1、第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識1第2章集散控制系統基礎知識第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識2 集散控制系統的體系結構集散控制系統的體系結構 集散控制系統的硬件結構集散控制系統的硬件結構 集散控制系統的軟件體系集散控制系統的軟件體系 集散控制系統的基本功能集散控制系統的基本功能 數據通信技術數據通信技術本章主要內容本章主要內容第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識32.1 2.1 集散控系統的體系結構集散控系統的體系結構本節內容提要本節內容提要集散控制系集散控制系統體系結構統體系結構的的特征特征縱向分層縱向分層橫向分散橫向分散設備分級

2、設備分級網絡分層網絡分層按照功能，集散按照功能，集散控制系統設備分控制系統設備分為四級為四級現場控制級現場控制級過程控制級過程控制級過程管理級過程管理級經營管理級經營管理級與四級設備與四級設備對應的四層對應的四層網絡網絡現場網絡現場網絡控制網絡控制網絡監控網絡監控網絡管理網絡管理網絡第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識4圖圖2.1 集散控制系統的體系結構集散控制系統的體系結構 現場網絡現場網絡控制網絡控制網絡監控網絡監控網絡管理網絡管理網絡第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識51.現場控制級 典型的現場控制級設備典型的現場控制級設備各類各類傳感器傳感器各類各

3、類變送器變送器各類各類執行器執行器現場控制級設備的主要任務現場控制級設備的主要任務 完成過程完成過程數據采集與處理。數據采集與處理。 直接輸出操作命令、直接輸出操作命令、實現分散控制。實現分散控制。 完成與上級設備的完成與上級設備的數據通信數據通信，實現網絡數據庫共享。，實現網絡數據庫共享。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識62.過程控制級過程控制級主要設備：過程控制級主要設備：過程控制站、數據采集站和現場總過程控制站、數據采集站和現場總線服務器線服務器等。等。過程控制站過程控制站產生控制作用。產生控制作用。可以實現可以實現反饋控制、邏輯控制、順序控制和批量控制反饋控制、邏

4、輯控制、順序控制和批量控制等功等功能。能。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識7數據采集站數據采集站 接收大量的非控制過程信息接收大量的非控制過程信息； 不直接完成控制功能。不直接完成控制功能。現場總線服務器現場總線服務器 一臺安裝了一臺安裝了現場總線接口卡與現場總線接口卡與DCS監控網絡接口卡監控網絡接口卡的計算的計算機。機。過程控制級設備的主要功能采集過程數據，進行采集過程數據，進行數據轉換與處理；數據轉換與處理；對生產過程進行對生產過程進行監測和控制；監測和控制；現場設備及現場設備及 I/O I/O 卡件的卡件的自診斷；自診斷；與過程管理級進行與過程管理級進行數據通信。

5、數據通信。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識83.過程管理級過程管理級的主要設備：過程管理級的主要設備：操作站、工程師站和監控計操作站、工程師站和監控計算機算機等。等。操作站操作站 操作人員與操作人員與DCS相互交換信息的相互交換信息的人機接口設備；人機接口設備； DCS的核心的核心顯示、監視、操作和管理顯示、監視、操作和管理裝置。裝置。工程師站工程師站 對對DCS進行進行配置、組態、調試、維護配置、組態、調試、維護。監控計算機監控計算機 實現實現對生產過程的監督控制；對生產過程的監督控制； 機組機組運行優化和性能計算，先進控制策略的實現等。運行優化和性能計算，先進控制策略

6、的實現等。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識9過程管理級設備的主要功能 對生產過程進行對生產過程進行監測和控制；監測和控制； 對對DCSDCS進行進行配置、組態、調試、維護配置、組態、調試、維護 ； 對各種設計文件進行對各種設計文件進行歸類和管理歸類和管理 。 實現對生產過程的實現對生產過程的監督控制，故障檢測和數據存檔。監督控制，故障檢測和數據存檔。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識104.經營管理級 經營管理級的設備可能是經營管理級的設備可能是廠級管理計算機廠級管理計算機，也可能是，也可能是若干個若干個生產裝置的管理計算機生產裝置的管理計算機。廠級

7、管理系統廠級管理系統的主要功能是的主要功能是監視企業各部門的運行情監視企業各部門的運行情況。況。管理計算機管理計算機的要求是的要求是具有能夠對控制系統做出高速反具有能夠對控制系統做出高速反應的實時操作系統。應的實時操作系統。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識11經營管理級設備的主要功能經營管理級設備的主要功能 監視監視企業各部門的運行情況企業各部門的運行情況 ； 實時監控實時監控承擔全廠性能監視、運行優化、全廠負荷分配承擔全廠性能監視、運行優化、全廠負荷分配和日常運行管理等任務和日常運行管理等任務 ； 日常管理日常管理承擔全廠的管理決策、計劃管理、行政管理等承擔全廠的管理決

8、策、計劃管理、行政管理等任務任務 。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識122.2 集散控制系統的硬件結構本節內容提要本節內容提要控制站控制站包括包括現場控制站現場控制站和數據采集和數據采集站等。站等。機柜機柜電源電源控制計算機控制計算機其他部件其他部件操作站操作站一般分為一般分為操作員站和工程操作員站和工程師站師站 。操作臺操作臺 微處理機系統微處理機系統圖形顯示設備圖形顯示設備 操作鍵盤和鼠標操作鍵盤和鼠標 打印輸出設備等打印輸出設備等冗余技術冗余技術冗余方式冗余方式：多重化多重化自動備用和手動備自動備用和手動備用。用。 冗余措施冗余措施：通信網通信網絡冗余、絡冗余、操作

