dcs课件 第2章 DCS系统的体系结构

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1、第2章DCS的体系结构2021/8/102.1DCS的体系结构形成2.2DCS分层结构中各层的功能2.3DCS的构成与联系2.4DCS的体系结构的技术特点2.5DCS体系结构典型示例2021/8/102.1DCS的体系结构形成2.1.1中央计算机集中控制系统的形成2.1.2DCS分层体系结构的形成2.1.3DCS的分层体系结构2021/8/102.1.1中央计算机集中控制系统的形成图2.1专用计算机控制系统图2.2中央计算机的引入2021/8/10在中央计算机上必须完成以下功能：(1)过程监测。(2)数据采集

2、。(3)报警和记录。(4)数据存档。(5)数据处理。(6)过程控制。2021/8/102.1.2DCS分层体系结构的形成对于集中式计算机控制系统，其两大应用指标就是中央计算机的处理速度和计算机自身的可靠性，存在如下问题。计算机的处理速度问题。系统的复杂性问题。系统维修改造问题。2021/8/10基于这种状况，必须寻求一种更加可靠的计算机自动化控制系统，其方案不外乎有以下两种。(1)使计算机本身更加可靠。(2)引入功能上可替代的集散型控制技术，以改善系统的可靠性。2021/8/1020世纪60年代末到70年代初

3、，由于低成本的集成电路技术的发展，出现了小型、微型计算机，使得小型、微型计算机的功能更加完善，而且价格便宜，用这种小型计算机来替代中央计算机的局部工作，以对在其周围的装置进行过程监测和控制，把这些小型计算机叫作第一级计算机。用这种小型计算机来替代中央计算机的局部工作，对在其周围的装置进行过程监测和控制，把这些小型计算机叫作第一级计算机。而中央只处理中心自动化问题和管理方面的问题，从而产生了第二级自动化控制系统的结构图如图2.3所示，2021/8/10图2.3二级自动化控制系统结构2021/8/10图2.4具有

4、三层结构模式的计算机控制系统2021/8/102.1.3DCS的分层体系结构图2.5DCS的层次结构DCS按功能分层的层次结构充分体现了其分散控制和集中管理的设计思想，DCS从下至上依次分为直接控制层、操作监控、生产管理层和决策管理层，如图2.5所示。2021/8/10集散控制系统的典型结构图现场网络控制网络监控网络管理网络2021/8/101.现场装置管理层次的直接控制层(过程控制级)2.过程管理层(操作监控层)3.生产管理层(产品管理级)4.决策管理层(工厂总体管理和经营管理层)2021/8/102.2D

5、CS分层结构中各层的功能2.2.1直接控制级2.2.2过程管理级2.2.3生产管理级2.2.4工厂经营管理级2021/8/10现场级设备(一般位于被控生产过程设备的附近)是各类传感器、变送器和执行器。生产过程中的各种物理量转换为电信号或数字信号(现场总线变送器)；或者将控制站的输出信号(4-20mA电信号或数字信号)转换成机械位移，带动执行机构，实现对生产过程的控制。2.2.1直接控制级（现场控制级）2021/8/10现场级的信息传递有三种方式：A、传统的4-20mA(或者其他类型的模拟量信号)模拟量传输方式

6、；B、现场总线的全数字量传输方式；C、在4-20mA模拟量信号上，叠加上调制后的数字量信号的混合传输方式(HART协议的仪表)。2021/8/10随着现场总线技术的发展，网络技术延伸到现场，形成了基于现场总线的全数字智能装置，现场信息已经成为整个系统信息中不可缺少的一部分。现场控制级就是通过现场总线实现对智能现场装置与控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信，达到真正的分散型数字控制系统。2021/8/10现场控制级的功能主要表现：（1）采集现场过程数据，并对数据进行转换、控制和处理；（2）直接通过智能现

7、场装置输出过程操作命令；（3）实现真正的分散控制，形成数字化控制系统；（4）开放式互联网络，完成与控制级及过程操作管理级的数据通信，实现网络数据库共享，以及对智能现场装置的组态；（5）对现场控制级的设备进行在线监测和诊断。2021/8/10(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。直接控制层是集

8、散型控制系统的基础，其主要任务有：2021/8/10(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。进一步确定是否对被控装置实施调节；并根据状态信息判断计算机系统硬件和控制板件的性能(功能)，在必要时实施报警、错误或诊断报告等措施。(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