(18)--第9章 计算机控制系统.ppt

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1、第第9章章 计算机控制系统计算机控制系统9.1 概述概述在在20世纪世纪50年代数字计算机出现之初，有远见的控制年代数字计算机出现之初，有远见的控制工程师便意识到计算机在自动控制领域具有极大地的发展工程师便意识到计算机在自动控制领域具有极大地的发展潜力，并进行了积极的探索。潜力，并进行了积极的探索。1959年，美国在炼油厂实现计算机数据监控，年，美国在炼油厂实现计算机数据监控，1962年，年，英国实现以计算机代替模拟调节器进行闭环控制的工业应英国实现以计算机代替模拟调节器进行闭环控制的工业应用。用。1975年，美国年，美国Honeywell 和日本横河电机株式会社分和日本横河电机株式会社分别推

2、出新型的集散控制系统别推出新型的集散控制系统(DCS)TDC-2000和和CENTUM。1进入进入90年代，年代，DCS又有新的发展，表面贴装技术与专又有新的发展，表面贴装技术与专用集成电路（用集成电路（ASIC）使元件数量减少，可靠性提高；）使元件数量减少，可靠性提高；90年代以来，用户和年代以来，用户和DCS生产厂家对系统的开放性和兼容性生产厂家对系统的开放性和兼容性提出了更高的要求。提出了更高的要求。普遍希望：普遍希望：构成系统的模块规范化，通信协议完全开放；构成系统的模块规范化，通信协议完全开放；各个厂家的系统及配套产品和备件相互兼容，可相各个厂家的系统及配套产品和备件相互兼容，可相互

3、替代；互替代；系统的建设投资和运营、维护费用相对封闭系统有系统的建设投资和运营、维护费用相对封闭系统有所降低。而基于控制系统网络化和现场仪表数字化，智能所降低。而基于控制系统网络化和现场仪表数字化，智能化的现场总线（化的现场总线（Fieldbus）为满足以上要求开辟了有效的）为满足以上要求开辟了有效的途径。途径。2以以现场总线现场总线技术为基础的现场总线控制系统技术为基础的现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control Systems）是以网络为基础的）是以网络为基础的集散型控制系统。新型的现场总线控制系统集散型控制系统。新型的现场总线控制系统FCS用公用公开的、标准化的通信网络代替

4、了集散型控制系统开的、标准化的通信网络代替了集散型控制系统DCS的专用网络，实现了厂商现场设备的兼容与互换性。的专用网络，实现了厂商现场设备的兼容与互换性。它适应了控制系统向它适应了控制系统向分散化、网络化、标准化和开放分散化、网络化、标准化和开放性性的发展趋势，是继集散型控制系统的发展趋势，是继集散型控制系统DCS之后的新一之后的新一代控制系统。代控制系统。39.2 直接数字控制（直接数字控制（DDC）系统）系统9.2.1 DDC系统的特点及组成系统的特点及组成1DDC系统的特点系统的特点直接数字控制系统简称直接数字控制系统简称DDC（Direct Digital Control）系统，就是

5、用一台工业计算机配以适当的）系统，就是用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从输入通道获取生产过程的信息，输入输出设备，从输入通道获取生产过程的信息，按照预先规定的控制算法计算出控制量，并通过输按照预先规定的控制算法计算出控制量，并通过输出通道，直接作用于执行器，实现对整个生产过程出通道，直接作用于执行器，实现对整个生产过程的控制。的控制。DDC系统能满足不同生产过程的控制要求。系统能满足不同生产过程的控制要求。4当系统控制要求发生变化时，可通过重新编制程当系统控制要求发生变化时，可通过重新编制程序来适应控制要求的改变，而不必进行大量硬件结构序来适应控制要求的改变，而不必进行大量硬件结构改动

6、。改动。DDC系统的另一个优点是易于实现各种比较复系统的另一个优点是易于实现各种比较复杂的控制规律及特殊的控制算法，如串级、前馈、选杂的控制规律及特殊的控制算法，如串级、前馈、选择、大滞后补偿等控制。择、大滞后补偿等控制。2DDC系统的组成系统的组成典型的过程计算机控制系统结构如下图所示。除典型的过程计算机控制系统结构如下图所示。除了被控过程、检测仪表和执行器之外，计算机系统了被控过程、检测仪表和执行器之外，计算机系统（如图中的虚线内部分）可划分为软件和硬件两大部（如图中的虚线内部分）可划分为软件和硬件两大部分。分。561）DDC系统硬件系统硬件硬件是指计算机本身及其外围设备硬件设备，包括硬件

