分布式控制系统PPT课件.ppt

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1、第九章 分布式计算机控制系统王贺升王贺升上海交通大学自动化系上海交通大学自动化系2010年年6月月DCS与FCSn一 引言 n二 DCS体系结构n三 DCS功能特点n四 DCS产品简介n五 FCS体系结构n六 FCS功能特点n七 FCS产品简介n 小结DCS与FCSnDCS的基本概念、体系结构与功能特点的基本概念、体系结构与功能特点。nFCS的基本概念、体系结构与功能特点的基本概念、体系结构与功能特点。nDCS 与与FCS的几种典型产品。的几种典型产品。一一 引言引言n分分散散控控制制系系统统DCS是是以以微微型型计计算算机机为为基基础础的的集集散散型型综综合合控控制制系系统统。它它是是为为满

2、满足足大大型型工工业业生生产产的的要要求求，从从综综合合自自动动化化的的角角度度，按按控控制制功功能能分分散散、操操作作管管理理集集中中的的原原则则设设计计。自自从从美美国国霍霍尼尼韦韦尔尔公公司司1975年年成成功功推推出出世世界界上上第第一一套套DCS 以以来来，产产品品几几经经更更新新换换代代，技技术术性性能能日日趋趋完完善善。二二十十几几年年来来，DCS首首当当其其冲冲地地成成为为大大型型工工业业生产过程的主流控制系统生产过程的主流控制系统。n现现场场总总线线控控制制系系统统FCS是是继继DCS之之后后出出现现的的新新一一代代控控制制系系统统，它它代代表表的的是是一一种种数数字字化化网

3、网络络化化到到现现场场、控控制制管管理理到到现现场场的的发发展展方方向向。FCS将将要要取取代代DCS，或或者者说说DCS已已在在吸吸纳纳FCS。总总之之，FCS已已经经成为当今世界范围内自动控制系统的热点。成为当今世界范围内自动控制系统的热点。DCS集散系统:DCS英文全称nDCS集散系统:DCS英文全称 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM,中文全称为集散型控制系统。nDCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。三层集散控制系统n共出现了3代DCS产品。1975年至80年代前期为第一代产

4、品，80年代中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21世纪初为第三代产品。目前发展成为DCS与FCS的集成。四层集散控制系统的功能nDCS按功能分层的层次结构充分体现了其分散控制和集中管理的设计思想，DCS从下至上依次分为直接控制层、操作监控层、生产管理层和决策管理层集散控制系统的功能nDCS散控制系统的四级典型层次功能集散控制系统的功能n直接控制级n(1)进行过程数据采集：即对被控设备中的每个过程量和状态信息进行快速采集，使进行数字控制、开环控制、设备监测、状态报告的过程等获得所需要的输入的信息。n(2)进行直接数字的过程控制：根据控制组态数据库、控制算法模块来实施实时的过程量(如开

5、关量、模拟量等)的控制。n(3)进行设备监测和系统的测试、诊断：把过程变量和状态信息取出后，分析是否可以接受以及是否可以允许向高层传输。进一步确定是否对被控装置实施调节；并根据状态信息判断计算机系统硬件和控制板件的性能(功能)，在必要时实施报警、错误或诊断报告等措施。n(4)实施安全性、冗余化方面的措施：一旦发现计算机系统硬件或控制板有故障，就立即实施备用件的切换，保证整个系统安全运行。集散控制系统的功能n过程管理级n在过程管理级主要是应付单元内的整体优化，并对其下层产生确切的命令，在这一层可完成的功能有。(1)优化过程控制：这可以根据过程的数学模型以及所给定的控制对象来进行，优化控制只有在优

6、化执行条件确保的条件下方能达到，即使在不同策略条件下仍能完成对控制过程的优化。(2)自适应回路控制：在过程参数希望值的基础上，通过数字控制的优化策略。当现场条件发生改变时，经过过程管理级计算机的运算处理就得到新的设定值和调节值，并把调节值传送到直接过程控制层。(3)优化单元内各装置，使它们密切配合：这主要是根据单元内的产品、原材料、库存以及能源的使用情况，以优化准则来协调相互之间的关系。(4)通过获取直接控制层的实时数据以进行单元内的活动监视、故障检测存档、历史数据的存档、状态报告和备用。集散控制系统的功能n生产管理级n产品规划和控制级完成一系列的功能，要求有比系统和控制工程更宽的操作和逻辑分