9、站冗操作站冗余、現場控制站冗余、現場控制站冗余、電源冗余、輸余、電源冗余、輸入入/ /輸出模塊冗余。輸出模塊冗余。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識132.2.1 2.2.1 現場控制站現場控制站主要設備：主要設備：現場控制單元。現場控制單元。主要任務：主要任務：進行數據采集及處理，對被控對象實施閉環反饋進行數據采集及處理，對被控對象實施閉環反饋控制、順序控制和批量控制。控制、順序控制和批量控制。用戶可以用戶可以根據不同的應用需求，選擇配置不同的現場控制單根據不同的應用需求，選擇配置不同的現場控制單元元以構成現場控制站。以構成現場控制站。以面向連續生產的以面向連續生產的過

10、程控制為主，順序邏輯控制為輔過程控制為主，順序邏輯控制為輔，構成，構成一個可以實現多種復雜控制方案的現場控制站一個可以實現多種復雜控制方案的現場控制站; 以順序控制、聯鎖控制功能為主以順序控制、聯鎖控制功能為主的現場控制站；的現場控制站；構成對構成對大批量過程信號進行總體信息采集大批量過程信號進行總體信息采集的現場控制站。的現場控制站。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識141.機柜 現場控制站機柜中央控制室機柜間機柜間機柜組有了現場控制站，生產過程控制的安全性和可靠性都很容易得到保證第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識15現場控制單元多層I/O卡件箱電源

11、單元通信接口接線端子板機柜正面（前面）機柜背面（后面）現場控制站機柜第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識162.電源電源系統的可靠性措施電源系統的可靠性措施 每一個現場控制站均采用每一個現場控制站均采用雙電源供電，互為冗余雙電源供電，互為冗余。 采用采用超級隔離變壓器超級隔離變壓器，將其初級、次級線圈間的屏蔽，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。層可靠接地，以克服共模干擾的影響。采用采用交流電子調壓器交流電子調壓器，快速穩定供電電壓。，快速穩定供電電壓。配有配有不間斷供電電源不間斷供電電源 UPS，以保證供電的連續性。，以保證供電的連續性。現場控制站內

12、各現場控制站內各功能模塊所需直流電源功能模塊所需直流電源一般為一般為5V、15V(或或12 V)、以及、以及+24V。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識17增加直流電源系統的穩定性措施增加直流電源系統的穩定性措施給主機供電與給現場設備供電的電源要在給主機供電與給現場設備供電的電源要在電氣上隔離電氣上隔離，以，以減少相互間的干擾減少相互間的干擾 。 采用采用冗余的雙電源方式冗余的雙電源方式給各功能模塊供電。給各功能模塊供電。一般由統一的主電源單元將交流電變為一般由統一的主電源單元將交流電變為 24V 直流電供給柜直流電供給柜內的直流母線，然后內的直流母線，然后通過通過 DC

13、-DC 轉換方式將轉換方式將 24V 直流電直流電源變換為子電源所需的電壓。源變換為子電源所需的電壓。主電源一般采用主電源一般采用 1:1 冗余配冗余配 置，置，而子電源一般采用而子電源一般采用 N:1 冗冗余配置。余配置。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識183.控制計算機 控制器電源單元I/O卡件現場總線接口卡件導軌控制計算機控制計算機第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識19控制計算機一般是由控制計算機一般是由 CPUCPU、存儲器、輸入、存儲器、輸入 / / 輸出通道輸出通道等基本部分組成。等基本部分組成。(1)CPU(1)CPU 用以實現用以實現算

14、術運算和邏輯運算算術運算和邏輯運算。可以可以執行復雜的先進控制算法執行復雜的先進控制算法，如自動整定、預測控，如自動整定、預測控制、模糊控制和自適應控制等。制、模糊控制和自適應控制等。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識20(2)(2)存儲器存儲器 控制計算機的存儲器分為控制計算機的存儲器分為RAMRAM和和ROMROM。在控制計算機中在控制計算機中 ROM ROM 占有較大的比例占有較大的比例。由于控制計算機在正常工作時運行的是一套固定的程由于控制計算機在正常工作時運行的是一套固定的程序，序，DCS中大都采用了中大都采用了程序固化的辦法。程序固化的辦法。在冗余控制計算機系

15、統中，還特別設有在冗余控制計算機系統中，還特別設有雙端口隨機存雙端口隨機存儲器儲器RAM RAM ，其中存放有，其中存放有過程輸入輸出數據、設定值和過程輸入輸出數據、設定值和PIDPID參數等參數等。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識21(3)總線 總線是總線是將現場控制站內部各單元連接起來將現場控制站內部各單元連接起來的通信介質。的通信介質。 (4)輸入/輸出通道 模擬量輸入模擬量輸入/輸出輸出(AI/AO)開關量輸入開關量輸入/輸出輸出(SI/SO)數字量輸入數字量輸入/輸出輸出(DI/DO)脈沖量輸入通道脈沖量輸入通道 (PI) 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散

