1、幻燈片1第二章集散控制系統(tǒng)(DCS)幻燈片22.1DCS的形成、發(fā)展和特點(diǎn)2.1.1DCS的概念集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）亦稱(chēng)分布式控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)DCS）,是結(jié)合多種先進(jìn)技術(shù)而形成的，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制的一種控制技術(shù)，是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷發(fā)展和過(guò)程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的一種綜合控制系統(tǒng)，是完成過(guò)程控制、過(guò)程管理的現(xiàn)代化設(shè)備。幻燈片3國(guó)外稱(chēng)集散控制系統(tǒng)是4C技術(shù)的產(chǎn)物。這4C就是指控制技術(shù)（Control）、計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、通信技術(shù)（Communication）、和CRT（CathodeRayTu

2、be）技術(shù)。DCS既不同于分散的儀表控制，又不同于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是4C技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的。幻燈片42.1.2DCS的發(fā)展情況過(guò)程控制設(shè)備的發(fā)展歷史，大概有以下幾個(gè)階段：30年代一一機(jī)械式儀表現(xiàn)場(chǎng)操作；40年代大型氣動(dòng)式儀表控制室操作；50年代氣動(dòng)單元組合儀表控制室操作；60年代電動(dòng)單元組合儀表；70年代集散控制系統(tǒng)。即經(jīng)過(guò)了就地分散控制模擬儀表集中控制計(jì)算機(jī)集中控制計(jì)算機(jī)分散控制（DCS）幾個(gè)階段。集散控制系統(tǒng)從誕生之日起，已經(jīng)歷了三代，目前的第四代正在發(fā)展之中。幻燈片5DCS開(kāi)創(chuàng)期：19751980年代表產(chǎn)品：Honeywell,TDC2000FOXBCRO,SpectrumB

3、aily,N-90恒河，CENTUM這些第一代的集散控制系統(tǒng)以微處理器為基礎(chǔ)的過(guò)程控制單元，實(shí)現(xiàn)多種控制功能算法，并實(shí)現(xiàn)分散控制；采用帶顯示器的操作站，與過(guò)程控制單元分離，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、集中操作、信息綜合管理；采用較先進(jìn)的冗余通信系統(tǒng)、用同軸電纜作為傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)控制單元與操作站的通信，已具有DCS的基本特點(diǎn)（即分散控制，集中管理），是DCS的雛形。幻燈片6DCS成長(zhǎng)過(guò)渡期：19801985年代表產(chǎn)品：未變第二代的主要特點(diǎn)是在原來(lái)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高可靠性并擴(kuò)展和增強(qiáng)了功能。其特點(diǎn)是采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)通信向標(biāo)準(zhǔn)化遷移，板級(jí)模塊化，單元結(jié)構(gòu)化，使之具有更強(qiáng)適應(yīng)性和可擴(kuò)充性；

4、新開(kāi)發(fā)的多功能過(guò)程控制站、增強(qiáng)型操作站采用了16位CPU及高分辨率CRT技術(shù)；通信系統(tǒng)已采用局域網(wǎng)絡(luò)（從主從式的星形變?yōu)榭偩€網(wǎng)絡(luò)或環(huán)網(wǎng)通信），使系統(tǒng)通信范圍擴(kuò)大，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率也大大提高；控制功能更加完善，它能實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、順序控制和批量控制功能。其基本結(jié)構(gòu)由六部分組成，即局域網(wǎng)絡(luò)、多功能現(xiàn)場(chǎng)控制站、增強(qiáng)型操作站、主計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接器和系統(tǒng)管理站等。幻燈片7DCS完善期：80年代中后期代表產(chǎn)品：Honeywell,TDC3000FCXBCRO,I/ASERIESBaily,INFI-90MOore,PACS這階段的特點(diǎn)是向開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展：實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放式的系統(tǒng)通信，向上能與MA

5、P和Ethernet接口，或者通過(guò)網(wǎng)間連接器與其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，構(gòu)成復(fù)合管理系統(tǒng)，并與不同制造商的產(chǎn)品能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；向下支持現(xiàn)場(chǎng)總線，它使得過(guò)程控制或車(chē)間的智能變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間能實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。幻燈片8開(kāi)放系統(tǒng)是第三代集散控制系統(tǒng)主要特征。根據(jù)X/OPEN協(xié)會(huì)的定義，以規(guī)范化與實(shí)際存在的接口標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及相關(guān)的通信系統(tǒng)，這些標(biāo)準(zhǔn)可為各種應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)提供軟件的可移植性、系統(tǒng)的互操作性、信息資源管理的靈活性和更大的可選擇性。開(kāi)放系統(tǒng)的基本特征如下：可移植性(portability)互操作性(interoperability)可適宜性(scalab

6、ility)可得到性(availability)幻燈片9DCS管控一體化時(shí)期：90年代初至今代表產(chǎn)品：Honeywell,TPS系統(tǒng)(TotalPlantSystemDPKS系統(tǒng)(ProcessknowledgeSystemjFOXBORO,I/AS50/51系列控制系統(tǒng)Invensys橫河，CENTUMCSABB,ADVANT系統(tǒng)OCS開(kāi)放控制系統(tǒng)當(dāng)今的DCS是生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合的“管控一體化”的新一代集散型控制系統(tǒng)。由于工廠、企業(yè)的信息集成和管理已經(jīng)提到一定的高度，DCS系統(tǒng)的功能已不再只局限于生產(chǎn)過(guò)程的控制，在整個(gè)工廠、集團(tuán)公司的管理中，DCS也能發(fā)揮相應(yīng)的作用。幻燈

7、片10DCS發(fā)展趨勢(shì)：向上發(fā)展：即向計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS:ComputerIntegratedManufacturingSystem、計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)(CIPS:ComputerIntegratedProductionSystem)等信息化集成化系統(tǒng)發(fā)展。向下發(fā)展：即向現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)發(fā)展(FCS:FieldbusControlSystem),把系統(tǒng)控制能力移到現(xiàn)場(chǎng)，使得控制得到最終的分散，減少了輸入輸出的接口，減少了機(jī)柜的空間和附屬設(shè)備。幻燈片112.1.3DCS的特點(diǎn)DCS集散控制是一個(gè)以通信網(wǎng)為紐帶的集中顯示、操作、管理、控制相對(duì)分散的多級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，由過(guò)程控制級(jí)、控制

8、管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)所組成。DCS具有通用性強(qiáng)、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機(jī)界面友好、安裝簡(jiǎn)單規(guī)范化、調(diào)試方便、運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)。幻燈片12分級(jí)遞階系統(tǒng)垂直方向：至少分為兩級(jí)一一操作管理級(jí)和過(guò)程控制級(jí)。水平方向：相互諧調(diào)的分級(jí)，把數(shù)據(jù)向上傳送到管理級(jí)，同時(shí)接收操作管理級(jí)的指令，各個(gè)水平分級(jí)之間相互進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。幻燈片13分散控制集中：DDC,一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，將造成過(guò)程操作的全部癱瘓。分散：不僅是分散控制，還包含其它含義，如人員分散，地域分散，功能分散,設(shè)備分散，操作分散等。目的是使危險(xiǎn)分散，提高設(shè)備的可利用率。幻燈片14自治和諧調(diào)性DCS上各工作站獨(dú)立自主地

