第二章DCS的體系結構自從1975年DCS誕生以來，隨著計算機、通信網絡、屏幕顯示和控制技術的發展與應用，DCS也在不斷發展和更新。盡管不同DCS產品在硬件的互換性、軟件的兼容性、操作的一致性上很難達到統一，但從其基本構成方式和構成要素來分析，仍然具有相同或相似的體系結構。本章從其功能、性能和通用性上分析DCS的體系結構，以便了解和認識DCS。了解DCS的層次結構、硬件結構、軟件結構和網絡結構。第二章DCS的體系結構自從1975年DCS誕生以來，隨著計1本章內容安排2.1DCS的層次結構2.2DCS的硬件結構2.3DCS的軟件結構2.4DCS的網絡結構2.5典型DCS的體系結構2.6國產DCS的體系結構本章內容安排2.1DCS的層次結構22.1DCS的層次結構DMCDMCDMCDMCCG3OSOSESSCSCG1MMCMMCMMCMMCCG2DNETMNETCNETPCSPCSPCSPCSPCS生產過程決策管理層生產管理層操作監控層直接控制層DMC--決策管理計算機MMC--生產管理計算機DNET--決策管理網絡MNET--生產管理網絡CNET--控制網絡一般系統2.1DCS的層次結構DMCDMCDMCDMCCG3OSO32.1.1DCS的直接控制層是DCS的基礎主要設備：過程控制站PCS輸入輸出單元IOU接收過程變量（如溫度等）和狀態變量（開關狀態）輸出模擬量和數字量操作信號過程控制單元PCU直接數字控制DDC：連續、邏輯、順序、批量控制與控制網絡連接，便于操作監控層對生產過程進行監視和操作安全冗余處理，保證系統不間斷的安全運行2.1.1DCS的直接控制層是DCS的基礎42.1.2DCS的操作監控層是DCS的中心主要設備：操作員站、工程師站、監控計算機和計算機網關操作員站：32位或64位微處理機或小型機、專用鍵盤等對生產過程進行監控、操作和管理工程師站：32位或64位微處理機，或由操作員站兼用系統生成、診斷維護、控制回路組態、人機界面繪制等監控計算機：32位或64位小型機建立生產過程的數學模型、實施高等過程控制策略，實現裝置級的優化控制和協調控制對生產過程進行故障診斷、預報和分析，保證生產安全2.1.2DCS的操作監控層是DCS的中心52.1.3DCS的生產管理層處于工廠級主要設備：生產管理計算機MMC（Manufactorymanagementcomputer）一般由一臺中型機和若干臺微型機組成主要功能根據訂貨量、庫存、生產能力等制定全廠的生產計劃，并分解落實到生產車間或裝置；根據生產狀況及時協調全廠的生產，進行生產調度和科學管理；應付不可預測事件。2.1.3DCS的生產管理層處于工廠級62.1.4DCS的決策管理層屬于公司級主要設備：決策管理計算機DMC（Decisionmanagementcomputer）一般由一臺大型機、幾臺中型機、若干臺微型機組成主要功能管理公司的生產、供應、銷售、技術、計劃、市場、財務、人事、后勤等；收集各部門信息，綜合分析，實時做出決策，協調各級管理人員指揮調度；協助公司經理制定中長期生產計劃和遠景規劃。2.1.4DCS的決策管理層屬于公司級72.2DCS的硬件結構特點：積木式；可靈活地配制成大、中、小系統；可根據企業的財力或生產要求，逐步擴展系統和增加功能。包括：DCS控制站的硬件結構DCS操作員站的硬件結構DCS工程師站的硬件結構DCS監控計算機站的硬件結構2.2DCS的硬件結構特點：82.2.1DCS控制站的硬件結構CS或PCS主要構成：輸入輸出單元IOU如AI、AO、DI、DO信號調理板接線端子板過程控制單元PCU核心控制處理器板：運算、控制、實時數據處理輸入輸出接口處理器板通信處理器板：信息交換冗余處理器板：故障分析與切換電源CNETPCU信號調理板SCC信號端子板STC輸入輸出處理板IOP電源電源正面反面2.2.1DCS控制站的硬件結構CS或PCS主要構成：CN92.2.2DCS操作員站的硬件結構主要構成：主機：一般工控機IPC或工作站或專用彩色顯示器CRT：觸屏式或非觸屏式操作員專用鍵盤打印機2.2.2DCS操作員站的硬件結構主要構成：102.2.3DCS工程師站的硬件結構主要構成：主機：一般工控機IPC或工作站或專用彩色顯示器CRT：觸屏式或非觸屏式鍵盤打印機主要功能離線組態在線維護和診斷2.2.3DCS工程師站的硬件結構主要構成：112.2.4DCS監控計算機站的硬件結構主要構