集散控制系统及现场总线 教学课件 作者 张岳DCS课件最终版第2章.ppt

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1、2.1DCS的基本概念2.2DCS的结构组成及特点2.3DCS的网络通信技术2.4DCS的网络存取控制技术2.5DCS的组态2.6DCS的可靠性2.7DCS的常用控制算法第2章集散型控制系统（DCS）导论2.1DCS的基本概念集散型控制系统又称分布式控制系统，是计算机技术(Computer)、通信技术(Communication)、图形显示技术(CRT)、控制技术(Control)(简称4C技术)相融合的产物。它是通过某种通信网络将现场控制站、操作员站、工程师站联系起来，共同完成分级控制、集中管理的综合控制系统。它的基本设计思想是危险分散、控

2、制功能分散、而操作和管理集中。美国HoneyWell公司于1975年11月成功推出了第一套DCS——TDC2000型集散控制系统。2.2DCS的结构组成及特点2.2.1DCS的结构组成集散型控制系统的基本结构如图2-1所示。它由过程控制单元、数据采集器、CRT操作站、监控计算机以及高速数据通路等五部分组成。图2-1DCS的基本结构过程控制单元(ProcessControlUnit，PCU)，又称现场控制站或基本控制器，它是DCS的核心部分。数据采集器(DataAcquisitionUnit，DAU)，又称过程接口单元(ProcessInter

3、faceUnit，PIU)，它是为生产过程中存在的非控制变量设置的采集装置。CRT操作站，是DCS与外界联系的人机接口装置。它有操作员键盘和工程师键盘之分。监控计算机，又称管理计算机(MangerComputer，MC)，也称上位机，是DCS的主机，它综合监视DCS的各单元。高速数据通路(DataHiWay，HW)，是一种具有高速通信能力的信息总线。一般由双绞线、同轴电缆或光导纤维组成。DCS的结构组成2.2.2DCS的特点高可靠性灵活的扩展性完善的自主控制性完善的通信网络与一般的计算机控制系统相比，多层分级、合作自治结构形式的DCS具有以下

4、特点：2.3DCS的网络通信技术2.3.1计算机网络的定义计算机网络是将地理位置不同，而且具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和线路将它们连接起来，由功能完善的网络软件(网络协议、信息交换方式、控制程序和网络操作系统)实现网络资源(硬件、软件、信息)共享的系统。从所覆盖的地域范围大小来分类，计算机网络可划分为远程网、局部网和分布式多处理机三类。远程网的传输距离可达数千米以上，分布式多处理机的传输距离仅限于几米以内，而局部网的传输距离介于两者之间，约几百米到几千米。2.3.2网络结构及其特点计算机网络结构就是“拓扑结构”。它是指网络的节点

5、与主机之间实现互连的方式，如图2-2所示。其中方框代表网络中的计算机，又称主机；圆圈代表主机与通信线路之间的接口，又称节点；节点之间的通信线路称为通信链路。通常把节点和通信链路的集合统称为通信子网，而把所有主机统称为资源子网。图2-2计算机网络通信子网分为点对点子网和广播子网两种。点对点子网的特点：每一条通信链路只连接一对节点。点对点子网又称存储转发子网。点对点子网的拓扑结构主要有全连接、星形连接、环形连接、树形连接以及不规则连接等形式，如图2-3所示。通信子网----点对点子网图2-3点对点子网拓扑结构图2-4广播子网拓扑结构通信子网---

6、-广播子网广播子网的特点：所有节点共享单一的通信媒体，任何一个节点发出的信息都能直接被所有节点接收到，而不需经过中间节点的转接，又称多点共享。广播子网有无线和有线两种传播方式。其中总线网和环形总线网是有线广播子网的常见拓扑结构，如图2-4所示。2.3.3通信介质通信介质又称传输介质或信道，是指连接网上各节点之间的物理信号通路。常见的通信介质有双绞线、同轴电缆和光缆三种。图2-5所示为部分通信介质。1.双绞线把两根平行导线按一定节距绞合在一起，外面包裹金属箔屏蔽层的信号线称为双绞线，如图2-5a所示。2.同轴电缆由内导体、用于固定内导体的电介质

7、绝缘层、外屏蔽导体和外绝缘层构成。如图2-5b所示。3.光缆光缆的内芯是由两层折射率不同的SiO2拉制而成的光导纤维，外面敷有一层覆层，在覆层外面也有一层光导纤维。如图2-5c所示。图2-5通信介质a）双绞线b）同轴电缆c）光缆2.3.4数据通信通信的目的就是传输信息(如语言、文字、数码、符号、图像等)。传输信息的实体就是数据，它分为数字数据和模拟数据两种。传输数据的载体称为信号，它分为模拟信号和数字信号。信息的传送有4种组合形式，分别为：模拟数据的模拟信号传送模拟数据的数字信号传送数字数据的模拟信号传送数字数据的数字信号传送数字数据的数字信

8、号传送常用的实现数字数据的数字信号传送的3种编码方式是不归零制编码(NRZ)、曼彻斯特(Manchester)编码和差分曼彻斯特编码，如图2-7所示。不归零制编码是