DCS控制系统讲解(计算机控制系统).docx

DCS 控制系统第一章 自控仪表工基础识图在讲DCS系统系统之前，先和大家一起回顾一下仪表工的基础识 图，对今后大家日后的学习，仪表、控制系统检修维护都会有一定的 意义1.1仪表功能标志1.1.1 仪表功能标志组成 仪表的功能标志由一个首位字母及一个或多个后继字母组成示 例如下:例1 PI——功能标志P――首位字母（表示被测变量）I——后继字母（表示功能）例2 TIC——功能标志 T――首位字母（表示被测变量） IC——后继字母（表示功能）表示连锁功能） 1.1.2仪表功能字母代号仪表功能标志的字母代号见表1.1表1.1 常用仪表功能字母代号首字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词A分析报警C电导率控制F流量I电流指示H手动高L物位灯低P压力RHFS记录、DCS趋势S速度、频率开关、连锁T温度1.2仪表检测流程图常见图形符号 1.2.1常用仪表流程图符号及其含义a）常规仪表b）引入计算机或DCS控制系统仪表HL1.3 仪表检测流程图识图-M―FRISA30101”A HPRTSA30102 L图1.1工艺检测控制流程图1.4 仪表接线图识图（略）第二章计算机控制系统及DCS基础知识集散控制系统（Dis tribu ted Con trol Sys tem, DCS）是计算机控制系统的一种结构形式。

计算机控制是以自动控制理论和计算机技术为基础的，自动控制理论是计算机控制的理论支柱，计算机技术的发展又促进了自动控制理论的发展与应用计算机控制系统有多种结构 形式，DCS就是其中的一种2.1 计算机控制系统基础知识2.1.1 计算机控制系统的一般概念计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程自动化 的一门综合性学问计算机控制的应用领域是非常广泛的，从计算机 应用的角度出发，工业自动化是其重要的一个领域；而从自动化的领 域来看，计算机控制系统又是其主要的实现手段可以说，计算机控 制系统与用于科学计算及数据处理的一般计算机是两类不同用途、不 同结构组成的计算机系统计算机控制系统是融计算机技术与工业过程控制于一体的综合 性技术，它是在常规仪表控制系统 的基础上发展起来的例如：液位控制系统是一个基本的常规控制系统，结构组成如图2.1 所示系统中的测量变送器对被控对象进行检测，把被控量（如 温度、压力、流量、液位、转速、位移等物理量）转换成电信号（电流 或电压）再反馈到控制器中控制器将此测量值与给定值进行比较， 并按照一定的控制规律产生相应的控制信号驱动执行器工作，使被控 量跟踪给定值，从而实现自动控制的目的，原理如图2.2所示。

壬走］_输出液眄气动阀门控制器输人液流图 2.1 储液罐液位控制系统图 2.2常规仪表控制系统原理框图把图2.2中的控制器用控制计算机即计算机及其输入/输出通道 来代替就构成了计算机控制系统这里，计算机采用的是数字信号传 递，而一次仪表多采用模拟信号传递因此，系统中需要有将模拟信 号转换为数字信号的模/数(A/D)转换器和将数字信号转换为模拟信 号的数/模(D/A)转换器图2.3中的A/D转换器与D/A转换器就表征 了计算机控制系统这种典型的输入/输出通道一个完整的计算机控制系统是由硬件和软件两大部分组成的给定值控制计算机+图 2.3 计算机控制系统原理框图2.1.1.1硬件组成计算机控制系统的硬件一般由主机、常规外部设备、过程输 入/输出设备、操作台和通信设备等组成，如图2.4所示1) 主机由中央处理器(CPU)、内存储器(RAM、ROM)和系统总线构成的主 机是控制系统的核心主机根据过程输入通道发送来的实时反映生产 过程工况的各种信息，以及预定的控制算法，作出相应的控制决策， 并通过过程输出通道向生产过程发送控制命令主机所产生的各种控制是按照人们事先安排好的程序进行的这 里，实现信号输入、运算控制和命令输出等功能的程序已预先存入内 存，当系统启动后，CPU就从内存中逐条取出指令并执彳丁，以达到控 制目的。

2) 常规外部设备常规外部设备由输入设备、输出设备和外存储器等组成常规的输入设备有键盘、光电输入机等，主要用来输入程序、数 据和操作命令常规的输出设备有打印机、绘图机、显示器(CRT显示器或数码 显示器)等，主要用来把各种信息和数据提供给操作者外存储器有磁盘装置（软盘、硬盘和半导体盘）、磁带装置，兼有 输入/输出两种功能，主要用于存储系统程序和数据外部设备与主机组成的计算机基本系统（即通常所言的计算机）， 用于一般的科学计算和管理是可以满足要求的，但是用于工业过程控 制，则必须增加过程输入/输出设备3） 过程输入/输出设备（I/O设备）过程输入/输出设备是在计算机与工业对象之间起着信息传递和 转换作用的装置，除了其中的测量变送单元和信号驱动单元属于自动 化仪表的范畴外，主要是指过程输入/输出通道（简称过程通道）过程输入通道包括模拟量输入通道（简称A/D通道）和数字量输 入通道（简称DI通道），分别用来输入模拟量信号（如温度、压力、流 量、液位等）和开关量信号（继电器触点、行程开关、按钮等）或数字 量信号（如转速、流量脉冲、BCD码等）过程输出通道包括模拟量输出通道（简称D/A通道）和数字量输 出通道（简称DO通道），D/A通道把数字信号转换成模拟信号后再输 出，DO通道则直接输出开关量信号或数字量信号。