成：主機：一般工控機IPC或工作站或專用彩色顯示器CRT：觸屏式或非觸屏式鍵盤打印機2.2.4DCS監控計算機站的硬件結構主要構成：122.3DCS的軟件結構特點：模塊式結構包括：DCS控制站的軟件結構DCS操作員站的軟件結構DCS工程師站的軟件結構DCS監控計算機站的軟件結構2.3DCS的軟件結構特點：132.3.1DCS控制站的軟件結構CS或PCS軟件的用戶表現形式：各類功能模塊功能模塊又稱為點或內部儀表，主要包括：輸入模塊：對應輸入點，AI、DI等，一一對應輸出模塊：對應輸出點，AO、DO等控制模塊：連續控制、邏輯控制、順序控制運算模塊：加減乘除、超前滯后補償等程序模塊例：構成一個單回路PID控制系統組態圖LT2135AIPVLC2135PIDOVLV2135AOPVPVSVBIVBOVOVBOV模擬量輸入模塊PID控制塊模擬量輸出模塊2.3.1DCS控制站的軟件結構CS或PCS軟件的用戶表現142.3.2DCS操作員站的軟件結構人機界面(HMI)軟件的用戶表現形式：豐富多彩、圖文并茂、形象直觀的動態畫面一般有：通用操作畫面：總貌、組、點、趨勢和報警等專用操作畫面：工藝流程圖、操作指導和操作面板等歷史信息畫面：操作員操作、過程點報警和事故追憶日志等系統信息畫面：系統設備狀態和功能模塊匯總等打印功能：各類報表、日志、記錄和報告多媒體功能：語音合成、工業電視等2.3.2DCS操作員站的軟件結構人機界面(HMI)152.3.3DCS工程師站的軟件結構用戶軟件包括：組態軟件繪圖軟件編程軟件主要功能：組態：生成DCS系統和控制系統，建立操作、監控和管理環境包括：操作監控層設備組態操作監控層功能組態直接控制層設備組態直接控制層功能組態2.3.3DCS工程師站的軟件結構用戶軟件包括：16設備組態作用：登記控制網絡上各節點的網絡地址、硬件和軟件配置。如：登記控制網絡上過程控制站、操作員站、工程師站、監控計算機站和計算機網關的網絡地址；登記過程控制站的輸入輸出單元中每塊輸入板(卡)和輸出板(卡)的地址(卡籠號及卡槽號)以及是否冗余；登記DCS的過程控制單元是否冗余，并分配運算模塊和控制模塊數量；登記操作員站的操作權限、是否觸摸屏(CRT)、打印機編號等設備組態作用：登記控制網絡上各節點的網絡地址、硬件和軟件配置17功能組態作用：建立輸入輸出模塊、運算、控制模塊；按工藝要求構成所需的連續控制和邏輯控制回路。方式：結構圖連接窗口選擇填表功能組態作用：182.3.3DCS工程師站的軟件結構（續）繪圖：通用畫面：總貌、組、點、趨勢和報警等畫面填表或填空實現專用畫面：工藝流程圖、操作指導、操作面板、報表和報告等繪圖軟件繪制編程：編程語言專用控制語言CL（controllanguage）基于過程的語句，直接面向過程并使用過程變量編程簡單通用高級算法語言，如VC、VB等共享DCS數據庫的接口說明：工程師站在系統軟件的支持下，把組態形成的目標文件下裝到過程控制站，把通用畫面和專用畫面的目標文件下裝到操作員站。2.3.3DCS工程師站的軟件結構（續）繪圖：192.3.4DCS監控計算機站的軟件結構配置了高級算法語言和數據庫，供用戶自行開發應用程序。作為控制網絡的一個節點，用戶程序可直接使用PCS中的各種過程變量表現形式：應用軟件包自適應控制預測控制推理控制優化控制專家系統故障診斷等功能：實施高等過程控制策略實現裝置級的優化控制和協調控制對生產過程進行故障診斷、事故預報和處理2.3.4DCS監控計算機站的軟件結構配置了高級算法語言和202.4DCS的網絡結構結構特點：層次化網絡結構包括：過程控制站PCS內采用輸入輸出總線IOBUS，串行控制網絡CNET生產管理網絡MNET決策網絡DNET2.4DCS的網絡結構結構特點：212.4.1DCS的輸入輸出總線一般，冗余IOBUS，自動檢測通信故障并自動切換到備用通信線。CNETPCUAIAIAIPIDIAODOSDIFTI4-20mATCRTDIOBUSTC-熱電偶PI-脈沖輸入SDI-串行設備接口FTI-現場總線設備接口IOBUS可選擇RS-232、RS-422、RS-485、FF、PROFIBUS、CAN等，傳輸距離：100~1000m，加中繼可增加傳輸距離2.4.1DCS的輸入輸出總線一般，冗余IOBUS，自動檢222.4.2DCS的控制網絡CNET是DCS的中樞要求：具有良好的實時性、快速的響應性、極高的安全性、惡劣環境的適應性、網絡的互聯性和網絡的開放性等局域網符合ISO提出的開放系統互聯（OSI）7層參考模型，以及IEEE提出的IEEE802局域網標準協議：Ethernet（以太網）、MAP（制造自動化協議）、TCP/IP等傳輸介質：同軸電纜或光纜，傳輸速率為1~10MbPs，傳輸距離為1~5km。