02第二章 dcs的体系结构

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1、第二章DCS的体系结构主要内容1、DCS的体系结构形成2、DCS分层结构中各层的功能3、DCS的构成与联系4、DCS体系结构的技术特点5、PCS7体系结构的介绍第1章已经将集散控制系统的概念、特点、起源及其发展作了介绍，本章着重从集散控制系统的体系结构出发，来分析DCS体系结构的特点和功能，以便使读者了解和认识DCS。自DCS诞生以来，随着计算机、通信网络、屏幕显示和控制技术的发展与应用，DCS也不断发展，结构体系不断更新，功能不断加强，已经向着计算机集成综合制造系统方向发展。尽管不同DCS产品在硬件的互换性、软件的兼容性、操作的一致

2、性上很难达到统一，但从其基本构成方式和构成要素来分析，仍然具有相同或相似的体系结构。1.1DCS的体系结构形成中央计算机集中控制系统的形成（在20世纪60年代前期）1.1DCS的体系结构形成DCS分层体系结构的形成（20世纪60年代末到70年代初）1.1DCS的体系结构形成DCS分层体系结构的形成（20世纪60年代末到70年代初）1.1DCS的体系结构形成DCS分层体系结构图2.5DCS的层次结构1.1DCS的体系结构形成1.现场装置管理层次的直接控制层(过程控制级)在这一级上，过程控制计算机直接与现场各类装置(如变送器、执行器、记录

3、仪表等)相连，对所连接的装置实施监测、控制，同时它还向上与第二层的计算机相连，接收上层的管理信息，并向上传递装置的特性数据和采集到的实时数据。2.过程管理层(操作监控层)在这一级上的过程管理计算机主要有监控计算机、操作站、工程师站。它综合监视过程各站的所有信息、集中显示操作，控制回路组态和参数修改，优化过程处理等。1.1DCS的体系结构形成3.生产管理层(产品管理级)在这一级上的管理计算机根据产品各部件的特点，协调各单元级的参数设定，是产品的总体协调员和控制器。4.决策管理层(工厂总体管理和经营管理层)这一级居于中央计算机上，并与办公

4、室自动化连接起来，担负起全厂的总体协调管理，包括各类经营活动、人事管理等。1.1DCS的体系结构形成2.2DCS分层结构中各层的功能2.1节已经就计算机控制系统的发展谈及到集散控制系统的结构分层模式，并归纳出集散控制系统的四级典型功能层次，下面将着重阐述各层的功能。2.2DCS分层结构中各层的功能图2.6集散控制系统体系结构的各层功能2.2.1直接控制级直接控制层是集散型控制系统的基础，其主要任务有。(1)进行过程数据采集：即对被控设备中的每个过程量和状态信息进行快速采集，使进行数字控制、开环控制、设备监测、状态报告的过程等获得所需要

5、的输入的信息。(2)进行直接数字的过程控制：根据控制组态数据库、控制算法模块来实施实时的过程量(如开关量、模拟量等)的控制。(3)进行设备监测和系统的测试、诊断：把过程变量和状态信息取出后，分析是否可以接受以及是否可以允许向高层传输。(4)实施安全性、冗余化方面的措施：一旦发现计算机系统硬件或控制板有故障，就立即实施备用件的切换，保证整个系统安全运行。2.2DCS分层结构中各层的功能2.2.2过程管理级在过程管理级主要是应付单元内的整体优化，并对其下层产生确切的命令，在这一层可完成的功能有。(1)优化过程控制：这可以根据过程的数学模型

6、以及所给定的控制对象来进行，优化控制只有在优化执行条件确保的条件达到。(2)自适应回路控制：在过程参数希望值的基础上，通过数字控制的优化策略。当现场条件发生改变时，经过过程管理级计算机的运算处理就得到新的设定值和调节值，并把调节值传送到直接过程控制层。(3)优化单元内各装置，使它们密切配合：这主要是根据单元内的产品、原材料、库存以及能源的使用情况，优化相互的关系。(4)通过获取直接控制层的实时数据以进行单元内的活动监视、故障检测存档、历史数据的存档、状态报告和备用。2.2DCS分层结构中各层的功能2.2.3生产管理级产品规划和控制级完

7、成一系列的功能，要求有比系统和控制工程更宽的操作和逻辑分析功能，根据用户的订货情况、库存情况、能源情况来规划各单元中的产品结构和规模。并且可使产品重新计划，随时更改产品结构，这一点是工厂自动化系统高层所需要的，有了产品重新组织和柔性制造的功能就可以应付由于用户订货变化所造成的不可预测的事件。由此，一些较复杂的工厂在这一控制层就实施了协调策略。此外，对于统观全厂生产和产品监视以及产品报告也都在这一层来实现，并与上层交互传递数据。在中小企业的自动化系统中，这一层可能就充当最高一级管理层。2.2DCS分层结构中各层的功能2.2.4工厂经营管

8、理级经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层，它管理的范围很广，包括工程技术方面、经济方面、商业事务方面、人事活动方面以及其他方面的功能。把这些功能都集成到软件系统中，通过综合的产品计划，在各种变化条件下，结合多种多样的材