和控制工业过程中的各种参数和信号。

控制器是DCS的核心部件，它负责接收和处理现场设备发送的信号，进行控制计算，并根据计算结果发送控制指令给现场设备。

操作工作站是DCS的人机界面，操作员通过工作站可以对系统进行监控和控制。

工作站提供了友好的图形界面，显示各种参数和设备状态，并提供操作界面，操作员可以对参数进行调整和设备进行控制。

DCS的工作原理是现场设备将传感器采集到的信号通过数据通信网络传输到控制器，控制器进行控制计算，并根据计算结果发送控制指令给现场设备，现场设备执行控制指令，实现对工业过程的控制。

除了基本的监测和控制功能，DCS还具有一些高级功能，如数据采集和处理、报警和故障诊断、远程监控和控制等。

通过这些功能，DCS可以实现对工业过程的全面监控和控制，并对系统故障进行及时诊断和修复，提高系统的稳定性和可靠性。

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──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。

分散控制系统第一章分散控制系统概述一.概述分散控制系统缩写为DCS,全称为DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,起步于70年代,80年代以后进入优化阶段,从90年代开始,将生产调度、计划优化、经营管理决策方案引入计算机控制系统，使综合管理于优化控制相结合，产生了更大的经济效益和技术进步。

80、90年代国外DCS的代表产品有：TDS3000、WDPF、INFI90等，这些产品的共同特点是：（1）实现开放式的系统通信，向上通过网间连接器与其他网络联系，构成综合信息管理系统，向下支持现场总线，使过程控制各部分之间实现可靠的实时数据通讯。

（2）具有容错和自诊断能力，可靠性更高。

（3）操作员站具有很强的图形显示功能，操作简单，响应速度快。

国内近几年发展比较快的是上海新华控制工程有限公司，它最初是给国外的公司安装调试，后来随技术力量的壮大，逐渐把国外的技术消化吸收制造出XDPS，XDPS继承了国外技术的优点，同时在此基础上全部汉化，界面更友好，占领了国内不少的市场分额。

二．分散控制系统的特点相对分散控制而言是集中控制。

对于集中式计算机控制系统而言，中央计算机的处理速度以及计算机自身的可靠性是其两大应用目标。

计算机的处理速度越快，在一定时间范围内就可管理更多的设备，但处理速度受当时技术条件的限制，不可能要多快有多快。

另一方面就是所有的控制功能都集中到单台计算机上来完成，一旦计算机出了故障，就意味着所有功能都将失效。

基于这种情况，必须寻求一种更加可靠的计算机自动化控制系统，其方案不外乎两种：（1）使计算机本身更加可靠（2）引入功能上可替代的分散控制技术，以改善系统的可靠性对于第一种方案就意味着要求中央计算机更加可靠。

这已经受到技术条件的限制，后来的发展方向是分散型控制技术，原因归纳如下：60年代末70年代初，由于集成电路的发展，出现了功能完善、价格便宜的单板机、微型计算机，可以代替中央计算机的局部工作，以对其周围的装置进行过程检测和控制。

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。

什么叫分散控制系统？它有什么特点？分散控制系统又称总体分散型控制系统，它是以微处理机为核心的分散型直接控制装置。

它的控制功能分散（以微处理机为中心构成子系统）。

它与集中控，管理集中（用计算机管理）制系统比较有以下特点：1、可靠性高（即危险分散）。

以微处理机为核心的微型机比中小型计算机的可靠性高，即使一部分系统故障也不会影响全局，当管理计算机故障时，各子系统仍能进行独立的控制。

2、系统结构合理（即结构分散）。

系统的输入、输出数据预先通过子系统处理或选择，数据传输量减小，减轻了微型机的负荷，提高了控制速度。

3、由于信息量减小，使编程简单，修改、变动都很方便。

4、由于控制功能分散，子系统可靠性提高，对管理计算机的要求可以降低，对微型机的要求也可以降低。

试述单元机组自动调节有什么特点？单元机组，即锅炉生产的蒸汽不通过母管，直接送到汽轮机，锅炉和汽轮机已经成为一个整体，需要有一个共同的控制点，需要锅炉和汽轮机紧密配合，协调一致，以适应外部负荷的需要。

