dcs基本知識(shí)

1、DCS基本知識(shí),南京揚(yáng)子職業(yè)培訓(xùn)有限責(zé)任公司 高永順,第一講 控制儀表的發(fā)展過程,一、20世紀(jì)40-50年代出現(xiàn)第一代儀表主要以機(jī)械式和電子管元件生產(chǎn)的就地式儀表二、20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了第二代DDZ電動(dòng)單元儀表三、20世紀(jì)80-90年代出現(xiàn)了第三代DCS過程控制系統(tǒng)四、21世紀(jì)出現(xiàn)了第四代智能控制系統(tǒng),單元儀表控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),第二講 集散控制系統(tǒng)的基本概念一.何謂集

2、散控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一種類型,簡(jiǎn)稱DCS,是英文Distributed Control System的縮寫.它是以多臺(tái)微處理器分散應(yīng)用于生產(chǎn)過程的控制,再利用通信網(wǎng)絡(luò)、CRT顯示器、鍵盤、打印機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)高度集中的管理,操作.這種實(shí)現(xiàn)集中管理、分散控制的自動(dòng)化控制系統(tǒng)就稱為集散控制系統(tǒng),簡(jiǎn)稱DCS.二.DCS的基本組成,1.操作員站:簡(jiǎn)稱操作站,可用OS表示.過去用工控機(jī),現(xiàn)在普遍用PC機(jī)加

3、專用網(wǎng)卡和專用監(jiān)控軟件組成. 操作站是操作人員進(jìn)行生產(chǎn)過程的監(jiān)視、操作的主要設(shè)備,操作站提供良好的人機(jī)交互界面,用以實(shí)現(xiàn)集中顯示、集中操作和集中管理等功能.,例如:工藝流程圖的顯示,例如:報(bào)警畫面的集中顯示,例如:控制儀表的集中顯示,2.工程師站:可用ES表示,通常用PC機(jī)加專用的組態(tài)軟件組成. 工程師站主要用于對(duì)DCS進(jìn)行離線的組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制與維護(hù),工程師能夠借助于組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)生成、離線組態(tài)、并可

4、在DCS運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控DCS網(wǎng)絡(luò)上各站的運(yùn)行情況.例如:液位或者流量的單回路控制,要實(shí)現(xiàn)此功能,只要在工程師站內(nèi)完成下列組態(tài)即可.,液位控制,流量控制,3.上位管理機(jī):通常用PC機(jī)加專用的網(wǎng)絡(luò)軟件組成. 上位機(jī)主要用于全系統(tǒng)的信息管理和生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)過程管理,并可根據(jù)收集到的信息進(jìn)行優(yōu)先控制.4.通信網(wǎng)絡(luò):是集散控制系統(tǒng)的中樞,它連接DCS的監(jiān)測(cè)站和控制站,操作站和上位機(jī)等部分.各部分之間的信息傳遞均通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn),完成數(shù)據(jù)、

5、指令及其他信息的傳遞,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作,進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息共享.,5.現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)站: 又稱數(shù)據(jù)采集站,直接與生產(chǎn)過程相連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)過程變量數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理.6.現(xiàn)場(chǎng)控制站: 可用FCS表示,也直接與生產(chǎn)過程相連接,對(duì)過程變量進(jìn)行檢測(cè)和處理,并產(chǎn)生控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制,它利用多個(gè)微處理器可以對(duì)多個(gè)回路實(shí)現(xiàn)分散控制,大大地提高了系統(tǒng)的可靠性并降低生產(chǎn)裝置的危險(xiǎn)性.三.

6、DCS的特點(diǎn) 由于DCS具有高度的集中管理功能,與常規(guī)模擬儀表控制相比具有眾多優(yōu)點(diǎn).,1.監(jiān)控操作方便 DCS通過CRT顯示器和鍵盤、鼠標(biāo)可以對(duì)被控對(duì)象的變量值及其變化趨勢(shì),報(bào)警情況,軟硬件運(yùn)行狀況進(jìn)行集中監(jiān)視,實(shí)施各種操作功能,并且畫面形象直觀,是模擬儀表控制系統(tǒng)無法比擬的.2.控制功能豐富 DCS具有多種運(yùn)算控制算法和邏輯運(yùn)算功能,如各種數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、PID控制、前饋控制、