9、完成分配給自己的規(guī)定任務(wù)，具有控制功能分散，危險(xiǎn)分散的特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性。各站的容量可擴(kuò)充，配套軟件隨時(shí)可組態(tài)加載，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的高可靠性子系統(tǒng)。各自獨(dú)立的部分通過(guò)實(shí)時(shí)高可靠的工業(yè)控制局部網(wǎng)絡(luò)傳送各種信息并協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的信息共享；根據(jù)系統(tǒng)的特性對(duì)各個(gè)工作站進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，從而完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化控制。幻燈片15友好性DCS的人機(jī)接口和軟件面向工業(yè)控制技術(shù)人員、工藝技術(shù)人員和生產(chǎn)操作人員，操作方便，顯示直觀，了解生產(chǎn)狀況直觀。DCS軟件采用實(shí)用而簡(jiǎn)捷的人機(jī)會(huì)話系統(tǒng)，CRT高分辨率交互圖形顯示，復(fù)合窗口技術(shù),畫(huà)面豐富,縱觀、控制、調(diào)整、趨勢(shì)、流程圖、回路一覽、批量控制、計(jì)

10、量報(bào)表、操作指導(dǎo)畫(huà)面、菜單功能等均具有實(shí)時(shí)性。平面密封式薄膜操作鍵盤(pán)、觸摸式屏幕、鼠標(biāo)器、跟蹤球等操作設(shè)備使其更便于操作。幻燈片16適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性DCS的硬件和軟件采用開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)為積木式結(jié)構(gòu)，具有靈活的配置，可適應(yīng)不同用戶(hù)的需要。當(dāng)工廠根據(jù)生產(chǎn)需要改變生產(chǎn)工藝和流程時(shí)，可改變系統(tǒng)的某些配置和控制方案，通過(guò)組態(tài)軟件，進(jìn)行一些填寫(xiě)表格式的操作即可實(shí)現(xiàn)。幻燈片17在線性與實(shí)時(shí)性通過(guò)人機(jī)接口和I/O接口，DCS對(duì)過(guò)程對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理、記錄、監(jiān)視、操作控制，并包括對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組態(tài)回路的在線修改、局部故障的在線維護(hù)等，提高了系統(tǒng)的可用性。幻燈片18可靠性高可靠性

11、、高效率和高可用性是DCS的生命力所在，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段就采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。如：容錯(cuò)設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)（硬件雙重化）、在線故障排除設(shè)計(jì)以及一系列抗干擾措施，使系統(tǒng)的可靠性得到了全面的提高。幻燈片192.1.4國(guó)內(nèi)DCS的發(fā)展情況DCS問(wèn)世于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國(guó)。我國(guó)從70年代中后期起，首先以大型進(jìn)口設(shè)備成套引入國(guó)外的DCS,首批有化纖、乙烯、化肥等項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)，我國(guó)主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進(jìn)口。80年代初期在引進(jìn)、消化和吸收的同時(shí)，開(kāi)始了研制國(guó)產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。幻燈片20近十幾年來(lái)，特別是“九五”以來(lái)，我國(guó)DCS系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展很快

12、，崛起了一批優(yōu)秀企業(yè)，但國(guó)外DCS產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中占有率還較高，其中主要是Honeywell和恒河公司的產(chǎn)品。今后幾年，DCS作為自動(dòng)化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品的地位不會(huì)動(dòng)搖。幻燈片212.2DCS的體系結(jié)構(gòu)2.2.1DCS的體系結(jié)構(gòu)概述DCS的結(jié)構(gòu)是一個(gè)分布式系統(tǒng)，從整體邏輯結(jié)構(gòu)上講，是一個(gè)分支樹(shù)結(jié)構(gòu)。其縱向結(jié)構(gòu)分為過(guò)程控制級(jí)、控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)由3部分構(gòu)成，即集中管理部分、分散控制監(jiān)測(cè)部分和網(wǎng)絡(luò)通信部分。幻燈片22DCS體系結(jié)構(gòu)示意圖：幻燈片23DCS系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)的形成，經(jīng)歷了20世紀(jì)60年代的中央計(jì)算機(jī)集中控制，20世紀(jì)70年代的兩級(jí)自動(dòng)化控制結(jié)構(gòu)和其后的三層計(jì)算機(jī)控

13、制系統(tǒng)三個(gè)階段。右圖為三級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)圖。幻燈片24DCS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)按功能通常分為四級(jí)，第一級(jí)為直接控制級(jí)，第二級(jí)為過(guò)程管理級(jí)，第三級(jí)為產(chǎn)品管理級(jí)，第四級(jí)為經(jīng)營(yíng)管理級(jí)。各級(jí)之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)相連，各級(jí)內(nèi)部各站或單元由本級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。幻燈片25DCS系統(tǒng)的功能分層圖：過(guò)程管理級(jí)直接控制級(jí)II!連續(xù)控制過(guò)程批最過(guò)程青散過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備幻燈片2.2.226DCS體系結(jié)構(gòu)的各層功能DCS體系結(jié)構(gòu)的各級(jí)功能，總體上可用下圖表示:第三級(jí)第二級(jí)第一級(jí)市蝴腫般，疏橢觸林卜樣加州健麟憐薜島觥m掀他航瞞玲娜產(chǎn)跚,imWimm脫蜥帶醐u-.mm-麗,i1._JRir幻燈片27直接控制級(jí)(過(guò)程控制級(jí))在這

14、一級(jí)上，過(guò)程控制計(jì)算機(jī)直接與現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)裝置(變送器、執(zhí)行器、記錄儀等)相連，對(duì)所連接的裝置實(shí)施檢測(cè)與控制，同時(shí)接收上層來(lái)的管理信息，并向上層傳遞裝置的特性數(shù)據(jù)和采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。幻燈片28直接過(guò)程控制級(jí)是集散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其主要功能有：(1) 進(jìn)行過(guò)程數(shù)據(jù)采集：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)模擬量、數(shù)字量和脈沖量的輸入/輸出并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，控制運(yùn)算結(jié)果的直接輸出。(2) 進(jìn)行直接的數(shù)字過(guò)程控制：根據(jù)控制組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的控制算法模塊，各種控制回路的運(yùn)算(回路調(diào)節(jié)、邏輯運(yùn)算等等)，來(lái)實(shí)施對(duì)實(shí)時(shí)過(guò)程量的控制。(3) 進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)的測(cè)試和診斷：把過(guò)程變量和狀態(tài)信息提取后，分析是否可以接受以及是否允許向高層傳輸，進(jìn)而確定

