集散控制系统课程学习报告
学院名称： 电气学院
专业班级： 1
学生姓名：
学生学号：
2013年 12 月
集散控制系统学习心得
通过本课程的学习，让我对集散控制系统有了初步的了解下面就本学期的学习对本课程做介绍。
一、集散控制系统(DCS)简介
DCS ，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，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。在系统功能方面，DCS 和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。
首先，DCS 的骨架——系统网络，它是DCS 的基础和核心。由于网络对于DCS 整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS 的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps ），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS 均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DOS ）功能的网络节点。一般一套DCS 中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。DCS 的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI-Human Machine Interface或operator interface）功能的网络节点。 系统网络是DCS 的工程师站，它是对DCS 进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS 进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS 在线运行时实时地监视DCS 网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS 随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS 都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS 。
DCS 自1975年问世以来，已经经历了二十多年的发展历程。在这二十多年中，DCS 虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。总的来说，DCS 正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。 作为生产过程自动化领域的计算机控制系统，传统的DCS 仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS 只是生产过程的自动化系统，那就会引出错误的结论，因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了，它不仅包括过去DCS 中所包含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构，向上发展到了生产管理，企业经营的方方面面。传统意义上的DCS 现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化，而工业自动化系统的概念，则应定位到企业全面解决方案，即total solution 的层次。只有从这个角度上提出问题并解决问题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。
进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了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。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS 将取代DCS 成为控制系统的主角。
二、集散系统的特点
分散型综合控制系统（简称集散系统），是一种新型的过程控制系统。这个系统以多台微型计算机分散应用与过程控制，全部信息通过通信网络由上位计算机监控，实现最佳化控制；通过CRT 装置，通信总线键盘，打印机等又能高度集中地操作，显示和报警。整个装置继承了常规模拟仪表控制系统和计算机集中控制系统的优点，并且克服了单微机控制系统危险性高度集中以及常规仪表控制功能单一，人/机联系差的缺点，它的主要特点是：
1）功能齐全
集散系统可以完成从简单的单回路控制到复杂的多变量模型优化控制； 可以执行从常规的PID 运算到SMITH 预估， 三阶矩阵乘法等各种运算； 可以进行连续的反馈控制，也可以进行间断的顺序控制， 逻辑控制，可以实现监控，显示，打印，报警，历史数据存储等日常的全部操作要求。
2）人/机联系好，实现了集中监控和管理
操作人员通过CRT 和操作键盘， 可以监控全部生产装置以及整个工厂的生产情况，按预定的控制策略组成各种不同的控制回路，并调整回路的任一常数，而且还可以对机电设备进行各种控制，从而实现了真正的集中操作和监控管理。
3）系统扩展灵活
