第1章dcs系統(tǒng)概述及與plc的關系

第1章DCS系統(tǒng)概述及與PLC的關系?知識點：●了解計算機控制系統(tǒng)的基本概念及其分類●了解DCS的概念、現(xiàn)狀及發(fā)展●掌握DCS的基本組成及特點●理解DCS和PLC之間的關系學習目標一.計算機控制系統(tǒng)的組成1.基本概念?計算機控制系統(tǒng)是用計算機(通常稱為工業(yè)控制計算機)來實現(xiàn)工業(yè)過程自動控制的系統(tǒng)。什么是自動控制?自動控制系統(tǒng)由哪些部分組成?設定值控制器D/A執(zhí)行機構(gòu)被控對象A/D計算機被控變量-圖1.1計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測量變送

計算機控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個步驟：

(1)實時數(shù)據(jù)采集對測量變送裝置輸出的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進行處理。

(2)實時控制決策

對被控變量的測量值進行分析、運算和處理，并按預定的控制規(guī)律進行運算。

(3)實時控制輸出實時地輸出運算后的控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，完成控制任務。

上述過程不斷重復，使被控變量穩(wěn)定在設定值上。什么是實時控制?生產(chǎn)過程工業(yè)控制機圖1.2計算機控制系統(tǒng)的組成框圖現(xiàn)場設備指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設計的計算機它包括硬件和軟件兩部分。包括被控對象，測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關等裝置。2.硬件系統(tǒng)接收輸入的指令和工業(yè)對象的信息，向系統(tǒng)各部分發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。包括顯示操作臺、屏幕顯示器(CRT)或數(shù)碼顯示器、鍵盤、打印機、記錄儀等。從被控對象采集的模擬量或數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為計算機能夠接收的數(shù)字量生產(chǎn)過程包括被控對象，測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關等裝置。圖1.2計算機控制系統(tǒng)的組成框圖包括磁盤、光盤、磁帶，主要用于存儲大量的程序和數(shù)據(jù)。將計算機的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成可以對被控對象進行控制的信號。

工業(yè)控制機硬件：硬件是指計算機本身及外圍設備。 計算機硬件過程輸出接口計算機過程輸入接口存儲器人機接口軟件系統(tǒng)軟件應用軟件是專門用來使用和管理計算機的程序，包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控管理程序、語言處理程序和故障診斷程序等。應用軟件是用戶根據(jù)要解決的實際問題而編寫的各種程序。3.

軟件系統(tǒng)軟件是指能完成各種功能的計算機程序的總和.計算機控制系統(tǒng)分級控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng)二.計算機控制系統(tǒng)的應用類型計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)根據(jù)應用特點、控制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計算機控制系統(tǒng)主要分為六種類型：計算機承擔數(shù)據(jù)的采集和處理工作。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對生產(chǎn)過程各種工藝變量進行巡回檢測、處理、記錄以及變量的超限報警，同時對變量進行累計和實時分析.1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS（DataAcquisitionSystem）

DAS系統(tǒng)的特點：1).用于數(shù)據(jù)采集﹑處理﹑實現(xiàn)生產(chǎn)過程集中監(jiān)視；2).越限報警，以確保生產(chǎn)安全；3).計算機不直接參與控制，用于開環(huán)操作指導。2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）（DirectDigitalControl）

是計算機通過過程輸入通道對變量作巡回檢測，根據(jù)變量，按照一定的控制規(guī)律進行運算，其結(jié)果經(jīng)過輸出通道，作用到控制對象.直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）DDC特點1).進行數(shù)據(jù)采集﹑處理﹑報警，實現(xiàn)生產(chǎn)過程集中監(jiān)視；2).計算機直接參與控制，實現(xiàn)過程閉環(huán)控制；3).一臺計算機可以替代多臺PID模擬控制器，實現(xiàn)多回路的控制，并易引入復雜控制算法和方式，由軟件編程實現(xiàn)即可，無需增加硬件設備；4).顯示﹑控制集中，危險也集中（一旦計算機出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將癱瘓），對系統(tǒng)的可靠性要求較高。3.計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC)（SupervisoryComputerControl）

