2.2.2 功能、危险分散
分布式设计结构使各控制单元、各模块、各电路单元在各司其职、相互独立的完成特定功能的前提下，共同协调统一完成控制功能。系统中的某个控制单元出现故障，不会影响到整个系统的全局功能；一个控制单元中的某个模块出现问题，仅仅对本模块所负责的功能产生影响；模块中的某个电路单元出现故障，对模块功能的影响也是局部的，这种功能分散的设计结构缩小了风险范围，避免了危险高度集中的现象。
2.2.3 集中控制
系统以集中的监视、操作和管理达到掌控全局的目的。系统中各级和各层间进行数据通信，形成一个统一协调的整体，各模块之间通过通讯总线连接进行数据通讯，各单元通过过程控制网络进行数据传输并与操作站进行数据通讯，操作站对过程进行高度集中的操作、显示和报警。操作人员通过操作站对不同区域的控制鱼元进行集中控制，实现了对生产过程不同区域的集中监控。
2.3 信号采集与数据预处理
DCS的信号采集指其I/O系统的信号输入部分。
它的功能是将现场的各种模拟物理量如温度、压力、流量、液位等信号进行数字化处理，形成现场数据的数字表示方式，并对其进行数据预处理，最后将规范的、有效的、正确的数据提供给控制器进行控制计算。
信号采集除了要考虑A/D转换，采样周期外，还要对数据进行处理才能进入控制器进行运算。A/D转换过程如下，来自传感器的模拟量物理信号要经过变送器转换为标准信号，接入到DCS的I/O模块（板）的模拟量输入（A I）通道上，然后进行硬件滤波电路接到A/D转换器上进行模拟量到数字量的转换。
2.4 系统组态
根据设计要求，在系统硬件和系统软件的基础上，综合利用系统组态软件所提供的填表、计算、绘图等功能，预先将硬件设备和各种软件功能模块组织起来，
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以使系统按特定的状态运行，也就是用集散控制系统所提供的功能模块、组态编辑软件以及编程语言，组成所需的系统结构和操作画面，最终完成实现数据集中显示、过程集中控制、数据通讯等功能的过程。
2.5 图形化组态
图形化编程语言又称G语言，是继C语言之后的高级语言，在C语言之上进行二次开发而成。
在使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员所熟悉的术语、图标和概念，实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径，大大提高工作效率，从根本上改变了传统的编程环境，用“图标”代替了“文本指令”。在可视化的程序设计中，编程者只需调用“图标”，随后通过“连线”规定数据的流向，编程工作整个过程变得直观、简便。
在系统功能实现过程中，控制算法分为常规算法和自定义控制算法，常规算法有PID单回路控制，串级双回路控制，前馈控制，手操器控制等。自定义控制算法分为两部分，图形化组态（支持FBD功能块图，LD梯形图，SFC顺序功能表图，CFC连续功能图，可以在同一控制页中混用）可以做逻辑控制；PID单回路控制，串级双回路控制，前馈控制，手操器控制，流量累计，数据运算等。
2.6 数据存储与通信
系统采用可扩展标记语言(Extensible Markup Language, XML)编程实现数据的存储与通信。
XML是用于标记电子文件，使其具有结构性的标记语言，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。它是标准通用标记语言(SGML)的子集，非常适合Web传输。XML提供统一的方法来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据。
XML仅仅是纯文本，能处理纯文本的软件都能处理XML; XML独立于硬件、软件以及应用程序，通过XML不同的应用程序都能对数据进行访问。
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2.7 OPC技术的运用
采用OPC(OLE for process Control)技术实现了不同组态软件对系统数据的访问。OPC是基于微软的OLE、COM和DCOM技术的用于过程控制的工业标准，它包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制的自动化系统，为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。采用Cf S模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，实现了系统的集成，提高了系统的开放性和可互操作性。
