DCS、FCS控制系统结构框架搭建

FCS与DCS混合式集成控制系统研究引言控制系统由五十多年前的PCS( PneumatiCControl System)的第一代控制系统，经历了ACS(AnalogouSControl System)、CCS(ComputerControl System)和DCS(Distributed Control System)，而发展成今天的第五代控制系统———现场总线控制系统FCS(FieldbuSControl System)。

集散控制系统DCS由操作站、控制站(监视站)、应用模件与历史模件、通讯网络和工程师站等组成。

DCS除采用高可靠性的软硬件以及通信网络、控制站等冗余措施外，还使用故障检测与诊断工程软件，可对生产工况进行监测，从而及早发现故障，及时采取措施，提高了生产的安全性。

上世纪80年代后期，在DCS的基础上开始开发一种适用于工业环境的网络结构和网络协议，并实现传感器、控制器层的通信，这就是现场总线。

但研究工作进展缓慢，而且无国际标准可遵守。

国际电工委员会( IEC)于2000年1月正式公布了IEC61158现场总线全部技术标准。

但此标准中容纳了8种互不兼容的通信协议。

由于是妥协于各方面的既有利益，并没有实现完全统一国际标准的初衷。

CAN(ControllerArea Network)总线是现场总线的一种，它一般采用典型的串行总线拓扑结构进行通讯，这种方式的位速率低于环形结构，但是结构简单、成本低、而且通信可靠。

CAN总线因传输时间短，受干扰的概率低，保证了通信的实时性。

CAN能对错误的来源进行正确定位，将永久的硬件错误从软件错误中独立出来，其协议采用CRC检验，并提供相应的错误处理功能，同时保证了数据通信的可靠性。

混合式控制系统的提出现场总线控制系统FCS应该与集散控制系统DCS相互兼容。

首先从工程成本与效益看，现场总线的优势是良好的互操作性，结构简单，布线费用低；控制功能分散，灵活可靠，以及现场信息丰富。

分散控制系统讲义DCS的体系结构分散控制系统(Distributed Control System, DCS)是一种基于计算机网络的控制系统，用于监控和控制工业过程中的多个设备和系统。

DCS的体系结构是一个分布式的架构，包括多个分散的控制器，这些控制器通过通信网络进行连接和交互。

本文将详细介绍DCS的体系结构。

DCS的体系结构主要由以下几个组成部分组成：1.控制器：DCS的核心部分就是控制器，它负责处理过程中的各种信号和数据，并根据设定的控制策略来执行相应的操作。

通常情况下，一个DCS系统包含多个控制器，每个控制器负责控制一个或多个设备或系统。

控制器通常由工作站或嵌入式计算机组成。

2.通信网络：DCS系统中所有的控制器、设备和工作站都通过通信网络进行连接和通信。

通信网络可以根据具体需求选择不同的技术，如以太网、现场总线等。

通信网络的稳定性和可靠性对DCS系统的工作非常重要，因为它直接影响了设备之间的通信和数据传输。

3.人机界面：DCS系统提供了一个人机界面，用于监控过程状态和操作控制器。

人机界面通常由一台或多台工作站组成，工作站上配备有显示屏、键盘和鼠标等输入设备。

操作人员可以通过人机界面查看实时数据、控制设备和执行报警处理等操作。

4.设备/系统：DCS系统可以控制和监测多种设备和系统，如发电机、输电系统、制造过程等。

每个设备或系统都有一个或多个控制器与之对应，通过控制器的指令来实现相应的控制操作。

5.数据存储和处理：DCS系统需要存储和处理大量的数据，包括实时数据、历史数据和配置数据等。

数据存储和处理通常由一个或多个数据库服务器来完成，数据库服务器负责数据的存储和检索等操作。

DCS的体系结构具有以下几个特点：1.分布式控制：DCS系统的控制器分布在不同的位置，可以同时控制多个设备和系统。

这种分布式的控制方式使得系统更加灵活和可靠，同时也降低了系统的复杂性。

2.可靠性：DCS系统具有高度可靠性，即使一个或多个控制器发生故障，系统依然可以正常工作。

DCS 控制系统的级成结构摘要: 从DCS 控制系统的级成结构看可以分为三大部分：带I/O 部件的控制器、通讯网络和人机接口(HSI)。

控制器I/O 部件直接与生产过程相连，接收现场设备送来的信号；人机接口是操作人员与DCS 相互交换信息的设备；通讯网络将控制器和人机接口联...从dcs 控制系统的级成结构看可以分为三大部分：带I/O 部件的控制器、通讯网络和人机接口(HSI)。

控制器I/O 部件直接与生产过程相连，接收现场设备送来的信号；人机接口是操作人员与DCS 相互交换信息的设备；通讯网络将控制器和人机接口联系起来，形成一个有机的整体。

