dcs課件

1、集散控制系統(tǒng)講課：張利,內(nèi)容如下：●DCS的基本概念●DCS的設(shè)計(jì)思想●DCS的體系結(jié)構(gòu)及各層次的主要功能●DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要組成部分，其基本功能●DCS操作站的基本構(gòu)成及功能●DCS軟件系統(tǒng)的主要內(nèi)容●DCS的組態(tài)功能●數(shù)據(jù)通信基本知識(shí)●通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí),本次所講,集散控制系統(tǒng)是一種操作顯示集中、控制功能分散、采用分級(jí)分層體系結(jié)構(gòu)、局部網(wǎng)絡(luò)通信的計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)。從總體結(jié)構(gòu)上看，DCS是由工作站和通信網(wǎng)絡(luò)兩

2、大部分組成的，系統(tǒng)利用通信網(wǎng)絡(luò)將各工作站連接起來，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作、信息管理和分散控制。,集散控制系統(tǒng)概述：,1.1 集散控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),?集散控制系統(tǒng)經(jīng)過三十多年的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)不斷更新。隨著 DCS 開放性的增強(qiáng)，其層次化的體系結(jié)構(gòu)特征更加顯著，充分體現(xiàn)了DCS集中管理、分散控制的設(shè)計(jì)思想。DCS是縱向分層、橫向分散的大型綜合控制系統(tǒng)，它以多層局部網(wǎng)絡(luò)為依托，將分布在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)的各種控制設(shè)備和數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接在一起，實(shí)現(xiàn)各部

3、分的信息共享和協(xié)調(diào)工作，共同完成各種控制、管理及決策任務(wù)。,?圖1.1為一個(gè)DCS的典型體系結(jié)構(gòu)。按照DCS各組成部分的功能分布，所有設(shè)備分別處于四個(gè)不同的層次，自下而上分別是：現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、過程控制級(jí)、過程管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)。與這四層結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的四層局部網(wǎng)絡(luò)分別是現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò) (Field Network，F(xiàn)net)、控制網(wǎng)絡(luò) (Control Network，Cnet)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) (Supervision Network，Snet) 和管

4、理網(wǎng)絡(luò) (Management Network，Mnet)。,圖1.1 集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),1.現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí),?現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備直接與生產(chǎn)過程相連，是DCS的基礎(chǔ)。典型的現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備是各類傳感器、變送器和執(zhí)行器。它們將生產(chǎn)過程中的各種工藝變量轉(zhuǎn)換為適宜于計(jì)算機(jī)接收的電信號(hào)（如常規(guī)變送器輸出的 4～20mADC電流信號(hào)或現(xiàn)場(chǎng)總線變送器輸出的數(shù)字信號(hào)），送往過程控制站或數(shù)據(jù)采集站；過程控制站又將輸出的控制器信號(hào)（如4～20mADC信號(hào)或現(xiàn)

5、場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào))送到現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備，以驅(qū)動(dòng)控制閥或變頻調(diào)速裝置等，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制。,?歸納起來，現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備的任務(wù)主要有以下幾個(gè)方面。一是完成過程數(shù)據(jù)采集與處理。二是直接輸出操作命令、實(shí)現(xiàn)分散控制。三是完成與上級(jí)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享。四是完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)智能設(shè)備的監(jiān)測(cè)、診斷和組態(tài)等。?現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)與各類現(xiàn)場(chǎng)傳感器、變送器和執(zhí)行器相連，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)測(cè)與控制。同時(shí)與過程控制級(jí)的計(jì)算機(jī)相連，接收上層的管理信息，傳遞

