1过程控制及集散控制系统概述

集散控制系统原理及应用集散控制系统（Distribution Control System，简称DCS）是一种基于计算机网络的自动化控制系统，用于集中控制和监视复杂的工业过程。

它由许多分布在整个工厂或工艺中的控制单元组成，这些控制单元通过网络互连，在一起协同工作，以实现对整个过程的控制。

集散控制系统的原理是通过采集和传递数据，实现对过程的实时监测和控制。

它主要包括以下几个组成部分：1. 传感器和执行器：用于采集过程变量和控制信号。

传感器将过程中的物理量转换成电信号，例如温度、压力、流量等。

执行器根据控制信号执行一定的操作，例如开关、调节阀等。

2. 控制单元：集散控制系统中最核心的部分，由计算机硬件和软件组成。

控制单元负责采集、处理和分析传感器采集的数据，在此基础上生成控制信号，并通过执行器将其发送给控制对象。

3. 通信网络：用于连接不同的控制单元，实现数据的传输和共享。

通信网络可以是以太网、现场总线等。

通过网络连接，各个控制单元之间可以实现数据的共享和协同工作。

4. 人机界面：提供人机交互的界面，使操作人员能够直观地监视过程状态、进行操作和维护。

人机界面通常采用图形化显示，包括监视画面、报警提示、操作按钮等。

集散控制系统的应用非常广泛。

它可以用于石油化工、电力、水处理、冶金等工业领域的各种生产过程的控制和监测。

具体应用包括：1. 石油化工：集散控制系统可以用于炼油、化工生产等领域。

通过实时监测和控制温度、压力、流量等参数，可以保证工艺过程的稳定运行。

2. 电力系统：集散控制系统可以用于电力发电和配电系统的监控和控制。

通过集中管理各个发电单元、调度用电负荷，可以实现电力系统的高效运行。

3. 水处理：集散控制系统可以用于水处理过程中的污水处理、给水处理、制水等。

通过实时监测和控制水质、水流等参数，可以提高水处理的效率和质量。

4. 冶金：集散控制系统可以用于冶金工业中的钢铁生产、铸造等过程的控制。

通过实时监测和控制温度、压力、流量等参数，可以保证冶金过程的稳定性和产品质量。

集散控制系统一个典型的DCS控制系统集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。

该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。

DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。

集散控制系统一般有以下四部分组成：现场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。

输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。

这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。

比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。

它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。

在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。

拿军队来举例的话，可以形容为最底层的士兵。

它们只要能准确地服从命令，并且准确地向上级汇报情况即完成使命。

至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。

由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。

过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。

生产工艺的调节都是靠它来实现。

比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。

上面说到现场控制级是“士兵”，那么给它发号施令的就是过程控制级了。

它接受现场控制级传来的信号，按照工艺要求进行控制规律运算，然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。

集散型控制系统的介绍Whut 笔记集散型控制系统（DCS）也就是所说的分布式控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。

DCS是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的，我们根据现有的，应用比较广泛的若干种DCS的结构的总结，来说明、分析和比较DCS的结构。

一、“三点一线”式结构DCS自70年代问世以来，很多公司推出了多种不同设计、风格各异的DCS，即是同一厂家，早期的产品与近期的产品也有不少的差异，但是仅管种种DCS千差万别，其核心结构却基本上一致，可将其归纳为“三点一线”式结构。

“一线”是指DCS的骨架计算机网络；“三点”是指联接在网络上的三种不同的类型的节点，分别是：面向被控过程现场的现场I/O控制站；面向操作人员的操作站；面向DCS监督管理人员的工程师站。

一般情况下，一个DCS只需配备一个工程师站，而现场I/O控制站和操作员站的数目则需根据实际需要配置，这三种节点通过系统网络进行联接并互相交换信息，协调各方面的工作，共同完成DCS 的整体功能。

DCS的计算机网络在很多方面的要求实时性网络。

网络需要根据现场通讯实时性的要求，在确定的时限内完成信息的传送。

“确定的时限”是指无论在何种情况下，信息传送度能在这个时限内完成，而这个时限则是根据被空过程的实时性要求确定的。

系统的拓扑结构。

大致可分为星型，总线型和环型三种。

目前应用最广泛的是环网和总线网。

二、DCS的系统网络SNET各种网络解决碰撞的技术:一种是TOKEN RING（对于环型网）或TOKEN PASSING（对于总线型网）方式;另一种解决碰撞的技术是载波侦听与碰撞检测技术，即CSMA/CD 方式.DCS的基础硬件:DCS由三种节点组成：现场I/O控制站、操作员站、和工程师站，通过局域网络互联在一起形成一个系统。

对于局域网来说，所有的节点都没有什么本质的和原则的区别，它们都是具有自己特定的网络地址，都可以通过局域网接收和发送数据。

一、简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能（画出通用结构图、各部分硬件组成和实现的功能）答：按照DCS各组成部分的功能分布，所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。