16、控制系統基礎知識22模擬量輸入輸出通道模擬量輸入輸出通道(AI/AO)(AI/AO) 模擬量輸入通道模擬量輸入通道(AI)(AI)模擬量輸入通道模擬量輸入通道(AI)(AI)將來自在線檢測儀表和變送器的將來自在線檢測儀表和變送器的連續性模擬電信號轉換成數字信號連續性模擬電信號轉換成數字信號，送給送給CPUCPU進行處理。進行處理。模擬量輸出通道模擬量輸出通道(AO)(AO) 模擬量輸出通道模擬量輸出通道(AO)(AO)一般一般將計算機輸出的數字信號轉將計算機輸出的數字信號轉換為換為4-20mADC(4-20mADC(或或1-5VDC) 1-5VDC) 的連續直流信號的連續直流信號，用于，用于控

17、制各種執行機構。控制各種執行機構。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識23開關量輸入開關量輸入/ /輸出通道輸出通道(SI/SO)(SI/SO) 開關量輸入通道開關量輸入通道(SI)(SI)主要用來采集各種主要用來采集各種限位開關、限位開關、繼電器繼電器 或電磁閥連動觸點的開、關狀態或電磁閥連動觸點的開、關狀態，并輸入至計，并輸入至計算機。算機。開關量輸出通道開關量輸出通道(SO)(SO)主要用于控制主要用于控制電磁閥、繼電器、電磁閥、繼電器、指示燈、聲光報警器指示燈、聲光報警器等只具有開、關兩種狀態的設備。等只具有開、關兩種狀態的設備。脈沖輸入通道脈沖輸入通道(PI)(PI

18、) 脈沖輸入通道脈沖輸入通道(PI)(PI)將將現場儀表（如渦輪流量計現場儀表（如渦輪流量計等）輸出的為脈沖信號等）輸出的為脈沖信號處理后送入計算機。處理后送入計算機。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識242.2.2 2.2.2 操作站操作站嵌入型臺式操作站 桌面型操作站信息報警站工程師站 控制站 顯示器 標準鍵盤 主機 操作站主機柜 工作臺 中央控制室設備中央控制室設備第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識25 DCS DCS 操作站一般分為操作站一般分為操作員站和工程師站操作員站和工程師站兩種兩種。工程師站主要是工程師站主要是技術人員與控制系統的人機接

19、口技術人員與控制系統的人機接口，可以，可以對應用系統進行監視。對應用系統進行監視。工程師站為用戶提供了一個靈活的、功能齊全的工作平工程師站為用戶提供了一個靈活的、功能齊全的工作平臺，臺，通過組態軟件來實現用戶所要求的各種控制策略通過組態軟件來實現用戶所要求的各種控制策略。有些小型有些小型DCSDCS的的工程師站可以用一個操作員站代替工程師站可以用一個操作員站代替。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識26 操作臺操作臺 微處理機系統微處理機系統 外部存儲設備外部存儲設備 圖形顯示設備圖形顯示設備 操作鍵盤和鼠標操作鍵盤和鼠標 打印輸出設備打印輸出設備DCS DCS 操作站主要

20、設備操作站主要設備操作站設備操作站設備第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識272.2.3 2.2.3 冗余技術冗余技術1. 1. 冗余方式冗余方式冗余技術冗余技術多重化自動備用多重化自動備用簡易的手動備用簡易的手動備用后退運轉后退運轉同步運轉同步運轉待機運轉待機運轉第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識28同同 步步 運運 轉轉雙重化配置雙重化配置輸入輸入輸出輸出輸入輸入輸出輸出三重化配置三重化配置第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識29同步運轉方式同步運轉方式讓兩臺或兩臺以上的設備或部件同步運行，進行相同讓兩臺或兩臺以上的設備或部件同步運行

21、，進行相同的處理，并的處理，并將其輸出進行核對將其輸出進行核對。兩臺設備同步運行，兩臺設備同步運行，只有當它們的輸出一致時，才作只有當它們的輸出一致時，才作為正確的輸出，為正確的輸出，這種系統稱為這種系統稱為“雙重化系統雙重化系統”(Dual System)。三臺設備同步運行，三臺設備同步運行，將三臺設備的輸出信號進行比較，將三臺設備的輸出信號進行比較，取兩個相等的輸出作為正確的輸出值，取兩個相等的輸出作為正確的輸出值，這就是設備的這就是設備的三重化設置，三重化設置，第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識30待機運轉方式待機運轉方式同時配備兩臺設備，同時配備兩臺設備，使一臺設備

22、處于待機備用狀態。使一臺設備處于待機備用狀態。當工作設備發生故障時，啟動待機設備來保證系統正當工作設備發生故障時，啟動待機設備來保證系統正常運行。這種方式稱為常運行。這種方式稱為1:1 的備用方式的備用方式。對于對于N臺同樣設備，采用一臺待機設備的備用方式就稱臺同樣設備，采用一臺待機設備的備用方式就稱為為 N:1 備用備用。待機運行方式是待機運行方式是 DCS 中主要采用的冗余技術中主要采用的冗余技術。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識31后退運轉方式后退運轉方式使用多臺設備，在正常運行時，使用多臺設備，在正常運行時，各自分擔各種功能運各自分擔各種功能運行行。當其中之一發生

23、故障時，其他設備當其中之一發生故障時，其他設備放棄其中一些不重放棄其中一些不重要的功能，進行互相備用要的功能，進行互相備用。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識32簡易的手動備用方式簡易的手動備用方式采用采用手動操作手動操作方式實現對方式實現對自動控制自動控制方式的方式的備用備用。當當自動方式自動方式發生發生故障時故障時，通過，通過切換成手動工作方式切換成手動工作方式，來保持系統的控制功能。來保持系統的控制功能。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識332.冗余措施 通信網絡的冗余：通信網絡的冗余：采用采用一備一用一備一用的配置。的配置。操作站的冗余操作站的