2.4.2DCS的控制網絡CNET是DCS的中樞232.4.3DCS的生產管理網絡MNET工廠級，覆蓋一個廠區的各個網絡節點局域網（LAN）協議、傳輸介質同CNET計算模式：客戶機/服務器2.4.3DCS的生產管理網絡MNET工廠級，覆蓋一個廠區242.4.4DCS的決策管理網絡DNET公司級，覆蓋全公司的各個網絡節點局域網（LAN）或區域網協議：Ethernet、TCP/IP等傳輸介質：同軸電纜、光纜、電話線或無線計算模式：客戶機/服務器2.4.4DCS的決策管理網絡DNET公司級，覆蓋全公司的252.5典型DCS（TPS）的體系結構TDC2000：以高速數據公路為通信系統TDC3000：以就地控制網（LCN）為通信系統TDC3000X：萬能控制網（UCN）、UNIXTPS：WindowsNT為開放式平臺全廠一體化系統（信息集成系統）Totalplantsolutionsystem2.5典型DCS（TPS）的體系結構TDC2000：以高速26TPS系統構成圖NTUNIXDECVAX計算機TPS桌面應用AXP計算機NGNGUSHGCBECMCDHPMLMAMHMAMCAPMHPMFSCIOPSAMEOSNIMCLMPHDAPPGUSAXMUXSPLNMEPLCG接變送器、執行器等工廠信息網（PIN）（LCN）LCNELCNE（UCN）（HI低速）光纜LCNUWSTPS系統構成圖NTUNIXDECVAXTPSAXPNGN27TPS系統構成圖中各部分功能AM：應用模件applicationmoduleAMC：先進多功能控制器advancedmultifunction controllerAPM：先進過程管理站advancedprocessmanagerAXM：先進應用模件applicationmoduleAPP：應用處理平臺applicationprocessingplatformCB：基本控制器basiccontrollerCLM：通信鏈接模件communicationlinkmoduleDH：數據高速公路datahiwayEC：增強型控制器extendedcontrollerEOS：增強型操作站extendedoperatorstationEPLCG：增強型可編程控制器連接器enhancedPLCgatewayFSC：故障安全控制系統failsafecontrolsafetysystemGUC：全局用戶操作站globaluserstationHG：高速公路連接器hiwaygatewayHM：歷史模件historymoduleTPS系統構成圖中各部分功能AM：應用模件applicat28TPS系統構成圖中各部分功能HPM：高性能過程管理器high-performanceprocessmanagerIOP：輸入輸出處理器inputoutputprocessorLCN：就地控制網localcontrolnetworkLCNE：LCN擴展器LCNextenderLM：邏輯管理模件logicmanagerMC：多功能控制器multifunctioncontrollerNG：網絡連接器networkgatewayNIM：網絡接口模件networkinterfacemodulePIN：工廠信息網plantinformationnetworkPHD：過程歷史數據庫processhistorydatabasePLNM：工廠信息網模件plantnetworkmodulePM：過程管理器processmanagerSAM：掃描架應用模件scannerapplicationmoduleUCN：萬能控制網universalcontrolnetworkUS：萬能操作站universalstationUXS：高級萬能操作站universalstationTPS系統構成圖中各部分功能HPM：高性能過程管理器hig292.5.1TPS的通信系統包括：工廠信息網PIN:實現信息管理系統與過程控制系統的集成局域控制網LCN：96個節點，冗余，A、B兩條，自動切換萬能控制網UCN：32個節點，冗余通信，A、B兩條，自動切換；UCN的網絡設備之間具有點對點通信功能，使得UCN上各設備之間可以共享網絡數據。