,计算机分散控制系统,
能 源 与 动 力 工 程 学 院
School of Energy & Power Engineering
2013-3-2 1
027— 87542817
计算机分散控制系统
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 2
火电厂计算机控制系统概论
第一章
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 3
火力发电是现代电力生产中的一种主要生产形
式，对其生产过程实行有效的控制，是电力工业
中的一项基本任务。
第一节 火电厂生产过程的特点与控制要求
（ 1）电厂的产品（电能）尚不能大量地贮存。
要求：火电厂的生产过程必须是连续的，应
对负荷的变化具有很强的适应能力。电力生
产不同于其它工业，其生产的连续性和负荷
的适应性要求极为严格，必须通过有效的控
制手段予以保证。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 4
（ 2）火电厂是一个能源转换大户。
要求：各生产设备必须采用先进的自动化装
置，构成功能齐全的自动化系统，充分发挥
计算机在机组运行监测、控制和管理上的作
用，控制发电机组及其辅助设备在优良的状
态下运行，最大限度地发挥机组设计效率，
提高电力生产的经济性。
（ 3） 热力设备众多 ﹑ 系统庞大 ﹑ 生产过程复杂 。
要求：发电机组的运行状态控制，必须具备
协调不同运行设备工作的功能，保证各生产
设备在运行中有机结合、协调工作、可靠运
转。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 5
（ 4）大多数生产设备长期处于恶劣的工作条件或
某种极限状态下运行。
要求：对主要运行设备必须进行经常性的在
线状态监测；而且火电厂的自动化系统应具
备一定的故障预测、判断、保护、处理、追
忆与分析等功能。为迅速分析事故原因和妥
善处理已发生的事故提供依据，保障设备处
于完好的运行状态。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 6
第二节 火电厂生产自动化的历史概况
大体经历了以下三个阶段,
所应用的控制设备大都是大尺寸的 基地式仪表 。
一、就地控制阶段（ 20— 40年代间 ）
仅能对发电机组实现简单的自动控制。所有
控制系统分散在各控制对象所在的车间就地安
装，各控制系统间相互独立，没有任何联系。
运行人员在就地设置的控制表盘上进行监视和
操作。
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2013-3-2 7
二、集中控制阶段（ 40— 60年代间 ）
40— 50年代，将锅炉和汽轮机的控制系统表
集中安装在一起，由运行人员同时监视和控制
机、炉的运行。
所采用的控制设备主要是 电 (气 )动单元组合仪表。
50— 60年代，将整个机组的监视和控制表盘
集中在一个控制室内，对机、炉、电三者实现集
中控制与管理。
此时采用的控制设备有,
电动单元组合仪表； ﹑
组件组装式仪表；
以微处理机为核心的数字式仪表。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 8
三、计算机控制阶段（ 60年代 — 今）
实现计算机控制的主要因素,
? 过程工业的发展与需求；
? 计算机的发展与普及；
? 现代控制理论的产生与应用。
计算机控制的发展分三阶个段,
,计算机分散控制系统,
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（一）集中型计算机控制
普遍采用的是集中型计算机控制方式，即用
一台计算机实现几十甚至几百个控制回路和若干
过程变量的控制、显示以及操作、管理等。
与常规的模拟仪表控制系统相比，集中型计
算机控制具有更多的优越性。
火电厂计算机控制技术应用的初始阶段,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 10
?危险高度集中
?软件庞大复杂，开发的难度大、周期长；
?计算机工作负荷大，影响系统的实时性与
正确性
但是，集中型计算机控制也存在着严重的不
足，主要反映在,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 11
（二）分散型计算机控制
七十年代，大规模集成电路的问世、计算机技
术的发展、与日益成熟的分散化计算机控制思想相
结合，促使火电厂自动化进入了分散型计算机控制
时代。
所谓分散型计算机控制，是指控制过程所采用
的系统，是一种 以微处理器为基础, 控制功能分散,
操作管理集中，兼顾复杂生产过程的局部自治与整
体协调的分布式计算机控制系统 （又称分散控制系
统）。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 12