7、是指计算机本身及其外围设备硬件设备，包括CPU、存储器（、存储器（RAM、ROM）各种接口电路、）各种接口电路、AD转转换和换和DA转换构成的模拟量转换构成的模拟量IO通道、数字量通道、数字量IO通通道以及各种显示、存储设备、运行操作台等。道以及各种显示、存储设备、运行操作台等。2）DDC系统软件系统软件DDC系统的软件是指计算机控制系统中具有各种功系统的软件是指计算机控制系统中具有各种功能的计算机程序总和。能的计算机程序总和。DDC系统的软件从功能上可分为系统的软件从功能上可分为系统软件和应用软件两大部分。系统软件和应用软件两大部分。7系统软件系统软件是由计算机制造商、通用系统软件公司、是由

8、计算机制造商、通用系统软件公司、以及过程控制系统制造厂商提供的，用来进行计算机以及过程控制系统制造厂商提供的，用来进行计算机资源管理的软件，如操作系统、系统开发环境等，用资源管理的软件，如操作系统、系统开发环境等，用户只需要掌握使用方法，并根据具体需要加以适当的户只需要掌握使用方法，并根据具体需要加以适当的调整即可。调整即可。应用软件应用软件是用户根据要解决的控制问题而编写的是用户根据要解决的控制问题而编写的具有专用功能的程序，应用软件的质量直接影响控制具有专用功能的程序，应用软件的质量直接影响控制系统的功能和效率。系统的功能和效率。89.2.2 DDC系统的设计原则系统的设计原则DDC系统的

9、控制对象、控制功能与技术指标千系统的控制对象、控制功能与技术指标千变万化，但基本的设计原则，主要有以下几个方面。变万化，但基本的设计原则，主要有以下几个方面。系统操作性能好系统操作性能好,可靠性高可靠性高,通用性强、便于扩充，通用性强、便于扩充，实时性好、设计周期短、价格便宜。实时性好、设计周期短、价格便宜。99.3 集散控制系统集散控制系统9.3.1 集散控制系统的发展历程集散控制系统的发展历程自自1975年第一套集散式控制系统诞生到现在，年第一套集散式控制系统诞生到现在，DCS大致经历了三个发展阶段。大致经历了三个发展阶段。1第一阶段（初创期）第一阶段（初创期）19751980年是初创阶段

10、。世界各大公司纷纷推年是初创阶段。世界各大公司纷纷推出自己的集散型控制系统，这一时期典型的出自己的集散型控制系统，这一时期典型的DCS系统系统有有Honeywell的的TDC-2000系统、系统、Foxboro的的Spectrum系统、系统、Yokogawa（横河）的（横河）的CENTUM系统、系统、Bailey公司的公司的Network-90系统、系统、Siemens的的Teleperm M系统系统等。等。102第二阶段（成熟期）第二阶段（成熟期）19801985年的第二阶段是年的第二阶段是DCS的成熟期。这期间伴的成熟期。这期间伴随着各种高新技术、特别是信息处理技术和计算机网络技随着各种高

11、新技术、特别是信息处理技术和计算机网络技术的飞速发展。术的飞速发展。3第三阶段（扩展期）第三阶段（扩展期）1985年至今为年至今为DCS扩展期。这一阶段，扩展期。这一阶段，DCS系统把过系统把过程控制、监督控制、管理调度有机地结合起来，并继续加程控制、监督控制、管理调度有机地结合起来，并继续加强断续控制功能。强断续控制功能。DCS的特点是系统功能综合化和系统网的特点是系统功能综合化和系统网络开放性水平的不断提高。络开放性水平的不断提高。119.3.2 集散控制系统的基集散控制系统的基本组成与功能划分本组成与功能划分集散控制系统虽然品种集散控制系统虽然品种繁多，但其基本组成部分是繁多，但其基本组

12、成部分是相同的。一个典型的相同的。一个典型的DCS如如右图所示，由右图所示，由分散执行控制分散执行控制功能的现场控制站功能的现场控制站（Field Control Station）和进行集中）和进行集中监视、操作的监视、操作的操作站操作站（Operator Station）以及）以及高高速通信总线速通信总线组成，基本结构组成，基本结构如下页图所示如下页图所示。集散控制系统的组成集散控制系统的组成1213在在DCS的结构体系中，的结构体系中，操作站位于控制站的上层操作站位于控制站的上层，它通过通信总线与现场控制站交换信息。它通过通信总线与现场控制站交换信息。DCS中的通中的通信网络也是系统重要的

13、组成部分。为保证通信的可靠信网络也是系统重要的组成部分。为保证通信的可靠性，性，DCS系统常采用系统常采用多主站的令牌方式多主站的令牌方式。这种方式可。这种方式可避免只有一个固定主站时，万一主站发生故障引起全避免只有一个固定主站时，万一主站发生故障引起全局通信瘫痪的危险。此外，在集散系统中还采用局通信瘫痪的危险。此外，在集散系统中还采用双总双总线冗余结构线冗余结构，确保通信的可靠性。通过配置网关，确保通信的可靠性。通过配置网关（Gateway），将），将DCS的内部通信总线与其它第三方的内部通信总线与其它第三方控制设备控制网络或信息管理网络连接，组成更大的控制设备控制网络或信息管理网络连接，组