高速數據公路DH：63個2.5.1TPS的通信系統包括：302.5.1TPS的通信系統（續）現場總線：每個IOP可連接4條現場總線，每條現場總線可連接10臺設備另外，還包括內部接口模件：網絡接口模件（NIM）連接LCN和UCN，冗余高速數據公路連接器（HG）增強型可編程序控制器連接器（EPLCG）通信鏈接模件（CLM）等2.5.1TPS的通信系統（續）現場總線：312.5.2LCN的設備操作監控層，其主要設備：操作員站：通用操縱站US、高級萬能操作站UXSUXS帶有工業標準協處理器，與用戶工廠網上外部設備通信，工程師站：UWS全局用戶操作站GUS：兼有操作員站和工程師站功能雙處理器，可與LCN和PIN連接歷史模件：HM專用硬盤設備，用于存儲系統軟件、應用軟件和歷史數據等文件硬件由主機和硬盤驅動器組成2.5.2LCN的設備操作監控層，其主要設備：322.5.2LCN的設備（續）應用模件AM：是監控計算機，實現高級控制和應用模件，并提供一種面向過程的控制語言CL/AM。AM提供應用軟件包，如LOOPTUNE（PID參數自整定）、HPC（預測控制）等先進應用模件AXM具有上位的先進控制、優化等功能雙重處理器，可與LCN和PIN連接軟件環境：OpenUSE，包括增強的CL/AM，安全性、協處理開發資源和Open-DDA（開放數據定義和存取）Open-DDA為工程師提供了標準的定義和存取過程數據的方法，采用標準的通用語言，如Fortran、C++等2.5.2LCN的設備（續）應用模件AM：332.5.2LCN的設備（續）應用處理平臺APP是基于AM的TPS節點（WindowsNT），使用開放系統的標準技術，將AM的全部功能提升到開放式的操作環境，并為用戶和第三方開發自己的應用提供了一種安全、標準的控制系統數據訪問工具。雙處理器，可以與LCN和PIN連接網絡接口模件NIM是LCN和UCN之間的網絡接口2.5.2LCN的設備（續）應用處理平臺APP342.5.3UCN的設備屬于直接控制層，其主要設備：過程管理器PM：數據采集和控制設備，包括過程管理器模件（PMM）和I/O子系統先進過程管理站APM：與PM結構相似，增加了設備控制點和數組點，并把離散控制集成在控制策略中，增加了串行I/O處理器高性能過程管理器HPM：三個處理器，即控制處理器、通信處理器和I/O接口處理器控制處理器：運算、控制和HPMM冗余切換管理通信處理器：UCN通信管理、HPM之間的點對點通信、UCN冗余切換管理和UCN通信接口I/O接口處理器：I/O通信管理軟件：點，即功能模塊2.5.3UCN的設備屬于直接控制層，其主要設備：352.5.3UCN的設備（續）邏輯管理模件LM：主要用于邏輯控制，它具有可編程序控制器的優點；由邏輯管理模件(LMM)、控制處理器、I/O鏈路處理器及I/O模件等組成。故障安全控制系統FSC：采用獨特高級自診斷的先進生產過程保護系統以微處理器為基礎的容錯安全停車系統，用于保護操作入員的安全，保護生產設備和裝置，保持最佳生產狀態，保護操作環境。2.5.3UCN的設備（續）邏輯管理模件LM：362.5.4TPS信息集成系統TPS是實現全廠控制、管理和信息集成的開放式系統，它綜合過程控制、生產管理和經營決策，把分散的控制系統和集中的管理系統有機的集成起來，構成計算機信息集成系統。TPS信息集成系統是一個集成軟件，將TPS中的信息、管理和應用集于一體，為操作員、工程師、管理員提供快速方便的服務。TPS信息集成系統主要有以下三部分構成：過程歷史數據庫PHD、商業應用軟件、桌面辦公軟件2.5.4TPS信息集成系統TPS是實現全廠控制、管理和信37國產SUPCONJX-300X的通信系統體系結構如下圖，主要由控制站、操作站和通信網絡組成。通信網絡分三層，第一層網絡是信息管理網（用戶可選），第二層網絡是過程控制網，稱為SCnetⅡ，第三層網絡是控制站內部I/O控制總線，稱為SBUS。2.6國產SUPCONJX-300X的通信系統國產SUPCONJX-300X的通信系統體系結38JX-300X體系結構圖JX-300X體系結構圖39JX-300XDCS系統通信網絡結構示意圖JX-300XDCS系統通信網絡結構示意圖40①信息管理網（Ethernet）：信息管理網采用以太網絡，用于工廠級的信息傳送和管理，是實現全廠綜合管理的信息通道。