工
业
对
象
上图中管理计算机完成制定生产计划、产品管理、财 务管理、人员管理以及工艺流程管理等功能，以实现 生产过程的静态最优；监控计算机通过协调各基本控 制器的工作，达到过程的动态最优化；基本控制器则 完成过程的现场控制任务；CRT操作站是显示操作装 置，完成人－控制系统－过程的接口任务。数据采集 器用来收集现场控制信息和过程变化的信息。
3）分布式控制系统 分布式控制系统是先进的控制方案 优点： ①采用分布式控制结构，各控制器的任务明确，计算 量平衡，因此效率更高； ②在物理上的分散结构，采用现场总线等通信技术， 减少了干扰和故障，同时大大节省了电缆； ③实现分布控制、集中管理，降低了风险； ④系统构成模块化，重构简单。 缺点：技术比前两种控制方法稍复杂一些、运行经验相 对少一些，系统构造成本较高。
9.2 DCS的结构
一、DCS设计的基本原则：
2）计算机集中控制系统 集中式控制系统是指那种将过程数据输入输出、实时 数据库的管理、实时数据的处理与保存、历史数据库 的管理、历史数据处理与保存、人机界面的处理、报 警与日志记录、报表直至系统本身的监督管理等所有 功能集中在一台计算机中的那种系统。 优点：结构简单、清晰，集中式的数据库很容易管理， 并容易保证数据的一致性。 缺点：系统实时性、可靠性、可扩充性比较差。
分层控制是一种按控制任务进行分解的结构方案，它 把控制任务分成几个不同的层次，由各层控制器分别 完成，下层任务的目标函数受上层控制器决策的影响。 分级控制是一种按对象结构进行分解的结构方案，它 把对象划分成若干个子系统，由各局部控制器完成现 场控制任务，协调控制器通过控制几阶递阶控制器完 成局部控制器之间的协调； 分段控制则是按控制过程的时序进行分解的结构方案， 它把控制过程分成几段，在每段时间内由不同的控制 器完成对现场的控制，协调切换器则按衔接条件进行 各段控制器的切换控制。
第9章 分布式计算机控 制系统及先进控制
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 概述 DCS的结构 DCS的基本控制器 DCS控制技术的发展 先进控制
9.1 概述
随着工业现代化的发展，生产规模不断扩大，生 产工艺日趋复杂，对实现生产过程自动控制的系统提 出了更高的要求，不但要求系统有优越的控制性，还 要求高可靠性、灵活的构成方式和简易的操作方法。 而以往的模拟仪表控制系统和计算机直接数字控制系 统很难同时满足这些要求，因而必须寻找更有效的控 制系统。大系统理论证明，分级分布式控制是实现大 系统综合控制的理想方案。这种采用危险分散、控制 分散，而操作和管理集中的新型过程控制系统，比较 合理地吸取了仪表控制系统和计算机控制系统的长处， 有效地克服了两者的缺点。
4）通信系统的可靠性措施
通信系统和电源一样是系统的公共部分，对可靠性要求很高，具体 措施如下表
传输链路的双重化原理如下
5）其它可靠性和安全性措施 • 所有I/O卡都具有良好的浪涌电压吸收器和滤波、 屏蔽等措施。 • 在操作站区分工程师键盘和操作员键盘，系统组态、 维护、检查等需用工程师键盘，操作员键盘只能做 一般的工艺操作。参数显示和整定等，并且还有键 锁等手段，以防止人为的事故。 • 在DCS的监督管理计算机这一级上，还采用一系列 安全保密措施，如各种特权命令，对数据库和文件 资源进行保护。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 分布式控制系统的基础知识
现代工业过程对控制系统的要求已不局限于能实现自 动控制，还要求工业过程能长期在最佳状态下运行。 因此是一个对整体的总目标函数进行最优化的问题 （即所谓生产过程的综合自动化问题）。总体的目标 函数不但包括产量、质量等指标，还包括能耗、成本、 污染等各种指标，这些指标反映着技术、经济、环境 等各方面的要求。 整体的最优化可分成动态最优化（“在线”最优化） 和静态最优化（离线最优化）两个方面。 递阶分级控制的方案被认为是目前实现大系统综合控 制的理想方案。递阶控制还有以下三种形式：
同时具有多种递阶控制形式的控制系统，称 为分级分布式控制系统，简称分布式控制系 统（Distribute Control System,DCS)。
管理计算机
监控计算机 大 规 模 中 规 模
CTR操作台
高 速 数 据 通 道
图 9 － 2
DEP 面板
小 规 模
基本 控制器
数据 采集器
基本 控制器
2）冗余化结构 i. 用多重化构成的自动备用方式 这是对设备部件加以双重化、三重化设置，一旦发生故 障，用其它部件或设备作后备，具体有以下方式： • 同步运转方式 • 待机运转方式 • 后退运转方式 ii. 用简易手段的备用方式（手动备用）
3）CRT操作台的可靠性 采用多台CRT相互备用，此时数据库必须做成分散型结 构。除了采用冗余结构外，CRT还有一项提高可靠性的 重要措施，就是具有故障的顺序报警（历史报警）画面。
3 分布式控制系统(DCS)的可靠性
可靠性是计算机控制系统的一个最重要的指标，DCS所 固有的分散式体系结构，决定了其可靠性要大于集中式 DDC控制方式。 1）DCS的分散化结构 DCS又叫分散控制系统，是松耦合的多处理机系统，它 不同于共享内存的紧耦合多处理机系统，其每个子系统 都有很强的独立处理能力。分散方式表现在： i. 组织上的分散 ii. 功能和地域上的分散 iii. 负荷分散 iv. 数据库分散其，其中DCS采用的分散型数据库主要 有：分隔型和重复型两种。
2 各类控制系统的特点与比较
1） 常规仪表控制系统 常规仪表控制系统，经历了基地式调节器、单元组合 式仪表及组件组装式控制器3个发展阶段，控制功能 不断完善。但随着生产规模的不断扩大，仪表控制系 统日益暴露出了它的局限性。 优点：技术简单、成本低、使用经验较成熟，在实际工 业领域应用广泛。 缺点： 在控制性能上不能实现复杂控制算法，难于实现分级 控制系统。 在人机联系上，随着生产规模的扩大，难于实现集中 监视和集中操作。 在系统组成上，中央控制室结构使系统重构困难、控 制风险集中。