分散控制系统的应用及其自身的不断完善与
发展, 加速了火电厂自动化的进程 。
八十年代以来，火电机组基本上都采用分散
控制系统。
在此基础上，火电厂正向着更加完善、更高
层次的 综合自动化 方向发展。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 13
（三）综合自动化
综合自动化是在对各局部生产过程实现自动
控制的基础上，从全局最优的观点出发，把火电
厂的运作体系视为一个整体，在新的管理模式和
工艺指导下，综合运用现代科学技术与手段,将
各自独立的局部自动化子系统有机地综合成一个
较完整的大系统，对生产过程的物质流、管理过
程的信息流、决策过程的决策流等进行有效地控
制 和协调，实现生产系统的全局自动化,适应生
产和管理过程在社会发展的新形势下提出的 高速
度、高效率、高性能、高灵活性和低成本的综合
要求。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 14
目前, 开放型分散控制系统的应用, 为综
合自动化的实现奠定良好的基础 。 火电厂正沿
着综合自动化的方向向前发展 。
综合自动化是一种集控制、管理、决策为一
体的全局自动化模式。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 15
第三节 计算机控制系统的基本组成
由系统 硬件 和 软件 两大部分组成。
一,硬件部分
组成计算机控制系统的硬件一般包括：被
控对象、主机、过程通道、外部设备、通讯设
备、总线、接口、操作站等。
其结构如图 1— 1所示,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 16
主机
输入设备
输出设备
外存储器
操作站
通讯设备
接
口
系
统
总
线
接
口
A/D
转换
变送
单元 传感器
被
控
对
象
D/A
转换
执行
机构
调节
机构
开 关 量 输 入 通 道
开 关 量 输 出 通 道
过程通道
外
部
设
备
图 1--1 计算机控制系统的硬件组成
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 17
1、被控对象
它是被控制的生产设备或生产过程，是控制系统构
成的必备客体。实际存在的被控对象是多种多样的，按
照输入输出的个数分类，有单输入单输出对象、多输入
单输出对象、多输入多输出对象。
2、主机
是系统的核心。由 CPU﹑RAM﹑ROM﹑ （ I/O） 电路、
时钟电路和其它支持电路等组成。主机根据生产过程的
各种实时信息，按照预定的存放在 ROM的程序和一定的控
制规律，自动地进行数据采集、数据处理 ﹑ 逻辑判断 ﹑
越限报警、控制运算等，并产生所需要的控制作用，向
被控对象发送控制指令。
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2013-3-2 18
3、操作站
操作站一般由,CRT显示装置 ﹑ 触摸屏 ﹑ 数码显示器、通
用或（和）专用键盘 ﹑ 鼠标或轨迹球 ﹑ 指示灯、声讯器、以
及专用的操作显示面板等组成。。
根据使用人员、职责范围的不同操作站可分为,
系统员站 ﹑ 工程师站 ﹑ 操作员站。
是各类操作人员与系统之间实现信息交换的设备。常称
之为, 人机联系设备, ﹑, 人机接口设备, 。
用于实现对系统运行的有关操作 ﹑ 操作结果的显示 ﹑ 生
产过程的状态监视和报警
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 19
4、其它外部设备
指除主机和操作员站所用的输入输出设备之外，计算机
系统的其它必备支撑设备，它是为扩大主机的功能而配置的，
按其功能可分成三类：输入设备 ﹑ 输出设备 ﹑ 外存储器。
5、系统总线与接口
总线是主机与系统其它设备进行信息交换的某种统一数
据格式的公共通路，是一组信号线的集合。一般有单总线 ﹑
双总线和多总线之分,也有内部总线和外部总线之分。
接口是外部设备 ﹑ 过程通道、操作员站等与系统总线之
间的挂接部件，用来进行数据格式或电平的转换 ﹑ 信息的传
输或缓冲。通常有串行接口、并行接口、管理接口、脉冲接
口之分，也有专用和标准之别。
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2013-3-2 20
6、过程通道
是计算机和生产过程之间信息传递和变换的桥梁和纽带。
按照传送信号的形式可分为 模拟量通道、开关量通道、数字
量通道、脉冲量通道,按照信号的传送方向可分为 输入通道
和 输出通道。
模拟量输入通道：接受随时间连续变化的物理量信号,
开关量输入通道：接受只有 0和 1两种状态的信号,
数字量输入通道：接受二进制编码,BCD码信号,
脉冲量输入通道：接受脉冲量形式的信号,
任何输入通道皆通过传感器、变送器测量被控对象的有
关过程信息，并将这些信息转换成计算机所能识别的代码。
（ 1）输入通道