7、析功能，根据用户的订货情况、库存情况、能源情况来规划各单元中的产品结构和规模。并且可使产品重新计划，随时更改产品结构，这一点是工厂自动化系统高层所需要的，有了产品重新组织和柔性制造的功能就可以应付由于用户订货变化所造成的不可预测的事件。由此，一些较复杂的工厂在这一控制层就实施了协调策略。此外，对于统观全厂生产和产品监视以及产品报告也都在这一层来实现，并与上层交互传递数据。在中小企业的自动化系统中，这一层可能就充当最高一级管理层。集散控制系统的功能n工厂经营管理级n经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层，它管理的范围很广，包括工程技术方面、经济方面、商业事务方面、人事活动方面以及其他方面的功能。

8、把这些功能都集成到软件系统中，通过综合的产品计划，在各种变化条件下，结合多种多样的材料和能量调配，以达到最优地解决这些问题。其典型的功能为：(1)市场分析。(2)用户信息的收集。(3)订货统计分析。(4)销售与产品计划。(5)合同事宜。(6)接收订货与期限监测。(7)产品制造协调。(8)价格计算。(9)生产能力与订货的平衡。(10)订货的分发。(11)生产与交货期限的监视。(12)生产，订货和合同的报告。(13)财政方面的报告等。集散控制系统组成n由若干台微处理器或微机分别承担部分任务，并通过高速数据通道把各个分散点的信息集中起来，进行集中的监视和操作，并实现复杂的控制和优化。Distribu

9、ted control systemn包括:1：控制器 2：I/O板 3：操作站 4：通讯网络 5：图形及编程软件集散控制系统组成n控制算法模块不同,组合方法不同nI/O智能区别n操作站差别大,小型机-PC机;操作系统UNIX-NT;软件专用-通用等n通信网络差别最大,轮询,TOKEN,消息n提供图形组态软件支持集散控制系统组成或称三大部分n带I/O部件的控制器n人机接口(含,操作站,工程师站,历史数据站)n通信网络关键1DCS控制站nDCS系统中，控制站继承了DDC技术，它是一个完整的计算机，实际运行中可以在不与操作站及网络相连的情况下，完成过程控制策略，保证生产装置正常运行。n控制站作为一

10、个完整的计算机，它的主要I/O设备为现场的输入、输出处理设备，以及过程输入/输出（P I/O）量，包括信号变换与信号调理，A/D、D/A转换等。它在第二代和第三代产品中已陆续采用了嵌入式技术，并采用单片机等完成量程调整、远程I/O数据传输、小型化及减少P I/O卡硬件规格等功能，直至连接智能化的现场变送器或接受采用现场总线提供的数字信号。关键1DCS控制站-软件n关于DCS控制站的系统软件，原则上也有实时操作系统、编程语言及编译系统、数据库系统、自诊断系统等，只是完善程度不同而己。n 第一代DCS控制站的功能更近似于多回路调节器，而且每个控制站都可以配置人机界面和备用操作器；n 第二代DCS控

11、制站的实时操作系统及程序编译系统比较完整，编程语言有面向过程语言和高级语言，控制策略的组态由操作站或工作站在与控制站联机的情况下，完成编译和下载；n 第三代DCS控制站的系统软件齐全，操作站或工程师站可以完成离线组态及在线修改控制策略。关键1DCS控制站-可靠性n控制站是整个DCS的基础，它的可靠性和安全性最为重要，死机和控制失灵的现象是绝对不允许的，而且冗余、掉电保护、抗干扰、防爆系统构成等方面都应有很高的可靠性，才能满足用户要求。多年的实践经验证明，绝大多数厂家的DCS控制站都能够胜任用户要求。关键2 DCS操作站 nDCS操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等，其中工

12、程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用（Utility）功能。n实际的DCS操作站是典型的计算机，它与控制站不同，有着丰富的外围设备和人机界面。70年代中期，CRT显示器技术已成熟，以外部存储器为特征，第二代DCS操作站还具有如下特点：操作站和工程师站（或称工作站）分开，也有公司将操作站的历史数据存储用硬盘（历史模件）和高级语言应用站（应用模件）分别独立挂在通信网络上；操作系统除采用DOS系统以外，有的产品采用Unix等操作系统；实时数据库储存性能逐渐完善；在人机界面方面，逐渐过渡为以GUI图形用户界面为平台并采用鼠标、组态时制作流程图和控制回路图等方法，采用菜单、窗口、CAD等技术，使人

13、机界面友好。关键3数据通信及网络 n在DCS系统诞生时，主要解决一个生产装置中几个控制站和一个或几个操作站之间的数据通信问题；第二代DCS则解决多个装置的DCS互联问题；第三代DCS则解决一个工厂的多个车间互联及与全厂计算机管理网络互联的问题，这是总的设计思想。n在实际应用中，如石化行业，DCS一直多用在一个生产装置范围内的多机通信系统中，而且控制站和操作站均集中放置在控制室内。n在DCS中采用数字通信技术，还有在控制站内采用站内通信总线及远程I/O总线，以及在第三代DCS的控制站内增加了连接PLC、分析仪和现场智能仪表的接口卡，使DCS与现场仪表之间的接线减少，并对现场仪表进行设备管理，这为