管理網采用大型網絡數據庫，實現信息共享，并可將各個裝置的控制系統連入企業信息管理網，實現工廠級的綜合管理、調度、統計、決策等。②過程控制網絡（SCnetⅡ網）：JX-300X系統采用了雙高速冗余工業以太網SCnetⅡ作為其過程控制網絡。它直接連接了系統的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，是傳送過程控制實時信息的通道，具有很高的實時性和可靠性，通過掛接網橋，SCnetⅡ可以與上層的信息管理網或其他廠家設備連接。③SBUS總線：SBUS總線是控制站內部I/O控制總線。SBUS總線分為兩層，第一層為雙重化總線SBUS-S2，它是系統的現場總線，物理上位于控制站所管轄的I/O機籠之間，連接了主控制卡和數據轉發卡，用于它們之間的信息交換。第二層為SBUS-S1網絡，物理上位于各I/O機籠內，連接了數據轉發卡和各塊I/O卡件，用于數據轉發卡與各塊I/O卡件間的信息交換。①信息管理網（Ethernet）：信息管理網41小結DCS的體系結構內容包括層次結構、硬件結構、軟件結構和網絡結構，并列舉了2種典型DCS的體系結構。盡管目前世界上有多種DCS產品，具有定型產品供用戶選擇的一般僅限于直接控制層和操作監控層。小結DCS的體系結構內容包括層次結構、硬件結構、軟件結構和網42習題與思考題DCS的體系結構體現在哪幾個方面?DCS的層次結構一般分為幾層，并概述每層的功能。控制站的硬件主要由哪三部分組成，并概述各部分的構成和功能。概述DCS的操作員站、工程師站和監控計算機站的硬件結構。敘述控制站軟件的用戶表現形式及其作用。指出控制站中輸入和輸出功能塊的物理背景。敘述操作員站軟件的用戶表現形式及其作用。工程師站的用戶軟件可分為哪三類，并概述各類的功能。DCS的網絡結構體現在哪幾個方面?習題與思考題DCS的體系結構體現在哪幾個方面?43第二章DCS的體系結構自從1975年DCS誕生以來，隨著計算機、通信網絡、屏幕顯示和控制技術的發展與應用，DCS也在不斷發展和更新。盡管不同DCS產品在硬件的互換性、軟件的兼容性、操作的一致性上很難達到統一，但從其基本構成方式和構成要素來分析，仍然具有相同或相似的體系結構。本章從其功能、性能和通用性上分析DCS的體系結構，以便了解和認識DCS。了解DCS的層次結構、硬件結構、軟件結構和網絡結構。第二章DCS的體系結構自從1975年DCS誕生以來，隨著計44本章內容安排2.1DCS的層次結構2.2DCS的硬件結構2.3DCS的軟件結構2.4DCS的網絡結構2.5典型DCS的體系結構2.6國產DCS的體系結構本章內容安排2.1DCS的層次結構452.1DCS的層次結構DMCDMCDMCDMCCG3OSOSESSCSCG1MMCMMCMMCMMCCG2DNETMNETCNETPCSPCSPCSPCSPCS生產過程決策管理層生產管理層操作監控層直接控制層DMC--決策管理計算機MMC--生產管理計算機DNET--決策管理網絡MNET--生產管理網絡CNET--控制網絡一般系統2.1DCS的層次結構DMCDMCDMCDMCCG3OSO462.1.1DCS的直接控制層是DCS的基礎主要設備：過程控制站PCS輸入輸出單元IOU接收過程變量（如溫度等）和狀態變量（開關狀態）輸出模擬量和數字量操作信號過程控制單元PCU直接數字控制DDC：連續、邏輯、順序、批量控制與控制網絡連接，便于操作監控層對生產過程進行監視和操作安全冗余處理，保證系統不間斷的安全運行2.1.1DCS的直接控制層是DCS的基礎472.1.2DCS的操作監控層是DCS的中心主要設備：操作員站、工程師站、監控計算機和計算機網關操作員站：32位或64位微處理機或小型機、專用鍵盤等對生產過程進行監控、操作和管理工程師站：32位或64位微處理機，或由操作員站兼用系統生成、診斷維護、控制回路組態、人機界面繪制等監控計算機：32位或64位小型機建立生產過程的數學模型、實施高等過程控制策略，實現裝置級的優化控制和協調控制對生產過程進行故障診斷、預報和分析，保證生產安全2.1.2DCS的操作監控層是DCS的中心482.1.3DCS的生產管理層處于工廠級主要設備：生產管理計算機MMC（Manufactorymanagementcomputer）一般由一臺中型機和若干臺微型機組成主要功能根據訂貨量、庫存、生產能力等制定全廠的生產計劃，并分解落實到生產車間或裝置；根據生產狀況及時協調全廠的生產，進行生產調度和科學管理；應付不可預測事件。