第一篇：集散控制系统学习心得
集散控制系统课程学习报告
学院名称：
电气学院
专业班级：
学生姓名：
学生学号：
2013年
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。
第二篇：联锁保护、集散控制系统管理制度
安全仪表系统及集散控制系统管理制度 目的
为牢固树立“安全第一”的思想，确保公司职工生命安全，保障生产装臵安全、稳定运行，加强安全仪表系统和集散控制系统的维护和管理，防止安全事故发生，实现企业可持续发展，结合公司实际，特针对安全仪表系统（SIS）及集散控制系统（DCS）制定本制度。2 适用范围
本制度适用于全公司各类安全仪表系统、集散控制系统的管理工作。3 术语 3.1 SIS 安全仪表系统（Safety Instrumented System,简称SIS）, 根据美国仪表协会（ISA）对安全系统仪表系统的定义而得名，也称紧急停车系统（ESD）、安全连锁系统（SIS）或仪表保护系统（IPS）。安全仪表系统是指能实现一个或多个安全功能的系统，用于监视生产装臵或独立单元的操作，如果生产过程超出安全操作范围，可以使其进入安全状态，确保装臵或独立单元具有一定的安全度。3.2 DCS 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。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配臵灵活、组态方便。3.3 量程修改
现场仪表设计量程不能满足现场实际工艺工况，需重新设定仪表量程，同时修改安全系统或集散控制系统量程，一般需下装控制器数据库。3.4 流程图修改
计算机显示画面不能满足工艺要求，需增加、减少或挪动数据显示，不用下装控制器数据库。3.5 联锁旁路
装臵部分单元启动过程中，在系统运行参数或工况未达到要求时，采用临时联锁旁路达到开工条件。系统运行过程中，因设备缺陷存在，电气、仪表、工艺各专业因安全措施要求，退出部分联锁保护时，采用联锁旁路操作。系统运行过程中，因专业要求对仪表进行维护校准，需采用联锁旁路操作。3.6 联锁投用
联锁旁路操作后如信号能恢复正常使用则进行联锁投用操作。3.7临时信号强制
系统运行期间在操作员画面无法更改的一些信号值可通过下位机软件进行强制，需要在工程师权限下对控制器参数进行操作。3.8 控制回路方案变动
在实际运行中如原自动调节回路不适用，可由生产车间提出控制回路方案变动，经批准后对控制器进行下装。4 职责与程序 4.1 动力设备部的职责
4.1.1 动力设备部是公司安全仪表系统和集散控制系统管理的职能部门。4.1.2 负责审核机组及装臵保护管理标准。4.1.3 负责制定装臵检修后的联锁保护试验项目，并参加重要保护的联锁试验，确认试验结果。
4.1.4 负责监督及督促各生产部门执行本管理标准。
4.1.5 负责组织安全联锁、集散控制系统、主要测量仪表系统事故分析会，制订预防发生安全事故措施。4.2生产车间职责
4.2.1 在动力设备部的组织下，负责建立管辖机组设备的保护设定值台帐，机组图纸等资料。
4.2.2 在动力设备部的组织下，根据公司装臵检修计划配合仪表车间的检修维护工作。
4.2.3根据生产中机组及装臵运行状况及时提出联锁信号变动申请及办理相关票证。
4.2.4根据使用中发现的问题及时提出维修检查申请及办理相关票证。4.2.5因生产工艺变化(包括生产异常)需要摘除联锁，必须办理联锁摘除手续。由生产车间所在班组的班长或技术员提出申请，由车间主任签字同意后报设备管理部门进行审核，设备管理部门审核同意后送主管技术的经理审批，主管经理签字同意后，生产车间与仪表车间要采取相关的控制措施，待各项措施落实后由生产车间值班班长执行并签字。
4.2.6因生产需要对工艺联锁参数进行调整，因生产设备存在缺陷或者需要校验联锁仪表设备操作等需退出联锁状态，应办理联锁摘除手续，由生产车间所在班组的班长或技术员提出申请，报技术管理部门进行审核同意后送主管技术的经理批准，生产车间值班班长执行并签字；
4.2.7参加仪表保护的联锁试验，确认试验结果。4.3 仪表车间职责
4.3.1负责为生产车间在安全系统、集散控制系统操作的技术支持。4.3.2根据设备情况及时提出维修检查申请及办理相关票证。
4.3.3因联锁系统须进行维护、检修、操作等需退出联锁状态，应办理联锁摘除手续，由仪表车间负责人提出申请，报技术管理部门进行审核同意后送主管技术的经理批准，生产车间值班班长执行并签字。4.3.4负责建立管辖系统的设备台帐，图纸等资料。4.3.5对生产车间提出系统的改动申请提出风险分析意见。
4.3.6负责系统更改的下位机数据库的具体操作，并对数据库备份。4.3.7负责检修后联锁试验项目，确认检修后联锁试验结果。