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2013-3-2 21
（ 2）输出通道
模拟量输出通道：将计算机的输出经 D/A转换为模拟量,
开关量输出通道：计算机逻辑信号的输出通道,
数字量输出通道：计算机数字信号的输出通道,
7、通讯设备
是实现不同的功能 ﹑ 不同地理位置的计算机（或有关设
备）之间进行信息交换的设备。例如计算机通讯网络 ﹑ 网络
适配器 ﹑ 通讯接口、通讯媒体等。
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2013-3-2 22
计算机软件可分为三大类,
1、系统软件
运行和管理计算机系统的基本 程序 。 是计算机
操作运行的基本条件之一，它一般包括管理计算机
资源的实时多任务操作系统、数据库管理系统 ﹑ 网
络管理系统、引导程序、调度执行程序、监控程序
等。
二,软件部分
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 23
2、支持软件
是基于系统软件之上，用于开发应用软件的服务
性程序。 包括程序编制语言（汇编语言 ﹑ 高级语言、
面向过程语言） ﹑ 编译程序、编辑程序、调试程序、
诊断程序等。
系统软件和支持软件一般由计算机专业设计人
员研制，由计算机厂商提供。 对于用户只要对其有
一定程度的了解，并会使用 支持 软件，以更好地编
制应用软件。
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2013-3-2 24
3、应用软件
是根据用户所要解决的生产和管理实际问题，
借助支持软件而编制的具有一定针对性的计算机程
序。 这些程序决定了信息在计算机内的处理方式和
算法。
一般包括：过程输入程序 ﹑ 数据处理程序 ﹑ 过
程控制程序 ﹑ 过程输出程序 ﹑ 人机接口程序 ﹑ 显示
程序 ﹑ 报警程序 ﹑ 打印程序、自检程序以及各种公
用子程序等，其质量的优劣直接影响控制系统的运
行效果。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 25
应用软件的开发人员除掌握计算机应用技术外，
还应了解被控对象的运行方式、动态特性以及控制
要求，才有可能合理开发应用软件。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 26
第四节 计算机控制系统的基本类型
计算机控制系统的分类方法很多，可以按系
统的功能 ﹑ 控制规律、结构 ﹑ 控制方式等进行不
同的分类。
一、按系统的功能分类
按照系统的功能分类，有以下五种类型,
1,数据采集与处理系统
2．直接数字控制系统
3、操作指导控制系统 （又称计算机开环监督控制系统）
4、监督控制系统
5、分级控制系统
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 27
1,数据采集与处理系统
系统原理框图如图 1— 2所示 。
严格地说,DAS不属于计算机控制的范畴，其
输出并不直接控制生产过程，但是，任何计算机控
制系统都离不开数据的采集和处理，因此,DAS是
计算机控制系统的基础和先决条件。
（ Data Acquisition System简称 DAS ）
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 28
被
控
对
象
过程
输入通道
过程
输入通道
过程
输入通道
接口
接口
接口
计
算
机
显示
打印
报警
,
,
,
,
,
图 1--2 数据采集与处理系统
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 29
? 参数巡回检测与采集；
? 采集信息的判断、处理和运算；
? 屏幕显示或打印出各种数据和图表；
? 异常工况下的声、光报警；
? 数据的存储和历史资料保存；
? 参数的实时分析和趋势分析等。
DAS系统的基本功能,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 30
由计算机或数字控制器取代常规模拟控制器,
直接对生产过程进行闭环控制的系统 。
2．直接数字控制
（ Direct Digital Control 简称 DDC） 系统
如图 1— 3所示。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 31
被
控
对
象
过程
输入通道
过程
输入通道
接口
接口
DDC
计
算
机
显 示
报 警
系统操作
,
,
,
,
,
图 1--3 直接数字控制系统
,
,
,
,
,
,
打 印
外存储器
一台计算机可代替多台模拟控制器，实现多个回路的控制。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 32
该系统利用计算机实时地采集生产过程的有