4） 操作台 操作台是操作员与系统之间进行人机对话的信息交换工具，一般由显示器（或LED等其他显示器）、键盘、开关和指示灯等构成操作 员通过操作台可以了解与控制整个系统的运行状态操作员分为系统操作员与生产操作员两种系统操作员负责建立 和修改控制系统，如编制程序和系统组态；生产操作员负责与生产过 程运行有关的操作为了安全和方便，系统操作员和生产操作员的操 作设备一般是分开的5) 接口电路主机与外围设备(包括常规外部设备和过程通道)之间，因为外设 结构、信息种类、传送方式、传送速度的不同而不能直接通过总线相 连，必须通过其间的桥梁——接口电路来传送信息和命令计算机控 制系统有各种不同的接口电路，一般分为并行接口、串行接口、管理 接口和专用接口等几类6) 通信设备现代化工业生产过程的规模一般比较大，其控制与管理也很复杂 往往需要几台或几十台计算机才能分级完成控制和管理任务这样， 在不同地理位置、不同功能的计算机之间就需要通过通信设备连接成 网络，以进行信息交换2.1.1.2 软件上述硬件只能构成计算机控制系统的躯体要使计算机正确地运 行以解决各种问题，必须为它编制各种程序软件是各种程序的统称， 是控制系统的灵魂。

因此，软件的优劣直接关系到计算机的正常运行、 硬件功能的充分发挥及其推广应用软件通常分为系统软件和应用软 件两大类系统软件是一组支持系统开发、测试、运行和维护的工具软件， 核心是操作系统，还有编程语言等辅助工具在计算机控制系统中， 为了满足实时处理的要求，通常采用实时多任务操作系统在这种操 作环境下，要求将应用系统中的各种功能划成若干任务，并按其重要 性赋予不同的优先级，各任务的运行进程及相互间的信息交换由实时 多任务操作系统协调控制另外系统提供的编程语言一般为面向过程 或对象的专用语言或编译类语言系统软件一般由计算机厂商以产品形式向用户提供应用软件是系统设计人员利用编程语言或开发工具编制的可执 行程序对于不同的控制对象，控制和管理软件的复杂程度差别很大 但在一般的计算机控制系统中，以下几类功能模块是必不可少的：过 程输入模块、基本运算模块、控制算法模块、报警限幅模块、过程输 出模块、数据管理模块等作为系统设计人员只有首先了解并会使用系统软件，才能编制出 较好的应用软件而设计开发应用软件，已成为当前计算机控制应用 领域中最重要的一个方面2.1.2 计算机控制系统的分类计算机控制系统与所控制的生产过程密切相关，根据生产过程的 复杂程度和工艺要求的不同，系统设计者可采用不同的控制方案。

现 从控制目的、系统构成的角度介绍几种不同类型的计算机控制系统 2.1.2.1数据采集系统(DAS)数据采集系统(Data Acquisition System, DAS)是计算机应用于 生产过程控制最早、也是最基本的一种类型，如图2.5所示图 2.5 数据采集系统2.1.2.2操作指导控制系统(OGC)操作指导控制(Operation Guide Control, OGC)系统是基于数据 采集系统的一种开环系统，如图2 . 6所示计算机根据采集到的数据 以及工艺要求进行最优化计算,计算出的最优操作条件,并不直接输 出控制生产过程,而是显示或打印出来,操作人员据此去改变各个控 制器的给定值或操作执行器,如此达到操作指导的作用显然,这属 于计算机离线最优控制的一种形式图 2.16 操作指导控制系统2.1.2.3直接数字控制系统(DDC)直接数字控制(Direct Digital Control, DDC)系统是用一台计算机不仅完成对多个被控参数的数据采集,而且能按一定的控制规律进行实时决策，并通过过程输出通道发出控制信号，实现对生产过程的闭环控制，如图2.7所示为了操作方便，DDC系统还配置一个包括给定、显示、报警等功能的操作控制台。

图 2.7 直接数字控制系统2.1.2.4分散控制系统(DCS)随着生产规模的扩大，信息量的增多，控制和管理的关系日趋密 切对于大型企业生产的控制和管理，不可能只用一台计算机来完成 于是，人们研制出以多台微型计算机为基础的分散控制系统(Distributed Control System, DCS)DCS 采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，自下而上可以分为 若干级,如过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级等 DCS 又称分布式或集散式控制系统2.1.2.5其他计算机控制系统如：可编程逻辑控制器〈Programmable Logical Con trollPLC)、可编程调节器(Programmable Controller, PC)、现场总线控制系统(Fieldbus Control SystemFCS)等2.2集散控制系统(DCS)2.2.1概念DDC将所有控制回路的计算都集中在主CPU中，这引起了可靠性 问题和实时性问题，上节对此已有论述随着系统功能要求的不断增 加，性能要求的不断提高和系统规模的不断扩大，这两个问题更加突 出经过多年的探索，在1975年出现了DCS，这是一种结合了仪表控 制系统和DDC两者的优势而出现的全新控制系统，它很好地解决了 DDC 存在的两个问题。

如果说，DDC是计算机进入控制领域后出现的新型 控制系统，那么DCS则是网络进入控制领域后出现的新型控制系统DCS是集散控制系统(Dis tribu ted Con trol Sys tem)的简称，国 内一般又习惯称为分散控制系统、分布式控制系统它是一个由过程 控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综 合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和。