4.3.8根据装臵运行方式需要，提出保护信号强制和保护撤出范围的意见。4.3.9负责安全仪表系统和集散控制系统的日常维护和检修。4.4 生产技术部职责
对生产车间提出的量程修改、流程图修改、联锁旁路、联锁投用、临时信号强制控制回路方案改动等工作内容把关，对申请单的风险分析进行补充。4.5 其他
因生产实际，暂时不允许进行摘除联锁或变更的，应按“谁主管、谁负责”的原则，不同意部门要组织制定有效的管理方案，并落实。4.6联锁系统摘除后的恢复申请
4.6.1联锁系统在采取控制措施的前提下摘除后，使用单位相关部门要认真进行分析，拿出整改方案，积极整改。
4.6.2 整改后，原申请部门要及时提出恢复联锁的申请，审批手续与摘除联锁程序相同。5 管理内容与要求 5.1 总则
5.1.1 装臵安全联锁、集散控制系统是装臵安全运行的保证，各级领导和生产管理人员都应执行本管理标准。
5.1.2 任何工作人员都不得擅自更改安全仪表系统的设定值，不得任意在软件上强制或改动安全仪表系统功能被旁路运行。对违反本管理标准，擅自更改或撤出保护造成事故或扩大事故者，将视情况严肃处理。
5.1.3 公司所属安全仪表系统的保护值，联锁功能，机组及设备的控制策略和软件，集散控制系统的硬件、软件均属本标准管理内容。5.2 安全仪表系统分级
5.2.1 现场参与联锁仪表分为三级管理，一级仪表为最高级管理。
5.2.2一级为本装臵内参与联锁的最重要仪表，一旦动作可导致装臵停工或大型机组停机。
5.2.3二级为本装臵内参与联锁的较重要的仪表，一旦动作可导致某单元的停运，5.2.4三级为参与装臵开工或机组启动的重要仪表。
5.2.5属一级管理的仪表需要维护和维修时在办理工作票后要求车间领导必须参与，属二级管理的仪表需要维护和维修时在办理工作票后要求班长必须参与，属三级管理的仪表需要维护和维修时在办理工作票后要求班组长必须参与。严禁越级维护维修。5.3工作票填写要求
5.3.1工作票填写原则，工艺或仪表专业提出维护（维修）方为主填写工作票方。5.3.2工作票应统一编号，在同一班组内防止出现同号的工作票。编号应遵循一下原则：HRYB-AA-BBBBCCDD-EE，其中HRYB代表弘润石化仪表设备，AA代表班组代号，如01、02、03、04，BBBBCCDD分别代表年月日，月日都要以两位数表示，EE代表当天完成工作的代号，以两位数表示。
5.3.3工作票内容原则上不得涂改，个别错漏字允许进行修正补充，修改时，将错字用两条平行线划去，在旁写上正确的字，要做到被改字和改正后的字迹清楚，不得将错字涂抹或将错字擦掉。如补充漏字，在字行上补漏处用“∧”符号，并在上面添加补漏的字。不得用跨行方式填写日期。5.3.4班组成员不得在两张同时使用的工作票中出现。5.4工作票填写说明
5.4.1工作票在工作结束后统一存放至班组文件夹内，并由仪表人员按次序填写编号，系统类别填写：SIS或DCS。
5.4.2系统维护及变动原因由生产车间填写。
5.4.3生产车间工作内容及步骤参照风险分析及安全措施由生产车间填写。5.4.4仪表工作内容及步骤参照风险分析及安全措施由仪表车间填写。5.4.5风险分析及安全措施由仪表车间负责安全分析，生产车间和仪表车间共同落实安全措施，所有内容必须全部填写。
5.4.6如仪表工作任务未连续完成应终结工作票，在现场工作再次开始前由工艺和仪表维护（检修）负责人再次进行风险分析，确认安全措施。5.4.7工作票的签批手续
5.4.7.1如某台操作站故障需重新启动或维修，保证其他操作站能正常使用的情况下可不用填写工作票。
5.4.7.2集散控制系统（DCS）的单点调校时，不影响工艺其它参数，经生产车间班长和仪表维护（检修）人员签字后即可进行。
5.4.7.3集散控制系统（DCS）和安全仪表系统（SIS）修改数据库，无需下装至控制器的经部室主管领导同意后即可修改，需下装至控制器的需分管领导签字后修改。
5.4.7.4进行系统维护时有控制器停止运行风险的必须经分管领导签字后进行。5.4.7.5对联锁系统进行任何操作都要经分管领导签字后进行。5.4.7.6系统下电或UPS检修要经分管领导签字后进行。
5.4.7.7安全仪表系统报警清除由仪表车间按风险大小确定签批手续。5.5工作票管理
5.5.1由仪表车间负责保存安全仪表系统及集散控制系统工作票。
5.5.2对工作票应正确填写，不得任意乱涂乱印，保持工作票整洁，工作票不能挪作它用。
5.5.3工作票的安全措施和工作内容有不完善处，却已开工的应由生产车间领导及仪表车间领导负责。
5.5.4仪表检修（维护）人员未按工作票内容、检修工艺、检修范围及注意事项工作或与工作票内容无关进行其它工作的，则应由仪表维护（检修）人员负责。5.5.5安全仪表系统的联锁旁路和联锁投用操作由生产车间执行，仪表人员负责监督，更改数据库操作由仪表人员至少2人执行。5.6软件管理 5.6.1 软件管理内容
