集散控制系統(tǒng)必備知識(shí)

模塊一集散控制系統(tǒng)必備知識(shí)

【任務(wù)目標(biāo)】1、通過與模擬控制系統(tǒng)比較，認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成。2、了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型、發(fā)展史。3、了解計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的概念和通信協(xié)議。4、掌握集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。5、了解集散控制系統(tǒng)的軟件體系。6、提高查閱資料和信息處理的能力、交流表達(dá)能力及團(tuán)隊(duì)合作能力。【任務(wù)內(nèi)容】閱讀能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)任務(wù)內(nèi)容：了解本課程的性質(zhì)、內(nèi)容、任務(wù)及學(xué)習(xí)方法，對目前市場上所常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行了解和比較，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成原理、信號(hào)處理原理；了解計(jì)算機(jī)通信基本知識(shí)，掌握通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)及網(wǎng)絡(luò)控制方法，了解集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及其發(fā)展過程，掌握集散控制系統(tǒng)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)及各層次的主要功能，了解集散控制系統(tǒng)的軟件體系，了解集散系統(tǒng)的組態(tài)軟件。具體要求如下：一、一般了解（表面了解）1、會(huì)說目前市場上所常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、類型及應(yīng)用？2、會(huì)講集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及其發(fā)展過程？（背景、發(fā)展）3、會(huì)說市場上常見的應(yīng)用數(shù)據(jù)通信的例子。4、會(huì)說常見通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。5、會(huì)講集散控制系統(tǒng)是什么？（定義、特點(diǎn)、應(yīng)用場合）6、會(huì)說市場上起主導(dǎo)地位的集散控制系統(tǒng)有哪些？（品牌、分類、系列、型號(hào)、圖片）7、能說出三種以上市場上常用DCS的性價(jià)比。8、能說出三種以上常用的集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件。二、核心理解（內(nèi)在理解）1、能表述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成原理、信號(hào)處理原理。（結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)）。2、能正確表述集散控制系統(tǒng)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)及各層次的主要功能。3、能夠識(shí)別現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)裝置中集散控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及相互聯(lián)系。三、根據(jù)上述要求，獨(dú)立咨詢相關(guān)信息，通過收集、整理、提煉完成表1-2～表1-5的填寫訓(xùn)練，重點(diǎn)研究表1-3的相關(guān)內(nèi)容，填寫結(jié)果的參考評分標(biāo)準(zhǔn)見表1-7。四、配分：本項(xiàng)目工時(shí)180分鐘，滿分為100分，比重70%。綜合能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)以小組為單位，總結(jié)上面任務(wù)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，并回答教師提出的問題。回答問題要求包含以下要素：1）小組成員。2）各成員的身份（以分工不同劃分）。3）經(jīng)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告主題及內(nèi)涵。4）小組共性經(jīng)驗(yàn)（共性優(yōu)點(diǎn)，共性缺點(diǎn)）。5）小組個(gè)性經(jīng)驗(yàn)（個(gè)性優(yōu)點(diǎn)，個(gè)性缺點(diǎn)）。6）存在的問題。7）將如何改進(jìn)或解決存在的問題。8）給同學(xué)的建議。9）回答核心問題：10）回答限時(shí)：每小組5分鐘，共60分鐘。11）配分：本項(xiàng)目工時(shí)90分鐘，本項(xiàng)目滿分100分，比重30%。

將合理的答案填入相應(yīng)欄目扣分

組成

分類將合理的答案填入相應(yīng)欄目扣分

組成

分類

應(yīng)用背景發(fā)展種類一、預(yù)習(xí)內(nèi)容1、預(yù)習(xí)集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、及用途用法。2、預(yù)習(xí)【知識(shí)鏈接】內(nèi)容。二、訓(xùn)練器材圖書資料、網(wǎng)絡(luò)、教師提供資料、計(jì)算機(jī)三、訓(xùn)練步驟“閱讀能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)”訓(xùn)練步驟1、指導(dǎo)教師簡要說明“閱讀能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)”的要求后，學(xué)生首先分組，并分配組內(nèi)各成員的角色（各角色應(yīng)進(jìn)行輪換，以保證每個(gè)學(xué)生在不同的崗位上都體驗(yàn)過工作過程），選舉產(chǎn)生的組長按指導(dǎo)教師要求對組內(nèi)各成員分配任務(wù)，并分頭行動(dòng)，按預(yù)定目標(biāo)完成收集、整理工作。工作流程如下：（1）教師簡要說明“閱讀能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)”的要求。（2）分組、分配角色，并填寫具體分工表1-1。表1-1組別：第一組序號(hào)姓名角色任務(wù)分工1張三主講員2李四編輯員3王五點(diǎn)評員4趙六信息員（組長）

（3）按分工要求，通過多種途徑收集并編輯所需資料，并完成表1-2至表1-5中所要求的任務(wù)。（4）全組成員集中，將前面收集資料進(jìn)行按要求進(jìn)行整理、學(xué)習(xí)，并制作PPT文件準(zhǔn)備匯報(bào)學(xué)習(xí)成果，要求在匯報(bào)中有本組創(chuàng)新點(diǎn)、閃光點(diǎn)。（5）選派代表（組內(nèi)成員輪流）準(zhǔn)備匯報(bào)本組工作成果。（6）小組點(diǎn)評員點(diǎn)評。（7）教師集中點(diǎn)評，并將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)歸納。表1-2一般了解——信息填寫（50分）自檢得要求分目前常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、類型及應(yīng)用集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生發(fā)展過程

常見通信網(wǎng)絡(luò)