15、是否對(duì)被控裝置實(shí)施調(diào)節(jié)；必要時(shí)實(shí)施報(bào)警、錯(cuò)誤或診斷報(bào)告等措施。(4) 實(shí)施安全性、冗余化方面的措施：一旦發(fā)現(xiàn)故障，就立即實(shí)施備用件的切換。幻燈片29過(guò)程管理級(jí)在這一級(jí)上的過(guò)程管理計(jì)算機(jī)主要有監(jiān)控計(jì)算機(jī)、操作站、工程師站。它綜合監(jiān)視過(guò)程各站的所有信息，集中顯示操作，控制回路組態(tài)和參數(shù)修改，優(yōu)化過(guò)程處理等。這一層的具體功能有：優(yōu)化過(guò)程控制自適應(yīng)回路控制優(yōu)化單元內(nèi)各裝置幻燈片30工程師站：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、控制組態(tài)、系統(tǒng)的生成與下裝；操作員站：是人機(jī)接口，由PC機(jī)系統(tǒng)（含CRT、鍵盤(pán)、打印機(jī)）負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝的操作控制、過(guò)程狀態(tài)顯示、報(bào)警狀態(tài)顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的顯示、打印等；上位機(jī)：即管理計(jì)算機(jī)，它

16、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度管理、優(yōu)化計(jì)算、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理與分析決策等層次的管理和計(jì)算。幻燈片31產(chǎn)品管理級(jí)（生產(chǎn)管理級(jí)）在這一級(jí)上的管理計(jì)算機(jī)根據(jù)產(chǎn)品各部件的特點(diǎn)，協(xié)調(diào)各單元級(jí)的參數(shù)設(shè)定，是產(chǎn)品的總體協(xié)同員和控制器，負(fù)責(zé)廠級(jí)的生產(chǎn)調(diào)度和優(yōu)化。要求根據(jù)用戶(hù)的訂貨情況、庫(kù)存情況、能源情況來(lái)規(guī)劃各單元中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模，并可對(duì)產(chǎn)品重新計(jì)劃，隨時(shí)更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。對(duì)于綜合全廠生產(chǎn)和產(chǎn)品監(jiān)視，以及產(chǎn)品報(bào)告也都在這一層實(shí)現(xiàn)，并與上層交換傳遞數(shù)據(jù)。具體有：規(guī)劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模；產(chǎn)品監(jiān)視；產(chǎn)品報(bào)告；工廠生產(chǎn)監(jiān)視。幻燈片32經(jīng)營(yíng)管理級(jí)經(jīng)營(yíng)管理級(jí)居于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層，負(fù)責(zé)全廠的總體協(xié)調(diào)管理，包括工程技術(shù)方面、經(jīng)濟(jì)方面、商業(yè)事務(wù)

17、方面、人事活動(dòng)等等，以達(dá)到組合優(yōu)化的目的。幻燈片33這一級(jí)的主要功能包括：市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)情報(bào)：包括情報(bào)收集、市場(chǎng)分析、預(yù)測(cè)、用戶(hù)反饋、市場(chǎng)趨勢(shì)等。銷(xiāo)售管理：包括合同管理、定貨交貨統(tǒng)計(jì)、合同履行、材料庫(kù)存、外購(gòu)定貨管理等。生產(chǎn)管理：生產(chǎn)定貨安排、零部件計(jì)劃、外協(xié)管理、工期管理等。成本控制：包括制造成本、管理成本、價(jià)格核定等。質(zhì)量管理：包括零部件、半成品、成品質(zhì)量、外協(xié)部件質(zhì)量控制的統(tǒng)計(jì)、工藝參數(shù)分析等。2.2. 幻燈片343DCS示例霍尼韋爾TDC-3000系統(tǒng)美國(guó)Hbneywell公司1975年推出第一套集散控制系統(tǒng)TDC-2000以來(lái)，相繼推出TDC3000、TDC-3000*和TPS系統(tǒng)。目前，

18、在世界上應(yīng)用較廣而又具有四層體系結(jié)構(gòu)的首推Honeywell公司推出的TDC3000系統(tǒng)，它于1983年10月發(fā)布，其宗旨就是要解決過(guò)程控制領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵問(wèn)題一過(guò)程控制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，為實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)管理提供最佳系統(tǒng)。而TPS是TotalPlantSolution的縮寫(xiě)，它是全廠一體化系統(tǒng)。幻燈片35在集散控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖上，高速數(shù)據(jù)公路為通信系統(tǒng)的部分是該公司的第一代系統(tǒng)（TD&2000）;以就地控制網(wǎng)（LCN）為通信系統(tǒng)的部分是第二代系統(tǒng)（TDC-3000）;以萬(wàn)能控制網(wǎng)（UCN）為過(guò)程控制器的通信網(wǎng)絡(luò)、以UCN為開(kāi)放式平臺(tái)的TDC-3000*系統(tǒng)是第三代系統(tǒng)；而TPS系統(tǒng)是以WnN

19、T為開(kāi)放式平臺(tái)的新一代系統(tǒng)。幻燈片36TDC-3000系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)圖DECrtelTthemel上位機(jī)_；PLCn計(jì)算機(jī)接口接口應(yīng)用模件歷史模伴uITTH方能工作站f5纜LCN酣加模件JLJi局部控制網(wǎng)堵iLzzrf-7莪據(jù)通道匚/連接口基本控割器擴(kuò)展控制器/Ti多功能f一控制器71先進(jìn)者功能0控制器/基本擴(kuò)展f一或多功能控刮器Smarilme3000數(shù)據(jù)通道接口LCN擴(kuò)展器網(wǎng)培接口模件-Si期用計(jì)算機(jī)獸門(mén)屋舞管理器幻燈片37通信系統(tǒng)TDC-3000系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)包括工廠信息網(wǎng)（PIN）、就地控制網(wǎng)（LCND、萬(wàn)能控制網(wǎng)（UCND、數(shù)據(jù)高速公路（DFD和現(xiàn)場(chǎng)總線。幻燈片38工廠信息網(wǎng)（PIN）

20、:信息管理的重要組成部分，通過(guò)TPS節(jié)點(diǎn)（GIS、PHD）,PIN可直接與LCN相連，實(shí)現(xiàn)管理信息系統(tǒng)與過(guò)程控制系統(tǒng)相連。局部控制網(wǎng)絡(luò)（LW：是TPS系統(tǒng)的主干網(wǎng)，符合IEEE802.2和IEEE802.4的載波通信網(wǎng)絡(luò)，曼徹斯特編碼，實(shí)時(shí)時(shí)鐘速率12.5kHZ。媒體控制采用令牌存取通信控制方式，符合IEEE802.4（令牌總線訪問(wèn)控制），數(shù)據(jù)傳輸速率5Mbit/s，總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。幻燈片39萬(wàn)能控制網(wǎng)絡(luò)（UCN：是1988年開(kāi)發(fā)的以MAP為基礎(chǔ)的雙重化實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，令牌傳送載波帶（模擬信號(hào)）總線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率為5Mbit/s,支持32個(gè)冗余設(shè)備。數(shù)據(jù)公路（DataHighway）:是第一