5.6.1.1 所有安全仪表系统、集散控制系统软件全部存资料室进行管理。5.6.1.2 软件管理范围包括全公司工业控制计算机的系统软件和应用软件及编程软件。
5.6.2 软件的安全管理
5.6.2.1 PASSWORD（口令）作为软件的特殊部分，分级定义，分级使用，注意保密。
5.6.2.2 控制系统软件用户级别定义：运行人员为操作员级，工艺班长为班长级别，仪表人员为工程师级。5.6.3 数据库的日常维护和备份制作
5.6.3.1仪表负责本部门所辖安全仪表系统、集散控制系统的软件管理。5.6.3.2修改前对所属软件系统数据库制作备份，修改完成后即作备份。经运行证明正确后，再作备份并保存。此时，中间所作备份可消除，原备份保留至少两周。
5.6.3.3 在进行技术改造，软件开发时，需在未改动软件之前备份，修改后即作备份，直至完全成功，经车间主任认可后，再作全面备份并保存，此时，中间所作备份可消除，原备份保存至少一个月。
5.6.3.4数据库的备份存放于装臵系统局域网计算机内，并保存一份至移动硬盘，存放于专用的柜子内，由专人保存。5.7维护维修 5.7.1日常维护
5.7.1.1每天由值班人员巡检装臵内各系统运行状态，工作环境及UPS运行状态，并做记录。
5.7.1.2每月由专人对现场监视和测量仪表进行维护,并做记录。5.7.1.3每月由专人对仪表安全系统进行详细检查并做记录。
5.7.1.4定期由仪表车间办理工作票，联系工艺人员对仪表安全系统现场仪表及联锁阀门进行维护。
5.7.1.5定期清扫控制室机柜间、工程师站间、UPS间，保持各设施整洁、完好、标志正确、清晰、齐全。5.7.2检修
5.7.2.1安全仪表系统和集散控制系统检修时间随装臵时间确定。5.7.2.2安全仪表系统和集散控制系统检修严格按照操作规程执行。
6附件 6.1《安全仪表系统及集散控制系统工作票》
第三篇：集散控制系统与现场总线技术期末考试总结
缩写词全称：
（1）SCC：Supervisory Computer Control 计算机监督控制（2）DDC: Direct Digital Control 直接数字控制（3）DCS：Distributed Control System 集散控制系统
（4）CIMS：Computer Integrated Manufactured System 计算机集成制造系统（5）FCS：Fieldbus Control System 现场总线控制系统
（6）CIPS：Computer Integrated Process System 计算机集成过程系统（7）PLC：Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器
关于DCS: 集散型控制系统，又称分布式控制系统。是计算机技术（Computer），通信技术（Communication），图形显示技术（CRT）,控制技术（Control）的发展产物。主要特点：可靠性高，灵活的扩展性，完善的自主控制性，完善的通信网络。设计思想：危险分散，控制功能分散，操作和管理集中。
DDZ_II DDZ_III:电动单元组合仪表
II特点：
（1）采用0-10mA的直流电流为统一的联络信号（信号制式），只有电流输出。
方便各单元联系
（2）将整套仪表分为若干能单独完成某项功能的典型单元
（3）信号下限从0开始，便于模拟量的加减乘除开方等数学运算，并能使用通
用刻度的指示、记录仪表。
III特点：
（1）采用国际上统一使用的4-20mA的直流电流或者1-5V的直流电压作为联络
信号（信号制式），信号电流与电压转换成电阻250欧姆。现场与控制室之 间的信号传输采用电流传输方式，控制室内的仪表之间使用电压传输方式。（2）信号下限不是从0开始，使仪表的电气零点和机械零点得以分开，便于检验信号传输线是否断线以及仪表是否断电，并为现场送变器实现两线制（既是电源线又是信号线）提供可能性。（3）集中统一供电，采用线性集成电路
SCC结构
计算机定时采集生产过程参数，按指定的控制算法求出输出关系和控制量，并通过一定方式提供现场信息。可以不经过人员的参与而直接对生产过程施加影响。闭环结构
DDC结构
计算机对被控参数进行检测，再根据设定值和控制算法经过运算输出到执行机构，是参数稳定在给定值上。
DCS主流网络协议： OSI：七层
TCP/IP：TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）FF:Fieldbus Foundation现场总线基金会 FCS主流协议：