星型特點(diǎn)型號(hào)霍尼韋爾（Honeywell）公司DCS（美國）ABB-CE(CETAYLOR)公司DCS型號(hào)浙江威盛公司DCS(美國)橫河電機(jī)公司星型特點(diǎn)型號(hào)霍尼韋爾（Honeywell）公司DCS（美國）ABB-CE(CETAYLOR)公司DCS型號(hào)浙江威盛公司DCS(美國)橫河電機(jī)公司Centum-XL集散控制系統(tǒng)核心理解——核心問題回答（40分）將合理的答案填入相應(yīng)欄目原理特點(diǎn)性能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖扣分性價(jià)比得分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)及對比對比總線型

知名品牌了解目前市場上起主導(dǎo)地位的集散控制系統(tǒng)DCS(美國)知名品牌

了解市場上的集散控制系統(tǒng)DCS

(日本)

常用的集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件

表1-3自檢要求

結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)

定義集散控制系統(tǒng)是什么？應(yīng)用場合

分工

錄入（？%）

網(wǎng)絡(luò)分工

錄入（？%）

網(wǎng)絡(luò)

書籍（？%）制系統(tǒng)組成的硬件有哪些？各有哪些分工？

表1-4信息獲取方式自查表（10分）復(fù)制（？%）手段

繪制信息獲取（？%）自查表（？%）來源其他（？%）

2、“閱讀能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)”進(jìn)行評價(jià)后（評價(jià)表1-7），各組簡要小結(jié)本環(huán)節(jié)的訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)并填入表1-5，進(jìn)入“綜合能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)步驟”。表1-5“閱讀能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)”經(jīng)驗(yàn)小結(jié)

綜合能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)步驟1、以小組為單位，簡要寫出查找、收集、整理、學(xué)習(xí)“閱讀能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)”的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告，并在經(jīng)驗(yàn)交流課上進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流。（目的是分享經(jīng)驗(yàn)，分享成果，發(fā)現(xiàn)問題，提高水平，完善自我，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)，提高協(xié)作能力與寫作水平，提高語言表達(dá)能力，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、達(dá)成有效學(xué)習(xí)等）經(jīng)驗(yàn)交流要表述的基本內(nèi)容為：（1）小組成員（建議3～5人一組）（2）各成員的身份（以分工不同劃分，如：編輯員、主講員、點(diǎn)評員、聯(lián)絡(luò)員等）（3）經(jīng)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告主題及內(nèi)涵（可由“編輯員”用PPT或word制作要講述的內(nèi)容）（4）小組共性與個(gè)性經(jīng)驗(yàn)（共性優(yōu)點(diǎn)，共性缺點(diǎn)）（5）存在的問題（6）將如何改進(jìn)或解決存在的解決。（7）給同學(xué)的建議（8）回答問題（該問題可由實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師隨機(jī)提出或事先讓各小組準(zhǔn)備）2、小組推舉“主講員”上臺(tái)向全班同學(xué)介紹本小組任務(wù)實(shí)施后的心得，限時(shí)5分鐘。（以后的學(xué)習(xí)情境中小組成員輪流當(dāng)“主講員”）

“綜合能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)”經(jīng)驗(yàn)小結(jié)收集、整理資料能力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容1、正確理解任務(wù)要求，并做出和合理分配。收集3、收集資料全面、完整、準(zhǔn)確。據(jù)要求對資料做出準(zhǔn)確的整理、分析、歸納。整理作成PPT文件，PPT文件要求內(nèi)容準(zhǔn)確、完整，格1、親自編輯圖紙創(chuàng)新3、信息量大、準(zhǔn)確100《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力評價(jià)表（學(xué)生用）評價(jià)小組：______；點(diǎn)評員：___________；評價(jià)時(shí)間_________與人合作能力價(jià)主講員《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力評價(jià)表（教師用）占70%集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)考核要求分工，采用個(gè)人和合作方式，收集表制作完成PPT文件，“綜合能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)”經(jīng)驗(yàn)小結(jié)收集、整理資料能力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容1、正確理解任務(wù)要求，并做出和合理分配。收集3、收集資料全面、完整、準(zhǔn)確。據(jù)要求對資料做出準(zhǔn)確的整理、分析、歸納。整理作成PPT文件，PPT文件要求內(nèi)容準(zhǔn)確、完整，格1、親自編輯圖紙創(chuàng)新3、信息量大、準(zhǔn)確100《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力評價(jià)表（學(xué)生用）評價(jià)小組：______；點(diǎn)評員：___________；評價(jià)時(shí)間_________與人合作能力價(jià)主講員《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力評價(jià)表（教師用）占70%集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)考核要求分工，采用個(gè)人和合作方式，收集表制作完成PPT文件，2、將歸納好的相關(guān)內(nèi)容，制上有創(chuàng)新地回答問與人交流能力10分評價(jià)教師：_____________；評價(jià)時(shí)間：___________評分標(biāo)準(zhǔn)2、分別采用網(wǎng)絡(luò)、書籍等手段進(jìn)行資料收集。402、簡明扼要回答問題數(shù)字應(yīng)用能力10分配分2040自我學(xué)習(xí)能力10分扣分信息處理能力10分得分解決問題能力20分專業(yè)能10分總評力30分（∑）的學(xué)習(xí)情境中小組成員輪流當(dāng)“點(diǎn)評員”）4、教師對上述幾個(gè)環(huán)節(jié)的能力訓(xùn)練情況進(jìn)行綜合評價(jià)。5、學(xué)生和教師綜合能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)評價(jià)見《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力評價(jià)表1-8至表1-11，評價(jià)結(jié)束后，各組簡要小結(jié)本環(huán)節(jié)的訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)并填入表1-6。表1-6