集散系统采用模块式结构，用户可根据需要方便地扩大或缩小系统的规模， 或改变系统的控制级别。集散系统采用组态方法构成各种控制回路，很容易对方案进行修改。
4）安全可靠性高
由于采用了多微处理机的分散控制结构，危险性分散，系统中的关键设备采用双重或多重冗余，还设有无中断自动控制系统和完善的自诊断功能，使系统的平均无故障时间MTBF 达到105天， 平均修复时间MTTR 为 10-2天，整个系统的利用率A 达到99。9999%。
5）安装调试简单
集散系统的各模件都安装在标准机架内，模件之间采用多芯电缆，标准化接插件连接，与过程的连接采用规格化端子板，到中控室操作站只需敷设同轴电缆进行数据传递，所以布线量大大减少，安装工作量仅为常规仪表的1/2-1/3。系统调试采用专用的调试软件，使调试时间仅为常规仪表的1/2。
6）具有良好的性能价格比
在性能上集散系统技术先进，功能齐全，可靠性高，适用于多级递阶管理控制。在价格方面，目前在国外80个控制回路的生产过程采用集散系统的投资已与采用常规仪表相当。规模越大，单位回路投资将更低。
由于集散系统具有众多的优越性，从1975年美国霍尼韦尔公司发表“TDC2000”系统后，国外各家公司生产的集散系统有几十种，下表列出了国外集散系统的概况。
厂 商产 品 名发表日期美国霍尼韦尔公司TDC-200075.11日本横河CENTUM75.6美国福克斯波罗公司SPECTRUM79.4美国贝克曼公司MV500079.3美国贝利公司NETWORK-9080.10美国非歇尔公司PROVOX82.8美国西屋公司WDPF82.10美国罗斯蒙特公司S383.10美国霍尼韦尔公司TDC-300083.10日本横河YEWPACK-MIRX284.12美国泰勒公司MOD-30085美国福克斯波罗公司I/A SERIES87.4可以这样认为：1975-1976年是集散系统发展的第一个高潮，即集散系统的诞生时期，1976年以后，随着各种高技术的飞速发展，特别是信息处理技术和计算机网络技术的发展，这段时期集散系统的研制工作，一方面对原有系统硬件和软件采取更新措施，另一方面积极开发高一层次的信息管理系统。新系统在原有的过程控制管理层的基础上增加了第三层-综合信息管理层，更多地关心高层信息
的格式，传输，处理，存贮，共享等问题。预计综合信息管理层还会向高层发展，它将以企业网的形式加入区域计算机网或远程计算机网中。
我国使用集散系统在七十年代末八十年代初，85年进入推广应用阶段。集散系统的应用，把我国过程控制推向一个新的水平，取得较为显著的经济效益，其发展前景是十分广阔的。
三。、集散系统的基本结构
集散系统的各种功能不同的控制站以满足不同的控制对象的需要，而操作站则对整个生产过程进行显示，操作和管理。各个控制站和操作站，通过高速数据通道连成网络，形成整个集散系统。所以集散系统主要由控制站，操作站，高速数据通道三大部分组成，其基本结构如图1所示。
作为自动化专业的学生，在初步学习了现场总线控制技术后，我对以后工作中可能会运用到的一些知识以及信息作了收集和整理，如下：
现场总线技术是在80年代后期发展起来的一种先进的现场工业控制技术。它集数字通信、智能仪表、微机技术、网络技术于一身，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字－模拟信号控制的局限性，为真正的“分散式控制，集中式管理”提供了技术保证。现场设备互连、良好的互操作性 、分散的功能模块、开放式互连网络等特点，不仅可以保证目前工业控制对数字通信的要求，而且使它与Intranet 或Internet 互连构成多层次的复杂网络成为可能。
1）现场总线的特点
现场总线通讯协议的结构是根据国际标准化组织提供的ISO/OSI模型来制定的。标准ISO/OSI模型有七层框架，但根据工业控制的特点，多数数据总线协议都是采用了其中的物理层、通信层和应用层。这样可以保证实时通信，并在此基础上已经发展起来了FF 、CAN 、Profibus 、LONworks 、ControlNet 等总线协议。
2）现场总线的应用
目前，CAN 总线、Profibus 以及LONworks 在世界范围都有着非常广泛的应用 。CAN 总线以其可靠性、实时性等特点在工业控制场合得到广泛应用，如国际上的几大汽车生产厂商多使用该总线。但是，随着新型现场总线的性能不断改进，CAN 在传输速度和传输距离方面，特别是在远程通信方面，慢慢暴露出了它的不足。但是由于它推出的较早（是进入中国市场最早的总线之一），所以在工控方面仍然占据了很大的市场。
Profibus 是目前极为成熟的一种现场总线。由于它以西门子的PLC 系统为控制核心，具有强大的控制功能和可靠性，所以很多大型项目都青睐Profibus 。Profibus 在欧洲市场占有主导地位，其三个子标准DP ，FMS 和PA 分别在分布式控制系统的高速数据传输方面、楼宇自动化和电气传动方面、过程自动化方面具有绝对的市场。在中国，Profibus 在离散控制和过程控制方面，特别是在一些重大项目中（如近期中标的三峡大坝闸门控制系统），均有广泛的应用。
LONworks 具有比其他总线更显著的智能性，所以在智能楼宇、家庭自动化方面有得天独厚的优势。在我国，LONworks 主要占据了这个方面的市场。
另外，FF 总线和ControlNet 进入市场较晚，特别是在中国市场，所占据的市场份额不大。但是它们的发展趋势极为强大，由于它们在技术上具有比其他总线更为明显的优势，所以被越来越多的用户所青睐。可以肯定的说，这两种总线在几年之后将成为市场上的主流总线。