CAN: Controller Area Network 一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络 性能高，可靠性高，传输速率高。采用一种称作广播式的传输工作方式，其特点是废除了传统的以节点地址为中心的编码方式，而代之以基于数据块的编码方式 LonWorks：Local Operation Networks 特色是智能节点，可以脱离上层的管理工具自行完成数据采集和处理，并能与其他节点共享数据。节点内部可以编程 ProfiBus： 应用最广泛，包括12M的高速总线DP和用于过程控制的低速总线PA，完美结合使其在结构和性能上优越于其他总线 FF：
DeviceNet：CAN总线的基础上建立起来的，开放，低成本，高效率，高可靠性
AI采集温度信号
现场PLC电源电源rCRRRRrBRTDRTADrRrRr 1-5V转化为4-20mA
这个电路叫郝兰德电路，是典型的电压电流转换电路。其特点是负载电阻有一端接地(恒流源通常有这个要求)，而取样电阻两端均不接地。之所以能够实现这个要求，关键就是上面一个运放和电阻的匹配。上面一个运放显然是跟随器，其输入阻抗很高，可以看成开路，其输出阻抗很低，可以看成电压源，而电位与Rs右端相同。这样就避免了R2中电流对输出的影响(R2不从输出端取用电流)。利用运放的虚短和虚断可以退出加在RL两端的电压是 V*RL*R2/R1/RS,因此流过RL的电流IL为V/RS*R2/R1,与负载无关。由运放虚短概念可知，V2=V1,V5=V4 V3=V2+(V2/R3)*R4 ―> V3=V2*(1+R4/R3)=V1*(1+R4/R3)V1=R1*(V5-V)/(R1+R2)+ V －> V5=V1*(1+R2/R1)–V*(R2/R1)
= V3
–V*(R2/R1)= V4 采样电阻RS两端的电压为：V4-V3= V*(R2/R1)流过RS的电流为：(V*(R2/R1))/RS，其大小与负载电阻RL无关，受输入电压V
控制。电流源
4-20mA转化为0-5V
看门狗电路原理
看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位臵开始执行,这样便实现了单片机的自动复位.RTOS 当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，处理的结果又能在规定的时间内来控制生产过程或度对处理系统做出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行。特点：
实时：每个可执行的任务都能及时响应，都可享用“时间片”。 多任务：多个程序并行执行。
响应异步实体：能够接受来自外部的中断
能够保证任务切换时间：必须有定时系统和实时时钟
必须有尽快的中断响应时间：即对最高优先级中断的快速响应 可以实现多任务调度功能：循环、优先级 必须可以实现同步和互斥功能：资源共享
CSMA/CD 优点：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等状态，不需要集中控制，不提供优先级控制
缺点：网络负载增大时，发送时间增加，发送效率急剧下降。
原理：发送数据前先侦听信道是否空闲。如果空闲，则立即发送数据。如果忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据。若在上一段信息发送结束后有两个或以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。冲突的话就立即停止发送数据，等待一段时间后再重新尝试。先听先发，边发变听，冲突停发，随机延迟后重发。Token Bus/Token Ring 令牌总线（Token Bus）是一种在总线拓扑结构中利用令牌（Token）作为控制节点访问公共传输介质的控制方法。在令牌总线网络中，任何一个节点只有在拿到令牌后才能在共享总线上发送数据。若节点不需发送数据，则将令牌交给下一个节点。
CSMA/CD与Token Bus都是针对总线拓扑的局域网设计的，而Token Ring 是针对环型拓扑的局域网设计的。如果从介质访问控制方法的角度看，CSMA/CD属于随机型介质访问控制方法，而Token Bus 和Token Ring属于确定型介质访问控制方法。Token Bus适用于实时性要求较高的场合。OSI的七层：
物理层:数据单位为比特。为数据端设备提供传送数据的通路 数据链路层：数据单位为帧。为网络层提供数据传送服务
网络层：数据单位为数据包。选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时传送。主要设备是路由器 传输层：数据单位为数据段。
会话层：以后单位均为报文。不参与具体的传输，提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如用户登录验证。