【任務(wù)評價(jià)】（1）收集、整理資料能力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1-7。表1-7序號(hào)根據(jù)考核要求，通過多種途徑，做好11-2、1-3資料；考核組織能力。1、正確理解任務(wù)要求，并根將所收集資料按要求分類、整理，并2準(zhǔn)備匯報(bào)學(xué)習(xí)成果。式簡練、清晰。在自己理解的層面3題，填寫表格合計(jì)

（2）核心能力評價(jià)表見《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力評價(jià)表1-8至表1-11。

表1-8

模塊一集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

項(xiàng)目評組別第一組第二組第三組

表1-9模塊一

與人合作能力分主講員《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力總評價(jià)表（學(xué)生用）占30%集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)第一組評價(jià)《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力總評價(jià)表集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)生評價(jià)30%總評各組總評個(gè)人單項(xiàng)任務(wù)總評成績表JX-300X系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)職業(yè)核心能力30分與姓名筆試能力40分10分與人交流能力10分統(tǒng)計(jì)與結(jié)算小組：_____________；統(tǒng)計(jì)與結(jié)算時(shí)間：___________第二組評價(jià)統(tǒng)計(jì)與結(jié)算小組：_____________；統(tǒng)計(jì)與結(jié)算時(shí)間：___________教師評價(jià)70%30%附加分解人合作能力10分?jǐn)?shù)字應(yīng)用能力10分第三組評價(jià)教師一題總自人交流能力30分自我學(xué)習(xí)能力10分第四組評與人合作能力分主講員《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力總評價(jià)表（學(xué)生用）占30%集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)第一組評價(jià)《集散控制與現(xiàn)場總線》課程學(xué)生核心能力總評價(jià)表集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)生評價(jià)30%總評各組總評個(gè)人單項(xiàng)任務(wù)總評成績表JX-300X系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)職業(yè)核心能力30分與姓名筆試能力40分10分與人交流能力10分統(tǒng)計(jì)與結(jié)算小組：_____________；統(tǒng)計(jì)與結(jié)算時(shí)間：___________第二組評價(jià)統(tǒng)計(jì)與結(jié)算小組：_____________；統(tǒng)計(jì)與結(jié)算時(shí)間：___________教師評價(jià)70%30%附加分解人合作能力10分?jǐn)?shù)字應(yīng)用能力10分第三組評價(jià)教師一題總自人交流能力30分自我學(xué)習(xí)能力10分第四組評價(jià)50%信決問題能力10分信息處理能力10分第三組評價(jià)教師二數(shù)我學(xué)習(xí)能力10分解決問題能力20分第二組評價(jià)50%創(chuàng)息處理能力10分專業(yè)能10分第一組評價(jià)小計(jì)業(yè)字應(yīng)用能力分5力30分第二組評價(jià)新革新能力分點(diǎn)評員第一組評價(jià)拓展能力加總評第二組評價(jià)6S激勵(lì)加分總評（∑/n）不到位扣違紀(jì)扣分備注得組別第一組第二組第三組

表1-10模塊一

項(xiàng)目得組別分第一組總評第二組總評第三組總評

表1-11模塊一

對象得組別分第一組總評第二組總評第三組總評（3）個(gè)人單項(xiàng)任務(wù)總分評定建議見表1-12。表1-12任務(wù)一學(xué)生成績綜合評價(jià)表課專業(yè)能力70分評專與

學(xué)號(hào)操作能力60分

20分分

制

【知識(shí)鏈接】1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用類型

1.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心部件的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集與處理、順序控制與數(shù)值控制、直接數(shù)字控制與監(jiān)督控制、最優(yōu)控制與自適應(yīng)控制、生產(chǎn)管理與經(jīng)營調(diào)度等任務(wù)。它已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，并深入各行業(yè)的許多領(lǐng)域。（一）基本概念1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

有關(guān)的術(shù)語概念如下：（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：利用計(jì)算機(jī)(通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī))來實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。（2）在線方式：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方式。（3）離線方式：生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式。（4）實(shí)時(shí)：是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成。2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個(gè)步驟：(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集對測量變送裝置輸出的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理。(2)實(shí)時(shí)控制決策對被控變量的測量值進(jìn)行分析、運(yùn)算和處理，并按預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算。(3)實(shí)時(shí)控制輸出實(shí)時(shí)地輸出運(yùn)算后的控制信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制任務(wù)。上述過程不斷重復(fù)，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。（二）硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程兩大部分組成。如圖1.2所示。

工業(yè)控制機(jī)硬件：硬件是指計(jì)算機(jī)本身及外圍設(shè)備。硬件包括計(jì)算機(jī)過程輸入、輸出接口、人機(jī)接口、外部存儲(chǔ)器等。生產(chǎn)過程包括被控對象，測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。（三）軟件系統(tǒng)軟件是指能完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，通常包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。1.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)種類繁多，命名方法也各有不同。根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)、控制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要可分為六種類型：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)、分級控制系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。(一)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖1.3所示。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)只承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集和處理工作，而不直接參與控制。

(二)直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制（DirectDigitalControl，DDC）系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1.4所示。

直接數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)的比較：（1）在DDC中，在信號(hào)出入計(jì)算機(jī)時(shí)必須經(jīng)D/A、A/D轉(zhuǎn)換。（2）其控制方式比常規(guī)控制系統(tǒng)靈活且又經(jīng)濟(jì)。直接數(shù)字控制系統(tǒng)的性能特點(diǎn)：由于DDC系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)直接承擔(dān)控制任務(wù)，所以要求實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。(三)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)