6、裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。,?現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞有三種方式，一種是傳統(tǒng)的模擬信號(hào) (如4～20mADC或者其他類型的模擬量信號(hào))傳輸方式，第二種是全數(shù)字信號(hào)（現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)）傳輸方式；第三種是混合信號(hào)（如在 4～20mADC 模擬量信號(hào)上，疊加調(diào)制后的數(shù)字量信號(hào)）傳輸方式?，F(xiàn)場(chǎng)信息以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字傳輸是今后的發(fā)展方向。,2.過程控制級(jí),?過程控制級(jí)主要由過程控制站、數(shù)據(jù)采集站和現(xiàn)場(chǎng)總線接口等構(gòu)成。?過程控制站接收現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備送來的信號(hào)，

7、按照預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果作為控制信號(hào)，送回到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器中去。過程控制站可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)反饋控制、邏輯控制或順序控制等功能。,?數(shù)據(jù)采集站與過程控制站類似，也接收由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備送來的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換和處理之后送到集散控制系統(tǒng)中的其他工作站（如過程管理級(jí)設(shè)備）。數(shù)據(jù)采集站接收大量的非控制過程信息，并通過過程管理級(jí)設(shè)備傳遞給運(yùn)行人員，它不直接完成控制功能。?在DCS的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上可以掛接現(xiàn)場(chǎng)總線服務(wù)器 (Fieldbus

8、Server，F(xiàn)S)，實(shí)現(xiàn)DCS網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的集成?，F(xiàn)場(chǎng)總線服務(wù)器是一臺(tái)安裝了現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡與DCS監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)接口卡的完整的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的輸入、輸出、運(yùn)算、控制等功能模塊，可以在現(xiàn)場(chǎng)總線上獨(dú)立構(gòu)成控制回路，不必借用DCS控制站的功能。,?現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過現(xiàn)場(chǎng)總線與FS上的接口卡進(jìn)行通信。FS通過它的 DCS 網(wǎng)絡(luò)接口卡與 DCS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。FS 和DCS 可以實(shí)現(xiàn)資源共享，F(xiàn)S可以不配備操作員站或工程師站，直接借用DCS 的操作員

9、站或工程師站實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和管理。?過程控制級(jí)的主要功能表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一是采集過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理；二是對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)反饋控制、邏輯控制、順序控制和批量控制功能；三是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及 I/O 卡件的自診斷；四是與過程操作管理級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。,3.過程管理級(jí),?過程管理級(jí)的主要設(shè)備有操作站、工程師站和監(jiān)控計(jì)算機(jī)等。?操作站是操作人員與DCS相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備，是DCS的核心顯示、操作和管理裝置。

10、操作人員通過操作站來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程，可以在操作站上觀察生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，了解每個(gè)過程變量的數(shù)值和狀態(tài)，判斷每個(gè)控制回路是否工作正常，并且可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)、串級(jí)、后備串級(jí)等控制方式的無擾動(dòng)切換，修改設(shè)定值，調(diào)整控制信號(hào)，操控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的干預(yù)。另外還可以打印各種報(bào)表，復(fù)制屏幕上的畫面和曲線等。,?為了實(shí)現(xiàn)以上功能，操作站是由一臺(tái)具有較強(qiáng)圖形處理功能的微型機(jī)，以及相應(yīng)的外部設(shè)備組成的，一般配有 CRT或LC

11、D 顯示器、大屏幕顯示裝置 (選件)、打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)等，開放型DCS采用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為其人機(jī)接口。?工程師站是為了控制工程師對(duì)DCS進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作站。工程師站的另一個(gè)作用是對(duì)各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè)計(jì)、組態(tài)文件，如各種圖樣、表格等。工程師站一般由 PC 機(jī)配置一定數(shù)量的外部設(shè)備組成，例如打印機(jī)、繪圖儀等。,?監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制，如機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和性能計(jì)算，先進(jìn)控制策略

