增加上层网络，纳入生产管理 开始采用标准网络：开放 组态开始标准化 应用更加广泛，成为大众产品 开始引入现场总线
DCS结构与组成
DCS控制站
• 1．DCS控制站 • DCS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。 • 控制站作为一个完整的计算机，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。
• 2. 第二代DCS(成熟期) • 第二代DCS是在1980～1985年推出的各种系统，其中 包括Honeywell公司的TDGC-3000、Fisher公司的 PROVOX、Taylor公司的MOD300及Westinghouse公司的 WDPF等系统。
引入局域网作为系统骨干 摆脱仪表，靠近计算机 增加顺序控制、逻辑控制 可以实现优化控制和管理功能 显示技术得到提高，出现光标操作
DCS系统的发展历程
• 从1975年第一套DCS诞生到现在，DCS经历了3个大的 发展阶段，或者说经历了三代产品。 • 1. 第一代DCS (初创期) – 第一代DCS是指从其诞生的1975～1980年间所出现的第 一批系统，控制界称这个时期为初创期或开创期。这 个时期的代表是率先推出DCS的Honeywell公司的 TDC—2000系统，同期的还有Yokogawa(即横河)公司 的Yawpark系统、Foxboro公司的Spectrum系统、Bailey 公司的Network 90系统、Kent公司的P4000系统、 Siemens公司的Teleperm M系统及东芝公司的TOSDIC 系统等。注重功能的实现；使用专用软、硬件，价格 昂贵；没有统一标准，开放性差。
DCS系统的应用与发展
介绍内容
• • • • • • • • • • 前言 过程控制的发展概况 过程控制的主要内容 DCS系统的发展历程 DCS结构与组成 DCS系统的特点 DCS系统在中国的应用 DCS系统品牌 DCS VS PLC FCS VS DCS
前言
DCS系统的含义是集散型控制系统，也称为分 布式计算机控制系统(Distributed Control Systems)，它紧密依赖于自动控制技术、计算 机技术、通信技术和CRT显示技术(4C)。
过程控制的主要内容
• 3.自动操纵及自动开停车系统 • 自动操纵系统：根据预先规定的步骤自动地对生产设备进 行某种周期性操作 • 如：合成氨造气车间煤气发生炉，按吹风、上吹、下吹、 吹净等，步骤周期性地接通空气和水蒸汽 • 自动开停车系统：按预先规定好的步骤将生产过程自动的 投入运行或自动停车
DCS系统的出现背景
I/O设备（模块）
• I/O设备提供数字量I/O ，模拟量I/O和智能变送 器信号的转换。允许相 应的信号与分散处理单 元DPU通讯。宽量程的 I/O转换模件可以执行各 种类型的信号转换使分 散处理单元与现场传感 器和执行机构接口。
DCS控制站的系统软件
• 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。 • 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； • 第二代DCS控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； • 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。
控制站是整个DCS的基础
• 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。
分散处理单元(DPU)
过程控制的主要内容
• 1.自动检测系统—利用各种检测仪表对工艺参数进行测量 、指示或记录，如：加热炉温度、压力检测 • 2.自动信号和联锁保护系统 • 自动信号系统：当工艺参数超出要求范围，自动发出声光 信号 • 联锁保护系统：达到危险状态，打开安全阀或切断某些通 路，必要时紧急停车 • 如：反应器温度、压力进入危险限时，加大冷却剂量或关 闭进料阀
过程控制的发展概况
• 20世纪40年代末～50年代(仪表化与局部自动化阶段)： • 过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统 • 过程检测：采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是 气动仪表) ；部分生产过程实现了仪表化和局部自动化。 • 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论
过程控制的发展概况
• 分散处理单元(DPU)是一种 集智能化、高可靠、低功耗 以及硬件软件易升级等众多 先进技术于一体的高性能控 制单元，是过程控制系统的 核心。总线CPU通过SBUS 总线完成IO信息和状态信息 的交换，运算CPU完成相 应的控制运算以及通过以太 网与工作站进行数据信息交 换。双CPU协调工作，确 保DPU可靠高效的工作。