14、成更大的综合控制与信息管理系统。综合控制与信息管理系统。149.3.3 现场控制站现场控制站现场控制站一般分散安装在靠近生产现场的位现场控制站一般分散安装在靠近生产现场的位置，实现对生产过程数据的采集与实时控制。即对置，实现对生产过程数据的采集与实时控制。即对过程输入、输出数据进行检测与处理，用最新信息过程输入、输出数据进行检测与处理，用最新信息更新数据库；根据最新的数据，按照一定的控制逻更新数据库；根据最新的数据，按照一定的控制逻辑与算法形成相应的控制命令，对生产过程进行控辑与算法形成相应的控制命令，对生产过程进行控制。同时将相关信息上传到操作站，并接受操作站制。同时将相关信息上传到操作站，

15、并接受操作站下传的控制指令。通过通信总线实现现场控制站之下传的控制指令。通过通信总线实现现场控制站之间的数据交换。间的数据交换。159.3.3.1 现场控制站的冗余结构现场控制站的冗余结构为了避免现场控制站发生故障对整个生产过程造成为了避免现场控制站发生故障对整个生产过程造成较大的影响，较大的影响，DCS从两个方面采取措施。首先，从危险从两个方面采取措施。首先，从危险分散的角度，适当限制了控制站的回路数目，将控制站分散的角度，适当限制了控制站的回路数目，将控制站发生故障的影响限制在有限的范围；其次，在可靠性要发生故障的影响限制在有限的范围；其次，在可靠性要求高的场合，对控制站所有关键部分，从运

16、算控制单元求高的场合，对控制站所有关键部分，从运算控制单元（CPU）、输入输出接口卡、电源，到站内数据总线，）、输入输出接口卡、电源，到站内数据总线，都采取都采取双重化冗余备用双重化冗余备用措施。措施。在连续生产过程中，测控工作不能停顿，现场控制在连续生产过程中，测控工作不能停顿，现场控制站的备用装置必须始终处于运转（热备）状态，一面进站的备用装置必须始终处于运转（热备）状态，一面进行自诊断，一面监视对方工作是否正常，并不断更新自行自诊断，一面监视对方工作是否正常，并不断更新自己的数据库，这种方式称为己的数据库，这种方式称为双工热备待机方式双工热备待机方式。16如果当前工作的装置发生故障，处于

17、热备状态如果当前工作的装置发生故障，处于热备状态的备用装置能立即无中断、平滑的投入运行。的备用装置能立即无中断、平滑的投入运行。下面以下面以CENTUMXL系统的双重化现场控制系统的双重化现场控制站站CFCD2为例，简单说明现场为例，简单说明现场控制站双工热备控制站双工热备工作工作原理。原理。CFCD2机柜的上部为运算控制单元，下面可以机柜的上部为运算控制单元，下面可以安装安装5个个IO插件箱，每箱内虽可插插件箱，每箱内虽可插8块接口卡，但块接口卡，但供控制用的供控制用的8输入输入8输出模拟量信号接口卡输出模拟量信号接口卡MAC2只只能插能插2块（若不要备用，均只能插块（若不要备用，均只能插1

18、块），用于最重块），用于最重要的控制回路。要的控制回路。17在右图中，首在右图中，首先对运算控制部分先对运算控制部分及其电源进行双工及其电源进行双工热备；其次，对热备；其次，对HF总线、总线通信耦总线、总线通信耦合器、站内总线，合器、站内总线，以及以及IO插件箱内插件箱内的关键部分，即插的关键部分，即插件箱电源、站内通件箱电源、站内通信卡，以及最重要信卡，以及最重要的的IO接口卡进行接口卡进行双重化。双重化。CENTUMXL系统系统CDFC2现场工作站的双重化结构现场工作站的双重化结构18为了说明这种双重化设备的切换方法，下面以为了说明这种双重化设备的切换方法，下面以MAC2模模块为例进行讨论

19、。块为例进行讨论。MAC2是是8输入、输入、8输出模拟量接口模块，输出模拟量接口模块，其并联工作的原理如下页其并联工作的原理如下页CENTUMXL 系统系统CDFC2现场工现场工作站的双重化结构图所示。作站的双重化结构图所示。两个两个MAC2模块（模块（No1、No2）的输入输出电路与变送器、）的输入输出电路与变送器、执行器并联相接。从变送器来的执行器并联相接。从变送器来的420mA信号变为信号变为15V电压电压后，经过滤波电路、多路转换开关、后，经过滤波电路、多路转换开关、AD转换器，变成数字转换器，变成数字量存人数据库，然后经站内总线接口，传送到上部的运算控量存人数据库，然后经站内总线接口