12、的實(shí)現(xiàn)等。根據(jù)產(chǎn)品、原材料庫存以及能源的使用情況，以優(yōu)化準(zhǔn)則來協(xié)調(diào)裝置間的相互關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)全企業(yè)的優(yōu)化管理。另外，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過獲取過程控制級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)過程的監(jiān)視、故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)存檔。由于監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主要功能是完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算功能，因此，對(duì)它主要是運(yùn)算能力和運(yùn)算速度的要求。一般，監(jiān)控計(jì)算機(jī)由超級(jí)微型機(jī)或小型機(jī)構(gòu)成。,4.經(jīng)營(yíng)管理級(jí),?經(jīng)營(yíng)管理級(jí)是全廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層。只有大規(guī)模的集散控制系統(tǒng)才具備這一級(jí)。經(jīng)營(yíng)管理級(jí)

13、的設(shè)備可能是廠級(jí)管理計(jì)算機(jī)，也可能是若干個(gè)生產(chǎn)裝置的管理計(jì)算機(jī)。它們所面向的使用者是廠長(zhǎng)、經(jīng)理、總工程師等行政管理或運(yùn)行管理人員。,?廠級(jí)管理系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)視企業(yè)各部門的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)，幫助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其計(jì)劃目標(biāo)。它從系統(tǒng)觀念出發(fā)，從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品的銷售，市場(chǎng)和用戶分析、定貨、庫存到交貨，生產(chǎn)計(jì)劃等進(jìn)行一系列的優(yōu)化協(xié)調(diào)，從而降低成本，增加產(chǎn)量，保證質(zhì)量

14、，提高經(jīng)濟(jì)效益。此外還應(yīng)考慮商業(yè)事務(wù)、人事組織以及其他各方面，并與辦公自動(dòng)化系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化。,?經(jīng)營(yíng)管理級(jí)也可分為實(shí)時(shí)監(jiān)控和日常管理兩部分。實(shí)時(shí)監(jiān)控是全廠各機(jī)組和公用輔助工藝系統(tǒng)的運(yùn)行管理層，承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化、全廠負(fù)荷分配和日常運(yùn)行管理等任務(wù)。日常管理承擔(dān)全廠的管理決策、計(jì)劃管理、行政管理等任務(wù)，主要是為廠長(zhǎng)和各管理部門服務(wù)。?對(duì)管理計(jì)算機(jī)的要求是具有能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，能夠?qū)Υ罅?數(shù)據(jù)進(jìn)

15、行高速處理與存儲(chǔ)，具有能夠連續(xù)運(yùn)行可冗余的高可靠性系統(tǒng)，能夠長(zhǎng)期保存生產(chǎn)數(shù) 據(jù)，并具有優(yōu)良的、高性能的、方便的人機(jī)接口，豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件，過程數(shù)據(jù)收集軟件，人機(jī)接口軟件以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成等工具軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集成化。,1.2 集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),?DCS 的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理裝置、分散過程控制裝置和通信接口設(shè)備等組成，通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將這些硬件設(shè)備連接起來，共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分散控制和集中監(jiān)視

16、、操作及管理等功能。由于不同 DCS 廠家采用的計(jì)算機(jī)硬件不盡相同，因此，DCS 的硬件系統(tǒng)之間的差別也很大。為了從功能上和類型上來介紹 DCS 的硬件構(gòu)成，只能拋開各種具體的 DCS 的硬件組成及特點(diǎn)。集中操作管理裝置的主要設(shè)備是操作站，而分散過程控制裝置的主要設(shè)備是現(xiàn)場(chǎng)控制站。這里，著重介紹DCS 的現(xiàn)場(chǎng)控制站和操作站。,1.2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制站,?從功能上講，分散過程控制裝置主要包括現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站、順序邏輯控制站和批量控制

17、站等，其中現(xiàn)場(chǎng)控制站功能最為齊全，為了便于結(jié)構(gòu)的劃分, 下面統(tǒng)稱之為現(xiàn)場(chǎng)控制站?，F(xiàn)場(chǎng)控制站是DCS與生產(chǎn)過程之間的接口，它是DCS的核心。分析現(xiàn)場(chǎng)控制站的構(gòu)成，有助于理解DCS的特性。,?一般來說，現(xiàn)場(chǎng)控制站中的主要設(shè)備是現(xiàn)場(chǎng)控制單元?，F(xiàn)場(chǎng)控制單元是 DCS 直接與生產(chǎn)過程進(jìn)行信息交互的 I/O 處理系統(tǒng)，它的主要任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，對(duì)被控對(duì)象實(shí)施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場(chǎng)控制

