1、集散控制系統課程總結本文將從課程學習框架（附件）、各章節內容、學習心得體會三個方面闡述自己對集散控制系統這門學科的了解，并作出以下總結：（其中學習框架參考書中目錄及其自己所看章節而定位；各章節內容由看書過程中認為的重要及疑難問題內容設置而成）一、DCS概述與PLC的關系1.1 DCS的概述1、計算機如何進行處理信息？控制計算機處理的信息只能是數字量，在實際生產過程中，被控量（如溫度、壓力、流量等）都是模擬量，執行機構接受的大多數是模擬量。所以，系統需有將模擬信號轉換為數字信號的模/數（A/D）轉換器和將數字信號轉換為模擬信號的數/模（A/D）轉換器。2、計算機控制系統的組成？ 主機、輸入/輸出

2、設備、通信設備、現場設備、操作臺、系統軟件、應用軟件3、計算機控制系統的分類有哪些？數據采集系統（DAS）、直接數字控制系統（DDC）、計算機監督控制系統（SCC）、分散控制系統（DCS）、現場總線控制系統（FCS）、綜合自動化系統（CIPS）4、DCS的概念？集散型控制系統(Total Distributed Control Systems以下稱作DCS) 也稱為分散控制系統(Distributed Computer Control Systems)，它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，分析了計算機、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制

3、（Control）等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。它是以微處理器為核心，采用數據通訊技術和圖形顯示技術的新型計算機控制系統。該系統能夠完成直接數字控制、順序控制、批量控制、數據采集與處理、多變量解耦控制以及最優控制等功能，在先進的集散型控制系統中，還包含有生產的指揮、調度和管理功能。5、DCS集散控制系統的特點？1).采用分散技術、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協調發展的設計原則，大大提高系統的可靠性。2).采用4C技術，即Control控制技術；Computer計算機技術；Communication 通信技術；Cathode Ray Tube C

4、RT顯示技術。3).由上而下形成多級控制結構，及過程控制、集中監控級和生產管理級。4).采用網絡方式實現各級間的信息傳遞。1.2 DCS的現狀及發展1、簡述DCS的發展史？按技術特征其發展可劃分為三個階段：1). 70年待末期-初創(chu chuang)期比較著名的有美國Honeywell 公司的TDC2000；Foxboro公司的Spectrum、Bailey公司的NetWork-90；日本YOKOGAWA公司(gong si)的 Centum等。這一時期的產榀，在技術上有明顯的局限性，微處理器多采用8位CPU。2). 80年待初中期-發展期80年待隨著微處理器運算能力的增強可靠性進一步提

5、高，功能進一步擴展，出現了多功能過程控制站、增強型操作站、增加了光纖通訊技術。待表產榀有美國 Honeywell公司的TDC3000；TAYLOR公司的MOD300；Westing House公司的WDPF；等。這一待產榀的特點是采用16位CPU，標準化和模塊化設計，擴充靈活，功能完善，用戶界面友好。3). 80年待末期成熟期集散控制系統第三待產榀，把過程控制、監督控制、管理調度有機地結合起來，加強了斷續控制功能，采用專家系統、MAP通信標準。其待表產榀有美國 Honeywell公司的TDC-3000/LCN；Foxboro公司的I/A Series；Bailey公司的INFI-90；等。這一

6、待產榀的特點是采用32位CPU和專用集成電路，使控制功能更強、體積更小、可靠性更高，其通信系統實現了開放式通信。2、第四代DCS基本結構？綜合管理級生產管理級集中管理級過程控制級現場設備1.3 DCS的基本組成及特點1、最基本的DCS應包括哪四大部分？一臺現場控制站、一臺工程師站、一條系統網絡、一個典型的DCS體系結構2、 PLC基本概念及其技術特點？ PLC：早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Perso

7、nal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。PLC自1969年美國數據設備公司（DEC）研制出現，現行美國、日本、德國的可編程序控制器質量優良，功能強大。1） 其技術特點有如下六點：2） 從開關量控制發展到順序控制，運算處理是從下往上的3） 具備邏輯控制、定時控制、計數控制、步進（順序）控制、連續PID控制、數據處理控制能力、通信和連網等多功能。4） 可用一臺PC 為主站，多臺同型PLC為從站。5） 也可用一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站。6） PLC網絡既可作為獨立的DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統。7） 主要用于工控中的順序控制，新型的PL