監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制(SupervisoryComputerControl，SCC)系統(tǒng)，簡稱SCC系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l.5所示。SCC系統(tǒng)是一種兩級微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中DDC級微機(jī)完成生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制；SCC級微機(jī)則根據(jù)生產(chǎn)過程的工況和已定的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算，產(chǎn)生最優(yōu)化設(shè)定值，送給DDC級執(zhí)行。SCC級微機(jī)承擔(dān)著高級控制與管理任務(wù)，要求數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大等，一般采用較高檔微機(jī)。(四)分級控制系統(tǒng)特點(diǎn)：控制功能分散，集中管理。圖1.6所示的分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)四級系統(tǒng)。(1)裝置控制級(DDC級)對生產(chǎn)過程進(jìn)行直接控制，如進(jìn)行PID控制或前饋控制，使所控制的生產(chǎn)過程在最優(yōu)工作狀況下工作。(2)車間監(jiān)督級(SCC級)它根據(jù)廠級計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令和通過裝置控制級獲得的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行最優(yōu)化控制。它還擔(dān)負(fù)著車間內(nèi)各工段間的協(xié)調(diào)控制和對DDC計(jì)算機(jī)級進(jìn)行監(jiān)督的任務(wù)。(3)工廠集中控制級它可根據(jù)上級下達(dá)的任務(wù)和本廠情況，制定生產(chǎn)計(jì)劃、安排本廠工作、進(jìn)行人員調(diào)配及各車間的協(xié)調(diào)，并及時(shí)將SCC級和DDC級的情況向上級報(bào)告。(4)企業(yè)管理級制定長期發(fā)展現(xiàn)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、銷售計(jì)劃，發(fā)命令至各工廠，并接受各工廠、各部門發(fā)回來的信息，實(shí)現(xiàn)全企業(yè)的總調(diào)度。

(五)集散控制系統(tǒng)組成：集散控制系統(tǒng)分為多個(gè)層次，每層由多個(gè)計(jì)算機(jī)組成，分別行使不同的功能，主要由數(shù)據(jù)采集站、控制站、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、操作站、工程師站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、輸入輸出通道等部分組成特點(diǎn)：集中監(jiān)視、集中操作，分散控制、分散危險(xiǎn)其結(jié)構(gòu)如圖1.7所示。

（六）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS)，是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)，如圖l.8所示。幾個(gè)概念：智能儀表：傳統(tǒng)儀表與DDC相結(jié)合，帶有通訊端口?，F(xiàn)場總線：連接工業(yè)現(xiàn)場儀表和控制裝置之間的全數(shù)字化、雙向、多站點(diǎn)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。被稱為21世紀(jì)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）全數(shù)字化（2）徹底分散化

星型結(jié)構(gòu)如圖1.9所示。特點(diǎn)：可靠性差，一旦中央節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，環(huán)型結(jié)構(gòu)如圖星型結(jié)構(gòu)如圖1.9所示。特點(diǎn)：可靠性差，一旦中央節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，環(huán)型結(jié)構(gòu)如圖1.10所示。特點(diǎn)：總線型結(jié)構(gòu)如圖1.11鏈路控制簡單，節(jié)點(diǎn)數(shù)量太多時(shí)會(huì)影所示。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，便于擴(kuò)充。

1.2.1通信網(wǎng)絡(luò)1.局部網(wǎng)絡(luò)的概念局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(LocalAreaNetwork，LAN)，簡稱為局部網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)，是一種分布在有限區(qū)域內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是利用通信介質(zhì)將分布在不同地理位置上的多個(gè)具有獨(dú)立工作能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來，并配置網(wǎng)絡(luò)軟件的一種網(wǎng)絡(luò)，廣大用戶能夠共享網(wǎng)絡(luò)中的所有硬件、軟件和數(shù)據(jù)等資源。DCS網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。2.局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互連各種設(shè)備的物理布局，就是用什么方式把網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接起來。拓?fù)鋱D給出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和相互間的連接。通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是星型、環(huán)型、總線型、樹型和菊花鏈型。(1)星型結(jié)構(gòu)則整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓。

(2)環(huán)型結(jié)構(gòu)響通信速度；環(huán)是封閉的，不便于擴(kuò)充。

(3)總線型結(jié)構(gòu)

(4)樹型結(jié)構(gòu)樹型拓?fù)涫菑目偩€型拓?fù)溲葑冞^來的，形狀像一棵倒置的樹，頂端有一個(gè)帶分支的根，每個(gè)分支還可延伸出子分支。圖1.12就是這種樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

這種拓?fù)浜蛶в袔讉€(gè)段的總線拓?fù)涞闹饕獏^(qū)別在于根(也稱頭端)的存在。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)，根接收該信號(hào)，然后再重新廣播發(fā)送到全網(wǎng)。這種結(jié)構(gòu)不需要中繼器。(5)菊花鏈型結(jié)構(gòu)圖1.13為菊花鏈型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。菊花鏈型也稱鏈型結(jié)構(gòu)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一個(gè)網(wǎng)段中現(xiàn)場總線電纜從一臺(tái)現(xiàn)場儀表走到另一臺(tái)現(xiàn)場儀表，在每個(gè)現(xiàn)場儀表的端子上互連。使用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)該使用聯(lián)接器，否則，在拆卸一臺(tái)儀表時(shí)容易使整個(gè)總線斷路。

3.傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是通信網(wǎng)絡(luò)的物質(zhì)基礎(chǔ)。主要有雙絞線、同軸電纜和光纜三種如圖2.11所示。其中，雙絞線是經(jīng)常使用的傳輸介質(zhì)，它一般用于星形網(wǎng)絡(luò)中，同軸電纜一般用于總線型網(wǎng)絡(luò)，光纜一般用于主干網(wǎng)的連接。