21、代集散型控制系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，采用串行、半雙工方式工作，優(yōu)先存取和定時(shí)詢(xún)問(wèn)方式控制，傳輸介質(zhì)為75Q同軸電纜，傳輸速率為250kBit/s。DH上設(shè)置了一個(gè)通信指揮器HTD來(lái)管理通信，任何DH之間的通信必須由HTD指揮。幻燈片40分散過(guò)程控制裝置Honeywell的TDC-3000系統(tǒng)提供三個(gè)不同等級(jí)的分散控制：以過(guò)程控制設(shè)備（如PMLM以及DH上各設(shè)備）為基礎(chǔ)，并對(duì)控制元件進(jìn)行控制的過(guò)程控制級(jí)；先進(jìn)控制級(jí)，包括比過(guò)程控制級(jí)更加復(fù)雜的控制策略和控制計(jì)算，通常稱(chēng)為工廠級(jí)；最高控制級(jí)，提供用于高級(jí)計(jì)算的技術(shù)和手段，例如適用于復(fù)雜控制的過(guò)程模型，過(guò)程最優(yōu)控制及線性規(guī)劃等，稱(chēng)為聯(lián)合級(jí)。幻燈片41TDC-

22、3000系統(tǒng)的操作和管理站增強(qiáng)型操作站（EOS）,它是TDC-2000CRT操作站的改進(jìn)型；本地批量操作站（LBOS）,主要用于小系統(tǒng)；萬(wàn)能操作站（US）,是TPS系統(tǒng)中主要的人機(jī)界面，是綜合管理的人機(jī)接口；新操作站（US*）,是帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)處理器的萬(wàn)能操作站，采用RISC工作站處理器，操作系統(tǒng)的軟件是HP-UX,開(kāi)放的XWNDCW肢術(shù)，操作員能夠同時(shí)觀察工廠信息、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和過(guò)程控制數(shù)據(jù)。全局用戶(hù)操作站（GUS:GlobalUserStation）,是采用WnNT操作系統(tǒng)的TPS節(jié)點(diǎn)之一，采用LCN和IntelPentiumII雙處理器系統(tǒng)。幻燈片42系統(tǒng)模件TDC3000系統(tǒng)在LCN上掛接

23、多種模件：萬(wàn)能操作站（US）。歷史模件（HM可以收集和存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)系統(tǒng)和控制組態(tài)數(shù)據(jù)。應(yīng)用模件（AM用于連續(xù)控制、邏輯控制、報(bào)警處理和批量歷史收集等等，其控制策略可用標(biāo)準(zhǔn)算法。此外，還有優(yōu)化用工具軟件包：回路自整定軟件包、預(yù)測(cè)控制軟件包、實(shí)時(shí)質(zhì)量控制軟件包（SPQC）、過(guò)程模型和優(yōu)化軟件包等。可編程序控制器接口（PLCG）。計(jì)算機(jī)接口（CG）,提供與其他廠家如DEGIBMHP等主計(jì)算機(jī)之間的連接。網(wǎng)絡(luò)接口模件（NM,提供UCN和LCN之間的連接。數(shù)據(jù)公路接口（HG）,將數(shù)據(jù)公路（DH）與LCN相連。2.3. 幻燈片432.3DCS的硬件結(jié)構(gòu)1DCS硬件結(jié)構(gòu)概述目前，世界上的DCS生產(chǎn)廠家

24、很多，不同的系統(tǒng)采用的計(jì)算機(jī)硬件差別很大。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)控制站，從可編程序控制器（PLC）到單片機(jī)組成的小型控制采集裝置；從STD（總線）計(jì)算機(jī)和工業(yè)PC等小型工控機(jī)到各種16位和32位總線型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；從智能儀表控制系統(tǒng)到交流變頻調(diào)速器（VVVF）等，都是可選的現(xiàn)場(chǎng)控制站系統(tǒng)。所以，只能著重從功能上和類(lèi)型上來(lái)介紹DCS的現(xiàn)場(chǎng)控制站和操作員站的組成。幻燈片44硬件和軟件都具有靈活的組態(tài)和配置能力是DCS系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)。DCS的硬件系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將不同數(shù)目的現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站和工程師站連接起來(lái)，共同完成各種采集、控制、顯示、操作和管理功能。幻燈片452.3.2DCS的過(guò)程控制級(jí)在DCS中，各

25、種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表（傳感器、變送器等）送來(lái)的過(guò)程信號(hào)均由過(guò)程控制級(jí)各單元進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，濾除噪聲信號(hào)，進(jìn)行非線性校正及各種補(bǔ)償運(yùn)算，折算成相應(yīng)的工程量，根據(jù)組態(tài)要求還可進(jìn)行上下限報(bào)警及累積量計(jì)算。所有測(cè)量值和報(bào)警值經(jīng)過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到操作站數(shù)據(jù)庫(kù)，供實(shí)時(shí)顯示、優(yōu)化計(jì)算、報(bào)警打印等。在過(guò)程控制單元，根據(jù)過(guò)程控制組態(tài)，還可進(jìn)行各種閉環(huán)反饋控制、批量控制與順序控制等，并可接收操作站發(fā)來(lái)的各種手動(dòng)操作命令進(jìn)行手動(dòng)控制，從而提供了對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的直接調(diào)節(jié)控制功能。幻燈片46在不同的DCS中，過(guò)程控制單元的名稱(chēng)各異，例如：過(guò)程接口單元（ProcessInterfaceWit）、基本控制器（BasicContro

26、ller）、多功能控制器（MultifunctionController）等，但是所采用的結(jié)構(gòu)形式大致相同，都由安裝在控制柜內(nèi)的一些標(biāo)準(zhǔn)化功能模件組裝而成。幻燈片47構(gòu)成DCS過(guò)程控制單元的包括標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)控制站，和以微處理器技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的智能儀表，如智能數(shù)字調(diào)節(jié)器及可編程序控制器（PLC）。幻燈片482.3.3DCS的現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站一般均放置在靠近過(guò)程裝置的地方，為適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，各廠家對(duì)其產(chǎn)品均進(jìn)行了加強(qiáng)處理，使其具有防塵、防潮、防電磁干擾、抗沖擊、抗振動(dòng)及耐高低溫等抵抗惡劣環(huán)境的能力。現(xiàn)場(chǎng)控制站是一個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，由于它是專(zhuān)為過(guò)程測(cè)控而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用型設(shè)備

27、，所以其機(jī)柜、電源、輸入/輸出通道和控制計(jì)算機(jī)等與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比又有所不同。幻燈片49機(jī)柜現(xiàn)場(chǎng)控制站一般是標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)柜式結(jié)構(gòu)，機(jī)柜內(nèi)部均裝有多層機(jī)架，以供安裝電源及各種模件之用。機(jī)柜要可靠接地，接地電阻應(yīng)小于4Q。一般機(jī)柜頂部裝有風(fēng)扇，作為散熱降溫用，如果機(jī)柜內(nèi)溫度超過(guò)正常范圍時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。機(jī)柜內(nèi)還設(shè)有各種總線，例如：點(diǎn)源總線、接地總線、數(shù)據(jù)總線、地磚總線、控制總線等等。有些總線是由模件安裝單元背后的印刷電路板構(gòu)成的，有些總線是由模件安裝單元之間的電纜構(gòu)成。幻燈片50電源DCS具有效率高、穩(wěn)定性好、無(wú)干擾的交流供電系統(tǒng)。每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站采用交流雙電源供電。在石油、化

