集散控制系统课程设计(2)

2.集散控制系统的基本组成

现场控制级 又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。

这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。拿军队来举例的话，可以形容为最底层的士兵。它们只要能准确地服从命令，并且准确地向上级汇报情况即完成使命。至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。

过程控制级 又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。

上面说到现场控制级是“士兵”，那么给它发号施令的就是过程控制级了。它接受现场控制级传来的信号，按照工艺要求进行控制规律运算，然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。所以，过程控制级要具备聪明的大脑，能将“士兵”反馈的军情进行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打赢“战争”。

这个级别不是最高的，相当于军队里的“中尉”。它也一样必须将现场的情况反馈给更高级别的“上校”也就是下面讲的过程管理级。

过程管理级

DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况、

这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的数字跟状态。这一级别在军队中算是很高的“上校”了。它所掌握的“大权”可以根据需要随时进行手动自动切换、修改设定值，调整控制信号、操纵现场设备，以实现对生产过程的控制。

经营管理级

又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。

这是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。相当于军队中的“元帅”，他们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。

它的权限很大，可以监视各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。

3.集散控制系统的硬件结构

DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。

现场控制站

现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站；也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站；还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。

现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等，与一般的计算机系统有所不同。

操作站 运行在PC硬件平台、NT操作系统下的通用操作站的出现，给DCS用户带来了许多方便。由于通用操作站的适用面广，相对生产量大，成本下降，因而可以节省用户的经费，维护费用也比较少。

为了实现监视和管理等功能，操作站必须配置以下设备：1、操作台，也就是高档电脑桌；2、微处理机系统，就是高档电脑；3、外部存储设备，简单说就是大容量硬盘；4、图形显示设备，就是电脑显示器；5、操作键盘跟鼠标；6打印输出设备。

图为集散控制系统的分布图

操作员

四.思想

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；

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。

三.分散过程控制装置部分

适应恶劣是生产环境；

分散控制；

实时性；

独立性。

四.集散系统的构成要素

1.集散控制系统的结构特征

递阶控制 结构

分散控制 结构

冗余控制 结构

递阶控制结构： 多层结构、多级结构和多重结构

五.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

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