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DCS為分散控制系統(tǒng)的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）簡稱。指的是控制危險分散、管理和顯示集中。60年代末有人研制了作邏輯運算的可編程序控制器（Programmable Logic Controller）。簡稱PLC。主要應(yīng)用于汽車制造業(yè)。70年代中期以完成模擬量控制的DCS推向市場，代替以PID運算為主的模擬儀表控制。首先提出DCS這樣一種思想的是原制造儀表的廠商，當(dāng)時主要應(yīng)用于化工行業(yè)。后又有計算機行業(yè)從事DCS的開發(fā)。70年代微機技術(shù)還不成熟，計算機技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)。操作站、控制器、I/O板和網(wǎng)絡(luò)接口板等都是DCS生產(chǎn)廠家自行開發(fā)的，也就是所有部件都是的。

　　70年代初，有人用如PDP/1124這樣的小型機代替原來的集中安裝的模擬儀表控制。連接到中央控制室的電纜很多。如用小型機既作為控制器、同時把連接小型機的CRT又作為顯示設(shè)備（即人機界面）。一臺小型機需接收幾千臺變送器或別的傳感器來的信號，完成幾百個回路的運算。很顯然其危險有點集中。和模擬儀表連接的電纜一樣多，并且一旦小型機壞了，控制和顯示都沒有了。數(shù)字控制沒有達(dá)到預(yù)期的目的。

　　后有人提出把控制和顯示分開。一臺計算機完成控制計算任務(wù)，另一臺計算機完成顯示任務(wù)。另外，一個工藝過程作為被控對象可能需要顯示和控制的點很多，其中有一些還需要閉環(huán)控制或邏輯運算，工藝過程作為被控對象的各個部分會有相對獨立性，可以分成若干個獨立的工序，再把在計算機控制系統(tǒng)中獨立的工序上需要顯示和控制的輸入、輸出的點分配到數(shù)臺計算機中去，把原來由一臺小型機完成的運算任務(wù)由幾臺或幾十臺計算機（控制器）去完成。其中一臺機器壞了不影響全局。所謂“狼群代替老虎”的戰(zhàn)術(shù)，這就是危險分散的意思。把顯示、操作、打印等管理功能集中在一起，用網(wǎng)絡(luò)把上述完成控制和顯示的兩部分連成一個系統(tǒng)。當(dāng)時有人把這種系統(tǒng)稱為集散系統(tǒng)。

　　危險究竟要分散到多少算合適呢？這與當(dāng)時的計算機技術(shù)的發(fā)展水平有關(guān)。70年代中期，*分散就是一個控制器完成一個回路的運算。當(dāng)時由于人們對數(shù)字技術(shù)不太熟息，習(xí)慣于模擬儀表，70年代末、80年代曾經(jīng)風(fēng)行回路控制器，把數(shù)字控制器做成和原來模擬儀表在外觀上幾乎*一樣，不改變操作習(xí)慣，內(nèi)部把PID運算數(shù)字化。一塊儀表（一臺計算機）完成一個回路的控制任務(wù)。其價格較為昂貴，但危險是分散了。然后用通訊網(wǎng)絡(luò)把各個控制器和以CRT為基礎(chǔ)的人機界面連成一個系統(tǒng)。這時網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常都是星形結(jié)構(gòu)。回路的控制器的制作成本太高，價格/性能比不好。后來為了減低成本，就有兩回路的、四回路的控制器，它的價格/性能比稍好一些。對于一個大中型系統(tǒng)來說，DCS的價格/性能比比回路控制器組成的系統(tǒng)要好。有些特殊地方還是要用到一些回路控制器。

　　如果所要完成的回路太多，如一個控制器采集幾千點、完成幾百個回路的運算，危險又太集中。在這種情況下，危險必需分散。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機的運算能力、存儲容量和可靠性不斷提高，一臺計算機所完成的任務(wù)也可以增加。完成的任務(wù)也可集中一點。另外，控制器、網(wǎng)絡(luò)等冗余技術(shù)也得到了發(fā)展，控制運算也可集中一些。