28、工等對(duì)控制連續(xù)性要求特別高的場(chǎng)合，要求設(shè)置不間斷供電電源（UPS,后備式和在線式），UPS的供電時(shí)間由負(fù)載用電量與蓄電池容量所確定。用戶(hù)應(yīng)在選型時(shí)根據(jù)裝置在停電后必須保持正常控制的時(shí)間，確定電池的容量。柜內(nèi)直流穩(wěn)壓電源一般有+5V、15V（或土12V%+24V等。有的采用冗余的雙電源供電方式。幻燈片51工控機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制站是一個(gè)智能化的可獨(dú)立運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，作為其核心的控制計(jì)算機(jī)必須由CPU、存儲(chǔ)器、總線、I/O通道等基本部分組成。控制計(jì)算機(jī)（處理器模件）是完成過(guò)程控制的核心模件，它完成用戶(hù)所設(shè)計(jì)的各種控制策略（由功能塊組態(tài)而建立的各種控制策略）。控制策略以組態(tài)文件的形式存儲(chǔ)于非易失性存

29、儲(chǔ)器（NVRAM中。鑒于處理器模件的重要性，大多數(shù)集散控制系統(tǒng)中的處理器模件都是可冗余設(shè)置的。幻燈片52處理器模件原理方框圖幻燈片53(1) 微處理器微處理器CPU,負(fù)責(zé)模件的操作和控制。目前一般為32位的微處理器。微處理器可以同步訪問(wèn)32位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，或異步訪問(wèn)各種字長(zhǎng)的端口。大多為Motorola公司生產(chǎn)的68000系列CPU和Intel公司生產(chǎn)的80X86CPU系列產(chǎn)品，時(shí)鐘頻率已達(dá)100MHz以上，很多系統(tǒng)還配有浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器，因此數(shù)據(jù)處理能力大大提高，工作周期可縮短到0.20.1s,并且可執(zhí)行更為復(fù)雜先進(jìn)的控制算法，如自整定、預(yù)測(cè)控制、模糊控制等。由于微處理器負(fù)責(zé)模件的操作，因此

30、它與模件中所有其它部分交換信息。微處理器的操作系統(tǒng)和功能塊庫(kù)，駐留于只讀存儲(chǔ)器中。幻燈片54(2) 時(shí)鐘和實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)鐘為微處理器和相關(guān)外部設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào)，而實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)間。幻燈片55(3) 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器包含只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM和非易失存儲(chǔ)器(NVRAM。ROM中保存微處理器的操作系統(tǒng)；SRAM作為數(shù)據(jù)暫存和系統(tǒng)組態(tài)的副本；NVRAM保存系統(tǒng)組態(tài)(用功能塊設(shè)計(jì)的控制策略)、批處理文件以及UDF和高級(jí)語(yǔ)言程序。由于控制計(jì)算機(jī)在正常工作中運(yùn)行的是一套固定的程序，為了工作的安全可靠，大多采用了程序固化的辦法，不僅將系統(tǒng)啟動(dòng)、自檢及基本的I/O驅(qū)動(dòng)程序?qū)懭隦

31、OM中，而且將各種控制、檢測(cè)功能模塊，所有固定參數(shù)和系統(tǒng)通信、系統(tǒng)管理模塊全部固化，因此在控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，ROM占有較大的比例。幻燈片56(4) DMA控制器直接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(DMA)控制器使各種通信鏈路能夠直接與RAM交換數(shù)據(jù)，而不需微處理器的干預(yù)。采用DMA處理方式大大減輕了微處理器的負(fù)擔(dān)，并且顯著提高了微處理器的工作速度，因?yàn)樗恍枰l繁的處理數(shù)據(jù)交換的任務(wù)了。I/O擴(kuò)展總線、雙冗余的鏈路模擬量控制站或開(kāi)關(guān)量控制站，串行鏈路、控制網(wǎng)絡(luò)等通信鏈路，均支持DMA。幻燈片57(5) 控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)高速通信網(wǎng)絡(luò)，處理器模件利用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)與過(guò)程控制站的其它模件交換信息。控制網(wǎng)絡(luò)一般是可冗

32、余的，有兩個(gè)獨(dú)立的通道，處理器模件可同時(shí)通過(guò)兩個(gè)通道來(lái)發(fā)送和接收信息，并檢查兩個(gè)通道的一致性，這樣就可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，使通信故障造成的影響減至最低。幻燈片58(6) 冗余鏈路處理器模件是可冗余的。冗余鏈路為主處理器模件和備用處理器模件提供兩條并行線路，當(dāng)主模件執(zhí)行控制任務(wù)時(shí)，備用模件通過(guò)冗余鏈路，獲得主模件的塊輸出信息，不管主模件因何原因發(fā)生故障，備用模件都可以在不中斷被控過(guò)程的情況下自動(dòng)接替控制任務(wù)。幻燈片59(7) 輸入/輸出總線處理器模件與輸入/輸出模件之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)輸入/輸出總線進(jìn)行的。輸入/輸出總線可能是并行總線也可能是串行總線。每個(gè)掛在輸入/輸出總線上的模件均有自己獨(dú)立的地址，

33、處理器模件可以通過(guò)輸入/輸出總線對(duì)輸入/輸出模件進(jìn)行各種操作(對(duì)模件進(jìn)行讀寫(xiě))。模件上的開(kāi)關(guān)用來(lái)設(shè)定模件的地址和工作方式，這些信息均通過(guò)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與微處理器交換信息。幻燈片60(8) 串行口處理器模件可以設(shè)置串行口，以便通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的串行口(RS232或RS485)與其它設(shè)備進(jìn)行通信。串口支持高級(jí)語(yǔ)言(QBASIC)。幻燈片61I/O通道(1) 模擬量輸入模件模擬量輸入模件接收由現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的模擬量信號(hào)，對(duì)信號(hào)的量程、零點(diǎn)進(jìn)行校正和調(diào)整，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，轉(zhuǎn)換為工程單位，然后經(jīng)I/O總線傳送給處理器模件。其原理圖如下：板邊連接器幻燈片62(2) 模擬量輸出模件模擬量輸出模件的作用是把處理器模件輸出的

34、控制量信號(hào)轉(zhuǎn)化成具有一定帶負(fù)載能力的電壓或電流信號(hào)，輸出到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。其原理框圖如下：噗件狀態(tài)指京燈素考電壓模件狀蟲(chóng)AZ&轉(zhuǎn)換器反憤逃陣電路或地址設(shè)花開(kāi)天IOPEN11感線放障I監(jiān)藏電略P-寄存器fmA轉(zhuǎn)換器采樣F保持器f1控制厚利采群F璟持|-|I選殲電路11I/O總城接I模擬it描川電谿叩3皿OPEM輸舊力式卅關(guān)至1/0點(diǎn)線幻燈片63(3) 開(kāi)關(guān)量輸入模件開(kāi)關(guān)量輸入模件接收由現(xiàn)場(chǎng)輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理之后，將反映開(kāi)關(guān)量狀態(tài)變化的數(shù)字量信號(hào)經(jīng)I/O總線送往處理器模件。開(kāi)關(guān)量輸入模件由輸入隔離電路、閾值判別電路、控制邏輯電路、模件狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路、I/O總線接