表示层：主要解决用户信息的语法表示问题。将某一用户使用的抽象语法转化为OSI系统内部使用的传送语法。如数据的压缩和解压缩，加密和解密。 应用层：为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。TCP/IP：
网络接口层：定义物理介质的各种特性。
网络层：负责相邻计算机之间的通信。Ip协议是网络层的核心
传输层：提供应用程序之间的通信；格式化信息流，提供可靠传输。接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送 应用层：提供常用的应用程序
PID：
U(t)Kc[e(t)1Tit0e(t)dtTdde(t)]dt
U(k)U(k)U(k1)Kc{[e(k)e(k1)]TTe(k)d[e(k)2e(k1)e(k2)]}TiT
PID整定方法：
（1）临界比例度法/闭环震荡法
通过试验得到临界比例度PB和临界周期Tk，然后根据经验公式求出控制器各参考值。被控系统稳定后，首先将积分时间放大最大，微分时间放到0，相当于只使用比例作用。然后观察其阶跃响应，从大到小逐步把控制器的比例度减小，看测量值震荡的变化情况，当产生恒定幅度和周期的震荡波形时，记下PB，Tk。然后根据经验公式求得PID参数。
特点：不需要求得控制对象的特性，而可以直接在闭合的系统中进行整定，适用于一般的系统。对于临界比例度比较小的系统不适用，而且有的系统是不容许震荡的。
（2）衰减曲线法
跟1差不多，只是不是等幅振荡，而是衰减4:1或者10:1的时候记下衰减比例度Ps和衰减周期Ts，然后根据经验公式求得
特点：简单实用，适用于一般的控制系统。但是对于干扰频繁，记录曲线不规则，不断有小摆动时，难以获取有效参数，不适合用。（3）经验凑试法
选取一个合适的P，Ti作为起始值；改变参数观察曲线变化形状，不断改变参数满足需求。然后在此基础上加入微分作用，选取微分参数后试着减小P，Ti凑试，得到最佳结果为止。Pid各参数的作用：
Kp越大，被控曲线越平稳。但是会产生余差，需要引入积分作用。Ti：消除余差
Td：超前控制，在偏差大之前调整
IEC标准编程语言： 1 梯形图：适合于逻辑控制 功能块图：合适于典型固定复杂算法控制如PID调节 3 顺序功能图：适合于多进程时序混合型复杂控制 4 指令表：适合于简单文本自编专用程序 结构化文本：适合于复杂自编专用程序，如特殊的模型算法 未来组态的发展：
组态就是利用工控软件中提供的工具和方法来完成工程中某一具体任务的过程，这个软件就叫做组态软件。
组态软件作为一种工业信息化的管理工具，其发展方向必然是不断降低工程开发工作量，提高工作效率。易用性是提高效率永恒的主题，但是提高易用性对于提高开发效率是有限的，亚控科技则率先提出通过复用来提高效率，创造性地开发出模型技术，并将这一技术集成到KingView7.0中。这一技术能将客户的工程开发周期缩短到原来的30%或更低，将组态软件为客户创造价值的能力提高到了一个新的境界，代表了组态软件的未来。
组态软件的发展必将沿着更好的人机交互、更加逼真的画面、能满足客户个性化需求、具备行业特征和区域特征、具有很好的开放性、信息唾手可得和更高的可靠性以及大型SCADA的方向发展。
FCS：
减少接线和安装的原因：由于现场总线系统设备前端的智能设备能执行多种功能，可以减少变送器的数量，也不需要信号的调理转换、隔离技术等，节省了一大笔硬件投资。
现场总线的接线非常简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可以挂接多个设备，所以电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增加新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，这样可以节省大量的电缆。特点：
适应工业应用环境，要求实时性强，可靠性高，安全性好。多为短帧传送，通信的传输速率相对较低。
结构：全分布、网络集成式控制系统。企业的底层网络
FCS区别于DCS的特点
系统的开放性、互用性 摆脱了传统常规模拟仪表的束缚 在各个层次上都采用了数字通信技术 系统结构的高度分散
数字仪表在生产现场构成虚拟控制站(Virtual control station)
CAN总线： 特点：
CAN不采用节点地址编码，而是对报文编码，节点通过报文滤波决定是否与其有关，即接受或发送相应的报文。
CAN采用多主工作方式，节点不分主从。
CAN总线节点报文分成不同的优先级，满足不同的实时需求。 CAN总线采用总线仲裁技术，保证优先级高的节点实时传输报文。
工业以太网与商业以太网的区别：