8、C也兼有閉環控制功能。3、DCS與PLC的對比：（根據書中內容總結如下）1)從發展來說：DCS從傳統的儀表盤監控系統發展而來。因此，DCS從先天性來說較為側重儀表的控制。PLC從傳統的繼電器回路發展而來，最初的PLC甚至沒有模擬量的處理能力，因此，PLC從開始就強調的是邏輯運算能力。 2）從系統的可擴展性和兼容性的方面來說： 市場上控制類產品繁多，無論DCS還是PLC，均有很多廠商在生產和銷售。DCS在發展的過程中也是各廠家自成體系，但大部分的DCS系統，比如橫YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等，雖說系統內部（過程級）的通訊協議不盡相同，但操作級的網絡平臺不約而同的選擇了以太網絡，采用標準

9、或變形的TCP/IP協議。這樣就提供了很方便的可擴展能力。對于PLC系統來說，一般沒有或很少有擴展的需求，因為PLC系統一般針對于設備來使用。一般來講，PLC也很少有兼容性的要求，比如兩個或以上的系統要求資源共享，對PLC來講也是很困難的事。3）從數據庫來說： DCS一般都提供統一的數據庫。在DCS系統中一旦一個數據存在于數據庫中，就可在任何情況下引用，比如在組態軟件中，在監控軟件中，在趨勢圖中，在報表中PLC系統的數據庫通常都不是統一的，組態軟件和監控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數據庫。4）從時間調度上來說： PLC的程序一般不能按事先設定的循環周期運行。PLC程序是從頭到尾執行一次后又從頭開

10、始執行。（現在一些新型PLC有所改進，不過對任務周期的數量還是有限制）DCS可以設定任務周期。比如，快速任務等。同樣是傳感器的采樣，壓力傳感器的變化時間很短，我們可以用200ms的任務周期采樣，而溫度傳感器的滯后時間很大，我們可以用2s的任務周期采樣。這樣，DCS可以合理的調度控制器的資源。 5）從網絡結構發面來說： DCS慣常使用兩層網絡結構，一層為過程級網絡，大部分DCS使用自己的總線協議。其現場IO模塊，特別是模擬量的采樣數據（機器代碼，213/掃描周期）十分龐大，同時現場干擾因素較多，因此應該采用數據吞吐量大、抗干擾能力強的網絡標準。 PLC系統的工作任務相對簡單，因此需要傳輸的數據量

11、一般不會太大，所以常見的PLC系統為一層網絡結構。過程級網絡和操作級網絡要么合并在一起，要不過程級網絡簡化成模件之間的內部連接。PLC不會或很少使用以太網。 6）從應用對象的規模上來說： PLC一般應用在小型自控場所，比如設備的控制或少量的模擬量的控制及聯鎖，而大型的應用一般都是DCS。習慣上我們把大于600點的系統稱為DCS，小于這個規模叫做PLC。 PLC與DCS發展到今天，事實上都在向彼此靠攏，嚴格的說，現在的PLC與DCS已經不能一刀切開，很多時候之間的概念已經模糊了。二、DCS的系統組成與常見系統2.1 DCS的體系結構1、對于集中式計算機控制系統，其兩大應用指標是什么？中央計算機的

12、處理速度和計算機自身的可靠性2.2 DCS的分層功能1、DCS的層次功能各是什么？目前一般分為四層：過程控制級：進行過程數據的采集，數據檢查，進行數字開環和閉環控制，設備監測和系統測試、診斷，實施安全性、冗余化措施。集中監控級：過程操作測試，設備間協調，優化過程控制，自適應回路控制，錯誤檢測，數據存檔。生產管理級：規劃產品結構和規模，產品監視，產品報告，工廠生產監視。綜合管理級：市場和用戶分析，訂貨和銷售統計，銷售計劃，產品生產協調，合同事宜，期限監測等。2.3 DCS的通信網絡1、計算機的通信方式有哪些？按照每次傳送的數據位數，通信方式可分為：并行通信和串行通信。按照數據在線路上的傳輸方向，

13、通信方式可分為：單工通信、半雙工通信與全雙工通信。2、計算機通信的國際標準是什么？國際標準組織（國際標準化組織）制定了OSI模型。這個模型把網絡通信的工作分為7層，分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。3、以太網的含義？以太網(Ethernet)指的是由Xerox公司創建并由Xerox、Intel和DEC公司聯合開發的基帶局域網規范，是當今現有局域網采用的最通用的通信協議標準。4、DCS網絡體系結構DCS的網絡體系主要特點就是分層控制。第一級是現場總線網絡。用于現場智能變送器、智能執行器、智能I/O之間的通信。第二級是系統網絡，用于過程監視和管理等設備之間的通信以及