20、，传送到上部的运算控制单元，作为输入数据参加运算；运算结束后，数据经站内制单元，作为输入数据参加运算；运算结束后，数据经站内通信总线又送回通信总线又送回MAC2插件，经插件，经DA转换器及多路转换开关转换器及多路转换开关后，送至输出电路，驱动执行器。后，送至输出电路，驱动执行器。19CENTUMXL 系统CDFC2现场工作站的双重化结构20MAC2的输出电路主要由运算放大器和晶体管组的输出电路主要由运算放大器和晶体管组成的成的VI转换电路构成，由转换电路构成，由DA转换器输出的模拟转换器输出的模拟量电压加在运算放大器的同相输入端；借助于强烈的量电压加在运算放大器的同相输入端；借助于强烈的电流负

21、反馈，将此电压转变为电流负反馈，将此电压转变为420mA的电流输出。的电流输出。为了核实该电流是否存在，利用输入多路开关及为了核实该电流是否存在，利用输入多路开关及AD转换器，将反映输出电流大小的运算放大器反相输转换器，将反映输出电流大小的运算放大器反相输入端电压读回来。如果发现该电流的数值不准确，或入端电压读回来。如果发现该电流的数值不准确，或因回路断线而没有电流，通过双重化控制电路立即自因回路断线而没有电流，通过双重化控制电路立即自动切换到备用的动切换到备用的MAC2。21从上图的输出电路可看出，两个并联的从上图的输出电路可看出，两个并联的MAC2模块模块内，对应的回路中都有相同的内，对应

22、的回路中都有相同的420mA电流存在；但电流存在；但是否向外输出，取决于接在输出晶体管发射极电路中的是否向外输出，取决于接在输出晶体管发射极电路中的开关管状态，而后者又决定于双重化控制电路驱动的开关管状态，而后者又决定于双重化控制电路驱动的RS触发器。若触发器。若RS触发器的状态使上面模块内的开关管触发器的状态使上面模块内的开关管处于开断状态，下面插件内的开关管处于导通状态，则处于开断状态，下面插件内的开关管处于导通状态，则外电路电流由上面的模块供给，下面模块内的外电路电流由上面的模块供给，下面模块内的420mA电流直接接地。当电流直接接地。当RS触发器翻转时，利用上述全触发器翻转时，利用上述

23、全面的双重化备用，可保证多回路控制器的可靠性不低于面的双重化备用，可保证多回路控制器的可靠性不低于单回路控制器。单回路控制器。22CFCD2型现场控制站内输入输出插件箱的具体结构如左型现场控制站内输入输出插件箱的具体结构如左图所示。其右边图所示。其右边4个插槽作为公用部分，个插槽作为公用部分，2个槽插电源模块，个槽插电源模块，2个槽插站内通信模块。如果不需要双重化热备，电源和通信模个槽插站内通信模块。如果不需要双重化热备，电源和通信模块只插块只插1块即可。块即可。在在CFCD2型现场控制站型现场控制站中，最多可处理开关量输入输中，最多可处理开关量输入输出信号出信号512点及相近数量的模点及相近

24、数量的模拟量信号，最多可生成的内部拟量信号，最多可生成的内部控制仪表控制仪表255个，可执行的顺个，可执行的顺序控制表格序控制表格(32输入、输入、32输出输出)共共40张，其规模相当大。当使张，其规模相当大。当使用用1020个个CFCD2型现场控制型现场控制站组成系统时，可实现上千个站组成系统时，可实现上千个反馈回路和上万个开关量的分反馈回路和上万个开关量的分散控制与集中管理。散控制与集中管理。现场控制站的现场控制站的I/O插件箱插件箱23DCS现场控制站功能框图现场控制站功能框图9.3.3.2 现场控制站的功能现场控制站的功能现场控制站功能框图如右现场控制站功能框图如右图所示。与单回路控制

25、仪表相图所示。与单回路控制仪表相比，除反馈控制功能、运算功比，除反馈控制功能、运算功能、报警功能、通信功能更加能、报警功能、通信功能更加充实之外，最主要的特点是顺充实之外，最主要的特点是顺序控制大大增强。序控制大大增强。现场控制站内的顺序控制，现场控制站内的顺序控制，除能按常规的开关条件切换外，除能按常规的开关条件切换外，还包含各种定时器、计数器、还包含各种定时器、计数器、算术运式、逻辑关系运算式等，算术运式、逻辑关系运算式等，能自动监视连续量的变化。能自动监视连续量的变化。24为了继承用单块仪表构成系统的概念，为了继承用单块仪表构成系统的概念，DCS将一将一些常用的功能子程序组成标准功能模块

