第二章集散控制系统的构成

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1、第二章集散控制系统的构成第二章集散控制系统的构成第一节集散控制系统的构成方式第二节集散控制系统的构成要素第三节现场总线控制系统的构成第四节典型集散控制系统的构成实例2.1集散控制系统的构成方式功能分层是集散控制系统的体系特征反映了集散控制系统的“分散控制、集中管理”的特点。四个层次三大块集散控制系统典型结构一、集散控制系统的各层功能1、现场控制级的功能前提：微处理器进入现场变送器、传感器和执行器；现场总线的应用。部分或完全完成过程控制级的功能：采集过程数据，对数据进行数据转换；输出过程操作命令；进行直接数字控制；完成与过程装置控

2、制级的数据通信；对现场控制级的设备进行检测和诊断。2、过程装置控制级的功能结构：过程控制设备+I/O卡件采集过程数据，进行数据转换和处理；数据的监视和存储；实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控制作用；数据和设备的自诊断；数据通信。3、车间操作管理级的功能中央控制室操作站、打印机、拷贝机、工程师站、计算站数据显示与记录；过程操作（含组态操作、维护操作）；数据存储和压缩归档；报警、事件的诊断和处理；系统组态、维护和优化处理；数据通信；报表打印和画面硬拷贝。4、全厂优化和调度管理级的功能从系统的观点：原料销售；优

3、化协调优化控制；协调和调度各车间生产计划和各部门的联系；主要数据的显示、存储和打印；数据通信。二、集散系统三大基本构成的特征“三大块”与四层的关系：1、分散过程控制装置对应于现场控制级和过程控制装置级；2、集中操作和管理系统对应于车间操作管理级和全厂优化调度管理级；3、通信系统完成各层之间的通信。1、分散过程控制装置部分适应恶劣的生产环境；分散控制；实时性；独立性。2、集中操作和管理系统部分信息量大；易操作性；容错性好；3、通信系统部分传输速率误码率开放性互操作性2.2集散系统的构成要素一、集散控制系统的结构特征递阶控制结

4、构分散控制结构冗余控制结构1、递阶控制结构：多层结构、多级结构和多重结构（1）多层结构（按控制功能和规律）直接控制层：一般的简单控制。优化控制或监视层：对象数学模型和参数已知，确定直接控制层的控制器的设定值。学习层或自适应层：对实际系统的观测来辨识优化层中所使用的数学模型结构和参数，使模型能正确反映实际过程。自组织层：按系统总控制目标选择下层所用的模型结构、控制策略等。（2）多级结构为了减少同一级的各子系统之间信息的交换和决策的冲突，在分散的各决策子系统添加一级协调级。（3）多重结构第一重：按一定物理规律变化的物理现象；第二重：

5、受控系统（从信息处理和控制角度）；第三重：经济实体，评价其效益和利润（经济学角度）比较：多重结构：主要从建模考虑；多级结构：子系统关联、横向分解；多层结构：纵向分解。集散控制系统是递阶控制结构1、分散控制既有横向的多级结构又有纵向的多层结构，它的功能决定了必须是递阶控制结构。2、由于集散控制系统应用于相互关联的工业系统，它的决策不仅需要各子系统的决策，还需上级的协调来实现全局优化。（4）递阶控制结构的优点系统结构灵活，容易改变，系统的容量可以扩大或缩小；控制功能增强，除了直接控制外，还有优化控制、自学习、自适应和自组织等功能；降低

6、了信息存储量、计算量，减少了计算时间；可以设置备用子系统，降低成本，提高可靠性；各级的智能化将进一步提高系统的性能。2、集散控制系统的分散控制结构结构：垂直型（阶层型）：监视、调整水平型：自我管理复合型：子系统有较强的独立性，但还受上位的监视和调整。层次分散与水平分散示意图集散控制系统分散控制结构体现在：（1）组织人事的分散；（2）地域的分散；（3）功能的分散；（4）负荷的分散。3、冗余化的结构为了提高系统的可靠性，集散控制系统重要设备、对全局系统有影响的公共设备上常采用冗余结构。经常采用的冗余方式有：同步运转方式；待机运转方式；后

7、退运转方式；多级操作方式。（1）同步运转方式让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转，输入相同的信号，进行相同的处理，然后对输出进行比较，如果输出保持一致则系统是正常运行的。双重冗余、“三中取二”（信号联锁系统）应用于可靠性要求极高的场合（紧急停车系统和安全联锁系统）（2）待机运转方式N台同类设备，采用一台后备设备，平时后备设备处于准备状态，一旦N台设备中某一台设备发生故障，能启动后备设备使其运转。1：1备用系统（通信系统）、N：1备用系统（多回路控制器）热后备系统，指挥装置（3）后退运转方式正常时，N台设备各自分担各自功能进行运转，

8、当其中一台设备损坏时，其余设备放弃部分不重要的功能，以此来完成损害设备的功能。典型：CRT和操作站（第一台监视、第二台操作、第三台报警）（4）多级操作方式纵向冗余的方法。正常操作是从上一层进行的，如该层故障