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工业自动化与 DCS 体系结构 杭州和利时公司 DCS 控制系统的渊源 何谓 DCS 分布式控制系统 集散型控制系统 集中管理，分布控制 IEC 1131 ? IEC 61131 IEC （International Electrotechnical Commission）国际电工委员会是一个全球标准组织 几乎各个国家都有自己的标准组织，如我国的国标 GBT，这些国标都接受 IEC 的标准 在将 IEC 的标准转化为本国标准时，标准编号往往被改编 为保持IEC与各国标准编号的一致性，加了一个数字 “6” IEC 1131-3 - IEC 61131-3, 标准内容没变 同时，增加了第一版的勘误表和附录 控制系统的演化 四代 DCS 的基本特征 第一代 DCS 的特征 硬件： 8 位控制器 CPU ；I/O 板为“傻板” ；操作站专用 软件：专用操作系统；非图形界面 第二代DCS的特征： 硬件：16 位控制器 CPU ；I/O 板开始出现智能板 ；操作站为工作站 软件：Unix 操作系统；X windows 图形界面；图形组态 第三代DCS的特征 硬件： （准）32 位控制器 CPU；全为智能 I/O 板（模件）；PC 机；现场总线 软件：Microsoft Windows 操作系统；LD、FBD、专用编程语言；开放接口 第四代DCS的特征： 硬件：智能化、小型化、现场化；网络标准化 软件：信息化、集成化； IEC61131-3 控制组态；OPC ；INTERNET DCS的分散设计思想… 早期的计算机控制系统由于计算机技术的成熟度还不够，不仅价格昂贵，可靠性也不能满足工业控制的要求，系统采取分布式设计、以分散控制风险的思想是自然而然的。 DCS 的设计者利用当时的计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、 CRT 技术、图形显示技术及人机接口技术，对生产过程进行集中监测、操作、管理，同时分散了控制、分散了风险。 DCS 既不同于分散的仪表控制，又不同于早期的集中式计算机控制系统，其设计克服了二者的缺陷而集中了二者的优势。 ….. DCS 的分散设计思想 理论上，设计得越分散，耦合性越小，系统的总体安全性就越高；但会带来系统成本的提高。 实际发展过程中，控制的集中程度，随着计算机硬件可靠性和成熟程度的提高而提高，基本上经历了分布—集中—再分布的过程 市场一直在寻求当时最高性价比的控制系统 ….. DCS 的分散设计思想 网络是 DCS 的基础骨架，所有 DCS 都是一种基于网络的分层、分布式结构。 网络上各子系统的功能和运行都相对独立，一个子系统故障不会影响到其他 子系统的正常工作，使得系统由于某个局部的故障造成对整个系统的损害降到 很低的程度 垂直划分 分层、集中 DCS 系统结构进行垂直分解，可分为 I/O 采集层、过程控制层、操作监视层和高级应用（信息管理）层，各层既相互独立又相互联系，每一层又可水平分解成若干子集。从功能上，纵向分层意味着不同层的设备承担不同的系统功能，如实时控制、实时监视、生产过程管理等。体现了数据集中监视和管理的特点 I/O采集层：来自现场仪表的输入、输出模拟信号的处理 过程控制层：周期执行控制运算 操作监视层：人与系统的会话接口 信息管理层：在基础DCS功能之上的各种高级应用，优化控制、WEB Server、与MIS、MES、ERP的接口等 横向划分 分布、分散 系统结构按横向划分，则同层的设备具有类似的功能，甚至可以互为替代，体现了DCS控制分散、减少风险的特点 操作监视层：一个系统通常拥有多台操作站，各操作站的功能一致或近似，独立工作且具有相互替代性，一台故障或退出，对其他操作站没有影响，其监视和操作功能可在其他操作站上完成 过程控制层：工程配置时，一般按控制回路，将相关信号分配在不同的控制器上，实现信号分离、控制分离。 I/O采集层：根据信号的类型，由不同的I/O采集板完成信号采集。现在DCS的I/O采集普遍采用智能板，板子本身带有一个甚至几个CPU，可独立工作，I/O板与控制器之间通过总线连接，一个I/O的损坏影响其他板和控制器的正常工作 主要设备 现场控制站 主要设备 现场控制站 I/O 采集板（模