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教 案 课程名称 网络与集散控制系统 总学时 32 学 时 使用班级 任课 2014/2015学年第一学期 任课教师 编制时间 2014年9月2日 内蒙古科技大学教案 课程名称：网络与集散控制系统 授课章节 §1-1 集散控制系统的体系结构 目的要求 掌握集散控制系统的概念及其体系结构 重点难点 集散控制系统的体系结构 一、概念 集散控制系统是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。从总体结构上看，DCS是由工作站和通信网络两大部分组成的，系统利用通信网络将各工作站连接起来，实现集中监视、操作、信息管理和分散控制。 二、DCS的体系结构 如图1-1 第 1次 第1页 内蒙古科技大学教案 图1-1 集散控制系统的体系结构 第1次 第 2 页 内蒙古科技大学教案 1.现场控制级 现场控制级设备直接与生产过程相连，是DCS的基础。典型的现场控制级设备是各类传感器、变送器和执行器。 归纳起来，现场控制级设备的任务主要有以下几个方面。一是完成过程数据采集与处理。二是直接输出操作命令、实现分散控制。三是完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。 2.过程控制级 过程控制级主要由过程控制站、数据采集站和现场总线接口等构成。 过程控制站接收现场控制级设备送来的信号，按照预定的控制规律进行运算，并将运算结果作为控制信号，送回到现场的执行器中去。过程控制站可以同时实现反馈控制、逻辑控制或顺序控制等功能。 3.过程管理级 过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。 操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管理装置。 工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。工程师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种图样、表格等。 监控计算机的主要任务是实现对生产过程的监督控制，如机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。 4.经营管理级 经营管理级是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。 第 1 次 第 3 页 内蒙古科技大学教案 三、集散控制系统特点 1．功能分层体系 2. 容错能力强 3.通信功能强 4.功能齐全 5.扩张方便、组态灵活 6.节约成本增加效益 课堂教学小结： 第 1 次 第4页 内蒙古科技大学教案 课程名称：网络与集散控制系统 授课章节 §1-2 集散控制系统网络与通信 目的要求 掌握集散控制系统的网络结构 重点难点 集散控制系统的网络结构及通信原理 集散控制系统网络结构 与四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络 (Field Network，Fnet)、控制网络 (Control Network，Cnet)、监控网络 (Supervision Network，Snet) 和管理网络 (Management Network，Mnet)。 图 1-2 集散控制系统网络结构 第 2次 第1页 内蒙古科技大学教案 现场网络(Field Network，Fnet) 现场网络与各类现场传感器、变送器和执行器相连，以实现对生产过程的监测与控制。同时与过程控制级的计算机相连，接收上层的管理信息，传递装置的实时数据。 现场网络的信息传递有三种方式，一种是传统的模拟信号 (如4～20mADC或者其他类型的模拟量信号)传输方式，第二种是全数字信号（现场总线信号）传输方式；第三种是混合信号（如在 4～20mADC 模拟量信号上，叠加调制后的数字量信号）传输方式。现场信息以现场总线为基础的全数字传输是今后的发展方向。 控制网络 (Control Network，Cnet) 位于现场控制站内部 Profibus-DP现场总线 采用带屏蔽的双绞线连接 完成数据输入/输出传输和从站设备诊断信息的传递。 监控网络 (Supervision Network，Snet) 在DCS的监控网络上可以挂接现场总线服务器 (Fieldbus Server，FS)，实现DCS网络与现场总线的集成。 管理网络 (Management Network，Mnet) 提供上层计算机系统通过以太网访问底层的数据。这一层采用符合公共标准传输控制协议的TCP/IP协议的以太网。 第2次 第 2 页 内蒙古科技大学教案