《集散控制系统》

《集散控制系统》课程标准学分：2学时：36适用专业及专业代码：生产过程自动化技术专业080602执笔人：审核人：1、课程性质与作用1．1 课程性质《集散控制系统》课程是生产过程自动化技术专业的一门专业课，也是自动化类专业的主要专业课，工程应用性与操作性较强。

课程内容整合、序化为教学过程以模拟现场教学和企业教学为主，以培养技术应用性人才知识能力素质和职业素养为目标，实现了“工学结合”理念。

1．2 课程作用通过本课程的学习，使学生掌握常用计算机控制技术的体系结构、基本功能、软件组态、系统调试、操作、维护等方面的知识和基本技能，使学生先修课程过程检测仪表、过程控制仪表、过程控制技术等知识在本课程中得到了综合应用；通过学习不仅使学生掌握了专业岗位技能知识，而且培养了学生良好的职业素质和修养，为学生毕业后能胜任过程控制自动化技术专业技术岗位工作打下坚实基础。

1．3 前导课程《过程检测仪表》、《过程控制仪表》、《过程控制技术》1．4 后续课程毕业设计、顶岗实习2、教学目标与教学方法2．1 教学目标通过本课程的几个典型的计算机控制项目的学习和实践，以项目实施过程为导向，使学生不仅仅掌握计算机控制系统的概念、设计思想及特点、发展概况、层次化体系结构和过程控制级的硬件结构及软件组态。

更重要的是使学生在做中学、学中做，逐渐提高学生利用已掌握的计算机控制系统知识去解决控制工程项目的问题。

2．1．1 专业能力目标能识读控制系统施工图；能识读并绘制控制流程图；初步具备集散控制系统硬件配置和安装技术能力；能熟悉绘制集散控制系统流程图和制作简单报表；能熟练使用具备组态软件对集散控制系统进行系统组态、回路组态等；能用其他组态方法进行简单控制方案的设计；能熟练对集散控制系统进行监控和调试；能运用所掌握的知识和技术分析集散控制系统的应用案例；能够遵守操作规范，使用相关技术资料；能够按规定使用工具、设备，遵守劳动安全、环保的规章制度；能够用资料说明、核查、评价自身的工作成果；能够分析故障原因，并做出解释，并提出合理化建议。

集散控制系统原理及应用
集散控制系统是一种基于集中控制和分散执行的控制系统。

它通过将任务分配给不同的子系统执行，从而实现对整个系统的控制和监测。

集散控制系统的原理是将需要控制的对象分为若干个子系统，每个子系统由一个独立的控制单元负责控制。

这些控制单元通过通信网络进行相互连接和信息交换，从而实现系统的集中控制。

在集散控制系统中，有两种常见的通信方式：点对点通信和总线通信。

点对点通信是指每个子系统之间通过独立的通信线路进行信息传输，而总线通信则是通过一个共享的通信总线将所有子系统连接起来。

无论采用哪种通信方式，集散控制系统的目标都是实现对系统各个部分的控制和监测。

集散控制系统在工业自动化领域有广泛的应用。

例如，在工厂生产线上，可以将生产任务划分为若干个子系统，每个子系统负责一部分工序的控制。

通过集散控制系统，可以实现对整个生产线的协调和监测，提高生产效率和质量。

另外，集散控制系统在能源管理和交通控制等领域也有应用。

在能源管理方面，可以将能源供给和消耗划分为若干个子系统，通过集散控制系统进行能源的分配和监测，从而提高能源利用效率。

在交通控制方面，可以将交通信号灯、交通监控等划分为不同的子系统，通过集散控制系统实现对交通流量的调度和控制，提升交通运行效率和安全性。

总之，集散控制系统通过将系统任务分配给不同的子系统执行，
实现对整个系统的控制和监测。

它在工业自动化、能源管理和交通控制等领域都具有广泛的应用前景。

《集散控制系统及现场总线技术》教学大纲课程名称：集散控制系统及现场总线技术（Distribution Control System and Field Bus Technology）课程编码：1502ZY028 课程类别：专业选修学分：2 分总学时：32 学时，其中，理论学时：22 学时；实验学时：10 学时适用专业：自动化、自动化产业班先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、过程控制系统及装置杨三青周永乾一、课程性质《集散控制系统及现场总线技术》是自动化专业的一门专业选修课。

本课程介绍集散控制系统及现场总线的基本概念、特点及发展情况；详细阐明了系统构成、数据通信、控制算法、系统的操作、显示及信息综合管理及应用。

旨在培养从事工业企业集散控制系统及现场总线的生产、建设、管理、维护第一线需要的有理论、重实践的高技能型人才，使学生获得集散控制系统及现场总线的基本知识和实际应用能力，为今后从事职场工作打下坚实基础。

二、课程目标（一）育人目标紧紧围绕坚定学生理想信念，以爱党、爱国、爱社会主义、爱人民、爱集体为主线，将育人要素嵌入到集散控制系统及现场总线技术课堂教学中。

通过积极培育和践行社会主义核心价值观，运用马克思主义哲学的方法论，引导学生正确做人和做事；注重在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力；注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