集散控制系统课程学习报告
学院名称： 电气学院
专业班级： 1
学生姓名：
学生学号：
2013年 12 月
集散控制系统学习心得
通过本课程的学习，让我对集散控制系统有了初步的了解下面就本学期的学习对本课程做介绍。
一、集散控制系统(DCS)简介
DCS ，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，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。在系统功能方面，DCS 和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。
首先，DCS 的骨架——系统网络，它是DCS 的基础和核心。由于网络对于DCS 整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS 的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps ），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS 均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DOS ）功能的网络节点。一般一套DCS 中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。DCS 的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI-Human Machine Interface或operator interface）功能的网络节点。 系统网络是DCS 的工程师站，它是对DCS 进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS 进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS 在线运行时实时地监视DCS 网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS 随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS 都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS 。
DCS 自1975年问世以来，已经经历了二十多年的发展历程。在这二十多年中，DCS 虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。总的来说，DCS 正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。 作为生产过程自动化领域的计算机控制系统，传统的DCS 仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS 只是生产过程的自动化系统，那就会引出错误的结论，因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了，它不仅包括过去DCS 中所包含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构，向上发展到了生产管理，企业经营的方方面面。传统意义上的DCS 现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化，而工业自动化系统的概念，则应定位到企业全面解决方案，即total solution 的层次。只有从这个角度上提出问题并解决问题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。
进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了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。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS 将取代DCS 成为控制系统的主角。
二、集散系统的特点
分散型综合控制系统（简称集散系统），是一种新型的过程控制系统。这个系统以多台微型计算机分散应用与过程控制，全部信息通过通信网络由上位计算机监控，实现最佳化控制；通过CRT 装置，通信总线键盘，打印机等又能高度集中地操作，显示和报警。整个装置继承了常规模拟仪表控制系统和计算机集中控制系统的优点，并且克服了单微机控制系统危险性高度集中以及常规仪表控制功能单一，人/机联系差的缺点，它的主要特点是：
1）功能齐全
集散系统可以完成从简单的单回路控制到复杂的多变量模型优化控制； 可以执行从常规的PID 运算到SMITH 预估， 三阶矩阵乘法等各种运算； 可以进行连续的反馈控制，也可以进行间断的顺序控制， 逻辑控制，可以实现监控，显示，打印，报警，历史数据存储等日常的全部操作要求。
2）人/机联系好，实现了集中监控和管理
操作人员通过CRT 和操作键盘， 可以监控全部生产装置以及整个工厂的生产情况，按预定的控制策略组成各种不同的控制回路，并调整回路的任一常数，而且还可以对机电设备进行各种控制，从而实现了真正的集中操作和监控管理。
3）系统扩展灵活