关数据, 并根据一定的控制规律, 管理方法和数
学模型, 计算各控制回路合适的或最优的设定值
等, 操作人员则根据 CRT显示或打印输出结果,
修正各控制回路的有关参数, 调整系统运行状态 。
3、操作指导控制系统
（又称计算机开环监督控制系统）
系统原理框图如图 1— 4所示。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 33
被
控
对
象
模拟量
输入通道
开关量
输入通道
控制仪表
计
算
机
CRT
显示
打印
报警
图 1--4 操作指导控制系统
人
需要人工操作，操作
速度受到限制 。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 34
4、监督控制系统
监督控制系统是在 DDC和 操作指导控制系统 基
础上发展起来的两级计算机闭环控制系统。它
融合了二者的功能。
（ Supervisory Computer Control 简称 SCC）
系统构成原理如图 1— 5所示,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 35
被
控
对
象
输入通道
输入通道
模拟或
数字
控制器
SCC
计
算
机
CRT显示
报 警
操作台
,
,
,
,
,
图 1--5 监督控制系统
,
,
,
,
,
,
打 印
外存储器
,
,
,
输出通道
,
,
,
,
,
,
,
,
,
记 录
测量
测量
控制
监督计算机根据反映生产过程工况的实时数据和数学模
型，计算出各控制回路的最佳设定值，并对系统中的模拟控
制器或数字控制器（一般为 DDC） 的设定值直接进行修改。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 36
5、分级控制系统
HCS采用纵向分层 ﹑ 横向分散的处理方法，体
现了系统工程中, 分散, 与, 协调, 的概念，能
有效地解决大型工业生产过程的控制、管理及优
化的问题。
（ Hierarchical Control System 简称 HCS）
其基本结构如图 1— 6所示,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 37
经营管理级计算机
生产管理级计算机
监督控制级计算机 监督控制级计算机
直
接
控
制
级
计
算
机
直
接
控
制
级
计
算
机
直
接
控
制
级
计
算
机
直
接
控
制
级
计
算
机
生 产 过 程
管理指令
其它管理信息
其它部门
送主管部门的数据
.....,
.....,
......,..,..,..,.,
图 1--6 多功能分级控制系统
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2013-3-2 38
2、分散型计算机控制系统
（ Distributed Control System 简称 DCS）
DCS是由以微处理器为核心的基本控制单元、
数据采集站、高速数据通道、上位监控和管理计
算机、以及 CRT显示操作站等组成。
其基本组成如图 1— 8所示,
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2013-3-2 39
生 产 过 程
基本
控制单元
上位
计算机
CRT显示
操作站
.....,
图 1--8 分散控制系统的基本结构
网间
连接器
非本系统网络
数据
采集站,....,
基本
控制单元
高 速 数 据 通 道
扩
展
接
口
各
组
成
部
分
的
作
用
（
见
教
材
）
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2013-3-2 40
DCS采用的是多微处理器分散化的控制结构，
每台微处理器只控制某一局部过程，一台微处
理器发生故障将不会影响整个生产过程，从而
使危险性分散，整个系统的可靠性提高。
DCS系统硬件采用标准的模件结构，很容易根
据需要扩大和缩小系统的规模，系统结构灵活，
应用范围广泛。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 41
三、按控制规律分类
1、比例积分微分（简称 PID） 控制系统
2、程序和顺序控制系统
3、复杂规律控制系统
4、智能控制系统
四、按控制方式分类
1、开环控制系统
2、闭环控制系统
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2013-3-2 42
第五节 计算机控制系统的基本要求
由于火电生产的复杂性 ﹑ 特殊性，要求所
应用的计算机控制系统除了具备卓越的数据处
理能力和富有竞争的性能价格比外，对计算机
控制系统还有以下几点基本要求,
一, 可靠性要求高
二, 实时性要求好
三, 适应性要求强
四, 人机联系要求完善
五, 软件配备要求齐全