14、DCS向下兼容并与现场总线通信技术融合打下基础。专用性nHONEYWELL石化 nSIEMENS冶金nBAILEY电力二二 (三层三层)DCS体系结构详细体系结构详细n前言 n1 分散过程控制级n2 集中操作监控级n3 综合信息管理级二二DCS体系结构体系结构n典典型型的的DCS体体系系结结构构分分为为三三层层，如如图图所所示示。第第一一层层为为分分散散过过程程控控制制级级；第第二二层层为为集集中中操操作作监监控控级级；第第三三层层为为综综合合信信息息管管理理级级。层层间间由由高高速速数数据据通通路路HW和和局局域域网网络络LAN两两级级通通信信线线路路相相连连，级级内内各各装装置置之之间间由

15、由本本级级的的通通信信网网络络进进行行通通信联系。信联系。二二DCS体系结构体系结构 图1 分散控制系统体系结构分散控制系统体系结构1 分散过程控制级分散过程控制级n分散过程控制级的功能及其主要装置分散过程控制级的功能及其主要装置。1现场控制站现场控制站 2智能调节器智能调节器3可编程控制器可编程控制器PLC 1 分散过程控制级分散过程控制级n分散过程控制级是分散过程控制级是DCS的基础层的基础层,它向下直接面向工业它向下直接面向工业对象，其输入信号来自于生产过程现场的传感器（如对象，其输入信号来自于生产过程现场的传感器（如热电偶、热电阻等）、变送器（如温度、压力、液位、热电偶、热电阻等）、变

16、送器（如温度、压力、液位、流量等）及电气开关（输入触点）等，其输出去驱动流量等）及电气开关（输入触点）等，其输出去驱动执行器（如调节阀、电磁阀、电机等），完成生产过执行器（如调节阀、电磁阀、电机等），完成生产过程的数据采集、闭环调节控制、顺序控制等功能；其程的数据采集、闭环调节控制、顺序控制等功能；其向上与集中操作监控级进行数据通信，接收操作站下向上与集中操作监控级进行数据通信，接收操作站下传加载的参数和操作命令，以及将现场工作情况信息传加载的参数和操作命令，以及将现场工作情况信息整理后向操作站报告。整理后向操作站报告。n构成这一级的主要装置有：现场控制站，可编程控制构成这一级的主要装置有：现

17、场控制站，可编程控制器，智能调节器及其它测控装置。器，智能调节器及其它测控装置。.现场控制站现场控制站n现场控制站具有多种功能现场控制站具有多种功能集连续控制、顺序控制、批量控制集连续控制、顺序控制、批量控制及数据采集功能为一身。及数据采集功能为一身。（1）现场控制站的硬件构成）现场控制站的硬件构成n现场控制站一般是标准的机柜式机构，柜内由电源、总线、现场控制站一般是标准的机柜式机构，柜内由电源、总线、I/O模件、处理器模件、通信模件等部分组成。模件、处理器模件、通信模件等部分组成。n一般在机柜的顶部装有风扇组件，其目的是带走机柜内部电子部一般在机柜的顶部装有风扇组件，其目的是带走机柜内部电子

18、部件所散发出来的热量；机柜内部设若干层模件安装单元，上层安件所散发出来的热量；机柜内部设若干层模件安装单元，上层安装处理器模件和通信模件，中间安装装处理器模件和通信模件，中间安装I/O模件，最下边安装电源模件，最下边安装电源组件。机柜内还设有各种总线，如电源总线，接地总线，数据总组件。机柜内还设有各种总线，如电源总线，接地总线，数据总线，地址总线，控制总线等等。线，地址总线，控制总线等等。n现场控制站的电源不仅要为柜内提供电源，还要为现场检测器件现场控制站的电源不仅要为柜内提供电源，还要为现场检测器件提供外供电源，这两种电源必须互相隔离，不可共地，以免干扰提供外供电源，这两种电源必须互相隔离，

19、不可共地，以免干扰信号通过电源回路耦合到信号通过电源回路耦合到I/O通道中去。通道中去。.现场控制站现场控制站一个现场控制站中的系统结构如图一个现场控制站中的系统结构如图2所示，包含一个或多所示，包含一个或多个基本控制单元，基本控制单元是由一个完成控制或个基本控制单元，基本控制单元是由一个完成控制或数据处理任务的处理器模件以及与其相连的若干个输数据处理任务的处理器模件以及与其相连的若干个输入输出模件所构成的（有点类似于入输出模件所构成的（有点类似于IPC）。基本控）。基本控制单元之间，通过控制网络制单元之间，通过控制网络Cnet 连接在一起，连接在一起，Cnet 网络上的上传信息通过通信模件，

