第2章_DCS的体系结构

第2章DCS的体系结构主要内容：1）层次结构；2）硬件结构；3）软件结构；4）网络结构2.1DCS的体系结构形成集中型计算机控制系统多级计算机控制系统集散型计算机控制系统计算机集成综合系统基本发展趋势2.1.1集中型计算机控制系统的发展（1）专用机结构一种任务一种计算机；通用性差；协调性差（2）带中央计算机结构为解决协调问题，引入中央计算机大型计算机变送器变送器执行器执行器仪表仪表（3）单台计算机集中控制结构一台计算机完成所有回路的检测与控制功能集中式计算控制系统中央控制机应完成的功能：（1）过程检测；（2）数据采集；（3）报警和记录；（4）数据存档；（5）数据处理；（6）过程控制2.1.2DCS分层体系结构的形成集中式计算机控制系统存在的问题：（1）处理速度有限；（2）控制复杂，危险集中；（3）系统维护改造困难较好的解决措施：引入集散控制系统分散式计算机控制结构两级计算机控制系统结构前端机：实时处理；前端数据处理中央机：收集信息，后继处理设备三级计算机控制系统结构一级计算机：底层控制；二级计算机：车间(工段)设备监控；三级计算机：全场信息管理2.1.3DCS的分层体系结构各层概况：2.2DCS分层结构中各层的功能各层的具体功能：2.3DCS的构成与联系2.3.1DCS的基本构成四大基本部分：现场控制站；操作员站；工程师站；系统网络其他：扩充功能站；总线网络等等操作员站：-CRT(LCD)-监视/控制/调节现场控制站：-变送器-A/D(DI)-运算处理-D/A-执行机构,-操作员站工程师站：画面组态，控制算法，运行参数，报警，历史记录等功能的制定修改和维护。服务器及其他功能站：执行特定功能；高级管理；系统网络：各个站之间的信息交换的通道；现场总线网络：实现系统与现场之间的数字化连接高层管理网络：综合监控、管理引入现场总线后DCS体系结构的变化（1）改变接线方式，传递信息量增加；（2）现场设备分散安装、分散调试、分散运行、分散维护（3）改变回路控制实现方式，现场仪表具有回路控制功能（4）现场总线仪表具备网络通信功能高层管理网络2.3.2DCS的软件构成按所附属的软件分类现场控制站软件；操作员站软件；工程师站软件；网络软件按DCS软件运行时机和环境分类：在线运行软件；离线开发软件；现场控制站软件：操作员站软件工程师站软件其他功能站的软件数据服务器软件；历史数据软件；网络通信软件等。DCS软件结构的演变发展从软件功能划分各层软件均有自己的数据机构和处理程序！底层数据：简单、主要是物理量，用于设备控制监测。高层数据：数据结构较复杂，既要反映物理量，又要反映生产状态。直接控制层、监督控制层软件由实时数据库支持，强调实时性能；高层管理层由商用数据库支持，强调对海量数据的支持2.3.3DCS的网络结构常见拓扑形态各种拓扑形态特点总线型与环形网络：共享传输介质；需要负载的总线占用裁决机制支持。星型网络:独占传输截止；存在中央接点，导致可靠性问题。应根据实际情况合理选用！拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps；最多站点数：250，信号采用差分曼彻斯特编码ABDC站点干线耦合器单向环发送缓冲区接收缓冲区接收发送线路驱动线路接收控制器DTE环路输入环路输出干线耦合器的结构TCU高层软件资源占用仲裁机制：（1）令牌环令牌环工作过程当网络空闲时，只有令牌在环路上不停流动。令牌实际上是一个特殊的帧，其中有一位称为令牌比特（即帧格式中的T比特）。当其为0时，表示该令牌空闲，当其为1时，表示某站正发送数据。当一个站想发送数据时，必须首先截获空闲令牌，这时发送站将令牌比特置为1，然后发送数据；如果经过的令牌其令牌比特为1，则只能耐心等待。令牌环工作原理令牌环工作原理(续)•每个站检测所经过的数据帧中的目的地址，如果与本站地址相符，则复制该帧，然后将该帧转发给下一个站；否则仅转发该数据帧。•数据帧回到发送站时，发送站在检查该帧是否已被目的站接收的同时，清除该帧，产生一个新的令牌，并将它发送给下一站，使环路中有令牌继续流动。令牌环网络（2）根据接点号分配时间片裁决方式要求各接点时间严格同步（3）随机检测与规避机制一种资源抢占机制。缺少时间确定性，只适用于高层网络2.DCS的网络软件DCS网络软件的意义操作员站（监控、操作界面软件）操作员站（监控、操作界面软件）工程师站（组态、编程软件）现场控制站（数据采集、闭环控制……）现场控制站（数据采集、闭环控制……）仪表与执行器仪表与执行器生产现场网络通信软件（通信协议）通信网络网络协议网络标准网络模型常见网络模型：ISO七层网络模型OSI国际标准化组织（ISO）颁布的开放系统互连参考模型（OSI/RM），即七层网络通信模型。OSI/RM体系结构七层模型从上到下依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，2.4DCS的体系结构的技术特点2.4.1信息集成化1）DCS系统各站通过网络实现信息交换；2）系统网络注重实时性、可靠性和数据通信能力；3）网络通信协议对系统性能有重要影响；4）DCS的网络通信不仅要注意数据传输的能力，还要注重考虑信息的表达方式。2.4.2控制功能的分散化1）从仪表的角度看，DCS具备了传统仪表不具备的通信功能；2）从计算机的角度看，DCS将系统功能分散到不同设备中完成，并通过网络进行数据交换与协调；3）DCS的检测、计算与控制在现场控制站完成，人机界面由操作站实现；4）DCS系统有多台现场控制站、操作站，分别对各自控制对象实施控制与监视。2.5DCS体系结构典型示例2.5.1TDC-3000型集散控制系统的体系结构1）通信链路（1）局部控制网LCN主干网络；令牌存取方式，总线结构；连接计算机与控制系统；（2）通用控制网UCN双重化实时控制网；令牌存取方式，总线结构，连接过程控制设备；（3）数据高速公路DH旧的通信系统总线；串行半双工方式，优先存取与定时查询控制；连接老一代控制设备；2）分散控制（1）过程控制设备；过程控制级；（2）先进过程控制；提供复杂控制策略与控制计算；工厂级；（3）高级过程控制；提供过程控制模型、最优控制和线性规划等功能；联合级；3）过程控制站基本控制器；多功能控制器；先进多功能控制器；逻辑控制器；过程控制器；逻辑管理站；过程管理站；单回路控制器；可编程控制器；。。。。。。4）操作站万能操作站；增强型操作站；本地批量操作站；新操作站；5）系统模件