35、口等部分組成。幻燈片64(4) 開(kāi)關(guān)量輸出模件開(kāi)關(guān)量輸出模件通過(guò)I/O總線接收處理器模件輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，經(jīng)該模件輸出，以便控制現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量控制設(shè)備。開(kāi)關(guān)量輸出模件由輸出寄存器、輸出選擇器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、狀態(tài)緩存器、故障控制邏輯、故障狀態(tài)寄存器、總線故障監(jiān)測(cè)電路等部分所組成。幻燈片65脈沖量輸入模件脈沖量輸入模件的作用是將來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程中的脈沖量信號(hào)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)并通過(guò)I/O總線傳送給處理器模件。一個(gè)脈沖量輸入模件可以接收多個(gè)脈沖量輸入信號(hào)。脈沖量輸入模件有三種工作方式：積算方式、頻率方式和周期方式。其中積算方式用于累積脈沖的總數(shù)，一般用于流量或電量的積算。頻率方式用于測(cè)量脈沖的頻率，也就是單位

36、時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，其典型應(yīng)用是轉(zhuǎn)速的測(cè)量。周期方式是測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔，事實(shí)上周期是頻率的倒數(shù)，當(dāng)脈沖的頻率很低時(shí)，為了提高測(cè)量精度，常常采用測(cè)周期的方式。幻燈片66現(xiàn)場(chǎng)總線模件現(xiàn)場(chǎng)總線模件為現(xiàn)場(chǎng)的智能裝置提供了一條數(shù)字通信通道。在一條被稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線的通信線路上，可以并聯(lián)連接多達(dá)32個(gè)符合現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議的智能設(shè)備。這些智能設(shè)備以全數(shù)字方式傳遞過(guò)程變量、控制變量、狀態(tài)信息、管理信息等內(nèi)容。有些系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線模件支持?jǐn)?shù)/模混合通信。在這些系統(tǒng)中，以4-20nA的模擬量信號(hào)傳輸過(guò)程變量信號(hào)，其他信號(hào)的數(shù)字量調(diào)制信號(hào)疊加在模擬量信號(hào)上傳輸。現(xiàn)場(chǎng)總線模件是現(xiàn)場(chǎng)總線與集散型控制系統(tǒng)之間的一個(gè)接

37、口。幻燈片67現(xiàn)場(chǎng)總線模件的原理框圖如下所示，它是由模件I/O電路、A/D轉(zhuǎn)換器、通信電路、微處理器及控制邏輯、I/O總線接口五部分所組成的。rA/D轉(zhuǎn)換器投制邏輯A/D轉(zhuǎn)換器1-111模擬量模擬最1.變送器輸入!111多路器輸入濾波器XXILI通佛電路L斐送舞物入I募帶發(fā)送/接收觀總基帶多路器栽帶君路器:基帶門(mén)通信電路載帶通信電蹈豹激接收門(mén)電路1111111*_數(shù)據(jù)證態(tài)1_11/0總線1接口-緩存器堯進(jìn)禿由11微姓理器幻燈片682.3.4智能調(diào)節(jié)器與可編程序控制器（PLC）新型的數(shù)字智能調(diào)節(jié)器與PLC不僅容量更大，速度更快，而且都增設(shè)了較強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通信能力。可以采用以廉價(jià)的雙絞線為傳輸介質(zhì)的現(xiàn)

38、場(chǎng)總線網(wǎng)，將作為主節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)控制站與作為從節(jié)點(diǎn)的數(shù)十個(gè)數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLC或數(shù)字化智能變送器連接在一起，也可以將數(shù)臺(tái)PLC通過(guò)網(wǎng)關(guān)直接接入高速數(shù)據(jù)公路，組成過(guò)程控制級(jí)的順序控制站。幻燈片69智能調(diào)節(jié)器這是一種數(shù)字化的過(guò)程控制儀表，其外表類(lèi)似于一般的盤(pán)裝儀表，而其內(nèi)部卻是由微處理器（可能是8位的CPU,也可能是各種單片機(jī)）、RAMFOM模擬量與數(shù)字量I/O通道與獨(dú)立的電源等基本組成部分所構(gòu)成的一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以說(shuō)除了控制點(diǎn)的區(qū)別之外，它的功能與現(xiàn)場(chǎng)控制站大同小異。一般有單回路、2回路、4回路或8回路的調(diào)節(jié)器，至于控制方式除一般PID之外,還可組成串級(jí)控制、信號(hào)選擇控制、前饋控制和按預(yù)定曲線

39、進(jìn)行程序控制等。幻燈片70智能調(diào)節(jié)器不僅可接收以420mA電流信號(hào)輸入的設(shè)定值，還具有RS-232或RS-422異步通信接口等，可與上位機(jī)連成主從式通信網(wǎng)，接收上位機(jī)下裝的控制參數(shù)，并上報(bào)各種過(guò)程參數(shù)。為便于儀表操作人員使用，其人機(jī)交互界面（面板）的設(shè)計(jì)及操作方法與常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)器基本相同。幻燈片71SLCD單回路調(diào)節(jié)器電路框圖高限報(bào)警串螭MF*neWAMUX故障報(bào)警指示燈5曲版h狀態(tài)輸人亍】本開(kāi)關(guān)低限垠警1偏差戒警IHC/Cs狀態(tài)玄蓉/VM狀毒故障通信木甘5給定值r.-主f輸出比校器業(yè)驊守示7（串級(jí)時(shí)）5?舞作輸出【電壓信號(hào)JP1D惻H調(diào)整板（用電修器調(diào)整珍？St）故障時(shí)季巍峰RAMLiL；

40、GND悔出他指示1+ZOmA株作輸出幻燈片72可編程序控制器（PLC）可編程序控制器也是一種以微處理機(jī)為核心的過(guò)程控制裝置，與智能調(diào)節(jié)器最大的不同點(diǎn)是：它主要配制的是開(kāi)關(guān)量I/O通道，用于執(zhí)行順序控制功能（在較新型的PLC中,亦提供了模擬量控制模板，和PID等控制算法）。幻燈片73PLC主要用于生產(chǎn)過(guò)程中按時(shí)間順序控制或邏輯順序控制的場(chǎng)合，以取代復(fù)雜的繼電器控制裝置。例如高層建筑的電梯控制、自動(dòng)加工機(jī)床的程序控制等。PLC所采用的編程語(yǔ)言主要是一種非常形象化的梯形圖語(yǔ)言，它基本是由繼電器控制電路的符號(hào)轉(zhuǎn)化而來(lái)的。編程過(guò)程與繪制邏輯控制電路圖的過(guò)程比較相似。在專(zhuān)用編程器上輸入全部梯形圖后，編程器