20、送到监控网络网络上的上传信息通过通信模件，送到监控网络Snet，同理，同理Snet 的下传信息，也通过通信模件和的下传信息，也通过通信模件和Cnet 传传到各个基本控制单元。在每一个基本控制单元中，处到各个基本控制单元。在每一个基本控制单元中，处理器模件与理器模件与I/O模件之间的信息交换由内部总线完成。模件之间的信息交换由内部总线完成。内部总线可能是并行总线，也可能是串行总线。近年内部总线可能是并行总线，也可能是串行总线。近年来，多采用串行总线来，多采用串行总线。.现场控制站现场控制站（2）现场控制站的软件功能）现场控制站的软件功能n 现场控制站的主要功能有现场控制站的主要功能有6种，即数据

21、采集功能、种，即数据采集功能、DDC控制功能、顺序控制功能、控制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打印报表功能、数据通信功能。信号报警功能、打印报表功能、数据通信功能。数据采集功能：对过程参数，主要是各类传感变送器的模拟信号进行数据采数据采集功能：对过程参数，主要是各类传感变送器的模拟信号进行数据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线显示、事故报警等。集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线显示、事故报警等。DDC控制功能：包括接受现场的测量信号，进而求出设定值与测量值的偏差，控制功能：包括接受现场的测量信号，进而求出设定值与测量值的偏差，并对偏差进行并对偏差进行PID控制运算，最后求出新的控制量

22、并将此控制量转换成相应的控制运算，最后求出新的控制量，并将此控制量转换成相应的电流送至执行器驱动被控对象。电流送至执行器驱动被控对象。顺序控制功能：通过来自过程状态输入输出信号和反馈控制功能等状态信号，顺序控制功能：通过来自过程状态输入输出信号和反馈控制功能等状态信号，按预先设定的顺序和条件，对控制的各阶段进行顺序控制。按预先设定的顺序和条件，对控制的各阶段进行顺序控制。信号报警功能：对过程参数设置上限值和下限值，若超过上限或下限则分别信号报警功能：对过程参数设置上限值和下限值，若超过上限或下限则分别进行越限报警；对非法的开关量状态进行报警；对出现的事故进行报警。信号的进行越限报警；对非法的

23、开关量状态进行报警；对出现的事故进行报警。信号的报警是以声音、光或报警是以声音、光或CRT屏幕显示颜色变化来表示。屏幕显示颜色变化来表示。打印报表功能：定时打印报表；随机打印过程参数；事故报表的自动记录打打印报表功能：定时打印报表；随机打印过程参数；事故报表的自动记录打印。印。数据通信功能：完成分散过程控制级与集中操作监控之间的信息交换。数据通信功能：完成分散过程控制级与集中操作监控之间的信息交换。.智能调节器智能调节器n智能调节器智能调节器是一种数字化的过程控制仪表，也称可编程调节器。是一种数字化的过程控制仪表，也称可编程调节器。其外形类似于一般的盘装仪表，而其内部是由微处理器其外形类似于一

24、般的盘装仪表，而其内部是由微处理器CPU、存、存储器储器RAM、ROM、模拟量和数字量、模拟量和数字量I/0 通道、电源等部分组成通道、电源等部分组成的一个微型计算机系统。的一个微型计算机系统。n智能调节器可以接受和输出智能调节器可以接受和输出420mA模拟量信号和开关量信号，模拟量信号和开关量信号，同时还具有同时还具有RS232或或RS-485等串行通信接口。一般有单回路、等串行通信接口。一般有单回路、2回路、或回路、或4回路的调节器，控制方式除一般的单回路回路的调节器，控制方式除一般的单回路PID之外，之外，还可组成串级控制、前馈控制等复杂回路。因此，智能调节器不还可组成串级控制、前馈控制

25、等复杂回路。因此，智能调节器不仅可以在一些重要场合下单独构成复杂控制系统，完成仅可以在一些重要场合下单独构成复杂控制系统，完成1 4个过个过程控制回路，而且可以作为大型分散控制系统中最基层的一种控程控制回路，而且可以作为大型分散控制系统中最基层的一种控制单元，与上位机（即操作监控级）连成主从式通信网络，接受制单元，与上位机（即操作监控级）连成主从式通信网络，接受上位机下传的控制参数，并上报各种过程参数。上位机下传的控制参数，并上报各种过程参数。.可编程控制器即可编程控制器即PLCn可编程控制器即可编程控制器即PLC，与智能调节器最大的不，与智能调节器最大的不同点是：它主要配制的是开关量输人、输