7、模糊控制和滯后時(shí)間補(bǔ)償?shù)?還可以實(shí)現(xiàn)順序控制和各種連鎖保護(hù)、報(bào)警等功能.3.信息和數(shù)據(jù)共享 DCS的各站獨(dú)立工作同時(shí),通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞各種信息和數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)工作,使整個(gè)系統(tǒng)信息共享.,4.系統(tǒng)擴(kuò)展靈活 DCS采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì),可以根據(jù)不同規(guī)模的工程對(duì)象,硬件設(shè)計(jì)上采用積木搭接方式進(jìn)行靈活配置,擴(kuò)展方便.5.安裝維護(hù)方便 DCS采用專用的多芯電纜,標(biāo)準(zhǔn)化接插件和端子板,可很方便的裝配

8、和維修更換.在軟件上具有強(qiáng)大的自診斷功能,當(dāng)故障發(fā)生時(shí),能迅速發(fā)出報(bào)警信號(hào),以便工作人員及時(shí)維修.6.系統(tǒng)的可靠性 由于DCS采用多個(gè)微處理器分散控制生產(chǎn)裝置,使得危險(xiǎn)高度分散.同時(shí)又采用冗余措施,大大提高了系統(tǒng)的可靠性,從而使系統(tǒng)的平均無故障工作時(shí)間達(dá)到十萬小時(shí)以上.,四.DCS的發(fā)展趨勢(shì) DCS自1975年問世以來,經(jīng)歷了30年的發(fā)展,其結(jié)構(gòu)也不斷更新,但由于其沒有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),使得用戶在使用各

9、廠家產(chǎn)品時(shí)無法做到相互兼容及互操作. 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,微處理器的體積越做越小,價(jià)格也越來越便宜,所以現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表和執(zhí)行器都逐步實(shí)現(xiàn)了智能化. 由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突飛猛進(jìn),快速高效的全數(shù)字式通信技術(shù)又被應(yīng)用于控制系統(tǒng)中,于是2002年IEC頒布了61158標(biāo)準(zhǔn),即現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn),簡(jiǎn)稱FCS.該系統(tǒng)是全數(shù)字化、開放式、底層控制網(wǎng)絡(luò),它可以做到各廠家產(chǎn)品相互兼容及互操作.并向用戶開放,從而實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)便快捷安全

10、可靠的控制.,第三講 TDC3000集散控制系統(tǒng)一.概述 TDC3000系統(tǒng)是美國(guó)Honeywell公司開發(fā)的DCS,于九十年代推向市場(chǎng),先后被多家企業(yè)使用,是我公司使用技術(shù)比較成熟的一種集散控制系統(tǒng).二.系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu),,1.各部件的名稱及功能PCIM:PC機(jī)接口模塊AM:應(yīng)用模塊,存放先進(jìn)的控制軟件.HM:歷史模塊,存放生產(chǎn)過程的各種歷史數(shù)據(jù).GUS:操作站,負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程的監(jiān)控及系統(tǒng)的監(jiān)控與組態(tài).APM:先進(jìn)的過

11、程管理器,負(fù)責(zé)I/O信號(hào)的處理、計(jì)算、控制、報(bào)警等。HPM:高性能過程管理器負(fù)責(zé)I/O信號(hào)的處理、計(jì)算、控制、報(bào)警等。,,SM:安全管理器,負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程的報(bào)警與連鎖,實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn).LM:邏輯管理器,實(shí)現(xiàn)邏輯功能的處理.LCN:系統(tǒng)局UCN:實(shí)時(shí)控制網(wǎng),,2.控制網(wǎng)絡(luò):是連接現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部各模板之間的數(shù)據(jù)通信.3.網(wǎng)關(guān):是實(shí)現(xiàn)管理網(wǎng)與系統(tǒng)網(wǎng)之間的通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,由于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信速度與通信協(xié)議都不同,工廠網(wǎng)的傳輸速度是10M bp

12、s,而系統(tǒng)網(wǎng)的傳輸速度是2.5M bps.4.操作員站:操作人員能通過專用薄膜鍵盤或鼠標(biāo)靈活、方便、準(zhǔn)確地監(jiān)視過程變量,以及根據(jù)流程變化調(diào)整過程參數(shù)等.如圖所示,,6.現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站:如圖所示,TDC3000的現(xiàn)場(chǎng)控制站,不但可以接受現(xiàn)場(chǎng)儀表送來的各種不同信號(hào),還可以進(jìn)行各種計(jì)算、控制、并產(chǎn)生各種不同的信號(hào)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器,同時(shí)還具有以下特色.(1)冗余措施 現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站內(nèi)的網(wǎng)卡、CPU卡、電源卡均采用雙份配置,其中一個(gè)為