41、即自動(dòng)將其編輯成微處理器可執(zhí)行的內(nèi)部程序，經(jīng)過(guò)試運(yùn)行考驗(yàn)合格后，固化到EPFOM中，安裝到PLC上就可以執(zhí)行輸入的程序，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制。幻燈片742.3.5DCS的操作員站和工程師站中央計(jì)算機(jī)站中央計(jì)算機(jī)站提供了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直接操作、系統(tǒng)生成以及診斷等集中監(jiān)示的設(shè)施。它通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與其他各站連在一起。中央計(jì)算機(jī)站是幾個(gè)部分的統(tǒng)稱(chēng),其主要部分是中央操作臺(tái)(OperatingConsole),又稱(chēng)為操作員站(OperatorStation)、過(guò)程操作站(ProcessOperatorStation),或控制中心(CommandCentre)。幻燈片75通常操作臺(tái)(站)由一個(gè)大屏幕監(jiān)示器(CR

42、T)、一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)以及一個(gè)操控鍵盤(pán)組成。此外，中央計(jì)算機(jī)站還有一個(gè)網(wǎng)關(guān)(Gateway),并通過(guò)它與一個(gè)功能更強(qiáng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(上位機(jī))相連，以便實(shí)現(xiàn)高級(jí)的控制和管理功能。有些系統(tǒng)還配備一個(gè)工程師站(EngineersConsole),用來(lái)生成目標(biāo)系統(tǒng)的參數(shù)等。幻燈片76中央計(jì)算機(jī)站的組成包括：冗余的操作站、工程師站、網(wǎng)關(guān)+上位機(jī)。中央計(jì)算機(jī)站應(yīng)該完成以下基本功能：過(guò)程顯示和控制；現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的收集和恢復(fù)顯示；級(jí)間通信；系統(tǒng)診斷；系統(tǒng)配置和參數(shù)生成；仿真調(diào)試等。幻燈片77操作站功能DCS操作站一般分為操作員站和工程師站兩種。其主要功能為過(guò)程顯示和控制、系統(tǒng)生成與診斷、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和恢復(fù)顯示等。幻

43、燈片78(1) 顯示管理功能操作員站的顯示管理功能可以分為兩大類(lèi)：標(biāo)準(zhǔn)顯示和用戶(hù)自定義顯示。標(biāo)準(zhǔn)顯示是一個(gè)DCS的廠家工程師和操作人員根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，在系統(tǒng)中設(shè)定的顯示功能，通常有點(diǎn)記錄詳細(xì)顯示、報(bào)警信息的顯示、控制回路或回路組顯示、趨勢(shì)顯示等；用戶(hù)自定義顯示是那些與特定應(yīng)用有關(guān)的顯示功能，通常由用戶(hù)自己根據(jù)需要生成。幻燈片79通常，一個(gè)DCS的操作員站上應(yīng)該顯示以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：模擬流程和總貌顯示；過(guò)程狀態(tài)；特殊數(shù)據(jù)記錄；趨勢(shì)顯示；統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示；歷史數(shù)據(jù)田顯示；生產(chǎn)狀態(tài)顯示等。幻燈片80打印功能DCS的操作員站配上打印機(jī)，可以完成下述打印功能：生產(chǎn)過(guò)程記錄報(bào)表；生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表；系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信

44、息打印；報(bào)警信息的打印。幻燈片81(2) 組態(tài)功能幾乎所有的DCS都支持多種組態(tài)功能，包括數(shù)據(jù)庫(kù)的生成、歷史記錄的創(chuàng)建、生產(chǎn)流程畫(huà)面的生成、生產(chǎn)記錄報(bào)表的生成、連續(xù)控制回路的組態(tài)、順序控制的組態(tài)等，這些組態(tài)功能通常在工程師站上完成。其中工程師站主要是提供技術(shù)人員生成控制系統(tǒng)的人機(jī)接口，或者對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。幻燈片82操作臺(tái)操作臺(tái)起到固定和保護(hù)各種計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備的作用。目前流行的操作臺(tái)有桌式操作臺(tái)、集成式操作臺(tái)和雙屏操作臺(tái)三種，可以分別適用于不同場(chǎng)合。幻燈片83處理機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)今DCS操作員站的功能越來(lái)越強(qiáng)，這就對(duì)操作站處理機(jī)系統(tǒng)提出更高的要求。一般的DCS操作站采用32位處理機(jī)，新推出的中、小

45、型DCS多采用工業(yè)PC機(jī)來(lái)作操作員站主機(jī)系統(tǒng)，內(nèi)存配置多在128M字節(jié)以上。幻燈片84外部存儲(chǔ)設(shè)備為了很好地完成DCS操作站的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，許多DCS的操作站都配有一到兩個(gè)大容量的外部存儲(chǔ)設(shè)備(磁盤(pán)或磁帶)，有些系統(tǒng)還配備有一臺(tái)或多臺(tái)歷史數(shù)據(jù)記錄儀。幻燈片85圖形顯示設(shè)備CRT仍然是當(dāng)前DCS的主要顯示設(shè)備。多數(shù)DCS操作站配備有廠家專(zhuān)用的圖形顯示器。幻燈片86操作站鍵盤(pán)操作員鍵盤(pán)：現(xiàn)今的操作員鍵盤(pán)一般都采用具有防水、防塵能力、有明確圖案或標(biāo)志的薄膜鍵盤(pán)。這種鍵盤(pán)從鍵的分配和布置上都充分考慮到操作直觀、方便，外表美觀，并且在鍵體內(nèi)裝有電子蜂鳴器，以提示報(bào)警信息和操作響應(yīng)。工程師鍵盤(pán)：工程師

46、鍵盤(pán)一般為常用的擊打式鍵盤(pán)，主要用途為工程師用來(lái)進(jìn)行編程和組態(tài)。幻燈片87打印輸出設(shè)備一般的DCS操作站都配有兩臺(tái)打印機(jī)，一臺(tái)為針式打印機(jī)，用作生產(chǎn)記錄報(bào)表和報(bào)警報(bào)表；另一臺(tái)為彩色打印機(jī)，用來(lái)拷貝流程畫(huà)面。有的DCS已經(jīng)采用激光等非擊打式打印機(jī)。2.4. 幻燈片882.4DCS的軟件系統(tǒng)1軟件系統(tǒng)概述軟件是DCS的重要組成部分，一個(gè)基本的過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件可分為兩個(gè)部分：系統(tǒng)軟件（又稱(chēng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件）和應(yīng)用軟件（又稱(chēng)過(guò)程控制軟件）。但由于DCS的分布式結(jié)構(gòu)，又增加了諸如通信管理軟件、組態(tài)生成軟件以及診斷軟件等。幻燈片89系統(tǒng)軟件一般指通用的、面向計(jì)算機(jī)的軟件，是一組支持開(kāi)發(fā)、生成、測(cè)試、