26、出通同点是：它主要配制的是开关量输人、输出通道，用于执行顺序控制功能。在新型的道，用于执行顺序控制功能。在新型的PLC中，中，也提供了模拟量输入输出及也提供了模拟量输入输出及PID控制模块，而控制模块，而且均带有且均带有RS-485标准的异步通信接口。标准的异步通信接口。n 同智能调节器一样，同智能调节器一样，PLC的高可靠性和不断增的高可靠性和不断增强的功能，使它既可以在小型控制系统中担当强的功能，使它既可以在小型控制系统中担当控制主角，又可以作为大型分散控制系统中最控制主角，又可以作为大型分散控制系统中最基层的一种控制单元基层的一种控制单元2 集中操作监控级集中操作监控级u集中操作监控级的

27、概述集中操作监控级的概述 操作员操作站操作员操作站 工程师操作站工程师操作站2 集中操作监控级集中操作监控级n集中操作监控级集中操作监控级是面向现场操作员和系统工程师的，如图是面向现场操作员和系统工程师的，如图1所示的中间层。所示的中间层。这一级配有技术手段先进，功能强大的计算机系统及各类外部装置，通这一级配有技术手段先进，功能强大的计算机系统及各类外部装置，通常采用较大屏幕、较高分辨率的图形显示器和工业键盘，计算机系统配常采用较大屏幕、较高分辨率的图形显示器和工业键盘，计算机系统配有较大存储容量的硬盘或软盘，另外还有功能强大的软件支持，确保工有较大存储容量的硬盘或软盘，另外还有功能强大的软件

28、支持，确保工程师和操作员对系统进行组态、监视和操作，对生产过程实行高级控制程师和操作员对系统进行组态、监视和操作，对生产过程实行高级控制策略、故障诊断、质量评估等。策略、故障诊断、质量评估等。n集中操作监控级以操作监视为主要任务：把过程参数的信息集中化，对集中操作监控级以操作监视为主要任务：把过程参数的信息集中化，对各个现场控制站的数据进行收集，并通过简单的操作，进行工程量的显各个现场控制站的数据进行收集，并通过简单的操作，进行工程量的显示、各种工艺流程图的显示、趋势曲线的显示以及改变过程参数（如设示、各种工艺流程图的显示、趋势曲线的显示以及改变过程参数（如设定值、控制参数、报警状态等信息）；

29、另一个任务是兼有部分管理功能：定值、控制参数、报警状态等信息）；另一个任务是兼有部分管理功能：进行控制系统的组态与生成。进行控制系统的组态与生成。n构成这一级的主要装置有：面向操作人员的操作员操作站、面向监督管构成这一级的主要装置有：面向操作人员的操作员操作站、面向监督管理人员的工程师操作站、监控计算机及层间网络联接器。一般情况下，理人员的工程师操作站、监控计算机及层间网络联接器。一般情况下，一个一个DCS系统只需配备一台工程师站，而操作员站的数量则需要根据实系统只需配备一台工程师站，而操作员站的数量则需要根据实际要求配置。际要求配置。操作员站操作员站nDCS的操作员站的操作员站是处理一切与运

30、行操作是处理一切与运行操作有关的人有关的人-机界面功能的网络节点，其主机界面功能的网络节点，其主要功能就是使操作员可以通过操作员站要功能就是使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等。并的当前值、是否有异常情况发生等。并可通过输出设备对工艺过程进行控制和可通过输出设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效、高质高效、高质 操作员站操作员站(1)DCS的操作员站硬件的操作员站硬件n操作员站由操作员站由IPCIPC或工作站、工业键盘、大屏幕图形显示器和操作控制台组成

31、这些或工作站、工业键盘、大屏幕图形显示器和操作控制台组成，这些设备除工业键盘外，其他均属通用型设备。目前设备除工业键盘外，其他均属通用型设备。目前DCSDCS一般都采用一般都采用IPCIPC来作为操作员来作为操作员站的主机及用于监控的监控计算机。站的主机及用于监控的监控计算机。n操作员键盘多采用工业键盘，它是一种根据系统的功能用途及应用现场的要求进操作员键盘多采用工业键盘，它是一种根据系统的功能用途及应用现场的要求进行设计的专用键盘，这种键盘侧重于功能键的设置、盘面的布置安排及特殊功能行设计的专用键盘，这种键盘侧重于功能键的设置、盘面的布置安排及特殊功能键的定义。键的定义。n由于由于DCSD