1.2.2通信協(xié)議1.通信協(xié)議的概念網(wǎng)絡(luò)通信功能包括兩大部分，即數(shù)據(jù)傳輸和通信控制。在通信過程中，信息從開始發(fā)送到結(jié)束發(fā)送可分為若干個(gè)階段，相應(yīng)的通信控制功能也分成一組組操作。一組組通信控制功能應(yīng)當(dāng)遵守通信雙方共同約定的規(guī)則，并受這些規(guī)則的約束。在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中，對數(shù)據(jù)傳輸過程進(jìn)行管理的規(guī)則被稱為協(xié)議。協(xié)議關(guān)鍵要素：語法(Syntax)：信息的格式（由哪幾部分組成），包括數(shù)據(jù)格式、信號(hào)電平等規(guī)定。（即：怎么說）語義(Semantics)：信息的含義及控制信息（各部分的具體意義），是比特流每部分的含義。一個(gè)特定比特模式如何理解，基于這種理解采取何種動(dòng)作等。（即：說什么）時(shí)序(Timing)：信息交換的步驟與順序，規(guī)定了速度匹配和排序，包括數(shù)據(jù)何時(shí)發(fā)送，以什么速率發(fā)送，使發(fā)送與接收方能夠無差錯(cuò)地完成數(shù)據(jù)通信等。（即：什么時(shí)候說）為了使各種網(wǎng)絡(luò)能夠互連，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalStandardsOrganization，ISO)提出了一個(gè)開放系統(tǒng)互連(OpenSystemsInterconnection，OSI)參考模型，簡稱ISO/OSI模型。它是系統(tǒng)之間相互交換信息所共同使用的一組標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則，凡按照該模型建立的網(wǎng)絡(luò)就可以互連。2.網(wǎng)絡(luò)控制方法網(wǎng)絡(luò)控制方法是指在通信網(wǎng)絡(luò)中，使信息從發(fā)送裝置迅速而正確地傳遞到接收裝置的管理機(jī)制。常用的方法有：查詢式、自由競爭式、令牌傳送和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式。(1)查詢式查詢式用于主從結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，如星型網(wǎng)絡(luò)或具有主站的總線型網(wǎng)絡(luò)。主站依次詢問各站是否需要通信，收到通信應(yīng)答后再控制信息的發(fā)送與接收。當(dāng)多個(gè)從站要求通信時(shí)，按站的優(yōu)先級安排發(fā)送。(2)自由競爭式(CSMA/CD)帶有沖突檢測的載體監(jiān)聽多重訪問技術(shù)，是一種競爭方式，適用于總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這種方式中，網(wǎng)上各站是平等的，任何一個(gè)站在任何時(shí)刻均可以廣播式向網(wǎng)上發(fā)送信息。信息中包含有目的站地址，其他各站接收到后確定是否為發(fā)給本站的信息。由于總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中線路是公用的，因此競爭發(fā)送所要解決的問題是當(dāng)有多個(gè)站同時(shí)發(fā)送信息時(shí)的協(xié)調(diào)問題。CSMA/CD采取的控制策略是：競爭發(fā)送、廣播式傳輸、載體監(jiān)聽、沖突檢測、沖突后退、再試發(fā)送。每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，首先要進(jìn)行載波監(jiān)聽，只有介質(zhì)空閑時(shí)，才允許發(fā)送幀。這時(shí)，如果兩個(gè)以上的站同時(shí)監(jiān)聽到介質(zhì)空閑并發(fā)送幀，則會(huì)產(chǎn)生沖突現(xiàn)象，這使發(fā)送的幀都成為無效幀，發(fā)送隨即宣告失敗。每個(gè)站必須有能力隨時(shí)檢測沖突是否發(fā)生，一旦發(fā)生沖突，則應(yīng)停止發(fā)送，以免介質(zhì)帶寬因傳送無效幀而被白白浪費(fèi)，然后隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間后，再重新爭用介質(zhì)，重發(fā)送幀。

(3)令牌傳送圖1.15是一個(gè)令牌傳送示意圖。這種方式中，有一個(gè)稱為令牌(TokenPassing)的信息段在網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間依次傳遞。令牌有空、忙兩種狀態(tài)，開始時(shí)為空。節(jié)點(diǎn)只有得到空令牌時(shí)才具有信息發(fā)送權(quán)，同時(shí)將令牌置為忙。令牌繞節(jié)點(diǎn)一周且信息被目標(biāo)節(jié)點(diǎn)取走后，令牌被重新置為空。令牌傳送的方法實(shí)際上是一種按預(yù)先的安排讓網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)依次輪流占用通信線路的方法。令牌是一組特定的二進(jìn)制代碼，它按照事先排列的某種邏輯順序沿網(wǎng)絡(luò)而行。只有獲得令牌的節(jié)點(diǎn)才有權(quán)控制和使用網(wǎng)絡(luò)。令牌傳送既適合于環(huán)型網(wǎng)，也適合于總線型網(wǎng)。在總線型網(wǎng)的情況下，各站被賦予一個(gè)邏輯位置，所有站形成一個(gè)邏輯環(huán)。令牌傳送效率高，信息吞吐量大，實(shí)時(shí)性好。

令牌傳送與CSMA/CD相比，重載時(shí)響應(yīng)時(shí)間較短，實(shí)時(shí)性較好。而CSMA/CD在網(wǎng)絡(luò)重載時(shí)將不斷地發(fā)生沖突，因此響應(yīng)時(shí)間較長，實(shí)時(shí)性變差。但令牌方式控制較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展時(shí)必須重新初始化。(4)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式的信息傳送過程為：源節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，到達(dá)它的相鄰節(jié)點(diǎn)；相鄰節(jié)點(diǎn)將信息存儲(chǔ)起來，等到自己的信息發(fā)送完，再轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)信息，直到把此信息送到目的節(jié)點(diǎn)；目的節(jié)點(diǎn)加上確認(rèn)信息(正確)或否認(rèn)信息(出錯(cuò))，向下發(fā)送直至源站；源節(jié)點(diǎn)根據(jù)返回信息決定下一步動(dòng)作，如取消信息或重新發(fā)送。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式不需要交通指揮器，允許有多個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送和接收信息，信息延時(shí)小，帶寬利用率高。1.3集散控制系統(tǒng)概論