47、運(yùn)行和程序維護(hù)的工具軟件，它一般與應(yīng)用對(duì)象無(wú)關(guān)。DCS的系統(tǒng)軟件一般由以下幾個(gè)主要部分組成：實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，面向過(guò)程的編程語(yǔ)言，工具軟件。幻燈片90系統(tǒng)軟件的組成幻燈片91過(guò)程控制軟件包括：具有報(bào)警檢測(cè)的過(guò)程數(shù)據(jù)的輸入/輸出，數(shù)據(jù)表示（又稱(chēng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)），連續(xù)控制調(diào)節(jié)，順序控制，歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，過(guò)程畫(huà)面顯示和管理，報(bào)警信息的管理，生產(chǎn)記錄報(bào)表的管理和打印，參數(shù)列表顯示，人機(jī)接口控制，還有部分的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理功能。其中，前四種功能是在現(xiàn)場(chǎng)控制站完成的。2.4. 幻燈片922操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是一組程序的集合，它用來(lái)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的用戶(hù)程序，為用戶(hù)程序與系統(tǒng)硬件提供接口軟件，并允許這些程序之間交換

48、信息。用戶(hù)程序也稱(chēng)為應(yīng)用程序，一般設(shè)計(jì)成能夠完成某些應(yīng)用功能。在實(shí)時(shí)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用程序是我們?cè)诠δ芤?guī)范中所規(guī)定的功能，而操作系統(tǒng)則是控制計(jì)算機(jī)自身運(yùn)行的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)本身是很復(fù)雜的軟件包，詳細(xì)分析和討論操作系統(tǒng)需要一本專(zhuān)著來(lái)完成。因此，這里只對(duì)操作系統(tǒng)（特別是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）作些簡(jiǎn)單的介紹。幻燈片93操作系統(tǒng)的基本組成一個(gè)操作系統(tǒng)通常有三個(gè)組成部分：(1) 命令解釋程序(Commandinterpreter)：是一個(gè)允許向操作系統(tǒng)發(fā)出命令的程序，它用來(lái)接收用戶(hù)命令，并進(jìn)行翻譯和控制執(zhí)行。(2) 核心(kernel,操作系統(tǒng)內(nèi)核)(3) I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：具體控制各種硬件和外部

49、設(shè)備。幻燈片94操作系統(tǒng)的功能軟件(1) 文件系統(tǒng)(fi1esystemj)用于配有磁盤(pán)存儲(chǔ)器(軟盤(pán)或硬盤(pán))的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，一般叫做磁盤(pán)操作系統(tǒng)(DiskOperatingSystem文件系統(tǒng)隱含了訪問(wèn)磁盤(pán)等外存中的硬件操作，代之的是用戶(hù)程序可以調(diào)用操作系統(tǒng)來(lái)建立一個(gè)稱(chēng)為“文件”的邏輯結(jié)構(gòu)，為該文件指定一個(gè)名稱(chēng)，并從文件中讀取數(shù)據(jù)或存入數(shù)據(jù)。幻燈片95(2) 邏輯I/O系統(tǒng)操作系統(tǒng)的另一通用功能是邏輯I/O功能。應(yīng)用程序調(diào)用操作系統(tǒng)來(lái)完成I/O操作，它們可以完全擺脫具體的設(shè)備操作。例如，一個(gè)應(yīng)用程序要把下批輸出數(shù)據(jù)送到控制臺(tái)上，實(shí)際上的控制臺(tái)可能是一個(gè)CRT顯示器終端，也可能是一個(gè)別的什么設(shè)

50、備，甚至經(jīng)常是一臺(tái)打印機(jī)，這對(duì)用戶(hù)程序來(lái)說(shuō)沒(méi)有實(shí)質(zhì)的區(qū)別，只是邏輯I/O地址號(hào)的變化。幻燈片96實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，在目標(biāo)系統(tǒng)中需要一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。一個(gè)實(shí)時(shí)執(zhí)行程序(realtimeexecutive)就要包括實(shí)時(shí)多任務(wù)處理能力，并支持任務(wù)之間的信息交換以及一些其它功能，如時(shí)間管理，任務(wù)管理等。而一個(gè)完整的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)則除了一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)核心執(zhí)行程序之外，還要包括文件管理系統(tǒng)。幻燈片97實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)與我們平時(shí)開(kāi)發(fā)別的通用軟件所用的操作系統(tǒng)(如：PC-DOS、UNIX等)的最大區(qū)別是實(shí)時(shí)多任務(wù)執(zhí)行核心。任務(wù)又稱(chēng)進(jìn)程，是由多道程序的并行操

51、作而引入的。一個(gè)支持并行執(zhí)行多于一個(gè)任務(wù)的操作系統(tǒng)核心稱(chēng)為多任務(wù)操作系統(tǒng)核心。而一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)核心除了支持多任務(wù)外，還要具有實(shí)時(shí)處理能力。幻燈片98由于過(guò)程生產(chǎn)的復(fù)雜性，各種緊急事件、報(bào)警信號(hào)和意外情況常有發(fā)生，而產(chǎn)品的優(yōu)先指標(biāo)和參數(shù)必須滿(mǎn)足，因此控制計(jì)算機(jī)必須具有事件響應(yīng)、中斷、切換和優(yōu)先處理、并行控制等功能，而實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)正好能滿(mǎn)足這些要求。因此，DCS的過(guò)程控制計(jì)算機(jī)都是基于實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的。2.4. 幻燈片993編程語(yǔ)言計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言從50年代的原始匯編語(yǔ)言進(jìn)化到現(xiàn)代面向過(guò)程語(yǔ)言，經(jīng)歷了大約30年的時(shí)間。為了幫助不熟悉計(jì)算機(jī)編程的人員實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序，60年代出現(xiàn)了填表式

52、(Fillintheform)或填空式(Fillintheblank)編程語(yǔ)言。使用這種編程語(yǔ)言，不需要編寫(xiě)任何順序指令或語(yǔ)句，而是依標(biāo)準(zhǔn)的格式填空就可以了。從70年代，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)編程語(yǔ)言提出了實(shí)時(shí)處理能力要求，導(dǎo)致了一系列實(shí)時(shí)編程語(yǔ)言的產(chǎn)生，如實(shí)時(shí)FORTRAN,Ada和Peart等。直到集散型控制系統(tǒng)推出之后，每套DCS都提供了應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制的、可以自由組態(tài)的、模塊化的菜單驅(qū)動(dòng)軟件。幻燈片100目前，一般DCS都提供了一種功能很強(qiáng)、可靠性很高的面向過(guò)程的語(yǔ)言（即組態(tài)軟件），但同時(shí)為了滿(mǎn)足用戶(hù)的特殊要求，系統(tǒng)往往還支持一種或幾種高級(jí)編程語(yǔ)言。幻燈片1012.4.4軟件體系現(xiàn)場(chǎng)控制站的軟件結(jié)構(gòu)DCS現(xiàn)場(chǎng)控制的軟件應(yīng)具有高可靠性和實(shí)時(shí)性。此外，DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站一般無(wú)人機(jī)接口，所以它應(yīng)有較強(qiáng)的自治性，即軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)保證避免死機(jī)發(fā)生，并且具有較強(qiáng)的抗干擾能力和容錯(cuò)能力。多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)控制站軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且一般不用操作系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)一般分為