　　從目前的DCS來看，一個控制器完成幾十個回路的運算和幾百點的采集、再加適量的邏輯運算，經(jīng)現(xiàn)場使用，效果是比較好的。這就產(chǎn)生控制器升級的問題了。有時控制器和檢測元件的距離還是比較遠(yuǎn)，這就促進現(xiàn)場總線的發(fā)展。如CAN、LOONWORKS、FF等現(xiàn)場總線，以及HART協(xié)議接收板等都用到DCS系統(tǒng)中。

　　DCS分為三大部分，帶I/O板的控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)和人機界面（HMI）。由I/O板通過端子板直接與生產(chǎn)過程相連，讀取傳感器來的信號。I/O板有幾種不同的類型，每一種I/O板都有相應(yīng)的端子板。

　　模擬量輸入，4-20毫安的標(biāo)準(zhǔn)信號板和用以讀取熱電偶的毫伏信號板；4-16個通道不等；

　　模擬量輸出，通常都是4-20毫安的標(biāo)準(zhǔn)信號，一般它的通道比較少，4-8個個通道；

　　開關(guān)量輸入；16-32個通道：

　　開關(guān)量輸出，開關(guān)量輸入和輸出還分不同電壓等級的板，如直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16個通道不等；

　　脈沖量輸入，用于采集速率的信號；4-8通道不等；

　　快速中斷輸入；

　　HART協(xié)議輸入板；

　　現(xiàn)場總線I/O板；

　　每一塊I/O板都接在I/O總線上。為了信號的安全和完整，信號在進入I/O板以前信號要進行整修，如上下限的檢查、溫度補償、濾波，這些工作可以在端子板完成，也可以分開完成，完成信號整修的板現(xiàn)在有人稱它們?yōu)樾盘栒{(diào)理板。

　　I/O總線和控制器相連。80年代的DCS由于控制器的運算能力不強，為了增加I/O點數(shù)，把控制器的任務(wù)分開，實際上是有三種類型的控制器。即：完成閉環(huán)運算的控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運算器。它們分別有自己的I/O總線，各種DCS的I/O總線各不相同。如果要求快速，采用并行總線。一般采用串行總線比較多。尤其是RS485總線較多，模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運算器的I/O點數(shù)可以多一些。

　　閉環(huán)控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運算器可以和人機界面直接連在通訊網(wǎng)絡(luò)上，在網(wǎng)絡(luò)上的每一個不同的控制器作為網(wǎng)絡(luò)上的一個獨立結(jié)點。每一個結(jié)點完成不同的功能。它們都應(yīng)有網(wǎng)絡(luò)接口。有的DCS為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)接口，把所有的過程控制用的設(shè)備即閉環(huán)控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運算器預(yù)先連在控制總線上，稱為過程控制站。這可以增加過程控制站能接收的I/O點數(shù)，又能節(jié)省接口。然后再通過接口連到網(wǎng)絡(luò)上，與人機界面相連。隨著計算機計術(shù)的發(fā)展，控制器的運算能力不斷增強，如PC機做的一個控制器能力很強，既可接收模擬量運算，也接收開關(guān)量邏輯運算。一個控制器成為網(wǎng)絡(luò)上的一個結(jié)點。通過網(wǎng)絡(luò)與人機界面相連。

　　控制器是DCS的核心部件，它相當(dāng)于一臺PC機。有的DCS的控制器本身就是PC機。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片，還有兩個接口，一個向下接收I/O總線來的信號，另一個接口是向上把信號送到網(wǎng)絡(luò)上與人機界面相連。ROM用來存貯完成各種運算功能的控制算法（有的DCS稱為功能塊庫）。在庫中存功能塊，如控制算法PID、帶死區(qū)PID，積分分離PID，算術(shù)運算加、減、乘、除、平方、開方、函數(shù)運算一次濾波、正弦、余弦、X-Y函數(shù)發(fā)生器、超前-滯后；比較*的算法有史密斯預(yù)估，C語言接口、矩陣加、矩陣乘；邏輯運算有邏輯與、邏輯或、邏輯非、邏輯與非等。通常用站功能塊不僅把模擬量和開關(guān)量結(jié)合起來，還與人連系起來。功能塊越多，用戶編寫應(yīng)用程序（即組態(tài)）越方便。組態(tài)按照工藝要求，把功能塊連接起來形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因為E2PROM可以擦寫，組態(tài)要隨工藝改變而改變，所以把組態(tài)存在E2PROM中。不同用戶有不同組態(tài)。組態(tài)時，用戶從功能塊庫中選擇要的功能塊，填上參數(shù)，把功能塊連接起來。形成控制方案存到E2PROM中。這時控制器在組態(tài)方式，投入運行后就成為運行方式。