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计算机分散控制系统
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火电厂计算机控制系统概论
第一章
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 3
火力发电是现代电力生产中的一种主要生产形
式，对其生产过程实行有效的控制，是电力工业
中的一项基本任务。
第一节 火电厂生产过程的特点与控制要求
（ 1）电厂的产品（电能）尚不能大量地贮存。
要求：火电厂的生产过程必须是连续的，应
对负荷的变化具有很强的适应能力。电力生
产不同于其它工业，其生产的连续性和负荷
的适应性要求极为严格，必须通过有效的控
制手段予以保证。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 4
（ 2）火电厂是一个能源转换大户。
要求：各生产设备必须采用先进的自动化装
置，构成功能齐全的自动化系统，充分发挥
计算机在机组运行监测、控制和管理上的作
用，控制发电机组及其辅助设备在优良的状
态下运行，最大限度地发挥机组设计效率，
提高电力生产的经济性。
（ 3） 热力设备众多 ﹑ 系统庞大 ﹑ 生产过程复杂 。
要求：发电机组的运行状态控制，必须具备
协调不同运行设备工作的功能，保证各生产
设备在运行中有机结合、协调工作、可靠运
转。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 5
（ 4）大多数生产设备长期处于恶劣的工作条件或
某种极限状态下运行。
要求：对主要运行设备必须进行经常性的在
线状态监测；而且火电厂的自动化系统应具
备一定的故障预测、判断、保护、处理、追
忆与分析等功能。为迅速分析事故原因和妥
善处理已发生的事故提供依据，保障设备处
于完好的运行状态。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 6
第二节 火电厂生产自动化的历史概况
大体经历了以下三个阶段,
所应用的控制设备大都是大尺寸的 基地式仪表 。
一、就地控制阶段（ 20— 40年代间 ）
仅能对发电机组实现简单的自动控制。所有
控制系统分散在各控制对象所在的车间就地安
装，各控制系统间相互独立，没有任何联系。
运行人员在就地设置的控制表盘上进行监视和
操作。
,计算机分散控制系统,
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二、集中控制阶段（ 40— 60年代间 ）
40— 50年代，将锅炉和汽轮机的控制系统表
集中安装在一起，由运行人员同时监视和控制
机、炉的运行。
所采用的控制设备主要是 电 (气 )动单元组合仪表。
50— 60年代，将整个机组的监视和控制表盘
集中在一个控制室内，对机、炉、电三者实现集
中控制与管理。
此时采用的控制设备有,
电动单元组合仪表； ﹑
组件组装式仪表；
以微处理机为核心的数字式仪表。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 8
三、计算机控制阶段（ 60年代 — 今）
实现计算机控制的主要因素,
? 过程工业的发展与需求；
? 计算机的发展与普及；
? 现代控制理论的产生与应用。
计算机控制的发展分三阶个段,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 9
（一）集中型计算机控制
普遍采用的是集中型计算机控制方式，即用
一台计算机实现几十甚至几百个控制回路和若干
过程变量的控制、显示以及操作、管理等。
与常规的模拟仪表控制系统相比，集中型计
算机控制具有更多的优越性。
火电厂计算机控制技术应用的初始阶段,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 10
?危险高度集中
?软件庞大复杂，开发的难度大、周期长；
?计算机工作负荷大，影响系统的实时性与
正确性
但是，集中型计算机控制也存在着严重的不
足，主要反映在,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 11
（二）分散型计算机控制
七十年代，大规模集成电路的问世、计算机技
术的发展、与日益成熟的分散化计算机控制思想相
结合，促使火电厂自动化进入了分散型计算机控制
时代。
所谓分散型计算机控制，是指控制过程所采用
的系统，是一种 以微处理器为基础, 控制功能分散,
操作管理集中，兼顾复杂生产过程的局部自治与整
体协调的分布式计算机控制系统 （又称分散控制系
统）。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 12
分散控制系统的应用及其自身的不断完善与
发展, 加速了火电厂自动化的进程 。
八十年代以来，火电机组基本上都采用分散
控制系统。
