分布式控制系统（DCS）系列：Emerson DeltaV_（2）.分布式控制系统的原理与架构.docx

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分布式控制系统的原理与架构

1.分布式控制系统的定义

分布式控制系统（DistributedControlSystem，DCS）是一种基于计算机技术和网络通信技术的控制系统，广泛应用于工业自动化领域。DCS的主要特点是将控制功能和数据处理功能分散到各个节点上，通过网络通信实现各节点之间的信息交换和协同控制。这种结构不仅提高了系统的可靠性和灵活性，还便于扩展和维护。

在混凝土生产工业控制系统中，DCS通常用于监控和控制整个生产线的各个环节，包括原料的准备、混合、输送、成型和养护等过程。通过将各个控制节点分散布置在生产现场，可以实现对生产过程的实时监控和精确控制，从而提高生产效率和产品质量。

2.分布式控制系统的组成

2.1控制层

控制层是DCS的核心部分，主要负责对生产过程的直接控制。在混凝土生产控制系统中，控制层通常包括以下几个部分：

现场控制站（FieldControlStation，FCS）：FCS是直接与生产过程中的传感器和执行器连接的设备，负责数据采集、处理和控制命令的执行。FCS通过I/O模块与现场设备进行通信，实现对设备的实时监控和控制。

控制器（Controller）：控制器是FCS的核心部件，负责执行控制算法和逻辑。在混凝土生产控制系统中，控制器可以用于控制混合机的转速、搅拌时间、原料的配比等关键参数。

2.2监控层

监控层主要负责对控制层的数据进行收集、处理和显示，提供操作员界面和报警功能。在混凝土生产控制系统中，监控层通常包括以下几个部分：

操作站（OperatorStation，OS）：OS是操作员与DCS交互的界面，提供图形化操作界面和报警信息。操作员可以通过OS实时监控生产过程中的各种参数，并进行必要的调整。

工程师站（EngineerStation，ES）：ES是用于系统配置和调试的设备，工程师可以通过ES进行控制策略的编写、调整和优化。

2.3网络层

网络层是连接控制层和监控层的通信桥梁，负责数据的传输和交换。在混凝土生产控制系统中，网络层通常包括以下几个部分：

现场总线（Fieldbus）：现场总线是连接FCS和现场设备的通信网络，常见的现场总线有Profibus、Modbus等。现场总线具有抗干扰能力强、通信速度快等特点，适用于生产现场的实时通信。

以太网（Ethernet）：以太网是连接FCS和监控层的通信网络，提供高速的数据传输和远程访问功能。以太网的广泛使用使得系统的管理和维护更加便捷。

3.分布式控制系统的架构

3.1三层架构模型

DCS通常采用三层架构模型，分别是现场层、控制层和监控层。这种架构模型使得系统的各个部分能够独立工作，同时又通过网络通信实现协同控制。

现场层（FieldLevel）：现场层包括各种传感器、执行器和现场设备，负责数据的采集和执行控制命令。在混凝土生产控制系统中，现场层的设备包括称重传感器、温度传感器、电机、阀门等。

控制层（ControlLevel）：控制层包括FCS和控制器，负责数据处理和控制逻辑的执行。控制层通过现场总线与现场层设备进行通信，实现对生产过程的实时控制。

监控层（SupervisoryLevel）：监控层包括OS和ES，负责数据的收集、处理和显示，提供操作员界面和报警功能。监控层通过以太网与控制层进行通信，实现对整个生产过程的监控和管理。

3.2通信机制

DCS中的通信机制是实现各层之间协同工作的关键。常见的通信机制包括：

现场总线通信：现场总线通信采用标准化的通信协议，如Profibus、Modbus等，实现FCS与现场设备之间的数据交换。现场总线通信具有抗干扰能力强、通信速度快等特点，适用于生产现场的实时通信。

以太网通信：以太网通信采用TCP/IP协议，实现控制层与监控层之间的数据传输。以太网通信具有传输速度快、传输距离远、易于扩展等特点，适用于远程监控和管理。

3.3数据流

在DCS中，数据流的传递是通过网络通信实现的。数据流通常包括以下几个步骤：

数据采集：现场层设备通过传感器采集生产过程中的各种数据，如温度、压力、流量等。

数据传输：采集的数据通过现场总线传输到控制层的FCS。

数据处理：FCS将采集的数据进行处理，并根据控制策略生成控制命令。

控制命令执行：FCS通过I/O模块将控制命令传输到现场设备，实现对设备的控制。

数据上传：控制层的FCS通过以太网将处理后的数据上传到监控层的OS和ES。

数据展示：OS和ES将上传的数据进行处理和展示，提供操作员界面和报警功能。

4.EmersonDeltaV系统的特点

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