24、冗余：采用采用工作冗余工作冗余的方式。的方式。現場控制站的冗余現場控制站的冗余：有的采用有的采用 1:1 冗余冗余，也有的采用也有的采用N:1 冗余冗余。采用無中斷自動切換方式。采用無中斷自動切換方式。電源的冗余：電源的冗余：除了除了 220V 交流供電外，還采用了交流供電外，還采用了鎳鎘鎳鎘電電池、鉛鈣電池以及干電池池、鉛鈣電池以及干電池等多級掉電保護措施。等多級掉電保護措施。輸入輸入/輸出模塊的冗余：部分輸出模塊的冗余：部分重要卡件重要卡件采用采用 1:1 冗余冗余。DCS軟件軟件還采用了還采用了信息冗余技術信息冗余技術。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識342.3 集

25、散控制系統的軟件體系本節內容提要本節內容提要軟件體系軟件體系組態軟件、控制層軟件和監控軟件的功能組態軟件、控制層軟件和監控軟件的功能第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識35DCS軟件主要分為：軟件主要分為： 組態軟件、控制層軟件、監控軟件組態軟件、控制層軟件、監控軟件（1）組態軟件：安裝于工程師站。完成系統控制層軟件和監）組態軟件：安裝于工程師站。完成系統控制層軟件和監控軟件的組態功能。控軟件的組態功能。 根據根據實際生產過程控制的需要實際生產過程控制的需要，預先將預先將DCS所提供的硬所提供的硬件設備和軟件功能模塊組織起來件設備和軟件功能模塊組織起來，以完成特定的任務。，以

26、完成特定的任務。 要做的組態主要包括：要做的組態主要包括：l硬件配置硬件配置l數據庫組態數據庫組態l控制算法組態控制算法組態l流程顯示及操作畫面組態流程顯示及操作畫面組態l報表組態報表組態l編譯和下裝編譯和下裝第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識36（2）控制層軟件：特指運行于現場控制站的）控制層軟件：特指運行于現場控制站的控制器中的軟件，針對控制對象，完成控制控制器中的軟件，針對控制對象，完成控制功能。功能。其基本功能：其基本功能：I/O數據的采集、數據預處理、數據的采集、數據預處理、數據組織管理、控制運算及數據組織管理、控制運算及I/O數據的輸出數據的輸出。第第2 2章集

27、散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識37（3）監控軟件）監控軟件 指操作員站或工程師站上的軟件，主要完指操作員站或工程師站上的軟件，主要完成操作人員所發出的各個命令的執行、圖形成操作人員所發出的各個命令的執行、圖形與畫面的顯示、報警信息的顯示處理、對現與畫面的顯示、報警信息的顯示處理、對現場各類檢測數據的集中處理。場各類檢測數據的集中處理。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識382.4 集散控制系統的基本功能本節內容提要本節內容提要控制站的基本功能控制站的基本功能 反饋控制反饋控制邏輯控制邏輯控制順序控制順序控制批量控制批量控制數據采集與處理數據采集與處理數據通信數據通信

28、操作站的基本功能操作站的基本功能 顯示顯示操作操作報警報警組態組態系統維護系統維護報告生成報告生成 自診斷功能自診斷功能 離線自診斷離線自診斷 在線自診斷在線自診斷 顯示故障代碼顯示故障代碼定位故障卡件定位故障卡件 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識391.反饋控制2.4.1 2.4.1 現場控制站的基本功能現場控制站的基本功能反饋控制反饋控制輸入處理輸入處理控制運算控制運算回路組態回路組態輸出處理輸出處理報警處理報警處理反饋控制功能分布圖反饋控制功能分布圖第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識40(1)(1)輸入信號處理輸入信號處理模擬輸入信號處理模擬輸入

29、信號處理合理性檢驗合理性檢驗零偏修正零偏修正 規格化規格化 工程量變換工程量變換 非線性處理非線性處理 開方運算開方運算 補償運算補償運算 脈沖序列的瞬時值變換及累計脈沖序列的瞬時值變換及累計第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識41對于對于數字信號數字信號狀態報警及輸出方式處理。狀態報警及輸出方式處理。對于脈沖序列對于脈沖序列瞬時值變換及累積計算。瞬時值變換及累積計算。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識42報警類型報警類型 儀表異常儀表異常報警報警、絕對值報警絕對值報警、偏差報警偏差報警、速率速率報警以及累計值報警報警以及累計值報警等等。報警限值報警限值

30、 為了實現預報警，為了實現預報警，DCS中通常還設置了多重報中通常還設置了多重報警限，如上限、上上限、下限、下下限等。警限，如上限、上上限、下限、下下限等。 報警優先級報警優先級 報警優先級參數報警優先級參數 報警鏈中斷參數報警鏈中斷參數 最高報警選擇參數最高報警選擇參數 (2)(2)報警處理報警處理第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識43(3)(3)控制運算控制運算常規常規 PID 微分先行微分先行PID積分分離積分分離開關控制開關控制時間比例式開關控制時間比例式開關控制信號選擇信號選擇比率設定比率設定常 用 算 法時間程序設定時間程序設定 Smith 預估控制預估控制多變