与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。

1）现场控制级设备的任务主要完成过程数据采集与处理；直接输出操作命令、实现分散控制；完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享；完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。

2）过程控制级的主要功能是采集过程数据，进行数据转换与处理；对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；现场设备及I/O 卡件的自诊断；与过程操作管理级进行数据通信。

3）过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。

操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管理装置。

工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。

工程师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种图样、表格等。

监控计算机的主要任务是实现对生产过程的监督控制，如机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。

根据产品、原材料库存以及能源的使用情况，以优化准则来协调装置间的相互关系，以实现全企业的优化管理。

4）经营管理级是全厂自动化系统的最高一层。

主要功能是监视企业各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。

它从系统观念出发，从原料进厂到产品的销售，市场和用户分析、定货、库存到交货，生产计划等进行一系列的优化协调，从而降低成本，增加产量，保证质量，提高经济效益。

（集散控制系统的体系结构图）集散控制系统的硬件结构控制站，进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。

集散控制系统及技术【摘要】本文介绍了集散控制系统DCS的基本概念、分层结构和特点，以及现场总线技术对DCS发展的影响，论证了DCS在工业控制中的重要地位。

【关键词】集散控制系统;现场总线控制系统0.概述随着现代工业的飞速发展，计算机控制已经渗透到工业生产的各个方面，而且所需控制的量越来越多，于是应运而生出现了集散型控制系统(DCS，Distributed Control System)。

集散控制系统的出现是工业控制的一个里程碑，广泛的应用于工业过程控制，并延伸到实验室自动化和大型研究试验以及离散制造业。

其实质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，由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术和人机接口技术相互发展、渗透而产生的，集“4C” 技术即计算机技术、控制技术、通讯技术、图形显示技术于一体，既不同于分散的仪表控制系统，也不同于集中式的计算机控制技术，具有很强的生命力和显著的优越性。

DCS系统的特点是集中管理，分散控制，而结构上的分散不仅使系统风险分散，消除了全局性的故障节点，增加了系统的可靠性，而且可以灵活方便地实现各种新型控制规律和算法，便于系统的分批调试和投运，为生产过程自动化的发展带来深远的影响。

1.DCS的分层结构与特点1.1 DCS的分层结构DCS是分级递阶的控制系统，该结构主要是从系统工程的角度出发，通过功能分层、危险分散来提高系统的可靠性和应用的灵活性。

对系统按功能进行纵向分解，可得到系统的四层递阶结构[1]。

1.1.1过程控制级这一级是现场装置管理层次的直接控制级，主要由现场控制站、数据采集站和过程管理计算机等构成，是直接与生产过程相联系的一级计算机系统，是集散控制系统的基础。

过程控制级一方面和各类现场设备如变送器、执行器、记录仪表等相连，以实现对所连接的装置实施监测、控制；另一方面还和第二级的计算机相连，接收上层的管理信息，并向上传递装置的特性数据和采集到的实时数据。

集散控制系统原理及应用集散控制系统是一种常用的自动化控制系统，广泛应用于各个领域。

本文将从原理和应用两个方面来介绍集散控制系统。

一、集散控制系统的原理集散控制系统是由多个分布在不同位置的控制单元组成的。

每个控制单元负责控制一个或多个设备或过程，通过网络互相连接，实现数据的传输和控制命令的交互。

集散控制系统的核心是集中控制器，它负责接收和处理各个控制单元传来的数据，并根据预设的控制策略来下发控制指令。

集散控制系统的主要特点是分布式控制和集中管理。

分布式控制指的是各个控制单元可以独立运行，具有一定的自主性，可以根据需要进行本地的控制和决策。

集中管理指的是通过集中控制器来进行统一的协调和管理，实现对整个系统的监控和控制。

集散控制系统的通信方式一般采用现场总线技术，如Profibus、Modbus、CAN等。

这些现场总线可以实现高速、可靠的数据传输，满足系统对实时性和可靠性的要求。

此外，集散控制系统还可以与上位机或其他系统进行连接，实现与其他系统的数据交换和共享。

二、集散控制系统的应用集散控制系统广泛应用于工业生产、能源管理、交通运输、环境监测等领域。

以下列举几个常见的应用案例。

1. 工业自动化在工业生产中，集散控制系统可以实现对生产过程的自动化控制。

例如，在汽车制造工厂中，集散控制系统可以对各个生产线上的机器人进行统一的调度和控制，实现整个生产过程的自动化。

2. 水处理在水处理领域，集散控制系统可以实现对水处理设备的监控和控制。

例如，在污水处理厂中，集散控制系统可以实时监测污水的流量、浓度等参数，并根据设定的控制策略来控制化学药剂的投加量，保证污水处理的效果。

3. 电力系统在电力系统中，集散控制系统可以实现对电力设备的监控和调度。

例如，在变电站中，集散控制系统可以监测电力设备的运行状态，并根据电网负荷的变化来调节发电机组的输出功率，保证电网的稳定运行。

4. 智能建筑在智能建筑中，集散控制系统可以实现对建筑设备的集中管理和控制。