32、CS操作员的主要工作基本上都是通过操作员的主要工作基本上都是通过CRTCRT屏幕、工业键盘完成的，因此，操屏幕、工业键盘完成的，因此，操作控制台必须设计合理，使操作员能长时间工作不感吃力。另外在操作控制台上作控制台必须设计合理，使操作员能长时间工作不感吃力。另外在操作控制台上一般还应留有安放打印机的位置，以便放置报警打印机或报表打印机。一般还应留有安放打印机的位置，以便放置报警打印机或报表打印机。n作为操作员站的图形显示器均为彩色显示器，且分辨率较高、尺寸较大。作为操作员站的图形显示器均为彩色显示器，且分辨率较高、尺寸较大。n打印机是打印机是DCSDCS操作员站的不可缺少的外设。一般的操作员站

33、的不可缺少的外设。一般的DCSDCS配备两台打印机，一台为普配备两台打印机，一台为普通打印机，用于生产记录报表和报警列表打印；另一台为彩色打印机，用来拷贝通打印机，用于生产记录报表和报警列表打印；另一台为彩色打印机，用来拷贝流程画面。流程画面。操作员站操作员站(2)操作员站的功能操作员站的功能n操作员站的功能操作员站的功能主要是指正常运行时的主要是指正常运行时的工艺监视和运行操作，主要由总貌画面、工艺监视和运行操作，主要由总貌画面、分组画面、点画面、流程图画面、趋势分组画面、点画面、流程图画面、趋势曲线画面、报警显示画面及操作指导画曲线画面、报警显示画面及操作指导画面等面等7种显示画面构成（详

34、见第种显示画面构成（详见第6.3.2 图图形显示画面）。形显示画面）。工程师操作站工程师操作站n工程师站是对工程师站是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点。其主要功能是提供对维护的网络节点。其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工具软件即进行组态，配置工具软件即组态软件，并通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，组态软件，并通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使使DCS随时处于最佳工作状态之下随时处于最佳工作状态之下。（1）工程师站的硬件）工程师站的硬件n对系统工程师站的硬件没有什么特殊要

35、求，由于工程师站一般放在计算对系统工程师站的硬件没有什么特殊要求，由于工程师站一般放在计算机房内，工作环境较好，因此不一定非要选用工业型的机器，选用普通机房内，工作环境较好，因此不一定非要选用工业型的机器，选用普通的微型计算机或工作站就可以了，但由于工程师站要长期连续在线运行，的微型计算机或工作站就可以了，但由于工程师站要长期连续在线运行，因此其可靠性要求较高。目前，由于计算机制造技术的巨大进步，便得因此其可靠性要求较高。目前，由于计算机制造技术的巨大进步，便得IPC的成本大幅下降，因而工程师站的计算机也多采用的成本大幅下降，因而工程师站的计算机也多采用IPC。n其它外设一般采用普通的标准键盘

36、图形显示器，打印机也可与操作员其它外设一般采用普通的标准键盘、图形显示器，打印机也可与操作员站共享。站共享。工程师操作站工程师操作站(2)系统工程师站的功能系统工程师站的功能主要包括对系统的组态功能及对系统的监督功能。主要包括对系统的组态功能及对系统的监督功能。n组态功能组态功能：工程师站的最主要功能是对：工程师站的最主要功能是对DCS进行离线的配置和组态工作。在进行离线的配置和组态工作。在DCS进行配置和组态之前，它是毫无实际应用功能的，只有在对应用过程进行了详细进行配置和组态之前，它是毫无实际应用功能的，只有在对应用过程进行了详细的分析、设计并按设计要求正确地完成了组态工作之后，的分析、

37、设计并按设计要求正确地完成了组态工作之后，DCS才成为一个真正适才成为一个真正适合于某个生产过程使用的应用控制系统。合于某个生产过程使用的应用控制系统。系统工程师在进行系统的组态工作时，可依照给定的运算功能模块进行选择、连系统工程师在进行系统的组态工作时，可依照给定的运算功能模块进行选择、连接、组态和设定参数，用户无须编制程序。接、组态和设定参数，用户无须编制程序。n 监督功能监督功能：与操作员站不同，工程师站必须对：与操作员站不同，工程师站必须对DCS本身的运行状态进行监视，包本身的运行状态进行监视，包括各个现场括各个现场I/O控制站的运行状态、各操作员站的运行情况、网络通信情况等等。控制站

38、的运行状态、各操作员站的运行情况、网络通信情况等等。一旦发现异常，系统工程师必须及时采取措施，进行维修或调整，以使一旦发现异常，系统工程师必须及时采取措施，进行维修或调整，以使DCS能保能保证连续正常运行，不会因对生产过程的失控造成损失。另外还具有对组态的在线证连续正常运行，不会因对生产过程的失控造成损失。另外还具有对组态的在线修改功能，如上、下限定值的改变，控制参数的修整，对检测点甚至对某个现场修改功能，如上、下限定值的改变，控制参数的修整，对检测点甚至对某个现场I/O站的离线直接操作。站的离线直接操作。在集中操作监控级这一层，当被监控对象较多时还配有监控计算机；当需要与上在集中操作监控级这