2.1.3DCS的生產管理層處于工廠級492.1.4DCS的決策管理層屬于公司級主要設備：決策管理計算機DMC（Decisionmanagementcomputer）一般由一臺大型機、幾臺中型機、若干臺微型機組成主要功能管理公司的生產、供應、銷售、技術、計劃、市場、財務、人事、后勤等；收集各部門信息，綜合分析，實時做出決策，協調各級管理人員指揮調度；協助公司經理制定中長期生產計劃和遠景規劃。2.1.4DCS的決策管理層屬于公司級502.2DCS的硬件結構特點：積木式；可靈活地配制成大、中、小系統；可根據企業的財力或生產要求，逐步擴展系統和增加功能。包括：DCS控制站的硬件結構DCS操作員站的硬件結構DCS工程師站的硬件結構DCS監控計算機站的硬件結構2.2DCS的硬件結構特點：512.2.1DCS控制站的硬件結構CS或PCS主要構成：輸入輸出單元IOU如AI、AO、DI、DO信號調理板接線端子板過程控制單元PCU核心控制處理器板：運算、控制、實時數據處理輸入輸出接口處理器板通信處理器板：信息交換冗余處理器板：故障分析與切換電源CNETPCU信號調理板SCC信號端子板STC輸入輸出處理板IOP電源電源正面反面2.2.1DCS控制站的硬件結構CS或PCS主要構成：CN522.2.2DCS操作員站的硬件結構主要構成：主機：一般工控機IPC或工作站或專用彩色顯示器CRT：觸屏式或非觸屏式操作員專用鍵盤打印機2.2.2DCS操作員站的硬件結構主要構成：532.2.3DCS工程師站的硬件結構主要構成：主機：一般工控機IPC或工作站或專用彩色顯示器CRT：觸屏式或非觸屏式鍵盤打印機主要功能離線組態在線維護和診斷2.2.3DCS工程師站的硬件結構主要構成：542.2.4DCS監控計算機站的硬件結構主要構成：主機：一般工控機IPC或工作站或專用彩色顯示器CRT：觸屏式或非觸屏式鍵盤打印機2.2.4DCS監控計算機站的硬件結構主要構成：552.3DCS的軟件結構特點：模塊式結構包括：DCS控制站的軟件結構DCS操作員站的軟件結構DCS工程師站的軟件結構DCS監控計算機站的軟件結構2.3DCS的軟件結構特點：562.3.1DCS控制站的軟件結構CS或PCS軟件的用戶表現形式：各類功能模塊功能模塊又稱為點或內部儀表，主要包括：輸入模塊：對應輸入點，AI、DI等，一一對應輸出模塊：對應輸出點，AO、DO等控制模塊：連續控制、邏輯控制、順序控制運算模塊：加減乘除、超前滯后補償等程序模塊例：構成一個單回路PID控制系統組態圖LT2135AIPVLC2135PIDOVLV2135AOPVPVSVBIVBOVOVBOV模擬量輸入模塊PID控制塊模擬量輸出模塊2.3.1DCS控制站的軟件結構CS或PCS軟件的用戶表現572.3.2DCS操作員站的軟件結構人機界面(HMI)軟件的用戶表現形式：豐富多彩、圖文并茂、形象直觀的動態畫面一般有：通用操作畫面：總貌、組、點、趨勢和報警等專用操作畫面：工藝流程圖、操作指導和操作面板等歷史信息畫面：操作員操作、過程點報警和事故追憶日志等系統信息畫面：系統設備狀態和功能模塊匯總等打印功能：各類報表、日志、記錄和報告多媒體功能：語音合成、工業電視等2.3.2DCS操作員站的軟件結構人機界面(HMI)582.3.3DCS工程師站的軟件結構用戶軟件包括：組態軟件繪圖軟件編程軟件主要功能：組態：生成DCS系統和控制系統，建立操作、監控和管理環境包括：操作監控層設備組態操作監控層功能組態直接控制層設備組態直接控制層功能組態2.3.3DCS工程師站的軟件結構用戶軟件包括：59設備組態作用：登記控制網絡上各節點的網絡地址、硬件和軟件配置。如：登記控制網絡上過程控制站、操作員站、工程師站、監控計算機站和計算機網關的網絡地址；登記過程控制站的輸入輸出單元中每塊輸入板(卡)和輸出板(卡)的地址(卡籠號及卡槽號)以及是否冗余；登記DCS的過程控制單元是否冗余，并分配運算模塊和控制模塊數量；登記操作員站的操作權限、是否觸摸屏(CRT)、打印機編號等設備組態作用：登記控制網絡上各節點的網絡地址、硬件和軟件配置60功能組態作用：建立輸入輸出模塊、運算、控制模塊；按工藝要求構成所需的連續控制和邏輯控制回路。