14、現場控制站間的通信。第三級是管理網絡，用于管理計算機操作站等上位設備之間的以及與監控計算機站/管理級的連接。5、DCS網絡拓撲結構的形式?總線式、環狀結構、星狀結構。6、DCS的通信存取控制的重要性及其方式有哪些？對通信子網使用的合理分配調度決定了各站所提出的請求作出響應的快慢，決定了通信子網的實時性。存取控制方法是通信子網使用分配調度算法的核心，與通信子網的實時性有著密切的聯系。DCS采用最多的存取控制是CSMA 、CSMA/CD、令牌環和令牌總線方式或是幾種存取控制方式的組合。7、DCS的網絡特點？1）快速的實時響應能力2）極高的可靠性3）適用于惡劣的環境下工作4）分層結構2.4 常見的D

15、CS1、HOLLiAS MACS系統系統組成：系統由工程師站、操作員站、現場控制站、通信站組成。工程師站：用來完成系統組態、修改及下裝，包括：數據庫、圖形、控制算法、報表組態，參數配置，操作員站、現場控制站及過程I/O模塊的配置組態，數據下裝和增量下裝等。操作員站：用來進行生產現場的監視和管理，包括：系統數據的集中管理和監視，工藝流程圖顯示，報表打印，控制操作，歷史趨勢顯示，日志、報警記錄和管理等。現場控制站：用來完成現場信號采集、工程單位變換、控制和聯鎖控制算法、控制輸出、通過系統網絡將數據和診斷結果傳送到操作員站等功能系統特點：在統一的系統平臺上提供管控一體化解決方案；標準的Client/

16、Server結構；應用先進的現場總線技術；支持OPC數據處理；開放的網絡系統2、Foxboro公司的I/AS系統系統組成：過程控制站、過程操作站、工程師操作站/應用計算機處理站、信息管理站和通信系統。過程控制站：I/A Server系統的過程控制站稱為控制處理機，包括：網絡通信處理機、I/O總線通信處理機、控制處理機。工程師站和操作站：選用SUN公司的64位工作站，支持工業標準通信協議，可以方便和工廠信息網連接。通信系統：通信系統為1：1冗余的高速結點總線，為I/A Series系統中的各個站之間，提供高速、冗余點到點的通信，具有優異的性能和安全性。系統特點：可靠性和安全性；易維護性；靈活性和

17、可擴展性；長壽命系統結構；3、 西門子SIMATIC PCS 7系統（典型的工廠自動化系統）系統組成：操作員站、工程師站、過程外部設備（I/O設備）、通信。操作員站：是過程控制系統SIMATIC PCS 7的人機界面，用于用戶過程的窗口。操作員的架構非常靈活，可以適配不同的工廠規定和客戶要求。工程師站：SIMATIC PCS 7工程師站采用優化的相互協同的裝置，用于系統范圍的工程與組態。過程外部設備（I/O設備）：過程控制系統SIMATIC PCS 7提供許多連接I/O的可能性，用于通過傳感器和執行器采集的輸出過程信號通信：采用Profibus的現場通信在現場級，分布式外部設備，可通過功能強大

18、的實時總線系統與自動化系統進行通信。系統特點：1）基于標準的SIMATIC軟件和硬件組件；先進的分布式客戶機/服務器架構；2）可伸縮性強，從小型實驗室系統，到具有高達60，000個過程對象的大型工廠；3）可用于連續和批處理應用；可用于所有工業領域：過程、制造以及混合工業4）強大的HMI系統，帶有集成的基于SQL服務器的歸檔系統；5）通過現場總線PROFIBUS，現場設備和驅動系統均可很靈活和容易的集成；6）在同一個可編程控制器中可以混合運行標準和故障安全相結合的形式，高可用性和故障安全相結合的形式；可在所有層級實現冗余，提高可用性三、DCS的硬件及通信3.1現場控制單元硬件現場控制站（FCU）