　　控制器中安裝有操作系統(tǒng)，功能塊組態(tài)軟件和通訊軟件。

　　為了系統(tǒng)安全運行，閉環(huán)控制器一定是冗余運行的，一用一備，并且是熱備。為了使冗余成功，應(yīng)注意以下幾點：兩個控制器的硬件、軟件版本必需*；檢查發(fā)送-接收的芯片是否完好；冗余的芯片是否完好。兩個模件的設(shè)定是否一樣、還要檢查有沒有帶手操站等。

　　通訊網(wǎng)絡(luò)把過程站和人機界面連成一個系統(tǒng)。通訊網(wǎng)絡(luò)有幾種不同的結(jié)構(gòu)行式。如總線式、環(huán)形和星形?？偩€形在邏輯上也是環(huán)形的。星形的只適用于小系統(tǒng)。不論是環(huán)形還是總線形，一般都采用廣播式。其它一些協(xié)議方式已用的較少。通訊網(wǎng)絡(luò)的速率在10M和100M左右。

　　人機界面有4種不同形式的結(jié)點，它們是操作站、工程師工作站、歷史趨勢站和動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。

　　操作站安裝有操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件和控制器的驅(qū)動軟件。顯示系統(tǒng)的標(biāo)簽、動態(tài)流程圖和報警信息。

　　工程師工作站給控制器組態(tài)（CAD），也可以給操作站組態(tài)（作動態(tài)流程圖）。如果監(jiān)控軟件作圖能力很強，作圖工作可以由監(jiān)控軟件獨立完成。工程師站的另外一個功能是讀控制器的組態(tài)，用于控制器升級，查找故障。我們稱之為逆向工程師站。

　　歷史趨勢站用于存儲歷史數(shù)據(jù)，一般用磁盤陣列（稱為RAID技術(shù)）。

　　DCS和PLC的設(shè)計原理區(qū)別較大，PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，70年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。程序計數(shù)器這樣的循環(huán)操作，這是DCS所沒有的。這也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在運算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的。把所有的函數(shù)、各過程變量之間的關(guān)系都作成功能塊（有的DCS系統(tǒng)稱為膨化塊）。70年代中期的DCS只有模擬量控制。如TDC2000系統(tǒng)，一個控制器一秒鐘內(nèi)能完成8個PID回路的運算。首先應(yīng)用的是化工行業(yè)。DCS和PLC的表現(xiàn)的主要差別是在開關(guān)量的邏輯解算和模擬量的運算上，即使后來兩者相互有些滲透，但是還是有區(qū)別。80年代以后，PLC除邏輯運算外，也有一些控制回路用的算法，但要完成一些復(fù)雜運算還是比較困難，PLC用梯形圖編程，模擬量的運算在編程時不太直觀，編程比較麻煩。但在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。而DCS把所有輸入都當(dāng)成模擬量，1位就是開關(guān)量。解算一個邏輯是在幾百微秒至幾毫秒量級。對于PLC解算一個PID運算在幾十毫秒，這與DCS的運算時間不相上下。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。不同型號的DCS，解算PID所需時間不同，但都在幾十毫秒的量級。如早期的TDC2000系統(tǒng)，1秒鐘內(nèi)完成8個回路的控制運算。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，解算一個算法的時簡在縮短。解算一個算法所需時間與功能塊的安排方式和組態(tài)方式有關(guān)。

　　在接地電阻方面，對PLC也許要求不高，但對DCS一定要在幾歐姆以下（通常在4歐姆以下）。模擬量隔離也是非常重要的。在有爆炸危險的地方，應(yīng)配置本質(zhì)安全柵。