在此基础上，火电厂正向着更加完善、更高
层次的 综合自动化 方向发展。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 13
（三）综合自动化
综合自动化是在对各局部生产过程实现自动
控制的基础上，从全局最优的观点出发，把火电
厂的运作体系视为一个整体，在新的管理模式和
工艺指导下，综合运用现代科学技术与手段,将
各自独立的局部自动化子系统有机地综合成一个
较完整的大系统，对生产过程的物质流、管理过
程的信息流、决策过程的决策流等进行有效地控
制 和协调，实现生产系统的全局自动化,适应生
产和管理过程在社会发展的新形势下提出的 高速
度、高效率、高性能、高灵活性和低成本的综合
要求。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 14
目前, 开放型分散控制系统的应用, 为综
合自动化的实现奠定良好的基础 。 火电厂正沿
着综合自动化的方向向前发展 。
综合自动化是一种集控制、管理、决策为一
体的全局自动化模式。
,计算机分散控制系统,
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第三节 计算机控制系统的基本组成
由系统 硬件 和 软件 两大部分组成。
一,硬件部分
组成计算机控制系统的硬件一般包括：被
控对象、主机、过程通道、外部设备、通讯设
备、总线、接口、操作站等。
其结构如图 1— 1所示,
,计算机分散控制系统,
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主机
输入设备
输出设备
外存储器
操作站
通讯设备
接
口
系
统
总
线
接
口
A/D
转换
变送
单元 传感器
被
控
对
象
D/A
转换
执行
机构
调节
机构
开 关 量 输 入 通 道
开 关 量 输 出 通 道
过程通道
外
部
设
备
图 1--1 计算机控制系统的硬件组成
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 17
1、被控对象
它是被控制的生产设备或生产过程，是控制系统构
成的必备客体。实际存在的被控对象是多种多样的，按
照输入输出的个数分类，有单输入单输出对象、多输入
单输出对象、多输入多输出对象。
2、主机
是系统的核心。由 CPU﹑RAM﹑ROM﹑ （ I/O） 电路、
时钟电路和其它支持电路等组成。主机根据生产过程的
各种实时信息，按照预定的存放在 ROM的程序和一定的控
制规律，自动地进行数据采集、数据处理 ﹑ 逻辑判断 ﹑
越限报警、控制运算等，并产生所需要的控制作用，向
被控对象发送控制指令。
,计算机分散控制系统,
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3、操作站
操作站一般由,CRT显示装置 ﹑ 触摸屏 ﹑ 数码显示器、通
用或（和）专用键盘 ﹑ 鼠标或轨迹球 ﹑ 指示灯、声讯器、以
及专用的操作显示面板等组成。。
根据使用人员、职责范围的不同操作站可分为,
系统员站 ﹑ 工程师站 ﹑ 操作员站。
是各类操作人员与系统之间实现信息交换的设备。常称
之为, 人机联系设备, ﹑, 人机接口设备, 。
用于实现对系统运行的有关操作 ﹑ 操作结果的显示 ﹑ 生
产过程的状态监视和报警
,计算机分散控制系统,
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4、其它外部设备
指除主机和操作员站所用的输入输出设备之外，计算机
系统的其它必备支撑设备，它是为扩大主机的功能而配置的，
按其功能可分成三类：输入设备 ﹑ 输出设备 ﹑ 外存储器。
5、系统总线与接口
总线是主机与系统其它设备进行信息交换的某种统一数
据格式的公共通路，是一组信号线的集合。一般有单总线 ﹑
双总线和多总线之分,也有内部总线和外部总线之分。
接口是外部设备 ﹑ 过程通道、操作员站等与系统总线之
间的挂接部件，用来进行数据格式或电平的转换 ﹑ 信息的传
输或缓冲。通常有串行接口、并行接口、管理接口、脉冲接
口之分，也有专用和标准之别。
,计算机分散控制系统,
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6、过程通道
是计算机和生产过程之间信息传递和变换的桥梁和纽带。
按照传送信号的形式可分为 模拟量通道、开关量通道、数字
量通道、脉冲量通道,按照信号的传送方向可分为 输入通道
和 输出通道。
模拟量输入通道：接受随时间连续变化的物理量信号,
开关量输入通道：接受只有 0和 1两种状态的信号,
数字量输入通道：接受二进制编码,BCD码信号,
脉冲量输入通道：接受脉冲量形式的信号,
任何输入通道皆通过传感器、变送器测量被控对象的有
关过程信息，并将这些信息转换成计算机所能识别的代码。
（ 1）输入通道
,计算机分散控制系统,
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（ 2）输出通道