让学生成为德才兼备、又红又专、全面发展的人才。

（二）知识和能力目标1.了解集散控制系统及现场总线的基本概念，体系结构，各种信号传输标准（支撑毕业要求2.1）2.掌握集散控制系统及现场总线硬件组成、数据通信，网络架构，熟悉各种通信协议。

（支撑毕业要求2.1）3.掌握集散控制系统及现场总线软件组成，了解各种控制算法、系统的操作、显示及信息综合管理等技术。

DCS(集散控制系统)简介集散控制系统简称DCS，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。

它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。

其主要特征是它的集中管理和分散控制。

目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。

DCS通常采用分级递阶结构，每一级由若干子系统组成，每一个子系统实现若干特定的有限目标，形成金字塔结构。

可靠性是DCS发展的生命，要保证DCS的高可靠性主要有三种措施：一是广泛应用高可靠性的硬件设备和生产工艺；二是广泛采用冗余技术；三是在软件设计上广泛实现系统的容错技术、故障自诊断和自动处理技术等。

当今大多数集散控制系统的MTBF可达几万甚至几十万小时。

1.集散控制系统的发展趋势近年来，在DCS关联领域有许多新进展，主要表现在如下一些方面。

(1)系统功能向开放式方向发展传统DCS的结构是封闭式的，不同制造商的DCS之间难以兼容。

而开放式的DCS将可以赋予用户更大的系统集成自主权，用户可根据实际需要选择不同厂商的设备连同软件资源连入控制系统，达到最佳的系统集成。

这里不仅包括DCS与DCS的集成，更包括DCS与PLC、FCS及各种控制设备和软件资源的广义集成。

(2)仪表技术向数字化、智能化、网络化方向发展工业控制设备的智能化、网络化发展，可以促使过程控制的功能进一步分散下移，实现真正意义上的“全数字”、“全分散”控制。

另外，由于这些智能仪表具有的精度高、重复性好、可靠性高，并具备双向通信和自诊断功能等特点，致使系统的安装、使用和维护工作更为方便。

(3)工控软件正向先进控制方向发展广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向，主要包括先进控制、过程优化、信息集成、系统集成等软件的开发和产业化应用。

在未来，工业控制软件也将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。

(4)系统架构向FCS方向发展单纯从技术而言，现阶段现场总线集成于DCS可以有三种方式：①现场总线于DCS系统I/O总线上的集成――通过一个现场总线接口卡挂在DCS的I/O总线上，使得在DCS控制器所看到的现场总线来的信息就如同来自一个传统的DCS设备卡一样。

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。

是相对于集中式控制系统而言的一种新型的计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通信（communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其设计原则是分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调，大大提高了系统的可靠性。

DCS由上而下形成多级控制结构，即过程控制级、集中监控级和生产管理级，采用网络方式实现各级间的信息传递。

DCS既不同于分散的常规仪表控制系统，又不同于集中式计算机控制系统，而是吸收了两者的优点，在它们的基础上发展起来的一门系统工程技术，具有很强的生命力和显著地优越性。

1975年12月，美国霍尼韦尔（HoneyWell）公司推出TDC-2000集散控制系统，成为最早提出集散控制系统设计思想的开发商。

从而开始了DCS的初创阶段（1975-1980）这个时期的系统的特点是：比较注重控制功能的实现，系统的设计重点是现场控制站；系统的人机界面功能则相对较弱，在实际中只用CRT操作站进行现场工况的监视，使得提供的信息也有一定的局限；在功能上更接近仪表控制系统；各个厂家的系统均由专有产品构成，包括高速数据通道、现场控制站、人机界面工作站及各类功能性的工作站等，不仅系统的购买价格高，系统的维护运行成本也高。

可以说，DCS的这个时期是超利润时期，其应用范围也受到一定的限制。

第二阶段（1980-1985）是DCS的成熟期。

这一时期的DCS系统最大的特点是引入了局域网作为系统骨干，按照网络节点的概念组织过程控制站、中央操作站、系统管理站及网关，使得系统的规模、容量进一步增加，系统的扩充有更大的余地，也更加方便在功能上，这个时期的DCS逐步走向完善，除回路控制外，还增加了顺序控制、逻辑控制等功能，加强了系统管理站的功能，可实现一些优化控制和生产管理。

集散控制系统(DCS)集散控制系统(DCS)，是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节、监视管理的控制技术。

其特点是以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全局的目的。

系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。

集散控制系统一般有四部分组成：（1）过程输入输出装置；（2）过程控制装置；（3）操作接口；（4）数据通讯系统。

集散控制系统也叫分布式控制系统，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，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。

首先，DCS的骨架——系统网络，它是DCS的基础和核心。

由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。

对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。

这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。

因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（b ps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。

系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。

为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。

这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。

在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。