31、量解耦控制多變量解耦控制一階滯后運算一階滯后運算超前超前-滯后運算滯后運算其他運算等其他運算等第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識44(4) 控制回路組態根據控制策略的需要，根據控制策略的需要，將一些功能模塊通過軟件連接將一些功能模塊通過軟件連接起來起來，構成檢測回路或控制回路。，構成檢測回路或控制回路。溫度與壓力串級控制系統回路組態圖溫度與壓力串級控制系統回路組態圖第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識45(5)輸出信號處理輸出開路檢驗輸出開路檢驗輸出上下限檢驗輸出上下限檢驗輸出變化率限幅輸出變化率限幅模擬輸出模擬輸出開關輸出開關輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度輸出

32、 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識462.邏輯控制根據輸入變量的狀態，根據輸入變量的狀態，按邏輯關系進行的控制按邏輯關系進行的控制。在在DCS中，由中，由邏輯功能模塊邏輯功能模塊實現邏輯控制功能。實現邏輯控制功能。邏 輯 控 制 功 能與與 ( AND )或或 ( OR )非非 ( NO )異或異或 ( XOR )連接連接 ( LINK )進行延時進行延時 ( ON DELAY )停止延時停止延時 ( OFF DELAY )觸發器觸發器 ( FLIP - FLOP) 脈沖脈沖 ( PULSE )第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識473.順序控制順序控制

33、：順序控制：按按預定的動作順序或邏輯，依次執行各階預定的動作順序或邏輯，依次執行各階段動作程序段動作程序。順序控制中可以順序控制中可以兼用反饋控制、邏輯控制和輸入兼用反饋控制、邏輯控制和輸入 / 輸出輸出監視監視等功能。等功能。實現順序控制的常用方法實現順序控制的常用方法順序表法順序表法程序語言方式程序語言方式梯形圖法梯形圖法第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識48順序表法順序表法將控制順序按邏輯關系和時間關系將控制順序按邏輯關系和時間關系預先編成順序記錄預先編成順序記錄，存儲于管理文件中，然后逐項執行存儲于管理文件中，然后逐項執行。程序語言方式程序語言方式通過語言編程來實現

34、順序控制通過語言編程來實現順序控制。梯形圖法梯形圖法（梯形邏輯控制語言梯形邏輯控制語言）由繼電器邏輯電路圖演變而來的一種由繼電器邏輯電路圖演變而來的一種解釋執行程序的設解釋執行程序的設計語言計語言。隨著隨著 DCS 的發展，已出現了的發展，已出現了梯形邏輯與連續控制算法梯形邏輯與連續控制算法相結合相結合的復合控制功能。的復合控制功能。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識494.批量控制根據工藝要求，將根據工藝要求，將反饋控制與邏輯、順序控制結合起反饋控制與邏輯、順序控制結合起來來，使一個間歇式生產過程得到合格產品的控制。，使一個間歇式生產過程得到合格產品的控制。反饋控制的報

35、警信號反饋控制的報警信號回路狀態信號回路狀態信號模擬信號的比較、判斷、運算結果模擬信號的比較、判斷、運算結果順序控制的條件信號順序控制的條件信號第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識50回路的切換回路的切換參數的變更參數的變更設定值的調整設定值的調整控制算法的變更控制算法的變更控制方案的變更控制方案的變更由順序控制轉換為反饋控制的條件由順序控制轉換為反饋控制的條件第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識515.輔助功能(1)控制方式選擇手動手動( MAN ) 自動自動( AUT ) 串級串級( CAS ) 計算機計算機( COMP ) (2)測量值跟蹤在手動方式時

36、，使本回路的設定值不再保持原來的值，在手動方式時，使本回路的設定值不再保持原來的值，而跟蹤測量值。而跟蹤測量值。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識52(3)輸出值跟蹤在手動方式時，使內存單元中在手動方式時，使內存單元中 PID 輸出值跟蹤手操輸輸出值跟蹤手操輸出值。出值。從手動切換到自動時，從手動切換到自動時，內存單元中的自動輸出數值與內存單元中的自動輸出數值與手操輸出值相等，手操輸出值相等，切換是無擾動的。切換是無擾動的。 在自動方式時，在自動方式時，手操器的輸出值手操器的輸出值是始終是始終跟蹤跟蹤控制器的控制器的自動輸出值自動輸出值的。的。從自動切換到手動時，從自動切換

37、到手動時，手操器的輸出值與手操器的輸出值與PID的輸出值的輸出值相等，相等，切換是無擾動的。切換是無擾動的。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識532.4.2 2.4.2 操作站的基本功能操作站的基本功能操作站的操作站的基本功能基本功能顯示顯示報警報警系統維護系統維護報告生成報告生成操作操作系統組態系統組態操作站的基本功能分布圖操作站的基本功能分布圖第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識541. 1.顯示顯示 它以模擬方式、數字方式及趨勢曲線實時顯示每個控制回路它以模擬方式、數字方式及趨勢曲線實時顯示每個控制回路的測量值的測量值(PV)、設定值、設定值(SV

38、)及控制輸出值及控制輸出值(MV)。 在顯示器上，工藝設備和控制設備等的各種狀態等能以字符在顯示器上，工藝設備和控制設備等的各種狀態等能以字符方式、模擬方式、圖形及色彩等多種方式顯示出來。方式、模擬方式、圖形及色彩等多種方式顯示出來。2. 2.操作操作 操作站可對全系統每個控制回路進行操作，對設定值、控操作站可對全系統每個控制回路進行操作，對設定值、控制輸出值、控制算式中的常數值、順控條件值和操作值進行調制輸出值、控制算式中的常數值、順控條件值和操作值進行調整，對控制回路中的各種操作方式整，對控制回路中的各種操作方式 ( 如手動、自動、串級、計算如手動、自動、串級、計算機、順序手動等機、順序手