模拟量输出通道：将计算机的输出经 D/A转换为模拟量,
开关量输出通道：计算机逻辑信号的输出通道,
数字量输出通道：计算机数字信号的输出通道,
7、通讯设备
是实现不同的功能 ﹑ 不同地理位置的计算机（或有关设
备）之间进行信息交换的设备。例如计算机通讯网络 ﹑ 网络
适配器 ﹑ 通讯接口、通讯媒体等。
,计算机分散控制系统,
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计算机软件可分为三大类,
1、系统软件
运行和管理计算机系统的基本 程序 。 是计算机
操作运行的基本条件之一，它一般包括管理计算机
资源的实时多任务操作系统、数据库管理系统 ﹑ 网
络管理系统、引导程序、调度执行程序、监控程序
等。
二,软件部分
,计算机分散控制系统,
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2、支持软件
是基于系统软件之上，用于开发应用软件的服务
性程序。 包括程序编制语言（汇编语言 ﹑ 高级语言、
面向过程语言） ﹑ 编译程序、编辑程序、调试程序、
诊断程序等。
系统软件和支持软件一般由计算机专业设计人
员研制，由计算机厂商提供。 对于用户只要对其有
一定程度的了解，并会使用 支持 软件，以更好地编
制应用软件。
,计算机分散控制系统,
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3、应用软件
是根据用户所要解决的生产和管理实际问题，
借助支持软件而编制的具有一定针对性的计算机程
序。 这些程序决定了信息在计算机内的处理方式和
算法。
一般包括：过程输入程序 ﹑ 数据处理程序 ﹑ 过
程控制程序 ﹑ 过程输出程序 ﹑ 人机接口程序 ﹑ 显示
程序 ﹑ 报警程序 ﹑ 打印程序、自检程序以及各种公
用子程序等，其质量的优劣直接影响控制系统的运
行效果。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 25
应用软件的开发人员除掌握计算机应用技术外，
还应了解被控对象的运行方式、动态特性以及控制
要求，才有可能合理开发应用软件。
,计算机分散控制系统,
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第四节 计算机控制系统的基本类型
计算机控制系统的分类方法很多，可以按系
统的功能 ﹑ 控制规律、结构 ﹑ 控制方式等进行不
同的分类。
一、按系统的功能分类
按照系统的功能分类，有以下五种类型,
1,数据采集与处理系统
2．直接数字控制系统
3、操作指导控制系统 （又称计算机开环监督控制系统）
4、监督控制系统
5、分级控制系统
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 27
1,数据采集与处理系统
系统原理框图如图 1— 2所示 。
严格地说,DAS不属于计算机控制的范畴，其
输出并不直接控制生产过程，但是，任何计算机控
制系统都离不开数据的采集和处理，因此,DAS是
计算机控制系统的基础和先决条件。
（ Data Acquisition System简称 DAS ）
,计算机分散控制系统,
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被
控
对
象
过程
输入通道
过程
输入通道
过程
输入通道
接口
接口
接口
计
算
机
显示
打印
报警
,
,
,
,
,
图 1--2 数据采集与处理系统
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 29
? 参数巡回检测与采集；
? 采集信息的判断、处理和运算；
? 屏幕显示或打印出各种数据和图表；
? 异常工况下的声、光报警；
? 数据的存储和历史资料保存；
? 参数的实时分析和趋势分析等。
DAS系统的基本功能,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 30
由计算机或数字控制器取代常规模拟控制器,
直接对生产过程进行闭环控制的系统 。
2．直接数字控制
（ Direct Digital Control 简称 DDC） 系统
如图 1— 3所示。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 31
被
控
对
象
过程
输入通道
过程
输入通道
接口
接口
DDC
计
算
机
显 示
报 警
系统操作
,
,
,
,
,
图 1--3 直接数字控制系统
,
,
,
,
,
,
打 印
外存储器
一台计算机可代替多台模拟控制器，实现多个回路的控制。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 32
该系统利用计算机实时地采集生产过程的有
关数据, 并根据一定的控制规律, 管理方法和数