访问电源——为现场检测回路供电，变送器回路为24VDC， 开关量回路电压等级较多，一般使用24VDC、48VDC较多
•为保证DCS系统的高可靠性和高可用性，电源系统都为冗余配 置： 1+1冗余：使用两个开关电源，加一个两极管模块并联；
N+1冗余：使用多个开关电源并联；
接地系统
•接地系统是DCS的一个重要组成部分，接地系统的不 完善将直接导致DCS系统不能正常、稳定工作，甚至 导致安全事故。 •DCS系统机柜内一般分为三个地：
过程控制的发展概况
• 过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力 、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等 这样一些过程变量时的系统。
• 20世纪40年代(手工阶段)：手工操作状态，只有少量的检 测仪表用于生产过程，操作人员主要根据观测到的反映生 产过程的关键参数，人工来改变操作条件，凭经验去控制 生产过程，劳动生产率很低。
过程控制的发展概况
• 20世纪70～80年代(全盘自动化阶段) ： • 过程控制系统：最优控制、非线性分布式参数控制、解耦 控制、模糊控制 • 过程检测：新型仪表、智能化仪表、以微处理器为主要构 成单元的智能控制装置。单回路调节器KMM。 • 集散控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)、工业PC 机、和数字控制器等，已成为控制装置的主流，实现了控 制分散、危险分散，操作监测和管理集中。 • 控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论。模糊控制 、专家系统控制、模式识别技术
DCS操作站
• DCS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，其中工程师功能中包括系统组态 、系统维护、系统通用（Utility）功能。主要的类 型有工程师站、操作员站、历史站、数据接口站等。
数据通信及网络
• 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。
• 仪表控制的缺点
–监控和操作的要求越来越高 –功耗高、体积大、故障率高 –难实现先进控制，无法实现过程优化
• 仪表控制的优点
–局部故障不影响全局
DCS系统的出现背景
• 70年代初，有人用如DEC公司的PDP11/24这样的小型机代 替原来的集中安装的模拟仪表控制。安装在中央控制室的 PDP11/24，用电缆把现场仪表的信号传到中央控制室。小 型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT又作为显示 设备（即人机界面）。一台小型机需接收几上千台变送器 或别的传感器来的信号，完成几百个回路的运算。很显然 其危险有点集中。一旦小型机坏了，控制和显示都没有了 。当时数字控制没有达到预期的目的。当时有一个比喻， 称为把所有的鸡蛋放在一个篮子内。篮子坏了，所有鸡蛋 也都坏了。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过程控制的发展概况
• 20世纪90年代至今：信息技术飞速发展 • 过程控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产 过程控制的发展方向。 • 自动化仪表：总线控制系统的出现，引起过程控制系统体 系结构和功能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智 能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系统。各种智 能仪表、变送器、无纸纪录仪 • 人工智能、神经网络控制
DCS操作站
• 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，使人机界面友好。
“分散”指： 1、工艺上各种设备地理位置的分散。
2、功能分散。 “集”：集中监视、集中管理。
• DCS系统=分散式控制系统=集散控制系统= 分布控制系统 • DCS的基本思想是： 分散控制 集中操作 分级管理 配置灵活 组态方便。
当前DCS结构特点
• 典型的DCS网络系统可分为控制级、监控级、管理级三个 分级。 • 第一层控制级，主要以分散处理单元DPU(Distributed Processing Unit)和I/O模块通过现场总线构成对现场设备 的基本控制； • 第二层是监控级，即以监控计算机通过工控网络与DPU或 I/O模块相连，实现对流程设备的上位机监控； • 第三层为管理级，即以文件服务器、管理计算机及其工业 局域网与监控计算机相连，随时读取现场信息实现上层的 生产管理。