26、，称为内部仪些常用的功能子程序组成标准功能模块，称为内部仪表。现场控制站中的内部仪表与单回路控制器不同，表。现场控制站中的内部仪表与单回路控制器不同，现场控制站中将一些控制仪表所共有的运算和处理归现场控制站中将一些控制仪表所共有的运算和处理归并在内部仪表的功能之内，如下图所示。并在内部仪表的功能之内，如下图所示。25269.3.4 DCS操作站功能操作站功能集散控制系统的集散控制系统的操作站操作站主要有三大功能，即以系主要有三大功能，即以系统生成、维护为主的工程功能；以监视、运行、记录统生成、维护为主的工程功能；以监视、运行、记录为主的操作功能；与现场控制站和上位计算机交换信为主的操作功能；与

27、现场控制站和上位计算机交换信息的通信功能以及运行数据文件的存储、管理功能。息的通信功能以及运行数据文件的存储、管理功能。DCS的工程功能通过工程师站实现，操作功能由操作的工程功能通过工程师站实现，操作功能由操作员站实现。员站实现。27工程师站与操作员站共同组成工程师站与操作员站共同组成DCS操作站。操作站。在规在规模较小的模较小的DCS 和早期的和早期的DCS中，由中央计算机同时承中，由中央计算机同时承担工程师站和操作员站的职能，通过设置工程师密码担工程师站和操作员站的职能，通过设置工程师密码赋予工程师进行系统生成、维护和系统管理功能等工赋予工程师进行系统生成、维护和系统管理功能等工程功能，必

28、要时可配置专门的工程师键盘和程功能，必要时可配置专门的工程师键盘和CRT以方以方便监视和操作；通过设置操作员密码限制操作员的操便监视和操作；通过设置操作员密码限制操作员的操作权限。作权限。281工程师站的功能工程师站的功能1）系统组态）系统组态系统组态就是生成和变更操作员站和现场控制站的功系统组态就是生成和变更操作员站和现场控制站的功能。通过填写标准工作本，由组态工具软件将工作单显示能。通过填写标准工作本，由组态工具软件将工作单显示于屏幕上，用会话方式实现功能的生成和变更。组态内容于屏幕上，用会话方式实现功能的生成和变更。组态内容包括包括操作站功能组态、现场控制站功能组态和用户自定义操作站功能

29、组态、现场控制站功能组态和用户自定义功能组态功能组态等。等。操作站组态包括操作站的规格指定、信号点数指定及操作站组态包括操作站的规格指定、信号点数指定及其它一些共同的规定；然后定义操作站的标准功能，如画其它一些共同的规定；然后定义操作站的标准功能，如画面编号、工位号、信息编号、标准功能键等站内自身的标面编号、工位号、信息编号、标准功能键等站内自身的标准信息；用户需要定义功能，如某些功能键、指定画面、准信息；用户需要定义功能，如某些功能键、指定画面、报表格式等。报表格式等。29现场控制站组态用来生成和变更站内反馈控制现场控制站组态用来生成和变更站内反馈控制功能、顺序控制功能和监控功能等。不同类型

30、功能、顺序控制功能和监控功能等。不同类型DCS的控制站都有专用的组态软件。的控制站都有专用的组态软件。集散系统中有些专用功能由用户定义，例如，集散系统中有些专用功能由用户定义，例如，流程画面生成、画面分配和报表格式等。在对用户流程画面生成、画面分配和报表格式等。在对用户定义的功能进行组态时，用户可根据具体内容借助定义的功能进行组态时，用户可根据具体内容借助于组态工具软件自行组态。于组态工具软件自行组态。302）系统测试）系统测试测试功能用来检查组态后系统的工作情况，测试功能用来检查组态后系统的工作情况，内容包括对反馈控制回路的测试和对顺序控制状内容包括对反馈控制回路的测试和对顺序控制状态的测试

31、。态的测试。3）系统维护）系统维护系统维护是对系统作定期检查或更改、生成系统维护是对系统作定期检查或更改、生成的组态文件存储、数据恢复等。的组态文件存储、数据恢复等。4）系统管理）系统管理主要是对系统文件的管理。主要是对系统文件的管理。312操作员站功能操作员站功能画面显示和运行操作是操作员站的基本功能。画面显示和运行操作是操作员站的基本功能。操作人员通过各种画面的显示、切换以及功能键、操作人员通过各种画面的显示、切换以及功能键、鼠标、触摸屏的操作，实现对生产过程正常运行的鼠标、触摸屏的操作，实现对生产过程正常运行的监视与操作管理。监视与操作管理。为满足运行操作的要求，集散控制系统的操作为满足