早期的DCS 系统的通讯网络都是专用的，DCS 有几级网络，完成不同模件之间的通讯。

从目前的情况来看，DCS 的最多网络级有四级，它们分别是I/O 总线、现场总线、控制总线和DCS 网络。

I/O 总线，它把多种I/O 信号送到控制器，由控制器读取I/O 信号。

这称为I/O 总线。

I/O 板相互之间并不交换数据。

I/O 总线的速率是不高的。

从几十K 到几兆不等。

这与计算机技术的发展情况有关。

80 年代初是20K，80 年代中期是40K、80 年代末期是80K，90 年代是几兆。

为了快速，最好是并行总线。

采用并行总线，其I/O 模件必需与控制器模件相邻。

采用串行总线的情况下，I/O 板和控制器之间的距离也要比较近才行。

最好把控制器模件和I/O 模件装在一个机柜内或相邻的机柜内。

远程I/O 应该采用现场总线。

如CAN、LONWORKS、HART 总线等。

现场总线是90 年代初发展起来的。

在I/O 板中从硬件来说应该有能接收现场总线来的信号的输入、输出板。

从软件来说在控制器中应该有读取和写到现场总线信号的功能块。

在DCS 系统中，远程I/O 采用HART 总线比较多。

比如现场的变送器，离控制器机柜距璃比较远，把16 个变送器来的信号编成为一组，用HART 总线把信号送到控制器，空制器同时读进16 个变送器来的信号。

DCSFCS控制系统结构框架搭建DCS（分散控制系统）和FCS（集中控制系统）是两种常用的控制系统结构框架，用于对复杂的工业过程进行监控和控制。

DCS主要用于大型工程，如炼油厂和电厂等，而FCS适用于小型工程，如水处理厂和食品加工厂等。

本文将介绍如何搭建一个DCS和FCS控制系统结构框架。

DCS控制系统结构框架主要包含以下几个组成部分：控制器、执行机构、感知器、通信单元和人机界面。

首先，我们需要选择一种适合的控制器，常见的有PLC（可编程逻辑控制器）和DCS（分散控制系统）。

PLC 适用于简单的控制任务，而DCS适用于更复杂的控制任务。

控制器的选择将直接影响到整个系统的性能和可靠性。

接下来，我们需要选择适当的执行机构来执行控制命令。

执行机构可以是电动执行器、气动执行器或液压执行器等，根据具体的应用需求来选择合适的执行机构。

执行机构的工作原理和性能将直接影响到系统的准确性和响应速度。

感知器用于感知工业过程中的各种参数和状态信息，如温度、压力、液位等。

感知器将感知到的信息传输给控制器，以供控制器进行决策和控制。

常见的感知器有温度传感器、压力传感器和流量传感器等，根据具体的应用需求选择合适的感知器。

通信单元用于实现各个系统组件之间的通信，以实现信息的传递和控制命令的传输。

通信方式可以是有线通信或无线通信，具体的通信协议可根据应用需求选择，常见的有Modbus、Profibus和Ethernet等。

通信单元的性能和可靠性将直接影响到系统的稳定性和响应速度。

最后，人机界面用于实现操作员和整个控制系统之间的交互。

人机界面可以是PC端的监控软件或触摸屏等，用于实时显示工业过程的状态和参数，并允许操作员对系统进行控制和调整。

一个直观和易用的人机界面对操作员的生产效率和工作质量有着重要的影响。

FCS控制系统结构框架相对简单，主要包含以下几个组成部分：控制器、执行机构、感知器和人机界面。

FCS通常采用集中控制方式，即所有的控制和决策都由一个中央控制器来完成。

DCS与FCS控制系统简介分布控制系统（DCS）就是distributed control system，而现场总线控制系统（FCS）的概念就是fieldbus control system. 前者也称作集散控制系统，采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的方法。

后者可以实现开放式互联系统结构。

一、引言过程控制以计算机控制作为主流。

近年来，计算机技术的飞速发展正迅速改变着工业自动化的现状，传统的生产过程计算机控制系统已仅仅是一个狭义的概念，现代计算机控制系统的含义已被大大扩展，它不仅包含我们最熟悉的各种自动控制系统、各种顺序逻辑控制系统、各种自动批处理控制系统及联锁保护系统，还包括了各生产工段和各生产车间的优化调度系统，以及整个企业的决策系统和管理系统。

本文重点分析作为现代工业顺序逻辑控制的可编程逻辑控制PLC、现代工业主流的集散型控制系统（DCS）和未来工业主流的现场总线控制系统（FCS）及其相互关系。

二、DCS、FCS控制系统的基本要点目前，在连续型流程生产自动控制（PA）或习惯称之为工业过程控制中，有两大控制系统，即DCS和FCS。

它们的各自基本要点如下：（一）DCS或TDCS分散控制系统DCS与集散控制系统是集通讯、计算、控制、显示4C（Communication，Computer，Control，CRT）技术于一身的监控技术。

从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。

PID在中继站中，中继站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。

模拟信号A/D-D/A带微处理的混合。

一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。

DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场控制站）的三级结构。

缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的。

用于大规模的连续过程控制，如石化等。

制造商有Bailey（美）、Westinghouse（美）、HITACH（日）、LEEDS&NORTHRMP （美）、Siemens（德）、Foxboro（美）、ABB（瑞士）等。