单元机组，特别是有中间再热器的机组，当外部负荷时，由于中间再热器的容积滞后，使中低压缸的功率变化出现惯性，对电力系统调频不利，需要在调节系统上采取措施。

单元机组的动态特性与母管制差异较大。

一般来讲，单元机组汽包压力、汽轮机进汽压力在燃烧侧扰动时变化较大，而蒸汽流量变化较小；母管制锅炉汽包压力变化小，而蒸汽流量变化较大。

因此，单元机组汽压调节系统宜选用汽包压力或汽轮机进汽压力作为被调量，这同母管制锅炉差别较大（母管制的汽压力调节系统一般采用蒸汽流量加汽包压力微分信号）。

至于送风和引风调节系统，单元制同母管制差异不大。

什么是可编程调节器？它有什么特点？可编程调节器又称数字调节器或单回路调节器。

它是以微处理器为核心部件的一种新型调节器。

它的各种功能可以通过改变程序（编程）的方法来实现，故称为可编程调节器。

特点：1、具有常规模拟仪表的安装的操作方式，可与模拟仪表兼容。

分散控制系统概述分散控制系统（DCS）是指由多个独立的控制器组成的系统，每个控制器负责一个或多个设备或过程的控制。

它通常由一个控制中心和多个可编程逻辑控制器（PLC）组成。

DCS广泛应用于工业自动化领域，例如化工、电力、制造业等。

DCS系统的结构通常包括以下几个方面：1.控制器：DCS系统通常由多个控制器组成，每个控制器负责一个或多个设备/过程的控制。

控制器根据传感器和执行器提供的数据，采取相应的控制策略和算法，控制设备/过程的运行状态。

2.传感器和执行器：传感器是用于测量设备或过程参数的装置，例如温度传感器、压力传感器等。

执行器则用于控制设备或过程的运行状态，例如阀门、电机等。

传感器和执行器的数据通过信号传输到控制器，为控制器提供必要的信息。

3.控制中心：控制中心是DCS系统的核心，负责监控和管理整个系统。

控制中心通常配备有人机界面（HMI），用于人机交互和显示系统状态。

通过控制中心，操作员可以实时监控设备/过程的运行状态，进行参数调节和故障诊断。

4. 通信网络：DCS系统中的各个组件通过通信网络相互连接和交换数据。

通信网络可以是有线的或无线的，可以采用各种通信协议，例如以太网、Modbus等。

通信网络的稳定性和可靠性对于系统的正常运行非常重要。

DCS系统具有以下几个优势：1.高度灵活性：DCS系统的控制器可以独立运行，相互之间无需时钟同步。

这使得系统可以轻松地扩展和修改，适应不同的工艺需求和设备变化。

2.高可靠性：DCS系统中的多个控制器可以相互备份，以实现冗余，提高系统的可靠性和容错性。

当一个控制器发生故障时，其他控制器可以接管工作，确保系统的连续运行。

3.实时监控和反馈：DCS系统通过控制中心实时监控设备/过程的状态，并通过传感器提供的实时数据进行控制。

操作员可以根据实时数据进行参数调节和故障诊断，及时采取措施，避免设备/过程出现问题。

4.高级优化和控制算法：DCS系统可以配备先进的优化和控制算法，通过实时调节参数和控制策略，实现设备/过程的最佳性能。

第二章 分散控制系统概述第一节 分散控制系统的基本概念一、计算机控制系统的基本结构及组成典型的常规过程控制系统由被控对象、自动化仪表（测量仪表，变送器和执行器）和控 制器组成（图 2-1）。

对象的被控参数经测量仪表检测，并由变送器转换成相应的标准电信 号输入控制器。

在控制器中，测量值与预先设定的给定值比较，两者图 2-1 典型的常规过程控制系统结构的偏差送入控制电路，按照预定的控制规律，产生出相应的控制量。

控制器产生的控制量输出到现场的执行机构，控制被控对象中的阀门、挡板等设备，以改变被控参数，使之向给定值靠近。

在计算机控制系统中，采用过程控制计算机（简称工控机）取代典型常规过程控制系统 中的控制器（如图 2-2 所示）。

由于计算机内接收、处理、存储和输出的是数字量，而被控对 象的参数大多是模拟量和开关量，过程控制计算机的主机和被控对象之间，增加了相应的信号转换装置（如 A/D 、D/A 等）。

图 2-2 计算机控制系统结构在计算机控制系统中，常规控制器的控制功能由过程控制计算机中的控制软件来完成， 具有灵活、稳定、精确、功能强大的特点。

二、过程控制计算机的组成过程控制计算机与其他计算机系统一样，由硬件和软件组成。

一、过程控制计算机的硬件组成过程控制计算机由主机、外部设备、过程通道、人机接口设备和通信设备组成。

1、主机：由CPU 和存储器（ROM 、RAM 、E 2PROM 或NVRAM 等）及I/O 接口电路组成。

控制系统的控制策略及系统的监控功能在主机内实现。

2、外部设备：外部设备是用户与计算机系统之间交换信息的设备，包括输入设备（键 盘、鼠标等），输出设备（显示器、打印机等）和外部存储器（硬盘驱动器、软盘驱动器、光11盘驱动器和磁带机等）。

3、过程通道：过程通道是过程控制计算机与生产过程的接口设备，包括：模拟量输入通道（AI ）、模拟量输出通道（AO ）、数字量输入通道（DI ）、数字量输出通道（DO ）等，它们实现计算机内与外界不同类型的信号间的转换和隔离。