19、：系統最底層，用于實現各種現場物理信號的輸入和處理，實現各種實時控制的運算和輸出等功能。1、現場控制站的功能有？采集、控制功能；信號的采集、轉換功能；控制策略的實現2、現場控制站的可靠性根據是什么？系統元器件；系統的可靠性設計；系統的冗余性措施；系統故障隔離措施；系統迅速排除故障措施3.2過程控制單元硬件1、過程控制單元硬件有哪些組成？是DCS的核心部件，由CPU、RAM、EEPROM、ROM，通信網絡，I/O站組成2、功能是什么？過程數據采集；過程控制；設備監測；系統測試與檢測；實施安全性和冗余化方面的技術措施。3.3操作員站單元硬件操作員站是聯系操作人員和DCS之間的一個人機界面1、操作員

20、站由什么組成？大屏幕顯示器（CRT），一臺控制計算機，一個操作鍵盤2、有哪些顯示內容？模擬流程和總貌；過程狀態；特殊數據記錄；趨勢顯示；統計結果顯示；歷史數據顯示；生產狀態顯示3、操作人員通過哪幾個方面進行控制：a.設定值控制 b.單步控制執行器 c.連續控制執行器 d.子組控制 e.部分組控制 f方式選擇 g.預選模塊 h.單獨控制電動機、電磁閥、執行器3.4工程師單元硬件工程師站單元是對DCS進行離線的配置，組態工作和在線的系統配置、組態工作和在線的系統監督、控制、維護的網絡結點。系統工程師可以通過工程師站及時調整系統配置及一些系統參數的調整。1、工程師單元的功能有哪些？系統維護功能；系統

21、管理功能；系統組態功能；系統測試功能。3.5通信網絡單元硬件通信網絡與微機技術相結合，實現過程控制。1、通訊網絡傳輸介質的分類？無線介質：無線電波、微波、藍牙和紅外線。有線介質：雙絞線；同軸電纜；光纜2、通信標準接口有哪些？RS-232C；電流環；IEEE488標準接口；RS-449標準接口3.6網絡設備1、按通信參考模型的角度分為幾個層次，各采用什么設備，作用是什么？層名設備名稱功能物理層中繼器通過復制位信號延伸網段長度數據鏈路層網橋在局域網之間存儲或轉發數據幀網絡層路由器在不同網絡之間存儲轉發分組信號傳輸層及以上網關進行協議轉換，提供更高層次的接口四、DCS的軟件及組態組態軟件主要完成系統

22、的控制層軟件和監控軟件的組態功能，安裝在工程師站中控制層軟件運行在現場控制站上的軟件上，主要完成各種控制功能。監控軟件運行于操作員站或工程師站上的軟件，主要完成操作人員所發出的各個命令的執行、圖形和畫面的顯示、報警信息的顯示處理、對現場各類檢測數據的集中處理等。4.1組態軟件1、組態軟件包含哪些內容？組態軟件：系統配置組態；數據庫組態；控制算法組態；流程顯示及操作畫面組態；報表組態；編譯和下裝等4.2 DCS的通信網絡系統1、DCS通信網絡參考ISO/OSI模型將協議分為哪幾層？物理層；鏈路層；網絡層；傳輸層；會話層；表示層；應用層。五、DCS現場總線5.1現場總線概念與技術特色1、什么是現場

23、總線，什么事FCS？現場總線是指安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。它是一種工業數據總線，是自動化領域中底層數據通信網絡。以現場總線為核心的工業控制系統稱為現場總線控制系統（Fieldbus Control System FCS）2、現場總線系統的技術特點是什么？1）現場控制設備具有通信功能，便于構成工廠底層控制網絡。2）通信標準的公開、一致，使系統具備開放性，設備間具有互可操作性。3）功能塊與結構的規范化使相同功能的設備間具有互換性。4）控制功能下放到現場，使控制系統結構具備高度的分散性。3、現場總線有什么優點？1）節省硬件數量與投資2）節省安裝費用3）節省維護開銷4）用戶具有高度的系統集成主動權5.2 現場總線發展現狀一是尋求統一的現場總線國際標準；二是Industrial Ethernet走向工業控制網絡六、常用現場總線的應用總線名稱總線特點控制層現場總線Control Net面向控制層的實時性現場總線網絡，在同一物理層介質上提供時間I/O數據和報文數據，包括程序的上傳/下載設備現場總線DeviceNet通過一根電纜將可編程邏輯控制器、傳感器、光電開關、操作員終端等現場智能設備連接起來，是分布式控制系統減少現場I/O接口和布線數量Profibus現場總線技術是一種不依賴廠家的開放式現場總線標準，Pr