1.3.1第一代集散控制系統(tǒng)1975年美國Honeywell公司推出了TDC—2000集散控制系統(tǒng)，它是一個(gè)多處理器的分布式控制系統(tǒng)，克服了集中型控制系統(tǒng)的危險(xiǎn)集中的致命弱點(diǎn)。主要產(chǎn)品：美國的Foxboro公司的Spectrum系統(tǒng)，貝利公司的N—90系統(tǒng)，英國肯特公司的P4000系統(tǒng)，德國西門子公司的TelepermM系統(tǒng)，日本橫河的CENTUM系統(tǒng)等。系統(tǒng)組成：現(xiàn)場監(jiān)測站、現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)公路、CST操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)等組成。主要特點(diǎn)：這一代集散系統(tǒng)主要解決當(dāng)時(shí)過程工業(yè)控制應(yīng)用中采用模擬電動(dòng)儀表難以解決的有關(guān)控制問題。監(jiān)控站以8位微處理器為主，通信采用DCS制造商自己的通信協(xié)議。在技術(shù)上尚有明顯的局限性。

圖1.16第一代集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖1.3.2第二代集散控制系統(tǒng)主要產(chǎn)品：Honeywell的TDC—3000；橫河的CENTUMA、B、C；Tayor公司的MOD300；Bailey公司的NETWORK—90；西屋公司的WDPF等。主要特點(diǎn)：由于微機(jī)技術(shù)的成熟和局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)入，使得集散系統(tǒng)得到飛速發(fā)展。第二代集散系統(tǒng)以局部網(wǎng)絡(luò)為主干來統(tǒng)領(lǐng)全系統(tǒng)工作，系統(tǒng)中各單元都可以看作是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作站，局部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)又可以掛接橋和網(wǎng)間連接器，并與同網(wǎng)絡(luò)和異型網(wǎng)絡(luò)相連。采用了標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)，現(xiàn)場控制站使用16位微處理器，增強(qiáng)型操作站使用32位微處理器，板級模塊化，使之?dāng)U展靈活方便，控制功能更加完善，它能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、連續(xù)控制、順序控制和批量控制等功能，用戶界面更加友好，為操作人員、工程師和維護(hù)人員提供了一種綜合性的面向過程的單一窗口，便于他們完成各自的操作。

圖1.17第二代集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖1.3.3第三代集散控制系統(tǒng)美國Foxboro公司在1987年推出的I/S系統(tǒng)標(biāo)志著集散控制系統(tǒng)進(jìn)入第三代。主要產(chǎn)品：Honeywell公司的TDC—3000/PM、橫河公司的CENTUM—XL、Foxboro公司的I/SS、貝利公司的INFI—90等。主要特點(diǎn)：第三代集散控制系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)的主要變化是局部網(wǎng)絡(luò)采用了MAP或者是與MAP兼容、或者局部網(wǎng)絡(luò)本身就是實(shí)時(shí)MAPLAN。MAP是由美國GM（通用汽車公司）負(fù)責(zé)制定的，它是一種工廠系統(tǒng)公共的通信標(biāo)準(zhǔn)，已逐步成為一種事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。除了局部網(wǎng)絡(luò)的根本進(jìn)步之外，第三代集散控制系統(tǒng)的其它單元無論是硬件還是軟件，都有很大的變化，但系統(tǒng)的基本組成變化不大，其主要特征為：(1)實(shí)現(xiàn)開放式的系統(tǒng)通信。(2)控制站使用32位CPU，使控制功能更強(qiáng)。(3)操作站也采用了32位高等計(jì)算機(jī)，增強(qiáng)圖形顯示功能，采用多窗口技術(shù)和使用觸摸屏調(diào)出畫面，使操作更簡便，操作響應(yīng)速度加快。(4)過程控制組態(tài)采用CAD算法，使其更直觀方便，并引人專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自整定功能。

圖1.18第三代集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖1.3.4第四代集散控制系統(tǒng)在20世紀(jì)90年代初，隨著對控制和管理要求的不斷提高，第四代集散控制系統(tǒng)以控管一體化的形式出現(xiàn)。主要產(chǎn)品：Honeywell公司的TPS控制系統(tǒng)橫河公司的CENTUM—CS控制系統(tǒng)，ABB公司Advant系列OCS開放控制系統(tǒng)等。共性：全面支持企業(yè)信息化、系統(tǒng)構(gòu)成集成化、混合控制功能兼容，營建進(jìn)一步分散化、智能化和低成本化，系統(tǒng)平臺(tái)開放化、應(yīng)用系統(tǒng)專業(yè)化。主要特征為：信息化和集成化；混合控制系統(tǒng)；融合采用現(xiàn)場總線技術(shù)的進(jìn)一步分散化；I/O處理單元小型化、智能化、低成本；系統(tǒng)平臺(tái)開放型與應(yīng)用的專業(yè)化。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上增加了工廠信息網(wǎng)（intranet）并可與國際信息網(wǎng)（internet）連網(wǎng)。在軟件上采用UNIX和X—WINDOWS的圖形用戶界面，系統(tǒng)的軟件更豐富，在信息的管理、通信等方面提供了綜合的解決方案。

圖1.19和利時(shí)第四代集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)1.4集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

從總體結(jié)構(gòu)上看，DCS是由工作站和通信網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成的。1.4.1集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想：集中管理、分散控制。