DDC級微機完成生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制；SCC級微機進行優(yōu)化分析計算，產(chǎn)生最優(yōu)化設定值。用數(shù)字控制儀器代替，再配以輸入采樣器、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器、輸出掃描器，便是SCC加數(shù)字控制器的SCC系統(tǒng)。當SCC計算機出現(xiàn)故障時，由數(shù)字控制器獨立完成控制任務，比較安全可靠。SCC特點1）DDC直接與過程相連，實現(xiàn)過程直接數(shù)字控制，要求DDC級實時性好﹑可靠性高﹑環(huán)境適應性強；2）SCC級計算機也稱上位機，它根據(jù)DDC級提供的生產(chǎn)過程狀況和已定的數(shù)學模型，進行優(yōu)化分析﹑計算，輸出最優(yōu)設定值SP，交與DDC級執(zhí)行。SCC計算機承擔高級控制和管理任務，要求數(shù)據(jù)處理功能強﹑存儲量大﹑運行速度快。3）SCC為兩級控制，系統(tǒng)的可靠性較DDC高。即一旦SCC計算機出現(xiàn)故障，DDC計算機仍能獨立完成任務；而DDC計算機出現(xiàn)故障，則由SCC計算機替代DDC計算機完成控制任務。集散控制系統(tǒng)是分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。實現(xiàn)了地理上和功能上分散的控制，將各個分散的信息集中起來，進行集中的監(jiān)視和操作。4.集散控制系統(tǒng)監(jiān)控計算機協(xié)調(diào)各控制站的工作，達到過程的動態(tài)最優(yōu)化。操作臺是人機接口裝置，完成操作、顯示和監(jiān)視任務?？刂普就瓿蛇^程的現(xiàn)場控制任務。數(shù)據(jù)采集站采集非控制信息。DCS特點：1）.采用分散控制﹑集中操作﹑分級管理﹑分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設計原則，大大提高了系統(tǒng)的可靠性；2）.采用了4C技術：Computer﹑Control﹑Communication及CRT；3）.由下而上形成多級控制結(jié)構(gòu)：過程控制級﹑集中監(jiān)控級﹑生產(chǎn)管理級；4）.采用網(wǎng)絡方式實現(xiàn)各級間的信息傳遞。5.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(FieldBusControlSystem)

FCS系統(tǒng)特點：1）采用一對N的設備連接方式﹑成本低。2）實現(xiàn)了徹底的分散控制。3）開放性與互操作性簡化了系統(tǒng)的集成。4）信息綜合，組態(tài)靈活。三.集散控制系統(tǒng)的發(fā)展概況集散控制系統(tǒng)（DCS）(DistributedControlSystem)

實質(zhì)是利用計算機技術對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)控、操作、管理和分散控制的一種新型的控制技術，是由計算機技術、控制技術、網(wǎng)絡通信技術和顯示技術互相發(fā)展和滲透而產(chǎn)生的。集散型控制系統(tǒng)適用于發(fā)電、電力、化工、石油、造紙等流程工業(yè)，也適用于冶金、食品、玻璃、半導體、紡織等間隙過程工業(yè)。自從1975年第一套DCS誕生到現(xiàn)在，DCS經(jīng)歷了3個大的發(fā)展階段：第一階段（初創(chuàng)期）(1975-1980)

CRT操作站

監(jiān)控計算機

數(shù)據(jù)高速公路HW現(xiàn)場監(jiān)測站

現(xiàn)場控制站圖1-1第一代DCS基本結(jié)構(gòu)特點：重點在現(xiàn)場控制，人機界面功能較弱，信息量少，功能上接近儀表控制系統(tǒng),各個廠家的系統(tǒng)均由專有產(chǎn)品構(gòu)成（現(xiàn)場控制站，人機界面工作站，各類功能站及軟件）,各個廠家的系統(tǒng)沒有形成數(shù)據(jù)通信的標準。DCS成本高，應用范圍受到一定限制。第二階段（成熟期）(1980-1985)

……局部網(wǎng)絡LAN網(wǎng)關多功能控制器網(wǎng)關系統(tǒng)管理模塊通用操作站主計算機增強型操作站其他網(wǎng)絡DHW……特點：引入局域網(wǎng)，按照網(wǎng)絡節(jié)點組成系統(tǒng)，人機界面功能豐富，信息量大，系統(tǒng)規(guī)模容量進一步增加，功能上擺脫儀表控制系統(tǒng)的影響，逐步靠近計算機系統(tǒng)，由于系統(tǒng)技術的不斷成熟，DCS價格下降，應用更廣泛，但在網(wǎng)絡協(xié)議方面仍各自為政，不同廠家的系統(tǒng)不能進行數(shù)據(jù)交換第三階段（擴展期）1985至今特點：增加了上層網(wǎng)絡，功能增加生產(chǎn)的管理功能，網(wǎng)絡方面采用了標準的網(wǎng)絡產(chǎn)品，系統(tǒng)組成除現(xiàn)場控制站外是DCS廠家的專有產(chǎn)品，人機界面工作站，服務器和各種功能站的硬件和基礎軟件都是市場上的產(chǎn)品，使得系統(tǒng)成本降低，應用更加廣泛。

第四代DCS的體系結(jié)構(gòu)主要分為四層結(jié)構(gòu)：過程控制級、集中監(jiān)控級、生產(chǎn)管理級和綜合管理級。一般DCS廠商主要提供除綜合管理級之外的三