18、單元以構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制站。它可以是以面向連續(xù)生產(chǎn)的過程控制為主，輔以順序邏輯控制，構(gòu)成一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜控制方案的現(xiàn)場(chǎng)控制站；也可以是以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主的現(xiàn)場(chǎng)控制站；還可以是一個(gè)對(duì)大批量過程信號(hào)進(jìn)行總體信息采集的現(xiàn)場(chǎng)控制站。,?現(xiàn)場(chǎng)控制站是一個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)。由于它是專為過程檢測(cè)、控制而設(shè)計(jì)的通用型設(shè)備，所以其機(jī)柜、電源、輸入輸出通道和控制計(jì)算機(jī)等與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有所不同。,1.機(jī)柜,?現(xiàn)場(chǎng)控制站的機(jī)拒內(nèi)部均裝

19、有多層機(jī)架，以供安裝各種模塊及電源之用。為了給機(jī)柜內(nèi)部的電子設(shè)備提供完善的電磁屏蔽，其外殼均采用金屬材料 (如鋼板或鋁材)，并且活動(dòng)部分 (如柜門與機(jī)柜主體) 之間要保證有良好的電氣連接。同時(shí)，機(jī)柜還要求可靠接地，接地電阻應(yīng)小于 4Ω。?為保證柜中電子設(shè)備的散熱降溫，一般柜內(nèi)均裝有風(fēng)扇，以提供強(qiáng)制風(fēng)冷。同時(shí)為防止灰塵侵入，在與柜外進(jìn)行空氣交換時(shí)，要采用正壓送風(fēng)，將柜外低溫空氣經(jīng)過濾網(wǎng)過濾后引入柜內(nèi)。,?在灰塵多、潮濕或有腐蝕性氣體的場(chǎng)

20、合 (例如安裝在室外使用時(shí))，一些廠家還提供有密封式機(jī)柜，冷卻空氣僅在機(jī)柜內(nèi)循環(huán)，通過機(jī)柜外殼的散熱葉片與外界交換熱量。為了保證在特別冷或熱的室外環(huán)境下正常工作，還為這種密封式機(jī)柜設(shè)計(jì)了專門的空調(diào)裝置，以保證柜內(nèi)溫度維持在正常值。另外，現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜內(nèi)大多設(shè)有溫度自動(dòng)檢測(cè)裝置，當(dāng)機(jī)柜內(nèi)溫度超過正常范圍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。,2.電源,?只有保持電源 ( 交流電源和直流電源 )穩(wěn)定、可靠，才能確?，F(xiàn)場(chǎng)控制站正常工作。?為了保證電源系統(tǒng)的可

21、靠性，通常采取以下幾種性措施。(1)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站均采用雙電源供電，互為冗余。 (2)如果現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)拒附近有經(jīng)常開關(guān)的大功率用電設(shè)備，應(yīng)采用超級(jí)隔離變壓器，將其初級(jí)、次級(jí)線圈間的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響。(3)如果電網(wǎng)電壓波動(dòng)很嚴(yán)重，應(yīng)采用交流電子調(diào)壓器，快速穩(wěn)定供電電壓。,(4)在石油、化工等對(duì)連續(xù)性控制要求特別高的場(chǎng)合，應(yīng)配有不間斷供電電源 UPS，以保證供電的連續(xù)性?，F(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)各功能模塊所需直流電源一般為&

22、#177;5V、±15V(或±12 V)、以及+24V。?為增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般可以采取以下幾條措施。(1)為減少相互間的干擾，給主機(jī)供電與給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電的電源要在電氣上隔離。 (2)采用冗余的雙電源方式給各功能模塊供電。(3)一般由統(tǒng)一的主電源單元將交流電變?yōu)?24V 直流電供給柜內(nèi)的直流母線，然后通過 DC-DC 轉(zhuǎn)換方式將 24V 直流電源變換為子電源所需的電壓，主電源一般采用 1:1 冗余配