32、运行操作的要求，集散控制系统的操作站上都备有总貌画面、分组画面、回路调整画面、站上都备有总貌画面、分组画面、回路调整画面、报警画面、趋势分组画面五种标准画面，此外，还报警画面、趋势分组画面五种标准画面，此外，还能根据用户的不同特点，生成各种流程图画面及工能根据用户的不同特点，生成各种流程图画面及工艺数据汇总画面等。下面以一个中型艺数据汇总画面等。下面以一个中型DCS的操作站的操作站为例，说明这些画面在监视和操作中的作用。为例，说明这些画面在监视和操作中的作用。321）总体画面）总体画面:这是为掌握生产过程总体状况而设计的显示画面，如下图所示。这是为掌握生产过程总体状况而设计的显示画面，如下图所

33、示。332）控制组画面）控制组画面如下图所示，画面上可显示一组内部仪表，对每个仪表都采如下图所示，画面上可显示一组内部仪表，对每个仪表都采取数字和模拟两种方式显示。数字方式给出了取数字和模拟两种方式显示。数字方式给出了PV、SV、MV的精的精确数值及单位，模拟方式的棒图显示直观明了。确数值及单位，模拟方式的棒图显示直观明了。343）回路调整画面随着对生产过程的了解由全局向局部深人，需要对单）回路调整画面随着对生产过程的了解由全局向局部深人，需要对单个仪表进行细致的观测和调整，这种以仪表为单位的回路显示画面如右图所个仪表进行细致的观测和调整，这种以仪表为单位的回路显示画面如右图所示。示。画面上画

34、面上可详尽地列出可详尽地列出该仪表的全部该仪表的全部数据，并可用数据，并可用光标指定需要光标指定需要更改的参数后，更改的参数后，用操作键盘进用操作键盘进行数据设定。行数据设定。354）趋势画面）趋势画面:对过程量变化曲线的显示，即所谓趋势显示，对过程量变化曲线的显示，即所谓趋势显示，365）报警画面下图是操作站上显示的，按发生时间先后排列）报警画面下图是操作站上显示的，按发生时间先后排列的顺序报警画面。其中最新发生的报警在最上面的一行，按发生的顺序报警画面。其中最新发生的报警在最上面的一行，按发生的顺序向下排列，当超过画面上允许的行数时，送入后面的页面。的顺序向下排列，当超过画面上允许的行数时

35、，送入后面的页面。376）流程图画面，目前动态的流程图画面是）流程图画面，目前动态的流程图画面是CRT操作中最受欢迎，使操作中最受欢迎，使用频度最高的一种画面。由于生产过程的多样性，流程图画面难以做成标准用频度最高的一种画面。由于生产过程的多样性，流程图画面难以做成标准模式。为此，操作站为用户提供这类图形的生成手段和标准图库，用户可根模式。为此，操作站为用户提供这类图形的生成手段和标准图库，用户可根据生产情况和自己的习惯，生成各具特色的画面。如下图所示。据生产情况和自己的习惯，生成各具特色的画面。如下图所示。38在在CRT操作中有两个值得注意的问题，这就是快操作中有两个值得注意的问题，这就是快

36、速性和抗误操作性。快速性是指画面的转换和过程操速性和抗误操作性。快速性是指画面的转换和过程操作要快。为此，一方面提高作要快。为此，一方面提高CRT的画面更新速度，例的画面更新速度，例如把画面更新时间缩短到如把画面更新时间缩短到1s之内，另一方面优化关联之内，另一方面优化关联画面的编排，使操作者在某个画面上发现问题后，能画面的编排，使操作者在某个画面上发现问题后，能快速找到与其密切相关的其它画面。并简化操作步骤，快速找到与其密切相关的其它画面。并简化操作步骤，力求实现力求实现1键操作。由于集散系统具有顺序控制功能，键操作。由于集散系统具有顺序控制功能，易于实现以易于实现以1键动作代替一连串的键盘

37、操作。键动作代替一连串的键盘操作。39但在操作简化的同时，又出现了另一个问题，即但在操作简化的同时，又出现了另一个问题，即如何防止因误操作引起严重后果。为此，首先将键盘如何防止因误操作引起严重后果。为此，首先将键盘功能按使用人员的职责范围划分等级，以密码或钥匙功能按使用人员的职责范围划分等级，以密码或钥匙限制越权操作，保证像系统生成、回路构成等功能不限制越权操作，保证像系统生成、回路构成等功能不会被不允许的人员误操作。对一些关系重大的操作，会被不允许的人员误操作。对一些关系重大的操作，系统必须要求操作员反复确认后才执行，对明显不合系统必须要求操作员反复确认后才执行，对明显不合理的指令，系统应拒

