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第十章 集散控制系统 计算机控制系统与其所控制的生产对象密切相关，控制对象不同，控制系统也不同。根据应用特点、控制方案、控制目标和系统构成，计算机控制系统一般可分为数据采集系统（DAS）、直接数字控制系统（DDS）、监督控制系统（SCC）、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS）。本章主要介绍分散型控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）。 10.1 什么是DCS和FCS 分散型计算机控制系统又名分布式计算机控制系统，简称分散型控制系统（Distributed Control System 即 DCS）。分散型控制系统综合了计算机技术、控制技术、通信技术、CRT显示技术即4C技术，集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采集等功能。先进的分散型控制系统将以计算机集成制造系统(CIMS)为目标，以新的控制方法、现场总线智能化仪表、专家系统、局域网络等新技术，为用户实现过程自动化与信息管理自动化相结合的管控一体化的综合集成系统。分散型控制系统采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的设计原则。系统安全可靠、通用灵活、最优控制性能和综合管理能力，为工业过程的计算机控制开创了新方法。 自从美国的Honey Well 公司于11075年成功地推出了世界上第一套分散型控制系统以来，经历了20多年的世界，DCS已经走向成熟并获得了广泛应用。DCS的发展历程也是不断地从小到大规模的过程，从最初的小规模控制系统发展到综合控制管理系统，从而使工业控制系统进入了信息管理与综合控制的时代。世界上许多国家，包括中国都已大批量生产各种型号的集散控制系统。虽然它们型号不同，但其结构和功能都大同小异，均是由以微处理器为核心的基本数字控制器、高速数据通道、CRT操作站和监督计算机等组成。 现场总线控制系统FCS是继DCS之后出现的新一代控制系统，它代表的是一种数字化、网络化到现场，控制管理到现场的发展方向。FCS将要取代DCS，或者说DCS已在吸纳FCS。总之，FCS已经成为当今世界范围内自动控制系统的热点。 10.2 DCS的体系结构 DCS的体系结构通常分为三级。第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。各级之间由通信网络连接，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。其典型的DCS体系结构如图10-1 10.2.1 分散过程控制级 分散过程控制级是DCS的基础层，它向下直接面向工业对象，其输入信号来自于生产过程现场的传感器（如热电偶、热电阻等）、变送器（如温度、压力、液位、流量等）及电器开关（输入触点）等，其输出去驱动执行器（调节阀、电磁阀、电机等），完成生产过程的数据采集、闭环调节控制、顺序控制等功能；其向上与集中操作监控级进行数据通信，接收操作站下传加载的参数和操作指令，以及现场工作情况信息整理后向操作站报告。 构成这一级的主要装置有现场控制站、可编程控制器、智能调节器及其他测控装置。 图 10-1DCS的体系结构 现场控制站 现场控制站具有多种功能——集连续控制、顺序控制、批量控制及数据采集功能为一身。 现场控制站的硬件构成 现场控制站一般是标准的机柜式机构，柜内由电源、总线、I/O模件、通信模件等部件 组成。 一般在机柜的顶部装有风扇组件，其目的是带走机柜内部电子部件所散发出来的热量；机柜内部设若干模件安装单元，上层安装处理器模件和通信模件，中间安装I/O模件，最下边安装电源组件。机柜内还设有各种总线，如电源总线、接地总线、数据总线、地址总线、控制总线等。 现场控制站的电源不仅要为柜内提供电源，还要为现场检测器件提供外供电源，这两种电源必须互相隔离，不可共地，以免干扰信号通过电源回路耦合到I/O通道中去。 一个现场控制站中的系统结构如图10-2所示，包含一个或多个基本控制单元。基本控制单元是由一个完成控制或数据处理任务的处理器模件以及与其相连的若干个输入/输出模件构成的（有点类似于IPC）。基本控制单元之间，通过控制网络Cnet接在一起，Cnet网路上的上传信息通过通信模件，送到监控网络Snet，同理Snet的下传信息，也通过通信模件和Cnet传到各个基本控制单元。在每一个基本控制单元中，处理器模件与I/O模件之间的信息交换由内部总线完成。内部总线可能是并行总线，也可能是串行总线。近年来，多采用串行总线。 图10-2 现场控制站的系统结构 现场控制站的软件功能 现场控制站的主要功能有6种，即数据采集功能、DDC控制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打印报表功能、数据通信功能。 数据采集功能：对过程参数，主要是各类传感器变送器的模拟信号进行数据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线显示、事故报警等。 DDC控制功能：包括接受现场的测量信号，