OLE(对象连接与嵌入Objece Linkong and Embedding)是一种面向对象的技术，是在客户应用程序间传输和共享信息的一组综合标准，允许创建带有指向应用程序的链接的混合文档，使用户在修改程序时不必在应用程序间进行切换。OLE基于组件对象模型COM (Component Object Model)，允许开发可在多个应用程序间互操作的可重用即插即用对象。
COM是所有OLE机制的基础。是一种为了实现与编程语言无关的对象而制定的标准，可以使两个应用程序通过对象化接口进行通讯，而不需要知道对方是如何创建的。
DCOM (Distributed COM)，在Windows NT4.0操作系统下，COM标准扩展到可访问本机以外的其他对象，一个应用程序所使用的对象可分布在网络上，COM的这个扩展被称为DCOM。通过DCOM技术和OPC标准，完全可以创建一个开放的、可互操作的控制系统软件。
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小结
本文主要论述了DCS系统工业生产过程中控制功能的设计与实现。 针对以往单元组合仪表功能单一、现场布局分散、兼容性差、投资成本居高不下、设备管理与维护技术的要求高等问题，在硬件方面充分利用微机智能技术，在现场控制单元、过程输入输出接口部分均采用未处理器，使其具备记忆、数据运算、逻辑判断功能，实现了自适应、自诊断、自检测功能。
在软件应用方面，功能丰富的软件包使过程控制方案、数据存储、数据采集、数据通讯、数据显示等功能的实现更加便捷，功能开发也更加容易，实现了过程全局集中监控、数据存储和信息传输的功能，为过程统一协调、集中的全局化管理提供了便利条件。
DCS系统采用分级递阶结构，既继承了单元组合仪表的控制、显示、计算、通讯、和记录、数据存储等各种功能，使单元组合仪表的功能能够集中在系统中得到体现，同时避免了为实现集中监控的目的而造成威胁到过程安全的危险因素过度集中的现象发生。
在DCS系统的具体应用中，需按照工艺过程的实际情况对系统的适应性进行设计和开发。一套系统无论其如何先进、功能如何完善，如果没有很好的工程设计和应用开发，其监控效果都会大打折扣，甚至在运行中出现问题，对工业生产过程的安全造成威胁。工程设计和功能开发直接影响到了DCS系统在工业生产过程中的应用。工程设计包括可行性研究、方案设计、工程设计三个阶段。
可行性研究是在工艺条件及投资确定的前提下，明确具体项目的可行性和系统规模，是在框架范围内的全局需实现的总体目标。本文按照总体目标对系统进行单元细化，确定各单元的布局、功能，最后为实现全局目标对各单元进行详细设计。
功能开发是指工程实施人员与用户按照实际需求利用系统所提供的功能实现过程集中监控目标而开展的相应工作，是系统综合应用的过程，直接影响到系统的性能及推广，在本文中详细论述了系统关键技术的开发应用，重点对实现集中监控功能的核心技术—功能组态进行了阐述。
要完成一套DCS系统工程，实现系统功能，必须要得到一些关键技术的支
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持，本章主要针对这些关键技术进行了简单介绍，其中涉及到为实现自动控制功能的自动化控制技术、实现危险分散控制集中功能而采取的分级分布式系统结构。当系统应用到过程控制中，就必须具备对现场信号进行采集、处理、数据存储、通讯的功能，针对这些技术在本章中也进行了简单介绍，此外还着重介绍了系统组态这一广泛用于控制系统、实现控制功能的软件应用技术。为实现不同组态软件之间的数据共享，在文对OPC技术也做了介绍。
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致谢
本文是在导师刘子龙老师的精心指导和悉心关怀下完成的，在论文的撰写过程中，得到了导师细心的指导，并提出了许多宝贵意见。导师严谨、求真的治学风范以及谦和、平易近人的为人处事对我的工作和学习产生了极大的影响，并将使我终身受益，值此论文完成之际，谨向尊敬的导师致以崇高的敬意，感谢他对我的谆谆教诲。
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