集散系统采用模块式结构，用户可根据需要方便地扩大或缩小系统的规模， 或改变系统的控制级别。集散系统采用组态方法构成各种控制回路，很容易对方案进行修改。
4）安全可靠性高
由于采用了多微处理机的分散控制结构，危险性分散，系统中的关键设备采用双重或多重冗余，还设有无中断自动控制系统和完善的自诊断功能，使系统的平均无故障时间MTBF 达到105天， 平均修复时间MTTR 为 10-2天，整个系统的利用率A 达到99。9999%。
5）安装调试简单
集散系统的各模件都安装在标准机架内，模件之间采用多芯电缆，标准化接插件连接，与过程的连接采用规格化端子板，到中控室操作站只需敷设同轴电缆进行数据传递，所以布线量大大减少，安装工作量仅为常规仪表的1/2-1/3。系统调试采用专用的调试软件，使调试时间仅为常规仪表的1/2。
6）具有良好的性能价格比
在性能上集散系统技术先进，功能齐全，可靠性高，适用于多级递阶管理控制。在价格方面，目前在国外80个控制回路的生产过程采用集散系统的投资已与采用常规仪表相当。规模越大，单位回路投资将更低。
由于集散系统具有众多的优越性，从1975年美国霍尼韦尔公司发表“TDC2000”系统后，国外各家公司生产的集散系统有几十种，下表列出了国外集散系统的概况。
厂 商产 品 名发表日期美国霍尼韦尔公司TDC-200075.11日本横河CENTUM75.6美国福克斯波罗公司SPECTRUM79.4美国贝克曼公司MV500079.3美国贝利公司NETWORK-9080.10美国非歇尔公司PROVOX82.8美国西屋公司WDPF82.10美国罗斯蒙特公司S383.10美国霍尼韦尔公司TDC-300083.10日本横河YEWPACK-MIRX284.12美国泰勒公司MOD-30085美国福克斯波罗公司I/A SERIES87.4可以这样认为：1975-1976年是集散系统发展的第一个高潮，即集散系统的诞生时期，1976年以后，随着各种高技术的飞速发展，特别是信息处理技术和计算机网络技术的发展，这段时期集散系统的研制工作，一方面对原有系统硬件和软件采取更新措施，另一方面积极开发高一层次的信息管理系统。新系统在原有的过程控制管理层的基础上增加了第三层-综合信息管理层，更多地关心高层信息
的格式，传输，处理，存贮，共享等问题。预计综合信息管理层还会向高层发展，它将以企业网的形式加入区域计算机网或远程计算机网中。
我国使用集散系统在七十年代末八十年代初，85年进入推广应用阶段。集散系统的应用，把我国过程控制推向一个新的水平，取得较为显著的经济效益，其发展前景是十分广阔的。
三。、集散系统的基本结构
集散系统的各种功能不同的控制站以满足不同的控制对象的需要，而操作站则对整个生产过程进行显示，操作和管理。各个控制站和操作站，通过高速数据通道连成网络，形成整个集散系统。所以集散系统主要由控制站，操作站，高速数据通道三大部分组成，其基本结构如图1所示。
作为自动化专业的学生，在初步学习了现场总线控制技术后，我对以后工作中可能会运用到的一些知识以及信息作了收集和整理，如下：
现场总线技术是在80年代后期发展起来的一种先进的现场工业控制技术。它集数字通信、智能仪表、微机技术、网络技术于一身，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字－模拟信号控制的局限性，为真正的“分散式控制，集中式管理”提供了技术保证。现场设备互连、良好的互操作性 、分散的功能模块、开放式互连网络等特点，不仅可以保证目前工业控制对数字通信的要求，而且使它与Intranet 或Internet 互连构成多层次的复杂网络成为可能。
1）现场总线的特点
现场总线通讯协议的结构是根据国际标准化组织提供的ISO/OSI模型来制定的。标准ISO/OSI模型有七层框架，但根据工业控制的特点，多数数据总线协议都是采用了其中的物理层、通信层和应用层。这样可以保证实时通信，并在此基础上已经发展起来了FF 、CAN 、Profibus 、LONworks 、ControlNet 等总线协议。
2）现场总线的应用
目前，CAN 总线、Profibus 以及LONworks 在世界范围都有着非常广泛的应用 。CAN 总线以其可靠性、实时性等特点在工业控制场合得到广泛应用，如国际上的几大汽车生产厂商多使用该总线。但是，随着新型现场总线的性能不断改进，CAN 在传输速度和传输距离方面，特别是在远程通信方面，慢慢暴露出了它的不足。但是由于它推出的较早（是进入中国市场最早的总线之一），所以在工控方面仍然占据了很大的市场。
Profibus 是目前极为成熟的一种现场总线。由于它以西门子的PLC 系统为控制核心，具有强大的控制功能和可靠性，所以很多大型项目都青睐Profibus 。Profibus 在欧洲市场占有主导地位，其三个子标准DP ，FMS 和PA 分别在分布式控制系统的高速数据传输方面、楼宇自动化和电气传动方面、过程自动化方面具有绝对的市场。在中国，Profibus 在离散控制和过程控制方面，特别是在一些重大项目中（如近期中标的三峡大坝闸门控制系统），均有广泛的应用。
LONworks 具有比其他总线更显著的智能性，所以在智能楼宇、家庭自动化方面有得天独厚的优势。在我国，LONworks 主要占据了这个方面的市场。
另外，FF 总线和ControlNet 进入市场较晚，特别是在中国市场，所占据的市场份额不大。但是它们的发展趋势极为强大，由于它们在技术上具有比其他总线更为明显的优势，所以被越来越多的用户所青睐。可以肯定的说，这两种总线在几年之后将成为市场上的主流总线。