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第一章概述第一节集散控制系统的发展概况一、过程控制装置的发展1、过程控制装置概念过程控制装置是实现生产过程自动控制的一类仪器仪表装置，通过过程控制装置实现对生产过程的获取、观察、转换、处理（计量、调节、控制），从而解释生产过程物质运动和能量交换。过程控制装置一般可分成五大类：（1）自动检测装置；（2）自动显示装置；（3）集中控制装置；（4）自动调节装置；（5）执行器装置。过程控制装置从最初的自励式、基地式仪表到单元组合式仪表、以及20世纪80年代以后发展的智能化数字仪表、集散控制系统和现场总线，已发展了半个多世纪。2、过程控制装置及控制系统的发展简述过程控制装置及控制系统的发展经历了四个阶段。（1）50年代以气动单元组合仪表装置为主，出现了集中型气动仪表控制系统，通过成千上万的气路将现场信号与控制室仪表相接，实现自动控制。（2）60年代，电子元件晶体管的产生，使电动单元组合仪表得以开发和应用。它通过各种电气线路将控制室与现场仪表相连，实现电动仪表控制系统。但其在安全火花防爆方面的缺陷，使得电动仪表控制系统的应用受到了限制。（3）70年代，采用线性集成电路和小规模数字电路，发展了安全火花防爆型单元组合仪表（DDZ-III）、组装仪表和巡回检测装置，进一步提高电动仪表控制系统的可靠性和安全性，特别是电动单元组合仪表，易于远距离传输、集中显示和操作，便于和计算机连用，使之获得了日新月异的发展。（4）80年代，采用微处理机和专用集成电路，将微机技术应用在仪表控制系统中，使工业自动化仪表向着数字化、智能化和分级化的方向发展，出现了集中管理分散控制式的控制系统装置以及数字化单元组合仪表，由一个装置控制数个到几十个回路，进行集中管理操作，从而实现对生产过程计算机控制。二、集散控制系统的发展1、基本概念集散控制系统（TotalDistributedControlSystem,简称DCS）是以满足现代化工业生产和日益复杂的控制对象的要求为前提，从生产综合自动化的角度出发，将微处理器作为核心的集中分散控制系统。它是利用控制技术（control）、计算机技术（computer）、通讯技术（communication）和阴极射线管（CRT）显示技术等四C技术，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制产物，已经在工业控制领域得到广泛应用成为过程工业自动控制的主流。2、集散控制系统的发展集散控制系统的发展至今经历了四个时期：1975～1980年为初创期，1980～1985为成熟期，1985以后为扩展期，90年代进入网络开放期。初创期的DCS已经具备集散控制系统的三大组成部分，即分散控制装置、操作管理装置和数据通信系统，并融入4C技术。此时的DCS通讯系统只是一种初级局部网络。进入80年代，集散控制系统随着半导体技术、显示技术、网络技术和软件技术的发展进入成熟期。其主要是系统硬件和软件技术的不断更新，体现在系统的功能得到扩大或增强。1987年美国FOXBORO公司推出的I/AS集散控制系统标志着集散控制系统由成熟期进入扩展期。它的主要改变在局域网网络方面，I/AS系统采用的宽带网和窄带网符合国际标准组织ISO的OSI开放系统互联的参数模型，因此，符合开放系统的各制造厂的产品可以互连和进行数据交换。网络通信功能增强了，并将过程控制、监督控制和管理调度更有机的结合起来，在控制功能方面得到大大增强。90年代世界进入信息与智能时代，微电子技术、计算机技术、通信网络技术和控制技术等高新技术不断地高速发展，带来了集散控制系统的迅猛发展。今后集散控制系统将向两个方向发展，一个是大型化CIPS（computerintrgratedprocessorsystem）计算机集成过程系统、CIMS（computerintegratedmanufacturingsystem）计算机集成控制系统发展，另一个是向小型化方向发展。第二节集散控制系统的特点一、一般集散控制系统的特点1、自律性强2、丰富的控制功能3、完善的人－机联系和集中监视管理能力4、先进的网络通讯功能5、系统扩展灵活6、安全可靠性高7、良好的性能价格比二、开放型控制系统的特点1、自律性极强2、超越传统的分散控制功能向大系统综合自动化发展3、控制功能更加完善、丰富4、统领全局的窗口功能5、全数字通信的开放型网络体系结构6、推出现场总线的新概念现场总线是连接现场总线装置和自动化系统的数字式、双向传输分支结构的通信网络，是实现过程自动化、制造自动化的现场设备互联的网络通信技术，在系统中允许智能现场装置相互交换信息。四个最显著的技术特点：（1）完全取代4～20ma标准的数字通信。（2）控制、报警、趋势分析等功能分散在现场级装置、（3）各制造厂家的产品可交互操作、互换使用。（4）开放式系统在世界范围被承认。7、集散控制系统与可编程控制器（PLC）进一步融合扩展：集散控制系统与可编程控制器的区别1.DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC只是一种(可编程控制器)控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能.2.在网络方面,DCS网络是整个系统的中枢神经，和利时公司的MACS系统中的系统网采用的是双冗余的100Mbps的工业以太网，采用的国际标准协议TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好.而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上，PLC没有很好的保护措施。