39、動等 ) 進行切換。對報警限設定值、順控定時器及計進行切換。對報警限設定值、順控定時器及計數器的設定值進行修改和再設定。數器的設定值進行修改和再設定。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識553. 3.報警報警 操作站以畫面方式、色彩操作站以畫面方式、色彩 ( 或閃光或閃光 ) 方式、模擬方式、數方式、模擬方式、數字方式及音響信號方式對各種變量的越限和設備狀態異常進行字方式及音響信號方式對各種變量的越限和設備狀態異常進行各種類型的報警。各種類型的報警。4. 4.系統組態系統組態 DCS實際應用于生產過程控制時，需要根據設計要求，預實際應用于生產過程控制時，需要根據設計要求，預先

40、將硬件設備和各種軟件功能模塊組織起來，以使系統按特定先將硬件設備和各種軟件功能模塊組織起來，以使系統按特定的狀態運行，這就是系統組態。的狀態運行，這就是系統組態。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識56 應用組態軟件用來建立功能模塊，包括輸入模塊、輸出模應用組態軟件用來建立功能模塊，包括輸入模塊、輸出模塊、運算模塊、反饋控制模塊、邏輯控制模塊、順序控制模塊塊、運算模塊、反饋控制模塊、邏輯控制模塊、順序控制模塊和程序模塊等，將這些功能模塊適當的組合，而構成控制回路，和程序模塊等，將這些功能模塊適當的組合，而構成控制回路，以實現各種控制功能。以實現各種控制功能。 應用組態方式有填

41、表式、圖形式、窗口式及混合式等。應用組態方式有填表式、圖形式、窗口式及混合式等。 組態過程是先系統組態，后應用組態。組態主要針對過程控組態過程是先系統組態，后應用組態。組態主要針對過程控制級和過程管理級。制級和過程管理級。 設備組態的順序是自上而下，先過程管理級，后過程控制級；設備組態的順序是自上而下，先過程管理級，后過程控制級； 功能組態的順序恰好相反，先過程控制級，后過程管理級。功能組態的順序恰好相反，先過程控制級，后過程管理級。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識575. 5.系統維護系統維護 當系統中的某設備發生故障時，一方面立刻切換到備用設備，當系統中的某設備發生故

42、障時，一方面立刻切換到備用設備，另一方面經通信網絡傳輸報警信息，在操作站上顯示故障信息，另一方面經通信網絡傳輸報警信息，在操作站上顯示故障信息，蜂鳴器等發出音響信號，督促工作人員及時處理故障。蜂鳴器等發出音響信號，督促工作人員及時處理故障。6. 6.報告生成報告生成 根據生產管理需要，操作站可以打印各種班報、日報、操根據生產管理需要，操作站可以打印各種班報、日報、操作日記及歷史記錄，還可以拷貝流程圖畫面等。作日記及歷史記錄，還可以拷貝流程圖畫面等。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識582.4.32.4.3自診斷功能自診斷功能在系統投運前，用在系統投運前，用離線診斷程序檢查離

43、線診斷程序檢查各部分的工作狀態。各部分的工作狀態。系統運行中，各設備不斷執行系統運行中，各設備不斷執行在線自診斷程序在線自診斷程序。一旦發現錯誤，立即切換到備用設備；一旦發現錯誤，立即切換到備用設備；同時經過通信網絡在顯示器上同時經過通信網絡在顯示器上顯示出故障代碼，顯示出故障代碼，等待及時等待及時處理處理；故障代碼可以故障代碼可以定位到卡件定位到卡件板，用戶只需及時板，用戶只需及時更換卡件。更換卡件。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識592.5 數據通信技術本節內容提要本節內容提要通信系統的組成通信系統的組成 通信類型通信類型 傳輸方式傳輸方式 串行傳輸與并行傳輸串行傳

44、輸與并行傳輸 基帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸與寬帶傳輸異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸 傳輸速率傳輸速率 信息編碼信息編碼 數據交換方式數據交換方式1. 1.數數 據據 通通 信信 原原 理理 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識60局部網絡的概念局部網絡的概念 局部網絡拓撲結構局部網絡拓撲結構 傳輸介質傳輸介質 網絡控制方法網絡控制方法 差錯控制技術差錯控制技術 2. 2. 通通 信信 網網 絡絡3. 3.通信協議通信協議通信協議的概念通信協議的概念 開放系統互連參考模型開放系統互連參考模型第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識61傳輸速率傳輸速率 信息編碼

45、信息編碼 數據交換方式數據交換方式 現場總線的國際標準現場總線的國際標準 現場總線通信模型現場總線通信模型 現場總線的網絡拓撲結構現場總線的網絡拓撲結構 HART總線簡介總線簡介 4. 4.現場總線簡介現場總線簡介 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識622.5.1 2.5.1 數據通信原理數據通信原理數據通信數據通信計算機或其他數字裝置與通信介質相結合，實現計算機或其他數字裝置與通信介質相結合，實現對數對數據信息的傳輸、轉換、存儲和處理據信息的傳輸、轉換、存儲和處理的通信技術。的通信技術。在在DCS中，各單元之間的數據信息傳輸就是通過數據中，各單元之間的數據信息傳輸就是通過