13、主控單元,另一個(gè)就進(jìn)行熱備份,兩個(gè)單元同時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),一個(gè)單元作控制運(yùn)算,另一個(gè)單元處于監(jiān)視狀態(tài),并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù).一旦工作中的主控單元發(fā)生故障,備份單元就自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài).,(2)分散隔離措施 所有模板均帶有隔離電路,能將通道上竄入的干擾源拒之系統(tǒng)之外.(3)迅速維修措施 TDC3000系統(tǒng)具有非常強(qiáng)的自診斷能力,每板均周期性的進(jìn)行自檢,并通過模板上的指示燈顯示,如果發(fā)現(xiàn)故障,所有模板均可以帶電插拔.三、TDC300

14、0系統(tǒng)的軟件介紹 TDC3000系統(tǒng)的軟件主要分為3大部分,如圖所示.,它們分別是工程師站組態(tài)軟件、操作站實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件和過程控制站軟件,三部分軟件分別運(yùn)行于不同層次的硬件平臺(tái)上,并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)通信軟件,相互配合、互為協(xié)調(diào),交換各種數(shù)據(jù)及管理、控制信息,來完成整個(gè)集散系統(tǒng)的各種功能.,(1)先進(jìn)、實(shí)用的組態(tài)軟件 TDC3000系統(tǒng)提供了極富特色的全方位工程組態(tài)軟件.該軟件既繼承了國(guó)內(nèi)外各知名DCS系統(tǒng)中組態(tài)軟件的傳統(tǒng),也

15、吸取了近年來興起的各種基于PC----Windows環(huán)境的工控組態(tài)軟件靈活、易操作、界面友好等特點(diǎn),從而為用戶提供一個(gè)靈活、 方便、全面的工程平臺(tái),以實(shí)現(xiàn)用戶的各種控制策略. (2)高效、可靠的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件 TDC3000系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件運(yùn)行在一套高效的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)下(Windows),操作員可通過專用薄膜鍵盤操作下列功能,(3)趨勢(shì)顯示功能 TDC3000系統(tǒng)的趨勢(shì)顯示功能包含實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示和歷史趨勢(shì)顯示兩種,

16、都是用曲線反映過程變量的變化狀態(tài).如圖所示:,(4)報(bào)警管理和顯示功能 TDC3000系統(tǒng)提供了多方位的報(bào)警功能,可以在多種畫面中以直觀的方式通知操作員系統(tǒng)中正在發(fā)生的報(bào)警,并可在報(bào)警信息列表中觀察到發(fā)生的詳細(xì)報(bào)警信息.報(bào)警信息可以分為系統(tǒng)報(bào)警和過程報(bào)警,最多可以顯示100條報(bào)警信息,如圖所示:,(5)報(bào)表管理和打印功能 TDC3000系統(tǒng)的報(bào)表打印功能充分考慮了中國(guó)用戶的需要,可方便地打印出漢字班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表等,

17、 (6)其他功能 a.系統(tǒng)狀態(tài)自診斷及顯示 TDC3000系統(tǒng)提供了較全面的系統(tǒng)診斷功能,在系統(tǒng)的各個(gè)層次進(jìn)行故障診斷,包含:現(xiàn)場(chǎng)控制站CPU主控制器診斷,各過程通道板故障診斷,通信網(wǎng)絡(luò)診斷,操作站故障診斷等,并可通過操作站顯示出來. b.在線組態(tài)功能,在生產(chǎn)裝置運(yùn)行其間,可對(duì)控制回路中的儀表信息進(jìn)行修改,并不影響其他生產(chǎn)裝置的運(yùn)行. C.系統(tǒng)操作的權(quán)限功能 TDC3000系統(tǒng)對(duì)不同的操作人員提供了不同的操作權(quán)限

18、,如工程師具有最高權(quán)限,她可以修改各種數(shù)據(jù);班長(zhǎng)具有略低于工程師的操作權(quán)限,她可以修改該工段的有關(guān)數(shù)據(jù);操作員最低的操作權(quán)限, 她只能對(duì)部分屬于她的操作數(shù)據(jù)進(jìn)行修改. d.操作記錄功能 操作人員的一些動(dòng)作,生產(chǎn)中發(fā)生的各種故障、報(bào)警都能詳細(xì)的記錄在歷史報(bào)告中,最多可記錄最近500條信息.,4.現(xiàn)場(chǎng)控制站軟件 現(xiàn)場(chǎng)控制站是整個(gè)TDC3000系統(tǒng)的核心部件,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集,各種控制策略的實(shí)現(xiàn)都在現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)完成.因此,