学模型, 计算各控制回路合适的或最优的设定值
等, 操作人员则根据 CRT显示或打印输出结果,
修正各控制回路的有关参数, 调整系统运行状态 。
3、操作指导控制系统
（又称计算机开环监督控制系统）
系统原理框图如图 1— 4所示。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 33
被
控
对
象
模拟量
输入通道
开关量
输入通道
控制仪表
计
算
机
CRT
显示
打印
报警
图 1--4 操作指导控制系统
人
需要人工操作，操作
速度受到限制 。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 34
4、监督控制系统
监督控制系统是在 DDC和 操作指导控制系统 基
础上发展起来的两级计算机闭环控制系统。它
融合了二者的功能。
（ Supervisory Computer Control 简称 SCC）
系统构成原理如图 1— 5所示,
,计算机分散控制系统,
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被
控
对
象
输入通道
输入通道
模拟或
数字
控制器
SCC
计
算
机
CRT显示
报 警
操作台
,
,
,
,
,
图 1--5 监督控制系统
,
,
,
,
,
,
打 印
外存储器
,
,
,
输出通道
,
,
,
,
,
,
,
,
,
记 录
测量
测量
控制
监督计算机根据反映生产过程工况的实时数据和数学模
型，计算出各控制回路的最佳设定值，并对系统中的模拟控
制器或数字控制器（一般为 DDC） 的设定值直接进行修改。
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 36
5、分级控制系统
HCS采用纵向分层 ﹑ 横向分散的处理方法，体
现了系统工程中, 分散, 与, 协调, 的概念，能
有效地解决大型工业生产过程的控制、管理及优
化的问题。
（ Hierarchical Control System 简称 HCS）
其基本结构如图 1— 6所示,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 37
经营管理级计算机
生产管理级计算机
监督控制级计算机 监督控制级计算机
直
接
控
制
级
计
算
机
直
接
控
制
级
计
算
机
直
接
控
制
级
计
算
机
直
接
控
制
级
计
算
机
生 产 过 程
管理指令
其它管理信息
其它部门
送主管部门的数据
.....,
.....,
......,..,..,..,.,
图 1--6 多功能分级控制系统
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2013-3-2 38
2、分散型计算机控制系统
（ Distributed Control System 简称 DCS）
DCS是由以微处理器为核心的基本控制单元、
数据采集站、高速数据通道、上位监控和管理计
算机、以及 CRT显示操作站等组成。
其基本组成如图 1— 8所示,
,计算机分散控制系统,
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2013-3-2 39
生 产 过 程
基本
控制单元
上位
计算机
CRT显示
操作站
.....,
图 1--8 分散控制系统的基本结构
网间
连接器
非本系统网络
数据
采集站,....,
基本
控制单元
高 速 数 据 通 道
扩
展
接
口
各
组
成
部
分
的
作
用
（
见
教
材
）
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2013-3-2 40
DCS采用的是多微处理器分散化的控制结构，
每台微处理器只控制某一局部过程，一台微处
理器发生故障将不会影响整个生产过程，从而
使危险性分散，整个系统的可靠性提高。
DCS系统硬件采用标准的模件结构，很容易根
据需要扩大和缩小系统的规模，系统结构灵活，
应用范围广泛。
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2013-3-2 41
三、按控制规律分类
1、比例积分微分（简称 PID） 控制系统
2、程序和顺序控制系统
3、复杂规律控制系统
4、智能控制系统
四、按控制方式分类
1、开环控制系统
2、闭环控制系统
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2013-3-2 42
第五节 计算机控制系统的基本要求
由于火电生产的复杂性 ﹑ 特殊性，要求所
应用的计算机控制系统除了具备卓越的数据处
理能力和富有竞争的性能价格比外，对计算机
控制系统还有以下几点基本要求,
一, 可靠性要求高
二, 实时性要求好
三, 适应性要求强
四, 人机联系要求完善
五, 软件配备要求齐全