38、绝执行，以防止因误操作而引起理的指令，系统应拒绝执行，以防止因误操作而引起严重后果。为此，首先将键盘功能按使用人员的职责严重后果。为此，首先将键盘功能按使用人员的职责范围划分等级，以密码或钥匙限制越权操作，保证像范围划分等级，以密码或钥匙限制越权操作，保证像回路构成等软件不会被无关人员的误操作所破坏。此回路构成等软件不会被无关人员的误操作所破坏。此外，对一些关系重大的操作，必须要求操作员反复确外，对一些关系重大的操作，必须要求操作员反复确认后才执行，对明显不合理的指令，系统应拒绝执行。认后才执行，对明显不合理的指令，系统应拒绝执行。40419.3.5 DCS的通信网络的通信网络DCS通过分布在

39、现场的通过分布在现场的控制站控制站实现对生产过程实现对生产过程的控制，通过操作站进行集中监视和操作管理，达的控制，通过操作站进行集中监视和操作管理，达到实时了解生产的总体状况，实现对生产过程全面到实时了解生产的总体状况，实现对生产过程全面监控与管理的目的。只有将现场控制站和操作站通监控与管理的目的。只有将现场控制站和操作站通过通信网络连接起来，才能实现上述目标。过通信网络连接起来，才能实现上述目标。DCS的的现场现场控制站和操作站控制站和操作站在空间上总是分布在一定区域在空间上总是分布在一定区域之内，它的通信网络是一个局部网络。之内，它的通信网络是一个局部网络。DCS局部网局部网与一般办公系统

40、的局部网络不同，要求实时响应迅与一般办公系统的局部网络不同，要求实时响应迅速、能适应恶劣的工业现场环境、具有开放性等，速、能适应恶劣的工业现场环境、具有开放性等，对网络的可靠性要求很高。对网络的可靠性要求很高。421DCS的网络形式：两种的网络形式：两种右图所示为主右图所示为主-从通信网络系统。其中主站一般是从通信网络系统。其中主站一般是微型计算机或大型工作站，负责处理网络设备之间的微型计算机或大型工作站，负责处理网络设备之间的网络通信指挥任务；从站或称从属设备，多为现场控网络通信指挥任务；从站或称从属设备，多为现场控制设备如可编程控制器、现场控制站等。制设备如可编程控制器、现场控制站等。在主

41、在主-从通信网络中，主站采用独立访问每个从属从通信网络中，主站采用独立访问每个从属设备的方式，实现主设备和被访问从属设备之间的数设备的方式，实现主设备和被访问从属设备之间的数据传送，从属设备之间不能直接通信。据传送，从属设备之间不能直接通信。43 主主-从网络具有整体控从网络具有整体控制网络通信的优点，缺点制网络通信的优点，缺点是整个系统内的通信全部是整个系统内的通信全部依赖于主站依赖于主站。在同等在同等-同等通信网络中，每个网络设备都有要求使用与控同等通信网络中，每个网络设备都有要求使用与控制网络的权力，能够发送或访问其它网络设备的信息。制网络的权力，能够发送或访问其它网络设备的信息。Pee

42、r to Peer通信网络如下图所示。通信网络如下图所示。这种通信方式也称为接力式或令牌式系统，网络的控制权力这种通信方式也称为接力式或令牌式系统，网络的控制权力可以看作是一个设备到另一个设备的接力或令牌式传递。其特点可以看作是一个设备到另一个设备的接力或令牌式传递。其特点正好与主正好与主-从系统相反。由于每个网络设备都有权控制网络的数据从系统相反。由于每个网络设备都有权控制网络的数据通信，控制权该由哪个设备占用、占用多长时间以及网络上通信通信，控制权该由哪个设备占用、占用多长时间以及网络上通信的类别等实现起来既的类别等实现起来既复杂又困难，优点是一个复杂又困难，优点是一个 或几个设备发生故障

43、时，或几个设备发生故障时，并不影响整个通信网络的并不影响整个通信网络的正常运行。正常运行。442通信网络的硬件构成通信网络的硬件构成通信网络主要由两部分组成：传输电缆、光缆通信网络主要由两部分组成：传输电缆、光缆（或其它媒介）和接口电子设备。接口电子设备通（或其它媒介）和接口电子设备。接口电子设备通常称为链路接口单元（或称调制解调器、网络适配常称为链路接口单元（或称调制解调器、网络适配器等），其的功能是控制数据交换、传送存取等。器等），其的功能是控制数据交换、传送存取等。DCS通信控制的典型功能包括：误码检验、数据链通信控制的典型功能包括：误码检验、数据链路控制管理以及与可编程控制器、控制单元

44、或计算路控制管理以及与可编程控制器、控制单元或计算机之间的通信协议的处理等。机之间的通信协议的处理等。DCS的网络要在恶劣的网络要在恶劣的工业环境中运行，所以调制解调器都规定在特定的工业环境中运行，所以调制解调器都规定在特定的频率下通信，最大限度地减少干扰造成传送误差。的频率下通信，最大限度地减少干扰造成传送误差。453通信网络的拓扑结构通信网络的拓扑结构1）星形网络结构）星形网络结构右图所示的星形网络结构右图所示的星形网络结构属于主属于主-从形式的网络系统。从形式的网络系统。网络中各主、从站之间链路专网络中各主、从站之间链路专用，传输效率高，通信简单。用，传输效率高，通信简单。但主站承担全部

