1、DCS系统简介 张鹏宇 目录 一什么是DCS系统 二DCS系统产生的背景 三DCS系统的组成 四DCS系统的硬件结构 五DCS系统的软件组态 六DCS系统的基础知识 七SIS系统 八知识拓展-TCP/IP协议 一、什么是DCS系统 DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。是 相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统， 它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。 DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场 控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以 完成对现场生产设备的分散控制和集
2、中操作管理。 DCS系统是工业流程关键的控制设备，被形象的称为过程 工业的“大脑”和“眼睛”。 二、DCS产生的背景 上世纪三四十年代 第三次科技革命开始后 上世纪七十年代 上世纪九十年代以后 2.1 19301940年 上世纪三四十年代，工业自动化装置采用的是分散性控制 系统。也就是所有设备都是独立运行，不联网控制。操作 员根据生产需求进行计算后，将独立设备的特性调节到适 合的程度，然后就开始工作。之后采用了气动、电动模拟 仪表组成过程控制系统，实现了一定程度上的集中监视、 操作和分散控制。 2.2 19401970年 第三次科技革命开始后，随着计算机技术的发展，人们开 始尝试将计算机用于过
3、程控制。但当时采用的办法是用一 台计算机控制几十甚至上百个回路，这样做的危险性很高， 如果计算机出现故障，会导致很严重的后果，这造成了危 险集中。 2.3 19701990年 直到上世纪70年代，随着计算机技术的日渐成熟，人们才 开始将危险分散。就是原来靠一台大计算机完成的任务， 现在用几十台微处理器来完成，从而大大降低了危险系数。 至此DCS就诞生了。 2.4 1990 进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新技术被 应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起 来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器 逻辑。 2.5 霍尼韦尔DCS发展 三、DCS系统的组成 3.1
4、硬件组成分类：控制器、I/O模块、操作站、通讯网络、 图形及编辑软件 3.2管理级别分类：现场控制级、过程控制级、过程管理 级、经营管理级 3.3网络结构分类：一级网络、二级网络、三级网络 3.1硬件组成 3.2.1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。 3.2.2过程控
5、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。 3.2.3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、大容量储存器等。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。 3.2.4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
6、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。 3.3网络结构 四、DCS系统的硬件结构 现场控制单元：系统柜、辅助柜、辅操台 操作站：服务器、工程师站、操作站 4.1.1 早期的DCS机柜 4.1.2系统柜 控制防火墙控制防火墙 冗余数字与模拟冗余数字与模拟 I/O 电源系统电源系统 C300 控制器控制器 现场总线接口模件现场总线接口模件 4.1.3辅助柜 4.1.4 辅操台 4.2 操作站 4.3 网络设备 4.4 可编程控制器PLC 可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的 数字运算操作电子系统。它采用一种可编程
7、的存储器，在 其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控 制各种类型的机械设备或生产过程。 五、DCS系统的软件组态 程序组态，用于组态控制器上的控制策略，即编写和监控 下位机程序。 监控画面组态，用于组态上位机画面及数据显示。 工作站组态，用于监视控制显示画面及部分组态功能。 通讯组态，用于组态工作站，打印机及第三方控制器。 5.1 程序组态 用于组态控制器上的控制策略，即编写和监控下位机程序。 5.2 监控画面组态 5.3 工作站组态 用于监视控制显示画面及部分组态功能。 5.4 通讯组态 用于组态工作站，打印机及第三方控制器。
8、六、DCS的基础知识 I/O信号 系统冗余 DCS系统的特点 6.1 IO信号 I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是 I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一 个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器。 1.DI信号：数字输入信号（Digital Input） 2.DO信号：数字输出信号（Digital Output） 3.AI信号：模拟量输入(Analog Input) 4.AO信号：模拟量输出(Analog Output) 6.1.1 DI信号典型回路图 设备状态信号、阀门反馈、盘车开关、急停按钮 6.1.2 DO信号典型回路图 电磁阀、泵、压缩机、指