46、數據通信系統完成的。通信系統完成的。通信通信用特定的方法，通過某種介質用特定的方法，通過某種介質將信息從一處傳輸到另將信息從一處傳輸到另一處的過程。一處的過程。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識631.數據通信系統的組成通信系統組成通信系統組成信號信號發送裝置發送裝置接收裝置接收裝置信道信道通信協議通信協議圖圖2.2 通信系統模型通信系統模型第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識64(1)(1)信號信號 ( (報文報文) )需要傳送的數據，由需要傳送的數據，由文本、數字、圖片或聲音文本、數字、圖片或聲音等及其等及其組合組成。組合組成。(2)(2)發送裝置發

47、送裝置 具有作為二進制數據源的能力，任何具有作為二進制數據源的能力，任何能夠產生和處理能夠產生和處理數據的設備數據的設備。(3)(3)接收裝置接收裝置 能夠接收模擬或數字形式數據的任何功能的設備能夠接收模擬或數字形式數據的任何功能的設備。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識65(4)(4)信道信道 信道信道發送裝置與接收裝置之間的發送裝置與接收裝置之間的信息傳輸通道信息傳輸通道。信道包括信道包括傳輸介質傳輸介質和有關的和有關的中間設備中間設備。常用的傳輸介質常用的傳輸介質雙絞線雙絞線同軸電纜同軸電纜光纜光纜無線電波無線電波微波微波第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統

48、基礎知識66(5)(5)通信協議通信協議 通信協議是控制數據通信的一組通信協議是控制數據通信的一組規則、約定與標準規則、約定與標準。通信協議定義了通信協議定義了通信的內容、格式，通信如何進行、通信的內容、格式，通信如何進行、何時進行何時進行等。等。發送裝置把要發送的信息送上信道，再經過信道將信發送裝置把要發送的信息送上信道，再經過信道將信息傳輸到接收裝置。息傳輸到接收裝置。信息在傳輸過程中會受到來自通信系統內外干擾的影信息在傳輸過程中會受到來自通信系統內外干擾的影響。響。通信過程通信過程第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識672. 通信類型模擬通信模擬通信以以連續模擬信號傳輸

49、信息連續模擬信號傳輸信息的通信方式。的通信方式。數字通信數字通信將將數字信號進行傳輸數字信號進行傳輸的通信方式。的通信方式。數據信息數據信息具有一定具有一定編碼、格式和字長編碼、格式和字長的數字信息。的數字信息。通信類型通信類型模擬通信模擬通信數字通信數字通信第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識683.傳輸方式(l)(l)單工方式單工方式 信息只能沿一個方向傳輸，而不能沿相反方向傳輸。信息只能沿一個方向傳輸，而不能沿相反方向傳輸。(2)(2)半雙工方式半雙工方式 信息可以沿著兩個方向傳輸，但在指定時刻，信息只能信息可以沿著兩個方向傳輸，但在指定時刻，信息只能沿一個方向傳輸。沿

50、一個方向傳輸。(3)(3)全雙工方式全雙工方式 信息可以同時沿著兩個方向傳輸。信息可以同時沿著兩個方向傳輸。 傳輸方式傳輸方式單工單工全雙工全雙工半雙工半雙工第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識69圖圖2.3 信息傳輸方式信息傳輸方式第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識704.串行傳輸與并行傳輸(1)(1)串行傳輸串行傳輸數據數據逐位依次逐位依次在信道上進行傳輸的方式。在信道上進行傳輸的方式。(2)(2)并行傳輸并行傳輸數據數據多位同時多位同時在信道上進行傳輸的方式。在信道上進行傳輸的方式。在在DCS中，數據通信網絡幾乎全部采用中，數據通信網絡幾乎全部采用串

51、行傳輸串行傳輸方式。方式。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識71圖2.4 串行傳輸與并行傳輸(a)串行傳輸；(b)并行傳輸 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識725. 基帶傳輸與寬帶傳輸(1)(1)基帶傳輸基帶傳輸 基帶：電信號所固有的頻帶。基帶：電信號所固有的頻帶。基帶傳輸：直接基帶傳輸：直接將電脈沖信號原樣進行傳輸將電脈沖信號原樣進行傳輸。(2)(2)寬帶傳輸寬帶傳輸 載帶傳輸：在信道上傳輸調制信號。載帶傳輸：在信道上傳輸調制信號。寬帶傳輸：實現多路信號同時傳輸。寬帶傳輸：實現多路信號同時傳輸。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識

52、736. 6.異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸在異步傳輸中，信息在異步傳輸中，信息以字符為單位以字符為單位進行傳輸。進行傳輸。每個信息字符都具有自己的每個信息字符都具有自己的起始位和停止位起始位和停止位。一個字符中的一個字符中的各個位是同步的各個位是同步的，但字符與字符之間的，但字符與字符之間的時間間隔是不確定的。時間間隔是不確定的。在同步傳輸中，信息是在同步傳輸中，信息是以數據塊為單位以數據塊為單位進行傳輸的。進行傳輸的。通信系統中有專門用來使發送裝置和接收裝置保持同通信系統中有專門用來使發送裝置和接收裝置保持同步的步的時鐘脈沖時鐘脈沖，使兩者以同一頻率連續工作，并且保，使兩者以同一頻率