39、一层，当被监控对象较多时还配有监控计算机；当需要与上下层网络交换信息时还需配备网间联接器。下层网络交换信息时还需配备网间联接器。3 综合信息管理级综合信息管理级n这一级主要由高档微机或小型机担当的管理计算机构成，如图这一级主要由高档微机或小型机担当的管理计算机构成，如图1所示的顶层部分。所示的顶层部分。DCS的综合信息管理级实际上是一个管理信息的综合信息管理级实际上是一个管理信息系统（系统（Management lnformation System，简称，简称MIS），由），由计算机硬件、软件、数据库、各种规程和人共同组成的工厂自动计算机硬件、软件、数据库、各种规程和人共同组成的工厂自动化综合

40、服务体系和办公自动化系统。化综合服务体系和办公自动化系统。n MIS是一个以数据为中心的计算机信息系统。企业是一个以数据为中心的计算机信息系统。企业MIS可粗略地可粗略地分为市场经营管理、生产管理、财务管理和人事管理四个子系统。分为市场经营管理、生产管理、财务管理和人事管理四个子系统。子系统从功能上说应尽可能独立，子系统之间通过信息而相互联子系统从功能上说应尽可能独立，子系统之间通过信息而相互联系。系。nDCS的综合信息管理级主要完成生产管理和经营管理功能。比如的综合信息管理级主要完成生产管理和经营管理功能。比如进行市场预测，经济信息分析；对原材料库存情况、生产进度、进行市场预测，经济信息分析

41、对原材料库存情况、生产进度、工艺流程及工艺参数进行生产统计和报表；进行长期性的趋势分工艺流程及工艺参数进行生产统计和报表；进行长期性的趋势分析，作出生产和经营决策，确保最优化的经济效益。析，作出生产和经营决策，确保最优化的经济效益。n目前国内使用的目前国内使用的DCS重点主要放在底层与中层二级上。重点主要放在底层与中层二级上。4 通信网络系统通信网络系统nDCS各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持。通信网分成低各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持。通信网分成低速、中速、高速通信网络。低速网络面向分散过程控制级；中速网络面速、中速、高速通信网络。低速网络面向分散过程控制级；中速

42、网络面向集中操作监控级；高速网络面向管理级。向集中操作监控级；高速网络面向管理级。n用于用于DCS的计算机网络在很多方面的要求不同于通用的计算机网络。它的计算机网络在很多方面的要求不同于通用的计算机网络。它是一个实时网络，也就是说网络需要根据现场通信的实时性要求，在确是一个实时网络，也就是说网络需要根据现场通信的实时性要求，在确定的时限内完成信息的传送。定的时限内完成信息的传送。n根据网络的拓扑结构，根据网络的拓扑结构，DCS的计算机网络大致可分为星型、总线型和环的计算机网络大致可分为星型、总线型和环型结构三种。型结构三种。DCS厂家常采用的网络结构是环型网和总线型网，在这两厂家常采用的网络结

43、构是环型网和总线型网，在这两种结构的网络中，各个节点可以说是平等的，任意两个节点之间的通信种结构的网络中，各个节点可以说是平等的，任意两个节点之间的通信可以直接通过网络进行，而不需要其它节点的介入。可以直接通过网络进行，而不需要其它节点的介入。n比较大的分散控制系统中，为了提高系统性能，也可以把集中网络结构比较大的分散控制系统中，为了提高系统性能，也可以把集中网络结构合理地运用于一个系统中，以充分利用各网络结构的优点。合理地运用于一个系统中，以充分利用各网络结构的优点。三三 DCS功能特点功能特点n1 DCS的软件的软件n2 DCS的特点的特点三三 DCS功能特点功能特点n由于由于DCS是多层

44、体系结构，每层的硬件是多层体系结构，每层的硬件组成及其完成功能不同，因而相应的软组成及其完成功能不同，因而相应的软件系统也会不同。处于高层的件系统也会不同。处于高层的DCS综合综合信息管理级是一个以数据处理为中心的信息管理级是一个以数据处理为中心的管理信息系统，而从自动控制的角度出管理信息系统，而从自动控制的角度出发，更关心用于底层与中间层的软件系发，更关心用于底层与中间层的软件系统，它主要包括控制软件包、操作显示统，它主要包括控制软件包、操作显示软件包等。软件包等。1 DCS的软件的软件n分散过程控制级的控制软件包分散过程控制级的控制软件包n分散过程控制级的分散过程控制级的操作显示操作显示软