集散控制系統(tǒng)的組成特點(diǎn)：縱向分層、橫向分散、設(shè)備分級、網(wǎng)絡(luò)分層的大型綜合控制系統(tǒng)。按照功能，集散控制系統(tǒng)設(shè)備分為四級：現(xiàn)場控制級、過程控制級、過程管理級、經(jīng)營管理級。與四級設(shè)備對應(yīng)的四層網(wǎng)絡(luò)稱為：現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)。集散控制系統(tǒng)的基本組成：現(xiàn)場監(jiān)測站、現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站、上位機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)。圖1.20為一個(gè)DCS的典型體系結(jié)構(gòu)。

圖1.20集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖（一）現(xiàn)場控制級現(xiàn)場控制級由現(xiàn)場控制級設(shè)備和現(xiàn)場總線等構(gòu)成。1、現(xiàn)場控制級設(shè)備及其功能現(xiàn)場控制級設(shè)備直接與生產(chǎn)過程相連，是DCS的基礎(chǔ)。典型的現(xiàn)場控制級設(shè)備是各類傳感器、變送器和執(zhí)行器?，F(xiàn)場控制級設(shè)備的功能：一是完成過程數(shù)據(jù)采集與處理。二是直接輸出操作命令、實(shí)現(xiàn)分散控制。三是完成與上級設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享。四是完成對現(xiàn)場控制級智能設(shè)備的監(jiān)測、診斷和組態(tài)等。2、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的功能與信息傳遞方式現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)與各類現(xiàn)場傳感器、變送器和執(zhí)行器相連，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)測與控制。同時(shí)與過程控制級的計(jì)算機(jī)相連，接收上層的管理信息，傳遞裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞方式，一是傳統(tǒng)的模擬信號(hào)(如4～20mADC或者其他類型的模擬量信號(hào))傳輸方式；二是全數(shù)字信號(hào)（現(xiàn)場總線信號(hào)）傳輸方式；三是混合信號(hào)（如在4～20mADC模擬量信號(hào)上，疊加調(diào)制后的數(shù)字量信號(hào)）傳輸方式?，F(xiàn)場信息以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字傳輸是今后的發(fā)展方向。（二）過程控制級過程控制級主要由過程控制站、數(shù)據(jù)采集站和現(xiàn)場總線接口等構(gòu)成。過程控制站：產(chǎn)生控制作用，可以實(shí)現(xiàn)反饋控制、邏輯控制、順序控制和批量控制等功能。數(shù)據(jù)采集站：接收大量的非控制過程信息；不直接完成控制功能?，F(xiàn)場總線服務(wù)器：一臺(tái)安裝了現(xiàn)場總線接口卡與DCS監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)接口卡的計(jì)算機(jī)。過程控制級的主要功能：一是采集過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理；二是對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測和控制，輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)反饋控制、邏輯控制、順序控制和批量控制功能；三是現(xiàn)場設(shè)備及I/O卡件的自診斷；四是與過程操作管理級進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。（三）過程管理級過程管理級的主要設(shè)備有操作站、工程師站和監(jiān)控計(jì)算機(jī)等。

1、操作站功能及其配置要求功能：操作站是操作人員與DCS相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備，是DCS的核心顯示、操作和管理裝置。配置要求：由一臺(tái)具有較強(qiáng)圖形處理功能的微型機(jī)，以及相應(yīng)的外部設(shè)備組成，一般配有CRT或LCD顯示器、大屏幕顯示裝置(選件)、打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)等，開放型DCS采用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為人機(jī)接口站。2、工程師站功能及其配置功能：工程師站是為了控制工程師對DCS進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作站。工程師站的另一個(gè)作用是對各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè)計(jì)、組態(tài)文件，如各種圖樣、表格等。配置要求：工程師站一般由PC機(jī)配置一定數(shù)量的外部設(shè)備組成，例如打印機(jī)、繪圖儀等。3、監(jiān)控計(jì)算機(jī)功能及其配置功能：（1）用于實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制。（2）通過獲取過程控制級的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，運(yùn)行優(yōu)化和性能計(jì)算，先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)等。配置要求：由超級微型機(jī)或小型機(jī)構(gòu)成，對運(yùn)算能力和運(yùn)算速度的要求較高。過程管理級設(shè)備的主要功能：（1）對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測和控制；（2）對DCS進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)；（3）對各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理；（4）實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制，故障檢測和數(shù)據(jù)存檔。（四）經(jīng)營管理級功能：監(jiān)測企業(yè)各部門的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)，幫助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其計(jì)劃目標(biāo)。經(jīng)營管理級是屬廠級的，也可分成實(shí)時(shí)監(jiān)控和日常管理兩部分。配置要求：（1）能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。（2）能夠連續(xù)運(yùn)行可冗余的高可靠性系統(tǒng)。（3）優(yōu)良的、高性能的、方便的人機(jī)接口，豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件，過程數(shù)據(jù)收集軟件，人機(jī)接口軟件以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成等工具軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集成化。

OS：操作站；ES：工程師站；MFS：多功能計(jì)算站；BCU：總線變換單元；CIU：通訊接口單元；PCS：過程控制站；ACS：區(qū)域控制站；LCS：邏輯控制站；DAS：數(shù)據(jù)采集站；SBUS：系統(tǒng)I/O總線；IOU：IO單元；RIOU：遠(yuǎn)程IO單元