23、 置，而子電源一般采用 N:1 冗余配置。,3.控制計(jì)算機(jī),?控制計(jì)算機(jī)是現(xiàn)場(chǎng)控制站的核心，一般是由 CPU、存儲(chǔ)器、輸入 / 輸出通道等基本部分組成。(1)CPU 盡管世界各地的DCS產(chǎn)品差別很大，但現(xiàn)場(chǎng)控制站大都采用Motorola公司 M68000 系列和Intel公司 80X86 系列的 CPU 產(chǎn)品。為提高性能，在各生產(chǎn)廠家大都采用準(zhǔn) 32 位或 32 位微處理器。由于數(shù)據(jù)處理能力的提高，因此可以執(zhí)行復(fù)雜的先進(jìn)控制算法，如

24、自動(dòng)整定、預(yù)測(cè)控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等。,(2)存儲(chǔ)器 與其他計(jì)算機(jī)一樣，控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器也分為RAM和ROM。由于控制計(jì)算機(jī)在正常工作時(shí)運(yùn)行的是一套固定的程序，DCS中大都采用了程序固化的辦法，因此在控制計(jì)算機(jī)中 ROM 占有較大的比例。有的系統(tǒng)甚至將用戶組態(tài)的應(yīng)用程序也固化在 ROM 中，只要一加電，控制站就可正常運(yùn)行，使用更加方便，但修改組態(tài)時(shí)要復(fù)雜一些。?在一些采用冗余 CPU 的系統(tǒng)中，還特別設(shè)有雙端口隨機(jī)存儲(chǔ)器，其

25、中存放有過程輸入輸出數(shù)據(jù)、設(shè)定值和PID參數(shù)等。兩塊 CPU 板均可分別對(duì)其進(jìn)行讀寫，保證了雙 CPU 間運(yùn)行數(shù)據(jù)的同步。當(dāng)原先在線主 CPU 板出現(xiàn)故障時(shí)，原離線 CPU 板可立即接替工作，這樣對(duì)生產(chǎn)過程不會(huì)產(chǎn)生任何擾動(dòng)。,(3)總線 常見的控制計(jì)算機(jī)總線有Intel公司的多總線 MULTIBUS，“EOROCARD”標(biāo)準(zhǔn)的 VME 總線和STD總線，前兩種總線都是支持多主 CPU 的 16 位 / 32 位總線，由于STD總線是一

26、種 8 位數(shù)據(jù)總線，使用受到限制，已經(jīng)逐漸淡出市場(chǎng)。?近年來，隨著 PC 機(jī)在過程控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，PC總線(ISA、EISA總線等)在中規(guī)模DCS 的現(xiàn)場(chǎng)控制站中也得到應(yīng)用。(4)輸入/輸出通道 過程控制計(jì)算機(jī)的輸入/輸出通道一般包括模擬量輸入/輸出(AI/AO)、開關(guān)量輸入/輸出(SI/SO)或數(shù)字量輸入/輸出(DI/DO)以及脈沖量輸入通道 (PI)。,①模擬量輸入輸出通道(AI/AO) 生產(chǎn)過程中的連續(xù)性被測(cè)變量(如溫

27、度、流量、液位、 壓力、濃度、pH值等)，只要由在線檢測(cè)儀表將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，均可送入AI通道，經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字量送給CPU。而模擬量輸出通道一般將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為4~20mADC(或 1~5VDC) 的連續(xù)直流信號(hào)，用于控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,②開關(guān)量輸入/輸出通道(SI/SO) 開關(guān)量輸入通道主要用來采集各種限位開關(guān)、繼電器 或電磁閥連動(dòng)觸點(diǎn)的開、關(guān)狀態(tài)，并輸入至計(jì)算機(jī)。開關(guān)量輸出通道主要用于控制電磁閥、繼電