53、連續工作，并且保持一定的相位關系。持一定的相位關系。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識747. 7.傳輸速率傳輸速率信息傳輸速率又稱為比特率，是指信息傳輸速率又稱為比特率，是指單位時間內通信系統單位時間內通信系統所傳輸的信息量所傳輸的信息量。比特率一般以每秒鐘所能夠傳輸的比特數來表示，記為比特率一般以每秒鐘所能夠傳輸的比特數來表示，記為Rb。信息傳輸速率的單位是信息傳輸速率的單位是比特比特/秒，記為秒，記為 bit/s 或或 bps。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識758.信息編碼信息在通過通信介質進行傳輸前必須信息在通過通信介質進行傳輸前必須先轉換

54、為電磁信先轉換為電磁信號。號。將信息轉換為信號將信息轉換為信號需要對信息進行編碼。需要對信息進行編碼。數字數字-模擬編碼模擬編碼：用模擬信號表示數字信息的編碼。：用模擬信號表示數字信息的編碼。在模擬傳輸中，發送設備產生一個高頻信號作為基波，在模擬傳輸中，發送設備產生一個高頻信號作為基波，來承載信息信號。來承載信息信號。移動鍵控移動鍵控：將信息信號調制到載波信號上，這種形式：將信息信號調制到載波信號上，這種形式的改變稱為調制的改變稱為調制 ( 移動鍵控移動鍵控 )，信息信號被稱為調制信，信息信號被稱為調制信號。號。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識76數字信息是通過數字信息是

55、通過改變載波信號的一個或多個特性改變載波信號的一個或多個特性 ( 振幅、振幅、頻率或相位頻率或相位 )來實現編碼的。來實現編碼的。載波信號是正弦波信號，它有三個描述參數，載波信號是正弦波信號，它有三個描述參數，即振幅、即振幅、頻率和相位，頻率和相位，所以相應地也有三種調制方式，即所以相應地也有三種調制方式，即調幅方調幅方式、調頻方式和調相方式。式、調頻方式和調相方式。編碼方法編碼方法幅移鍵控幅移鍵控相移鍵控相移鍵控頻移鍵控頻移鍵控第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識77(1)(1)幅移鍵控法幅移鍵控法(Amplitude Shift Keying ，ASK) 用調制信號的用調

56、制信號的振幅變化振幅變化來表示二進制數。來表示二進制數。例如用高振幅表示例如用高振幅表示 1，用低振幅表示，用低振幅表示 0，如圖，如圖 2.5(a) 所示。所示。(2)(2)頻移鍵控法頻移鍵控法(Frequency Shift Keying ，FSK) 用調制信號的用調制信號的頻率變化頻率變化來表示二進制數的。來表示二進制數的。例如用高頻率表示例如用高頻率表示 1，用低頻率表示，用低頻率表示 0，如圖，如圖 2.5(b) 所示。所示。(3)(3)相移鍵控法相移鍵控法(Phase shift keying ，PSK ) 用調制信號的用調制信號的相位變化相位變化來表示二進制數。來表示二進制數。例

57、如用例如用0相位表示相位表示 0，用，用 180相位表示相位表示 1，如圖，如圖 2.5(c) 所所示。示。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識78圖圖2.5 三種調制方式三種調制方式第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識799.數據交換方式數據交換方式數據交換方式線路交換線路交換報文分組交換報文分組交換報文交換報文交換第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識80(1)(1)線路交換方式線路交換方式通信過程通信過程線路建立線路建立數據通信數據通信線路拆除線路拆除兩個節點之兩個節點之間，事先建間，事先建立起一條實立起一條實際的物理連際的物理連接。

58、接。在這條實際在這條實際的物理連接的物理連接上交換數據。上交換數據。數據交換完數據交換完成之后再拆成之后再拆除物理連接。除物理連接。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識81(2)(2)報文交換方式（存儲轉發方式）報文交換方式（存儲轉發方式）經由中間節點的經由中間節點的存儲轉發功能存儲轉發功能來實現數據交換。來實現數據交換。報文交換方式交換的基本數據單位是報文交換方式交換的基本數據單位是一個完整的報文一個完整的報文；源地址源地址數據數據控制信息控制信息目的目的地址地址報文的組成報文的組成(3)(3)報文分組交換方式報文分組交換方式 基本數據單位是一個基本數據單位是一個報文分組報

59、文分組。報文分組是一個完整的報文報文分組是一個完整的報文按順序分割按順序分割開來的比較短開來的比較短的數據組。的數據組。第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識822.5.2 2.5.2 通信網絡通信網絡計算機網絡計算機網絡把分布在不同地點且具有獨立功能的把分布在不同地點且具有獨立功能的多個計算機系統多個計算機系統通過通信設備和介質通過通信設備和介質連接起來連接起來，在功能完善的網絡軟，在功能完善的網絡軟件和協議的管理下，以實現網絡中的件和協議的管理下，以實現網絡中的資源共享資源共享。DCS的通信網絡的通信網絡實質實質上上 就是計算機網絡。就是計算機網絡。 第第2 2章集散控制系

60、統基礎知識章集散控制系統基礎知識831.局部網絡的概念局部區域網絡局部區域網絡 (Local Area Network(Local Area Network，LAN)LAN)一種一種分布在有限區域內分布在有限區域內的計算機網絡。的計算機網絡。將分布在不同地理位置上的將分布在不同地理位置上的多個具有獨立工作能力的計多個具有獨立工作能力的計算機系統連接起來，算機系統連接起來，并配置了網絡軟件的一種網絡。并配置了網絡軟件的一種網絡。用戶能夠用戶能夠共享網絡中的所有硬件、軟件和數據共享網絡中的所有硬件、軟件和數據等資源。等資源。 第第2 2章集散控制系統基礎知識章集散控制系統基礎知識842.局部網絡拓