方式：結構圖連接窗口選擇填表功能組態作用：612.3.3DCS工程師站的軟件結構（續）繪圖：通用畫面：總貌、組、點、趨勢和報警等畫面填表或填空實現專用畫面：工藝流程圖、操作指導、操作面板、報表和報告等繪圖軟件繪制編程：編程語言專用控制語言CL（controllanguage）基于過程的語句，直接面向過程并使用過程變量編程簡單通用高級算法語言，如VC、VB等共享DCS數據庫的接口說明：工程師站在系統軟件的支持下，把組態形成的目標文件下裝到過程控制站，把通用畫面和專用畫面的目標文件下裝到操作員站。2.3.3DCS工程師站的軟件結構（續）繪圖：622.3.4DCS監控計算機站的軟件結構配置了高級算法語言和數據庫，供用戶自行開發應用程序。作為控制網絡的一個節點，用戶程序可直接使用PCS中的各種過程變量表現形式：應用軟件包自適應控制預測控制推理控制優化控制專家系統故障診斷等功能：實施高等過程控制策略實現裝置級的優化控制和協調控制對生產過程進行故障診斷、事故預報和處理2.3.4DCS監控計算機站的軟件結構配置了高級算法語言和632.4DCS的網絡結構結構特點：層次化網絡結構包括：過程控制站PCS內采用輸入輸出總線IOBUS，串行控制網絡CNET生產管理網絡MNET決策網絡DNET2.4DCS的網絡結構結構特點：642.4.1DCS的輸入輸出總線一般，冗余IOBUS，自動檢測通信故障并自動切換到備用通信線。CNETPCUAIAIAIPIDIAODOSDIFTI4-20mATCRTDIOBUSTC-熱電偶PI-脈沖輸入SDI-串行設備接口FTI-現場總線設備接口IOBUS可選擇RS-232、RS-422、RS-485、FF、PROFIBUS、CAN等，傳輸距離：100~1000m，加中繼可增加傳輸距離2.4.1DCS的輸入輸出總線一般，冗余IOBUS，自動檢652.4.2DCS的控制網絡CNET是DCS的中樞要求：具有良好的實時性、快速的響應性、極高的安全性、惡劣環境的適應性、網絡的互聯性和網絡的開放性等局域網符合ISO提出的開放系統互聯（OSI）7層參考模型，以及IEEE提出的IEEE802局域網標準協議：Ethernet（以太網）、MAP（制造自動化協議）、TCP/IP等傳輸介質：同軸電纜或光纜，傳輸速率為1~10MbPs，傳輸距離為1~5km。2.4.2DCS的控制網絡CNET是DCS的中樞662.4.3DCS的生產管理網絡MNET工廠級，覆蓋一個廠區的各個網絡節點局域網（LAN）協議、傳輸介質同CNET計算模式：客戶機/服務器2.4.3DCS的生產管理網絡MNET工廠級，覆蓋一個廠區672.4.4DCS的決策管理網絡DNET公司級，覆蓋全公司的各個網絡節點局域網（LAN）或區域網協議：Ethernet、TCP/IP等傳輸介質：同軸電纜、光纜、電話線或無線計算模式：客戶機/服務器2.4.4DCS的決策管理網絡DNET公司級，覆蓋全公司的682.5典型DCS（TPS）的體系結構TDC2000：以高速數據公路為通信系統TDC3000：以就地控制網（LCN）為通信系統TDC3000X：萬能控制網（UCN）、UNIXTPS：WindowsNT為開放式平臺全廠一體化系統（信息集成系統）Totalplantsolutionsystem2.5典型DCS（TPS）的體系結構TDC2000：以高速69TPS系統構成圖NTUNIXDECVAX計算機TPS桌面應用AXP計算機NGNGUSHGCBECMCDHPMLMAMHMAMCAPMHPMFSCIOPSAMEOSNIMCLMPHDAPPGUSAXMUXSPLNMEPLCG接變送器、執行器等工廠信息網（PIN）（LCN）LCNELCNE（UCN）（HI低速）光纜LCNUWSTPS系統構成圖NTUNIXDECVAXTPSAXPNGN70TPS系統構成圖中各部分功能AM：應用模件applicationmoduleAMC：先進多功能控制器advancedmultifunction