45、件包软件包1 DCS的软件的软件n用于分散过程控制级的控制软件包为用户提供各种过用于分散过程控制级的控制软件包为用户提供各种过程控制的功能，包括数据采集和处理、控制算法、常程控制的功能，包括数据采集和处理、控制算法、常用运算公式和控制输出等功能模块。由于构成这一级用运算公式和控制输出等功能模块。由于构成这一级的可能是现场控制站、的可能是现场控制站、PLC或智能调节器等不同的测或智能调节器等不同的测控装置，而且既便是同一种装置但厂家品牌、型号也控装置，而且既便是同一种装置但厂家品牌、型号也可能不同，实际上支持这些硬件装置的软件平台和编可能不同，实际上支持这些硬件装置的软件平台和编程语言都不相同。

46、归纳起来有图形化编程（又分功能程语言都不相同。归纳起来有图形化编程（又分功能块图、梯形图、顺序功能图），文本化语言（又分指块图、梯形图、顺序功能图），文本化语言（又分指令表和结构化文本），面向问题的语言（又分填表式令表和结构化文本），面向问题的语言（又分填表式和批处理两种）和通用的高级语言（又分和批处理两种）和通用的高级语言（又分VB、VC等）等）等多种。等多种。n 当把相应的软件安装在控制装置中，用户可以通过组当把相应的软件安装在控制装置中，用户可以通过组态方式自由选用各种功能模块，以便构成控制系统。态方式自由选用各种功能模块，以便构成控制系统。1 DCS的软件的软件n n用于集中操作监控级

47、的操作显示软件包为用户提供了丰富的人用于集中操作监控级的操作显示软件包为用户提供了丰富的人用于集中操作监控级的操作显示软件包为用户提供了丰富的人用于集中操作监控级的操作显示软件包为用户提供了丰富的人-机接口联机接口联机接口联机接口联系功能。在显示器和键盘组成的操作站上进行集中操作监视，可以选择系功能。在显示器和键盘组成的操作站上进行集中操作监视，可以选择系功能。在显示器和键盘组成的操作站上进行集中操作监视，可以选择系功能。在显示器和键盘组成的操作站上进行集中操作监视，可以选择多种图形显示画面，如总貌显示、分组显示、回路（点）显示、趋势显多种图形显示画面，如总貌显示、分组显示、回路（点）显示、趋

48、势显多种图形显示画面，如总貌显示、分组显示、回路（点）显示、趋势显多种图形显示画面，如总貌显示、分组显示、回路（点）显示、趋势显示、流程显示、报警显示和操作指导等画面，并可以在图形画面上进行示、流程显示、报警显示和操作指导等画面，并可以在图形画面上进行示、流程显示、报警显示和操作指导等画面，并可以在图形画面上进行示、流程显示、报警显示和操作指导等画面，并可以在图形画面上进行各种操作，所以它可以完全取代常规模拟仪表盘。各种操作，所以它可以完全取代常规模拟仪表盘。各种操作，所以它可以完全取代常规模拟仪表盘。各种操作，所以它可以完全取代常规模拟仪表盘。n n需要指出的是，当前国内市场上已经成功运行着

49、十几种通用监控组态软需要指出的是，当前国内市场上已经成功运行着十几种通用监控组态软需要指出的是，当前国内市场上已经成功运行着十几种通用监控组态软需要指出的是，当前国内市场上已经成功运行着十几种通用监控组态软件。比如件。比如件。比如件。比如KingViewKingView组态王，通过策略组态与画面组态，可以迅速方便组态王，通过策略组态与画面组态，可以迅速方便组态王，通过策略组态与画面组态，可以迅速方便组态王，通过策略组态与画面组态，可以迅速方便地在工业控制机上实现对各种现场的监测与控制，而且能支持国内最流地在工业控制机上实现对各种现场的监测与控制，而且能支持国内最流地在工业控制机上实现对各种现场

50、的监测与控制，而且能支持国内最流地在工业控制机上实现对各种现场的监测与控制，而且能支持国内最流行的行的行的行的400400多种硬件设备的驱动程序，包括各种多种硬件设备的驱动程序，包括各种多种硬件设备的驱动程序，包括各种多种硬件设备的驱动程序，包括各种PLCPLC、智能仪表、板卡、智能仪表、板卡、智能仪表、板卡、智能仪表、板卡、智能模块、变频器以及现场总线等，而且与大型数据库软件都有好的接智能模块、变频器以及现场总线等，而且与大型数据库软件都有好的接智能模块、变频器以及现场总线等，而且与大型数据库软件都有好的接智能模块、变频器以及现场总线等，而且与大型数据库软件都有好的接口，体现了良好的通用性和