28、器、指示燈、聲光報(bào)警器等只具有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。③脈沖輸入通道(PI) 許多現(xiàn)場(chǎng)儀表（如渦輪流量計(jì)、羅茨式流量計(jì)以及一些機(jī)械計(jì)數(shù)裝置等）輸出的測(cè)量信號(hào)為脈沖信號(hào)，它們必須通過脈沖輸入通道才能送入計(jì)算機(jī)。,1.2.2 操作站,? DCS 操作站一般分為操作員站和工程師站兩種。其中工程師站主要是技術(shù)人員與控制系統(tǒng)的人機(jī)接口，或者對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。工程師站上配有組態(tài)軟件，為用戶提供了一個(gè)靈活的、功能齊全的工作平臺(tái)，通過它來實(shí)現(xiàn)用戶

29、所要求的各種控制策略。為節(jié)省投資，許多系統(tǒng)的工程師站可以用一個(gè)操作員站代替。,?運(yùn)行在PC硬件平臺(tái)、NT操作系統(tǒng)下的通用操作站的出現(xiàn)，給DCS用戶帶來了許多方便。由于通用操作站的適用面廣，相對(duì)生產(chǎn)量大，成本下降，因而可以節(jié)省用戶的經(jīng)費(fèi)。維護(hù)費(fèi)用也比較少。采用通用系統(tǒng)要比使用各種不同的專用系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，用戶也可減少人員培訓(xùn)的費(fèi)用。開放性能好，很容易建立生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，更新和升級(jí)容易。因此，通用操作站是DCS的發(fā)展方向。?為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和

30、管理等功能，操作站必須配置有以下設(shè)備。,1.操作臺(tái),?操作臺(tái)用來安裝、承載和保護(hù)各種計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。目前流行的操作臺(tái)有桌式操作臺(tái)、集成式操作臺(tái)和雙屏操作臺(tái)等，用戶可以根據(jù)需要選擇使用。,2.微處理機(jī)系統(tǒng),? DCS 操作站的功能越來越強(qiáng)，這就對(duì)操作站的微處理機(jī)系統(tǒng)提出了更高的要求。一般的 DCS操作站采用 32 位或 64 位微處理機(jī)。,3.外部存儲(chǔ)設(shè)備,?為了很好的完成 DCS 操作站的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，許多 DCS 的操作站都配有

31、一到兩個(gè)大容量的外部存儲(chǔ)設(shè)備，有些系統(tǒng)還配備了歷史數(shù)據(jù)記錄儀。,4.圖形顯示設(shè)備,?當(dāng)前DCS的圖形顯示設(shè)備主要是LCD，有些DCS還在使用CRT。有些DCS操作站配備有廠家專用的圖形顯示器。,5.操作鍵盤和鼠標(biāo),(l)操作員鍵盤 操作員鍵盤一般都采用具有防水、防塵能力、有明確圖案或標(biāo)志的薄膜鍵盤。這種鍵盤從鍵的分配和布置上都充分考慮到操作直觀、方便，外表美觀，并且在鍵體內(nèi)裝有電子蜂鳴器，以提示報(bào)警信息和操作響應(yīng)。(2)工程師鍵盤

32、 工程師鍵盤一般為常用的擊打式鍵盤，主要用來進(jìn)行編程和組態(tài)。?現(xiàn)代的DCS操作站已采用了通用PC機(jī)系統(tǒng)，因此，無論是操作員鍵盤，還是工程師鍵盤都在使用通用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和鼠標(biāo)。,6.打印輸出設(shè)備,?有些DCS 操作站配有兩臺(tái)打印機(jī)，一臺(tái)用于打印生產(chǎn)記錄報(bào)表和報(bào)警報(bào)表；另一臺(tái)用來拷貝流程畫面。隨著激光等非擊打式打印機(jī)的性能不斷提高，價(jià)格不斷下降，有的 DCS 己經(jīng)采用這類打印機(jī)，以求得清晰、美觀的打印質(zhì)量和降低噪聲。,1.2.3 冗余技術(shù),