　　相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達(dá)8000多個I/O）。DCS的控制器，只能幾百個I/O點（不超過500個I/O）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。如果主要是模擬量控制、并且函數(shù)運算很多，采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通訊網(wǎng)絡(luò)等的冗余方面，一些高級運算、行業(yè)的特殊要求方面都要比PLC好的多。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。

　　特別要指出的是，DCS的操作站，不是天經(jīng)地義的。它是由歷史原因形成的。DCS廠家如再不開放操作站，與工廠的管理信息系統(tǒng)連網(wǎng)，個別DCS就有從市場中消失的危險。

　　隨著新技術(shù)的誕生，負(fù)面影響也跟著而來。新操作站的開放，病毒容易侵入到系統(tǒng)。在作設(shè)計時，在操作站上設(shè)置密碼，系統(tǒng)多加隔離和防火墻。把負(fù)面影響減到最小。

裝置單元通過前置連接器連接。當(dāng)連接模塊時，編碼設(shè)備鎖定在連接器中，這樣該連接器只能適合于同樣類型的模塊。更換模塊時，對于新的同類型模塊，可原封不動保持前連接器的接線狀態(tài)。這樣可以避免在更換模塊的過已接線的前連接器到錯誤模塊中。

在生產(chǎn)工程中，針對分布式故障應(yīng)用而特別了SIMATIC S7故障型CPU和故障模塊SIMATIC ET200S、ET200pro、ET200eco和ET200M。 故障I/O具有模塊化結(jié)構(gòu)，只有在實際需要時才能使用技術(shù)。 新替換了的機電部件，例如：

可編程，可地將傳感器連接到執(zhí)行器

優(yōu)勢

• 帶有瞬時或者保持操作功能的按鈕，可以在安裝和連接完成之后進行切換。

• 按鈕和燈光指示器，在一個裝置中單獨饋電。這意味著，還可以將它們用于除了開關(guān)電壓以外的電壓

• 在使用帶有兩個按鈕和兩個指示燈的裝置時，必須單獨設(shè)置每個按鈕。

• 在操作中，還可以不使用工具更換指示燈和保護帽?？焖俚鼗謴?fù)功能

• 一系列不同顏色的保護帽可以發(fā)出符合 IEC 60073 的設(shè)備狀態(tài)。每個裝置可以有三個指示燈，節(jié)省空間。

尺寸圖

5TE4 8 按鈕

正視圖：

5TE4 820, 5TE4 823, 5TE4 824（從左邊起*個）

5TE4 821, 5TE4 822（從左邊起第二個）

5TE4 800, 5TE4 805, 5TE4 806, 5TE4 807, 5TE4 808, 5TE4 810, 5TE4 811（從左邊起第三個）

5TE4 812（從左邊起第四個）

5TE4 813（從左邊起第五個）

5TE4 814（從左邊起第六個）

5TE4 804 按鈕

5TE4 804

帶保持型觸頭功能的 5TE4 8 雙按鈕

正視圖：

5TE4 830（從左邊起*個）

5TE4 831（從左邊起第二個）

5TE4 840, 5TE4 841（從左邊起第三個）

電路圖

5TE4 8 按鈕，不帶保持功能

5TE4 800
5TE4 805
5TE4 806
5TE4 807
5TE4 808

5TE4 804

5TE4 8 按鈕，帶有保持功能

5TE4 810

5TE4 811

5TE4 812

5TE4 813

S7-300PLC的主要功能是：(1)S7-300PLC具有高速的指令處理功能，指令的處理時間在0.1-0.6us之間，相對于小型PLC處理指令時間大大縮短了，提高了處理速度。（2）擁有人機界面（HMI），S7-300PLC里面有集成人機界面，非常方便用戶使用，這樣就可以減少人機對話的編程量。（3）具有很強的診斷功能,S7-300PLC的中央處理器（CPU）能夠自我診斷，可以智能連續(xù)的檢測系統(tǒng)是否有故障，也能紀(jì)錄錄系統(tǒng)運行中的錯誤。（4）具有很高級別的安全加密和口令保護功能，可以有效保護用戶的信息安全，防止信息被竊取和利用。S7-300PLC是中小型 PLC,屬于模塊式PLC,S7-300PLC多可以擴展32個模塊。S7-300可以組成MPI、PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)等。西門子S7-300PLC主要由多種機架、不同的CPU 模塊、各種信號的模塊、各種不同功能的模塊、輸入和輸出接口模塊、通信處理器、供電電源模塊和友好的編程器設(shè)備組成[21]。如圖2-1