商用以太网具有价格低、通信速率和带宽高、兼容性好、软件资源丰富、广泛的技术支持基础和强大的发展潜力等优点。但是以太网采用了载波侦听多路访问/碰撞（冲突）检测（CSMA/CD）的传输规范，这无法满足工业控制中的实时性、确定性、可重复性等方面的要求；此外，现有的高层协议也无法满足工业控制要求。工业以太网需要应对更为恶劣的环境需求。工业以太网的优势
可满足控制系统各个层次的要求，利于管控一体化。 设备成本下降。
用户拥有成本下降。（维护） 易与Internet集成。 广泛的开发技术支持。 大量的现有软件资源。以太网的优势：
工业以太网面临的问题
通信实时性
环境适应性与可靠性（结构、连接器） 总线供电（5类线中的空闲线，10-36V） 本质安全（防爆安全栅）
本质安全是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。具体包括失误—安全（误操作不会导致事故发生或自动阻止误操作）、故障—安全功能（设备、工艺发生故障时还能暂时正常工作或自动转变安全状态）。
本质安全防爆方法是利用安全栅技术将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内，从而消除引爆源的防爆方法。
现场总线的发展趋势： 1.注重系统的开放性
2.注重应用系统设备间的互操作性 3.注重控制网络与公用数据网络的结合 4.注重使测控设备具备网络浏览功能 5.以太网已直接进入控制网络
6.多种通信方式下的数据传输与数据集成，管控一体化目标下的数据综合利用
PLC 优点：
1.编程方法简单易学 2.功能强，性能价格比高
3.硬件配套齐全．用户使用方便。适应性强 4.可靠性高。抗干扰能力强
5.系统的设计、安装、调试工作量少
6.维修工作量小，维修方便 7.体积小，能耗低
区别：
第四篇：现场总线控制系统学习心得
现场总线控制系统学习心得
班级：电技131 姓名：杨秋
学号：20*** 现场总线控制系统学习心得
六个星期的现场总线控制系统课程已经结束，通过这段时间的学习和老师的耐心讲解，我初步了解到了这门课程的基本内容。
目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识，而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。
1现场总线和现场总线控制系统的概念
根据国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线，即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System），它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。
其中，现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS，第二代为4~20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统，第四代为70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS。现场总线技术现场总线技术将专用的微处理器置入了传统的测量控制仪表，使其各自都具有了多多少少的数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们通过普通双绞线、光纤、同轴电缆等多种途径进行信息传输，这样就能够形成以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。该网络系统按照规范和公开的通信协议，在位于生产现场的多个微机化自控设备之间，以及现场仪表与用作管理、监控的远程计算机之间，实现数据传输与信息共享，进一步构成了各种适应实际需要的自动控制系统 现场总线的分类
老师重点讲述了现场总线的几种类别，典型的现场总线技术包括了基金会现场总线FF（Foudation Fieldbus），LonWork现场总线，Profibu现场总线，CAN现场总线以及HART现场总线。其中FF总线尤为重要，按照基金会总线组织的定义，FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统，是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统，其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的，在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此，有人称FF总线为专门为过程控制设计的现场总线。现场总线技术的特点