33、?冗余技術(shù)是提高DCS可靠性的重要手段。由于采用了分散控制的設(shè)計(jì)思想，當(dāng)DCS中某個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障時(shí)，僅僅使該環(huán)節(jié)失去功能，而不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的功能。因此，通常只對(duì)可能會(huì)影響系統(tǒng)整體功能的重要環(huán)節(jié)或?qū)θ之a(chǎn)生影響的公用環(huán)節(jié)，有重點(diǎn)地采用冗余技術(shù)。自診斷技術(shù)可以及時(shí)檢出故障，但是要使DCS的運(yùn)行不受故障的影響，主要依靠冗余技術(shù)的采用。,1. 冗余方式,? DCS 的冗余技術(shù)可以分為多重化自動(dòng)備用和簡(jiǎn)易的手動(dòng)備用兩種方式。多重化自動(dòng)備用就是對(duì)

34、設(shè)備或部件進(jìn)行雙重化或三重化設(shè)置，當(dāng)設(shè)備或部件萬一發(fā)生故障時(shí)，備用設(shè)備或部件自動(dòng)從備用狀態(tài)切換到運(yùn)行狀態(tài)，以維持生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行。?多重化自動(dòng)備用還可以進(jìn)一步分為同步運(yùn)轉(zhuǎn)、待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、后退運(yùn)轉(zhuǎn)等三種方式。,?同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式就是讓兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的設(shè)備或部件同步運(yùn)行，進(jìn)行相同的處理，并將其輸出進(jìn)行核對(duì)。兩臺(tái)設(shè)備同步運(yùn)行，只有當(dāng)它們的輸出一致時(shí)，才作為正確的輸出，這種系統(tǒng)稱為“雙重化系統(tǒng)”(Dual System)。三臺(tái)設(shè)備同步運(yùn)行，將三臺(tái)設(shè)備的輸

35、出信號(hào)進(jìn)行比較，取兩個(gè)相等的輸出作為正確的輸出值，這就是設(shè)備的三重化設(shè)置，這種方式具有很高的可靠性，但投入也比較大。,?待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式就是使一臺(tái)設(shè)備處于待機(jī)備用狀態(tài)。當(dāng)工作設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)待機(jī)設(shè)備來保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。這種方式稱為1:1 的備用方式，這種類型的系統(tǒng)稱為“雙工系統(tǒng)”(Duplex System)。類似地，對(duì)于N臺(tái)同樣設(shè)備，采用一臺(tái)待機(jī)設(shè)備的備用方式就稱為 N:1 備用。在 DCS 中一般對(duì)局部設(shè)備采用 1:1 備用方式，對(duì)

36、整個(gè)系統(tǒng)則采用 N:1 的備用方式。待機(jī)運(yùn)行方式是 DCS 中主要采用的冗余技術(shù)。,?后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式就是使用多臺(tái)設(shè)備，在正常運(yùn)行時(shí)，各自分擔(dān)各種功能運(yùn)行。當(dāng)其中之一發(fā)生故障時(shí)，其他設(shè)備放棄其中一些不重要的功能，進(jìn)行互相備用。這種方式顯然是最經(jīng)濟(jì)的，但相互之間必然存在公用部分，而且軟件編制也相當(dāng)復(fù)雜。?簡(jiǎn)易的手動(dòng)備用方式是采用手動(dòng)操作方式實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制方式的備用。當(dāng)自動(dòng)方式發(fā)生故障時(shí)，通過切換成手動(dòng)工作方式，來保持系統(tǒng)的控制功能。,2.冗