9、示灯 6.1.3 AI信号典型回路图 流量、温度、压力、液位 6.1.4 AO信号典型回路图 阀门开度 6.2.1服务器冗余 Experion系统服务器可选冗余配置，以提供更高级的可靠 性。采用一对配置相同的服务器，以主/备结构方式相互 支持。当主服务器出现故障时，备用服务器自动转换为主 服务器，并从控制器或RTU中采集数据，为操作站提供数 据服务。主服务器通过冗余网络将数据库中所有数据处理 信息传送到备用服务器。使得主备服务器之间同步。 6.2.2 FTE网络 容错以太网（FTE）是Experion PKS的控制网络，FTE不但 提供了容错的特点，也提供了快速网络的响应，及工业以 太网的控制
10、系统安全性。 容错以太网（FTE）是冗余网络结构（物理）的单网（逻 辑），这种冗余的结构是通过Honeywell的FTE驱动，及 商用的网络设备实现的。 6.2.2 FTE网络 FTE网络包括冗余的交换机和电缆 普通以太网节点之间只有1条路径 FTE节点与普通以太网节点之间只有2条路径 FTE节点之间有4条路径 6.3 DCS系统的特点 高可靠性。 开放性。 灵活性。 易于维护。 协调性。 控制功能齐全。 七、SIS系统 SIS系统(Safety Instrumented System 安全仪表系统)属 于企业生产过程自动化范畴，用于保障安全生产的一套系 统，安全等级高于DCS的自动化控制系统
11、，当自动化生产 系统出现异常时，SIS会进行干预，降低事故发生的可能性。 SIS系统以分散控制系统为基础，采用先进、适用、有效的 专业计算方法，提高了机组运行的可靠性。 简单地说，DCS 就是在日常的普通情况下来对整个过程 进行控制。然而当普通的操作不能实现控制的时候，SIS会 进行干预，使得降低事故的发生可能性。 7.1 SIS操作画面 7.2 SIS逻辑组态 八、知识拓展-TCP/IP协议 网络是由节点和连线构成，表示诸多对象及其相互联系。 TCP/IP,网络通讯协议，是Internet最基本的协议、 Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输 层的TCP协议组成。TCP
12、/IP 定义了电子设备如何连入因特 网，以及数据如何在它们之间传输的标准。通俗而言： TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重 新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是 给因特网的每一台联网设备规定一个地址。 8 TCP/IP配置 1、IP地址 2、子网掩码 3、默认网关 4、DNS 8.1 IP地址 IP地址是指互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address， 又译为网际协议地址），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议提供 的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分 配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。 公
13、有地址，通过它直接访问因特网。 私有地址，专门为组织机构内部使用。 A类 10.0.0.0-10.255.255.255 (1.0.0.0-127.255.255.255) B类 172.16.0.0-172.31.255.255 (128.0.0.0-191.255.255.255) C类 192.168.0.0-192.168.255.255 (192.0.0.0-223.255.255.255) 8.2 子网掩码 子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子 网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址 和主机地址两部分。 A类地址默认的子网掩码是255.0.0.0； B
14、类地址默认的子网掩码是255.255.0.0； C类地址默认的子网掩码是255.255.255.0。 8.3 默认网关 一个网络连接到另一个网络的“关口” 是一个可直接到达的 IP 路由器的 IP 地址。配置默认网 关可以在 IP 路由表中创建一个默认路径。 一台主机可 以有多个网关。默认网关的意思是一台主机如果找不到可 用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关 来处理数据包。现在主机使用的网关，一般指的是默认网 关。 一台电脑的默认网关是不可以随随便便指定的，必 须正确地指定，否则一台电脑就会将数据包发给不是网关 的电脑，从而无法与其他网络的电脑通信。默认网关的设 定有手动设置和自动设置两种方式。 8.4 DNS DNS(Domain Name Service)域名服务,我们都知道在网络 上传输信息用的地址是IP地址，但是因为IP没有规律难以 记忆，所以就有了域名，当我们访问drop160时，网络上 的路由器是不知道drop160怎么走的，所以我们需要把 drop160转化成drop160的IP地址，这就是DNS服务。
