控制系统结构

分布式控制系统的关键属性是其可靠性，这归因于控制处理在系统中节点周围的分布。这样可以减轻单个处理器的故障。如果处理器发生故障，它将只影响工厂过程的一部分，而不是中央计算机的故障会影响整个过程。现场输入/输出（I / O）连接机架本地的这种计算能力分配还通过消除可能的网络和中央处理延迟来确保快速的控制器处理时间。

附图是通用模型，其示出了使用计算机控制的功能制造水平。

• 级别0包含现场设备（例如流量和温度传感器）以及最终控制元素（例如控制阀）
• 级别1包含工业化的输入/输出（I / O）模块及其关联的分布式电子处理器。
• 级别2包含管理计算机，这些计算机从系统上的处理器节点收集信息，并提供操作员控制屏幕。
• 级别3是生产控制级别，它不直接控制流程，但与监视生产和监视目标有关
• 级别4是生产计划级别。

级别1和2是传统DCS的功能级别，其中所有设备都是来自单个制造商的集成系统的一部分。

在传统意义上，级别3和4并不是严格的过程控制，而是在其中进行生产控制和计划的地方。

处理器节点和操作员图形显示通过专有或行业标准网络连接，并且通过各种路由上的双冗余电缆连接提高了网络可靠性。通过将I / O模块及其关联的处理器放置在靠近过程工厂的位置，此分布式拓扑还减少了现场布线的数量。

处理器从输入模块接收信息，处理该信息并决定要由输出模块发出信号的控制动作。现场输入和输出可以是模拟信号，例如4-20 mA DC电流环路，也可以是两个状态信号，它们可以“接通”或“断开”，例如继电器触点或半导体开关。

DCS连接到传感器和执行器，并使用设定点控制来控制物料通过工厂的流量。典型的应用是PID控制器，它由流量计供给，并使用控制阀作为最终控制元件。DCS将过程所需的设定点发送到控制器，控制器指示阀进行操作，以使过程达到并保持在所需的设定点。

大型炼油厂和化工厂拥​​有数千个I / O点，并使用非常大的DCS。但是，过程不仅限于通过管道的流体流动，还可以包括诸如造纸机及其相关质量控制，变速驱动器和电动机控制中心、水泥窑、采矿作业、矿石加工设施等许多其他事物。

在非常高可靠性的应用中，DCS可以具有双冗余处理器，并带有“热”故障切换功能，以增强控制系统的可靠性。

尽管4-20 mA已成为主要的现场信令标准，但是现代DCS系统也可以支持现场总线数字协议，例如Foundation Fieldbus、profibus、HART、Modbus、PC Link等，以及其他数字通信协议，例如modbus。

现代分布式控制系统还支持神经网络和模糊逻辑应用。最近的研究集中在最佳分布式控制器的合成上，该控制器优化了某个H-无穷大或H 2控制准则。