45、信息的协调与但主站承担全部信息的协调与传输，一旦发生事故，系统通传输，一旦发生事故，系统通信立即中断。信立即中断。462）树形网络结构）树形网络结构右图所示的树形网络右图所示的树形网络结构，适用于分级管理和结构，适用于分级管理和控制系统。与星形结构相控制系统。与星形结构相比，由于通信线路总长度比，由于通信线路总长度较短，故成本低，易推广，较短，故成本低，易推广，但结构较星形复杂。网络但结构较星形复杂。网络中任一节点或连线的故障中任一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的均影响其所在支路网络的正常工作。正常工作。473）环形网络结构）环形网络结构网络首尾相连成环形。网络首尾相连成环形。网络信息的

46、传送是从始发网络信息的传送是从始发站经过其余各站最后又回站经过其余各站最后又回到始发站。数据传输方向到始发站。数据传输方向可单向也可双向，环形网可单向也可双向，环形网络结构简单，挂接或摘除络结构简单，挂接或摘除处理设备容易，但是若节处理设备容易，但是若节点处理器或数据通道有障点处理器或数据通道有障碍时会影响整个系统。碍时会影响整个系统。484）总线型网络结构）总线型网络结构右图所示为总线型网络结构。在这种结构中所有节点通过右图所示为总线型网络结构。在这种结构中所有节点通过接口连接到一条数据通道（总线）上，节点发送到总线的数据接口连接到一条数据通道（总线）上，节点发送到总线的数据同时被所有节点所

47、接收，但每个节点只接收以本节点为目的地同时被所有节点所接收，但每个节点只接收以本节点为目的地址的数据。每次只允许一台设备发送数据，这样就需要按一定址的数据。每次只允许一台设备发送数据，这样就需要按一定访问方法来决定哪一个节点占有网络。网络结构简单，系统可访问方法来决定哪一个节点占有网络。网络结构简单，系统可大可小，易于扩展。若某一设备发生故障，不会影响整个系统。大可小，易于扩展。若某一设备发生故障，不会影响整个系统。这种结构是目前广泛应用的一种形式。这种结构是目前广泛应用的一种形式。495）复合形网络结构）复合形网络结构在一些规模较大的在一些规模较大的DCS中，中，为了提高其实用性，常常将几种

48、为了提高其实用性，常常将几种网络结构合理地组合起来运用于网络结构合理地组合起来运用于一个系统，充分发挥各自的长处。一个系统，充分发挥各自的长处。右图所示为环形网络与总线网络右图所示为环形网络与总线网络的复合。的复合。504通信协议通信协议随着通信网络规模的扩大和功能的提高，对数据随着通信网络规模的扩大和功能的提高，对数据通信规格有了规范化的要求。如果数据规格不按照一通信规格有了规范化的要求。如果数据规格不按照一定的规范编制，接收端无法正确理解所收到的信息并定的规范编制，接收端无法正确理解所收到的信息并加以利用。加以利用。这种在网络上定义数据资料传输规范的协这种在网络上定义数据资料传输规范的协议

49、就称为通信协议议就称为通信协议。DCS中采用的通信协议有中采用的通信协议有IEEE802标准、标准、MAP标准和标准和PROWAY标准等。其中应用最多的是标准等。其中应用最多的是IEEE802标准。关于这些通信协议的具体内容可参考标准。关于这些通信协议的具体内容可参考有关的技术标准。有关的技术标准。515典型典型DCS的通信网络的通信网络1）TDC3000系统系统TDC3000有三种通信网络：工厂控制网络有三种通信网络：工厂控制网络（PCN）、局部控制网络（）、局部控制网络（LCN）、通用控制网络）、通用控制网络（UCN）和高速数据通道（）和高速数据通道（Data Hiway）。前三者均）。前

50、三者均为局域网，通信特性相同。后者用来支持设备间点对为局域网，通信特性相同。后者用来支持设备间点对点的通信及资源共享。点的通信及资源共享。2）CENTUM系统系统CENTUM系统有两种通信网络：用于控制级通信系统有两种通信网络：用于控制级通信的的HF总线和用于管理级通信的总线和用于管理级通信的SVNET总线。总线。52HF总线采用同轴电缆作为传输介质，传输距离为总线采用同轴电缆作为传输介质，传输距离为l2km，也可经光适配器同光纤通信系统一起使用，传，也可经光适配器同光纤通信系统一起使用，传输距离可达输距离可达20km。通信采用。通信采用PROWAY标准，介质存取标准，介质存取方式为令牌总线。