機(jī)柜背面（后面）通信接口電源單元

圖1.21JX-300X集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)柜背面（后面）通信接口電源單元1.4.2集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)DCS的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理裝置、分散過程控制裝置和通信接口設(shè)備等組成，通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將這些硬件設(shè)備連接起來。（一）DCS的現(xiàn)場控制站主要功能：進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實(shí)施閉環(huán)反饋控制、批量控制和順序控制。按其功能不同的分類：數(shù)據(jù)采集站、邏輯控制站、過程控制站。硬件組成：機(jī)柜、電源、輸入輸出通道和控制計(jì)算機(jī)等。1、機(jī)柜組成：現(xiàn)場控制單元、多層I/O卡件箱、電源單元、接線端子板和通信接口。機(jī)柜正面（前面）

現(xiàn)場控制單元

接線端子板

多層I/O卡件箱

圖1.22機(jī)柜圖2、電源現(xiàn)場控制站內(nèi)各功能模塊所需直流電源一般為±5V、±15V(或±12V)、以及+24V。電源系統(tǒng)的可靠性措施：（1）每一個(gè)現(xiàn)場控制站均采用雙電源供電，互為冗余。（2）采用超級隔離變壓器，將其初級、次級線圈間的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響。（3）采用交流電子調(diào)壓器，快速穩(wěn)定供電電壓。（4）配有不間斷供電電源UPS，以保證供電的連續(xù)性。增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性措施：（1）給主機(jī)供電與給現(xiàn)場設(shè)備供電的電源要在電氣上隔離，以減少相互間的干擾。（2）采用冗余的雙電源方式給各功能模塊供電。（3）一般由統(tǒng)一的主電源單元將交流電變?yōu)?4V直流電供給柜內(nèi)的直流母線，然后通過DC-DC轉(zhuǎn)換方式將24V直流電源變換為子電源所需的電壓。（4）主電源一般采用1:1冗余配置，而子電源一般采用N:1冗余配置。3、控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)是現(xiàn)場控制站的核心，一般是由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出通道等基本部分組成。

I/O卡件

導(dǎo)I/O卡件軌

電源單元現(xiàn)場總線接口卡件

控制器

圖1.23控制計(jì)算機(jī)簡圖(1)CPU用以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。可以執(zhí)行復(fù)雜的先進(jìn)控制算法，如自動(dòng)整定、預(yù)測控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等。(2)存儲(chǔ)器控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器分為RAM和ROM。在控制計(jì)算機(jī)中ROM占有較大的比例。由于控制計(jì)算機(jī)在正常工作時(shí)運(yùn)行的是一套固定的程序，DCS中大都采用了程序固化的辦法。在冗余控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，還特別設(shè)有雙端口隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，其中存放有過程輸入輸出數(shù)據(jù)、設(shè)定值和PID參數(shù)等。(3)總線總線是將現(xiàn)場控制站內(nèi)部各單元連接起來的通信介質(zhì)。(4)輸入/輸出通道包括模擬量輸入/輸出(AI/AO)、開關(guān)量輸入/輸出(SI/SO)、數(shù)字量輸入/輸出(DI/DO)和脈沖量輸入通道(PI)。①模擬量輸入輸出通道(AI/AO)模擬量輸入通道(AI)：模擬量輸入通道(AI)將來自在線檢測儀表和變送器的連續(xù)性模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送給CPU進(jìn)行處理。模擬量輸出通道(AO)：模擬量輸出通道(AO)一般將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為4~20mADC(或1~5VDC)的連續(xù)直流信號(hào)，用于控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。②開關(guān)量輸入/輸出通道(SI/SO)開關(guān)量輸入通道(SI)：主要用來采集各種限位開關(guān)、繼電器或電磁閥連動(dòng)觸點(diǎn)的開、關(guān)狀態(tài)，并輸入至計(jì)算機(jī)。開關(guān)量輸出通道(SO)：主要用于控制電磁閥、繼電器、指示燈、聲光報(bào)警器等只具有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。③脈沖輸入通道(PI)脈沖輸入通道(PI)將現(xiàn)場儀表（如渦輪流量計(jì)等）輸出的為脈沖信號(hào)處理后送入計(jì)算機(jī)。（二）DCS的操作站主要功能：為過程顯示和控制、系統(tǒng)生成與診斷、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和恢復(fù)顯示等。

工程師站控制站

信息報(bào)警站工程師站控制站嵌入型臺(tái)式

顯示器主機(jī)

標(biāo)準(zhǔn)鍵盤

工作臺(tái)

操作站

主機(jī)柜圖1.24中央控制室設(shè)備圖分類：一般分為操作員站和工程師站兩種。工程師站與操作員站的比較：工程師站主要是控制技術(shù)人員與控制系統(tǒng)的人機(jī)接口，或者對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。與操作員站最大的區(qū)別是工程師站上配有一套組態(tài)軟件，為用戶提供一個(gè)靈活的、功能齊全的工作平臺(tái)，通過它來實(shí)現(xiàn)用戶所要求的各種控制策略。操作站主要硬件組成：操作臺(tái)、微處理機(jī)系統(tǒng)、外部存儲(chǔ)設(shè)備、圖形顯示設(shè)備、操作站鍵盤、打印輸出設(shè)備等。通用操作站是DCS的發(fā)展方向。（三）DCS的冗余技術(shù)要使DCS的運(yùn)行不受故障的影響，主要依靠冗余技術(shù)的采用。1、冗余方式（1）多重自動(dòng)備用方式同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式：讓兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的設(shè)備或部件同步運(yùn)行，進(jìn)行相同的處理，并將其輸出進(jìn)行核對。兩臺(tái)設(shè)備同步運(yùn)行，只有當(dāng)它們的輸出一致時(shí)，才作為正確的輸出，這種系統(tǒng)稱為“雙重化系統(tǒng)”(DualSystem)。三臺(tái)設(shè)備同步運(yùn)行，將三臺(tái)設(shè)備的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，取兩個(gè)