圖2-1 PLC 控制系統(tǒng)示意圖

中央處理器也叫CPU,CPU是PLC的核心部件。由于CPU是PLC的控制系統(tǒng)的控制和運算中心，因此它能夠完成多項任務(wù)如下：（1）能夠完成接收和存儲從用戶從編程器中輸入的數(shù)據(jù)和程序。（2）能夠有效判斷用戶編程中是否有錯誤，不合法的，也能判斷電源及內(nèi)部電路是否有工作故障。（3）能夠接收設(shè)備的信號，比如開關(guān)量信號和模擬量信號。（4）能夠按要求執(zhí)行用戶的程序，比輸出需要的，系統(tǒng)要求的控制信號。（5）當(dāng)然CPU還承擔(dān)著和外部設(shè)備以及計算機進行通訊。

西門子S7-300PLC有一個用于編程的 RS-485 接口，除此之外有的PLC還擁有PROFIBUS-DP 的接口或 用于PtP 串行通信接口，西門子S7-300PLC能夠建立一個MPI即是多點接口的網(wǎng)絡(luò)或者是DP網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)存儲器使用只讀存儲器EPROM，只能讀，好比計算機的操作系統(tǒng)一樣，不能隨意更改，是用來存儲系統(tǒng)的程序的。用戶存儲器一般有電池維持的RAM，用來存儲用戶編程的程序。當(dāng)用戶編譯調(diào)試后可固化在EPROM或者E^2-PROM中。而功能存儲器一般能夠存儲定時值，計數(shù)值，模擬量以及數(shù)字量等狀態(tài)標(biāo)志的數(shù)據(jù)，一般放在隨機讀寫存儲器RAM中[21]。

PLC的輸入輸出接口，即I/O口是與外部現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的接口相連的。這樣輸入口就能接收到外部的行程開關(guān)，按鈕及傳感器的信號。而輸出口能夠控制信號從而直接或者間接控制著驅(qū)動著信號燈，電磁閥和繼電器等現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備。

PLC有兩種供電電源，有直流DC24V,也有交流AC220，這兩種可供用戶選擇。

編程器是用戶用來編程用戶程序的，是PLC的外部設(shè)備，可分為簡易型和智能型兩種，早的簡易型編程器是用在小型PLC上面，只能聯(lián)機編程，不能直接用梯形圖，需要把梯形圖轉(zhuǎn)化為語句表，這樣才能下載到PLC中。智能型編程器能夠用梯形圖編程。

2.S7-300PLC的特點

西門子可編程控制器S7-300PLC是屬于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的中型PLC。S7-300PLC有標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境型和環(huán)境條件擴展型兩大類。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境型的溫度范圍在0-60攝氏度之間，環(huán)境條件擴展型溫度范圍是零下25攝氏度到零上70攝氏度之間，具有耐振動和抗污染的特性。它的特點有：a.編程方法簡單易學(xué)b.擁有簡單而且實用的分布式結(jié)構(gòu)及通用的網(wǎng)絡(luò)能力；c.功能和性價比高d.深得用戶喜愛，這源于配套齊全，用起來順手方便e.出故障維修起來相當(dāng)方便；f.在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境情況下抗*力強可靠g.配套有各種不同的功能模塊方便使用；h.統(tǒng)的設(shè)計，安裝，調(diào)試工作量少;i.維修工作量小，維修方便；j.體積小，耗能低.

S7-300系列PLC單機架硬件組態(tài)

單機架硬件組態(tài)多配置8個擴展模塊。

所必需的硬件材料：

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