现场总线技术具有系统的开放性，互可操作性与互用性，现场设备的智能化与功能自治性，系统结构的高度分散性以及对现场环境的适应性等。除此之外，现场总线技术还具备以下优点：节省硬件数量与投资，节省安装费用，节省维护开销，用户具有高度的系统集成主动权以及提高了系统的准确性与可靠性。
5现场总线技术的发展
现场总线技术的发展体现在两个方面，一个是高速现场总线技术的发展，另外一个是低速现场总线领域的继续完善和发展。就现在而言，现场总线产品主要针对的是低速总线产品，用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不高。而高速现场总线主要应用于互联控制网、连接控制计算机、处理速度快的设备以及实现低速现场总线网间的连接，是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。但是目前高速现场总线这一环节还相对薄弱。总体来说，自动化系统与设备将向现场总线体系的结构改变，并且向着趋于开放统一的方向发展。同时，在单独的现场总线体系下不可能只容纳单一的标准，加上商业利益的驱使，各种现场总线技术都在十分激烈的市场竞争环境中求得发展。所以有理由认为，在将来的不久，集中总线标准的设备通过路由网关互联并且会实现信息共享的局面。
除此之外，老师还向我们介绍了现场总线控制系统与以前学到的DCS系统的关系。通过现场总线系统的网络结构可以发现，它可以由现场智能设备和人机接口构成两层的网络结构，同时把常规的PID在智能变送器中实现。但这种总线控制系统的局限性限制了现场总线控制系统的功能，使之不能实现复杂的协调控制功能，为了实现这个功能，其结构中需要包含控制站，即需要三层的网络结构。这样，三层网络结构的现场总线系统网络就与DCS相似了，但是其中控制站所承担的功能却与DCS有很大差别。在传统的DCS系统中，控制站可以用来实现包括控制回路的PID运算和控制回路之间的协调控制等功能。但在FCS中，底层的PID等基本控制功能却完全由现场设备来完成，控制站只完成控制回路之间信息的交流和控制协调功能。这样的话，就大大减轻了控制器的负荷率，分散了系统的风险性，加快了数据处理速度。通过现场总线系统的网络结构可以发现，它可以由现场智能设备和人机接口构成两层的网络结构，同时把常规的PID在智能变送器中实现。但这种总线控制系统的局限性限制了现场总线控制系统的功能，使之不能实现复杂的协调控制功能，为了实现这个功能，其结构中需要包含控制站，即需要三层的网络结构。这样，三层网络结构的现场总线系统网络就与DCS相似了，但是其中控制站所承担的功能却与DCS有很大差别。在传统的DCS系统中，控制站可以用来实现包括控制回路的PID运算和控制回路之间的协调控制等功能。但在FCS中，底层的PID等基本控制功能却完全由现场设备来完成，控制站只完成控制回路之间信息的交流和控制协调功能。这样的话，就大大减轻了控制器的负荷率，分散了系统的风险性，加快了数据处理速度。
现场总线技术自推广以来，已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。现场总线的技术推广有了三、四年的时间，已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。应用的总线协议主要包括PROFIBUS、DeviceNet、Foundation、Fieldbus、Interbus_S 等。在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的汽车生产线和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。
通过这段时间的现场总线课程的学习，让我对现场总线有了更多的了解，还有更多的是对其工业各方面应用的了解及其前景。自己对自己的这个专业有了更多的了解和认识，自己专业意识和素养都有很多的增加。特别从老师那里学到那种精神，要有专业素养和意识，不仅要学好书上的知识，自己的那种专业敏感度，和实际动手能力都要好好培养，我感觉自己受益颇多。
第五篇：《集散控制系统与现场总线》课程过程考核题目2013-2014-2
《集散控制系统与现场总线》过程考核题目
2013---2014(1)
专业：2010级自动化1,2班
Project1：
1、组态王软件使用分析
2、wincc5.0组态软件使用分析
3、力控组态软件使用分析
4、其他组态软件使用分析
要求：
1、结合应用实例，对组态软件进行分析。
2、字数不少于3000字。
Project2：
1、集散控制系统的工程设计
2、集散控制系统的控制算法应用
3、集散控制系统的网络构成分析
要求：
1、结合应用实例，对集散控制系统的工程设计、控制算法应用或网络构成等进行分析。
2、字数不少于3000字。
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