分散型控制系统

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1、第一章概述分散型控制系统（DCS：DistributedControlSystem)，简称分散系统。自第一套DCS面世以来，一场波及全球的DCS生产和应用竞赛从此拉开了序幕。其发展主要来源于二方面的激励：一是时代的要求，即来自环境的刺激，以信息管理和自动化为中心展开的技术和经济市场的激烈竞争；二是支撑DCS发展的内部因素，即计算机技术，通讯技术和自动控制技术等发展所创造的先决条件。在短短的近二十年时间里，世界上已有几十家公司推出50多种DCS产品，实际应用回路数达百万个之多，应用面几乎覆盖了所有的过程控制领域。可以说，DCS给工业控制及其装置带来了

2、又一次具有划时代意义的飞跃。1.1分散型控制系统综述1.1.1分散型控制系统的基本概念和特点为了搞清什么是DCS，首先在概念上作一个划分。一、集中型控制系统和分散型控制系统1．集中型控制系统（CCS：CentralControlSystem）CCS指过程控制器、指示仪、记录仪或者控制计算机集中安装在中央控制室中，通过管路或线路与现场传感器、现场执行器相连所构成的过程控制系统。例如：50年代，自动化仪表以气动仪表为主流，出现了集中型模拟式气动仪表控制系统。60年代，自动化仪表以模拟式电动仪表（DDZ－Ⅱ，DDZ一Ⅲ型）为主流，产生了集中型模拟式电动仪

3、表控制系统。计算机在过程控制领域的应用可追溯到50年代，到了60年代至70年代初，形成了集中型计算机控制系统发展时期。经历了直接数字控制系统（DDC），集中型计算机控制系统和监督计算机控制系统等阶段。（1）直接数字控制系统（DDC：DirectDigitalControl）直接数字控制是计算机控制技术的基础，主要是由一台数字计算机替代一组模拟调节器。DDC比起模拟仪表控制的主要优点在于，所有PID和其它运算均在计算机中进行，保持了数字化的精度。但由于当时的计算机运算速度十分有限，不能对快速过程很好地控制。（2）集中型计算机控制系统集中型计算机控制系

4、统的系统结构如图1-1所示。它把几十个甚至几百个控制回路及上千个过程变量的显示、操作和控制集中在单一计算机上实现，即在一台计算机上实现了过程监视、数据收集、数据处理，数据存储、报警和登录以及过程控制，甚至于部分生产调度和工厂管理等功能。集中型计算机控制比起常规仪表控制系统有很大的优越性，第一，控制组态灵活。对于控制回路的增知，控制方案的变化，可由软件改变。第二，控制功能齐全。可以实现各种先进控制，联锁功能等复杂控制。第三，单一计算机的集中控制和管理。便于信息的分析和综合，容易实现整个大系统的最优控制。第四，良好的人机接口。使大量的模拟仪表盘仅用一个

5、CRT显示，改善了操作员的工作环境。19然而，集中型计算机控制存在一个最大的致命弱点，就是危险集中，单台计算机控制着几十个甚至几百个回路，一旦计算机发生故障，将导致生产过程的全面瘫痪。这一主要缺点影响了集中型计算机控制的推广。(3)监督计算机控制系统(SCC：SupervisoryComputerControl)监督计算机控制系统属于过程现场控制和集中显示操作相分离的分层计算机控制系统。在二级系统中；第一级计算机与生产过程连接，并承担测量和控制任务，即完成直接数字控制，第二级计算机对生产过程工况，操作条件的变更信息和数字模型进行必要的转换，给第一级

6、计算机提供最佳给定值和最优控制量等各种控制信息。监督计算机控制系统的系统结构如图1-2所示。2．分散型控制系统（DCS）19分散型控制系统是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。分散型控制系统一般由集中管理部分，分散控制监测部分和通讯部分组成。其中分散控制监测部分（即现场控制单元），按地理位置分散于现场，或集中安装在控制室，一般可控制1个或数个回路，具有几十种甚至上百种运算功能。分散型控制系统软件一般由实时多任务操作系统，数据库管理系统，数据通信软件，组态软件和各种应用软件所组成。其中组态软件工具，可以按用户

7、要求生成实用系统。分散型控制系统与常规仪表控制，以及集中型计算机控制系统相比具有十分显著的优点，具体表现在下面几方面：（1）自律性极强的单元结构。即单元功能齐全，可靠性极高，是—个自治的系统。（2）完善的控制功能。有串级控制系统，前馈——反馈复合控制系统，自适应控制系统，多变量解耦控制系统等控制功能。（3）统领全局的窗口功能。有CRT操作站（包括工程师接口和操作员接口），以及高速处理器和专用图形协处理器。用键盘、鼠标或球标器以及触摸屏幕进行操作，可显示总貌，分组和单元等各种数据，模拟图、趋势图等各种画面，以及操作、报警等各种信息。（4）局部网络通信

8、技术。过程控制系统引入先进通讯技术是其向分散型控制系统发展的主要标志。保证实时控制信息传输，以及全系统的信息综合管理。（5