controllerAPM：先進過程管理站advancedprocessmanagerAXM：先進應用模件applicationmoduleAPP：應用處理平臺applicationprocessingplatformCB：基本控制器basiccontrollerCLM：通信鏈接模件communicationlinkmoduleDH：數據高速公路datahiwayEC：增強型控制器extendedcontrollerEOS：增強型操作站extendedoperatorstationEPLCG：增強型可編程控制器連接器enhancedPLCgatewayFSC：故障安全控制系統failsafecontrolsafetysystemGUC：全局用戶操作站globaluserstationHG：高速公路連接器hiwaygatewayHM：歷史模件historymoduleTPS系統構成圖中各部分功能AM：應用模件applicat71TPS系統構成圖中各部分功能HPM：高性能過程管理器high-performanceprocessmanagerIOP：輸入輸出處理器inputoutputprocessorLCN：就地控制網localcontrolnetworkLCNE：LCN擴展器LCNextenderLM：邏輯管理模件logicmanagerMC：多功能控制器multifunctioncontrollerNG：網絡連接器networkgatewayNIM：網絡接口模件networkinterfacemodulePIN：工廠信息網plantinformationnetworkPHD：過程歷史數據庫processhistorydatabasePLNM：工廠信息網模件plantnetworkmodulePM：過程管理器processmanagerSAM：掃描架應用模件scannerapplicationmoduleUCN：萬能控制網universalcontrolnetworkUS：萬能操作站universalstationUXS：高級萬能操作站universalstationTPS系統構成圖中各部分功能HPM：高性能過程管理器hig722.5.1TPS的通信系統包括：工廠信息網PIN:實現信息管理系統與過程控制系統的集成局域控制網LCN：96個節點，冗余，A、B兩條，自動切換萬能控制網UCN：32個節點，冗余通信，A、B兩條，自動切換；UCN的網絡設備之間具有點對點通信功能，使得UCN上各設備之間可以共享網絡數據。高速數據公路DH：63個2.5.1TPS的通信系統包括：732.5.1TPS的通信系統（續）現場總線：每個IOP可連接4條現場總線，每條現場總線可連接10臺設備另外，還包括內部接口模件：網絡接口模件（NIM）連接LCN和UCN，冗余高速數據公路連接器（HG）增強型可編程序控制器連接器（EPLCG）通信鏈接模件（CLM）等2.5.1TPS的通信系統（續）現場總線：742.5.2LCN的設備操作監控層，其主要設備：操作員站：通用操縱站US、高級萬能操作站UXSUXS帶有工業標準協處理器，與用戶工廠網上外部設備通信，工程師站：UWS全局用戶操作站GUS：兼有操作員站和工程師站功能雙處理器，可與LCN和PIN連接歷史模件：HM專用硬盤設備，用于存儲系統軟件、應用軟件和歷史數據等文件硬件由主機和硬盤驅動器組成2.5.2LCN的設備操作監控層，其主要設備：752.5.2LCN的設備（續）應用模件AM：是監控計算機，實現高級控制和應用模件，并提供一種面向過程的控制語言CL/AM。AM提供應用軟件包，如LOOPTUNE（PID參數自整定）、HPC（預測控制）等先進應用模件AXM具有上位的先進控制、優化等功能雙重處理器，可與LCN和PIN連接軟件環境：OpenUSE，包括增強的CL/AM，安全性、協處理開發資源和Open-DDA（開放數據定義和存取）Open-DDA為工程師提供了標準的定義和存取過程數據的方法，采用標準的通用語言，如Fortran、C++等2.5.2LCN的設備（續）應用模件AM：762.5.2LCN的設備（續）應用處理平臺APP是基于AM的TPS節點（WindowsNT），使用開放系統的標準技術，將AM的全部功能提升到開放式的操作環境，并為用戶和第三方開發自己的應用提供了一種安全、標準的控制系統數據訪問工具。雙處理器，可以與LCN和PIN連接網絡接口模件NIM是LCN和UCN之間的網絡接口2.5.2LCN的設備（續）應用處理平臺APP772.5.3UCN的設備屬于直接控制層，其主要設備：過程管理器PM：數據采集和控制設備，包括過程管理器模件（PMM）和I/O子系統先進過程管理站APM：與PM結構相似，增加了設備控制點和數