我们采用电源,CPU,网络双冗余.3.DCS整体考虑方案,操作员站都具备工程师站功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制,协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。4.DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。5.DCS安全性：为保证DCS控制的设备的安全可靠，DCS采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念，就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其安全可靠性上高一个等级。6.系统软件，对各种工艺控制方案更新是DCS的一项最基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。7.模块：DCS系统所有I/O模块都带有CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电插拔，随机更换。而PLC模块只是简单电气转换单元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。8.现在高端的PLC与DCS的功能已经差不多，DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能，同时对运算和模拟量的处量比较拿手。PLC还分大、中、小、微PLC，其中微型的只卖几百块到2000块，点数也好少，大型的可以带数千点，运算能力与DCS差不多，但对多机联网功能较弱。现在两个技术平台都差不多，只是重点不一样第三节集散控制系统的构成一、结构体系1、一般集散控制系统按照分层概念分为四个部分：现场控制级，过程控制级、过程操作管理级和全厂优化和经营管理级。（1）现场控制级A.采集现场过程数据，并对数据进行转换、控制和处理。B.直接通过智能现场装置输出过程操作命令。C.实现真正的分散控制，形成数字化控制系统。D.开放式互联网络，完成与控制级及过程操作管理级的数据通信，实现网络数据库共享，以及对智能现场装置的组态。E.对现场控制级的设备进行监测和诊断。（2）过程控制级A.采集过程数据，进行数据转换与处理；B.对生产过程进行监视和控制，实施反馈控制、批量控制和顺序控制功能，以及编程控制功能，输出控制命令；C.数据、现场设备以及I/O卡件的自诊断；D.与过程操作管理级进行数据通信；（3）过程操作管理级A.通过通信网络，直接获取过程控制级的实时数据，同时对生产过程进行监视管理、故障检测和数据存档；B.对过程控制级的各种过程数据进行显示、记录及处理；C.对过程控制级的进行过程组态及维护操作管理，同时进行过程及系统的报警、事件的诊断和处理；D.各种报表的生成、打印以及画面的拷贝；E.实现系统的组态、维护和优化处理；F.通过网络功能进行工程数据的共享，实现实时数据的动态交换；G.设置安全机制，确保过程操作管理级安全可靠的运行、H.根据虚拟测试功能，直接通过过程操作管理级对过程进行模拟测试，验证组态的正确性；I.数据通信；（4）全厂优化和经营管理级二、集散控制系统的基本组成1、分散过程控制装置各种生产过程的变量通过分散控制装置转化成监视控制变量进入操作管理装置，而操作的各种信息也通过分散过程控制装置送到生产过程的各种设备输出（执行机构）2、集中操作管理装置通过该装置使操作人员了解生产过程的运行状况，并由它发出操作指令到生产过程。它是将分散过程控制装置送来的信息集中、监视和操作，同时将各种操作命令发送到各分散过程控制装置。因此要具有良好的操作性和容错性。3、通信网络系统第二章CENTUM集散控制系统概况第一节系统配置一、系统规格监视工位号数：8000个工位号最大站数：24个站人机接口站：（HIS）8台现场控制站：（FCS）16台通信网络：V网、E网二、系统配置1、HIS人机接口站2、FCS现场控制站3、V网和E网4、总线转换器BCV5、通讯门路CGW第二节CENTUM系统的特点1、DCS与个人计算机完美结合①采用普通PC机作为人机接口界面（HMI），构成集散控制系统的人机接口站HIS。②采用Windows2000作为它的操作系统（OS），形成开放式的系统。该系统具有数据通信接口如OPC等，进行过程数据和Windows2000应用软件数据的交换。2、增强的操作和监视功能①可使用1000个用户定义的窗口，以创建图形、趋势和控制窗口等操作和监视窗口。②CENTUMCS3000支持1秒趋势记录功能，可以每时每刻监视过程状态。③在图形窗口上，可以运行VisualBasic、粘贴动画图象等产生的应用程序，还能通过操作窗口输入各种信息。④为了方便操作，可以选择附加操作键盘。⑤对过程数据可以直接在操作和监视窗口中进行操作、处理。3、通用的FCS①可以选用冗余的FCS、CPU、通讯总线（Vnet）和供电模块。②可以根据使用要求，选用标准型和增强型模式的FCS。③每个系统最多可以连接64个站，多个系统间可通过BusConvert连接进行系统的扩展。④为保证输出数据的正确性和实现Non-stop无扰动切换的控制，FCS采用独立与内存和ECC的Pair&Spare技术4、密集安装的I/O模块①I/O模块可密集安装，高效接线。直接输入热电偶、热电阻和其他电压/电流信号。②不必用信号转换器进行外部信号转换，简化了现场信号的连线。5、丰富、成熟的控制和通信功能①CENTUMCS3000软件集成了CENTUMCS高级的、成熟的控制功能，从简单的PID控制到复杂的顺序控制和批量控制功能，用户也可以利用高级语言开发一些先进的控制软件。②具有与子系统通讯的各种通信软件包。