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现场总线技术 随着生产规模的扩大，信息量的增多，控制和管理的关系日趋密切。对于大型企业生产的控制和管理，不可能只用一台计算机来完成。于是，人们研制出以多台微型计算机为基础的集散控制系统(DCS)。它采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，自下而上可以分为若干级，如过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级等。DCS 又称分布或集散式控制系统。 第一节 基本概念 集散控制系统(DCS)是以微处理器为基础的集中分散型控制系统 集散控制系统主要特性 集中管理、分散控制 DCS 作一个比较完整的定义： (1) 以回路控制为主要功能的系统。 (2) 除变送和执行单元外，各种控制功能及通信、人机界面均采用数字技术。 (3) 以计算机的CRT、键盘、鼠标，轨迹球代替仪表盘形成系统人机界面。 (4) 回路控制功能由现场控制站完成，系统可有多台现场控制站，每台控制一部分回路。 (5) 人机界面由操作员站实现，系统可有多台操作员站。 (6) 系统中所有的现场控制站、操作员站均通过数字通信网络实现连接。 一、发展历史 从1975 年第一套DCS 诞生到现在，DCS 经历了3 个大的发展阶段，或者说经历了三代产品。从总的趋势看，DCS 的发展体现在以下几个方面： (1) 系统的功能从低层(现场控制层)逐步向高层(监督控制、生产调度管理)扩展。 (2) 系统的控制功能由单一的回路控制逐步发展到综合了逻辑控制、顺序控制、程序控制、批量控制及配方控制等混合控制功能。 (3) 构成系统的各个部分由DCS 厂家专有的产品逐步改变为开放的市场采购的产品。 一、发展历史 (4) 开放的趋势使得DCS 厂家越来越重视采用公开标准，这使得第三方产品更加容易集成到系统中来。 (5) 开放性带来的系统趋同化迫使DCS 厂家向高层的、与生产工艺结合紧密的高级控制功能发展，以求得与其他同类厂家的差异化。 (6) 数字化的发展越来越向现场延伸，这使得现场控制功能和系统体系结构发生了重大变化，将发展成为更加智能化、更加分散化的新一代控制系统。 1. 第一代DCS (初创期) 第一代DCS 是指从其诞生的1975～1980 年间所出现的第一批系统，控制界称这个时期为初创期或开创期。这个时期的代表是率先推出DCS 的Honeywell 公司的TDC—2000系统，同期的还有Yokogawa(即横河)公司的Yawpark 系统、Foxboro公司的Spectrum 系统、Bailey 公司的Network 90 系统、Kent 公司的P4000 系统、Siemens 公司的TelepermM系统及东芝公司的TOSDIC 系统等。 1. 第一代DCS (初创期) 在描述第一代DCS时，一般都以Honeywell 的TDC—2000 为模型。第一代DCS是由过程控制单元、数据采集单元、CRT 操作站、上位管理计算机及连接各个单元和计算机的高速数据通道这五个部分组成，这也奠定了DCS 的基础体系结构，如图 所示。 第一代DCS基本结构图 1. 第一代DCS (初创期) 这个时期的系统的特点是： (1) 比较注重控制功能的实现，系统的设计重点是现场控制站，各个公司的系统均采用了当时最先进的微处理器来构成现场控制站，因此系统的直接控制功能比较成熟可靠。 (2) 系统的人机界面功能则相对较弱，在实际中只用CRT 操作站进行现场工况的监视，使得提供的信息也有一定的局限。 1. 第一代DCS (初创期) (3) 在功能上更接近仪表控制系统，这是由于大部分推出第一代DCS 的厂家都有仪器仪表的生产和系统工程的背景。其分散控制、集中监视的特点与仪表控制系统类似，所不同的是控制的分散不是到每个回路，而是到现场控制站，一个现场控制站所控制的回路从几个到几十个不等；集中监视所采用的是CRT 显示技术和控制键盘操作技术，而不是仪表面板和模拟盘。 1. 第一代DCS (初创期) (4) 各个厂家的系统均由专有产品构成，包括高速数据通道、现场控制站、人机界面工作站及各类功能性的工作站等。这时各个厂家的系统在通信方面是自成体系的，是各自开发自引技术的高速数据总线或称数据高速公路，这种由独家技术、独家产品构成的系统形成了极高的价位，不仅系统的购买价格高，系统的维护运行成本也高，可以说DCS的这个时期是超利润时期，因此其应用范围也受到一定的限制，只在一些要求特别高的关键生产设备上得到了应用。 1. 第一代DCS (初创期) DCS在控制功能上比仪表控制系统前进了一大步，特别是采用了数字控制技术，许多仪表控制系统所无法解决的复杂控制、多参数大滞后、整体协调优化等控制问题得到了实现。DCS 在系统的可靠性、灵活性等方面又大大优于直