37、余措施,?DCS的冗余包括通信網(wǎng)絡(luò)的冗余、操作站的冗余、現(xiàn)場(chǎng)控制站的冗余、電源的冗余、輸入/輸出模塊的冗余等。通常將工作冗余稱“熱備用”，而將后備冗余稱為“冷備用”。DCS中通信系統(tǒng)至關(guān)重要，幾乎都采用一備一用的配置；操作站常采用工作冗余的方式。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站，冗余方式各不相同，有的采用 1:1 冗余，也有的采用N:1 冗余，但均采用無中斷自動(dòng)切換方式。,?DCS特別重視供電系統(tǒng)的可靠性，除了 220V 交流供電外，還采用了鎳鎘電池、鉛鈣

38、電池以及干電池等多級(jí)掉電保護(hù)措施。DCS在安全控制系統(tǒng)中，采用了三重化，甚至四重化冗余技術(shù)。?除了硬件冗余外，DCS還采用了信息冗余技術(shù)，就是在發(fā)送信息的末尾增加多余的信息位，以提供檢錯(cuò)及糾錯(cuò)的能力，降低通信系統(tǒng)的誤碼率。,1.3 集散控制系統(tǒng)的軟件體系,?一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件一般包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。由于集散控制系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，在其軟件體系中既包括了上述兩種軟件，還增加了諸如通信管理軟件、組態(tài)生成軟件及診斷軟件等。,1

39、.3.1 集散控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件,?集散控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件是一組支持開發(fā)、生成、測(cè)試、運(yùn)行和維護(hù)程序的工具軟件，它與一般應(yīng)用對(duì)象無關(guān)，主要由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、面向過程的編程語言和工具軟件等部分組成。,1.3.2 集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件,?DCS組態(tài)是指根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程控制的需要，利用DCS所提供的硬件和軟件資源，預(yù)先將這些硬件設(shè)備和軟件功能模塊組織起來，以完成特定的任務(wù)。這種設(shè)計(jì)過程習(xí)慣上稱作組態(tài)或組態(tài)設(shè)計(jì)。從大的方面講，DCS的

40、組態(tài)功能主要包括硬件組態(tài)(又叫配置)和軟件組態(tài)兩個(gè)方面。,?DCS軟件一般采用模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的圖形顯示功能、數(shù)據(jù)庫管理功能、控制運(yùn)算功能、歷史存儲(chǔ)功能等都有成熟的軟件模塊。但不同的應(yīng)用對(duì)象，對(duì)這些內(nèi)容的要求有較大的區(qū)別。因此，一般的DCS具有一個(gè)(或一組)功能很強(qiáng)的軟件工具包(即組態(tài)軟件)，該軟件具有一個(gè)友好的用戶界面，使用戶在不需要什么代碼程序的情況下便可以生成自己需要的應(yīng)用“程序”。,?操作系統(tǒng)是一組程序的集合，用來控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

41、中用戶程序的執(zhí)行順序，為用戶程序 與系統(tǒng)硬件提供接口軟件，并允許這些程序 ( 包括系統(tǒng)程序和用戶程序 ) 之間交換信息。用戶程序也稱為應(yīng)用程序，用來完成某些應(yīng)用功能。在實(shí)時(shí)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用程序用來完成功能規(guī)范中所規(guī)定的功能，而操作系統(tǒng)則是控制計(jì)算機(jī)自身運(yùn)行的系統(tǒng)軟件。,1.4 集散控制系統(tǒng)的基本功能,?集散控制系統(tǒng)自問世至今，市場(chǎng)上的產(chǎn)品不計(jì)其數(shù)。它們結(jié)構(gòu)類型各具特色，功能特性有弱有強(qiáng)，但一些基本功能是必須具備的。這里主要介紹現(xiàn)

42、場(chǎng)控制站和操作站的基本功能。通信系統(tǒng)的基本功能在下一節(jié)中介紹。,1.4.1 現(xiàn)場(chǎng)控制站的基本功能,?現(xiàn)代DCS的現(xiàn)場(chǎng)控制站是多功能型的，其基本功能包括反饋控制、邏輯控制、順序控制、批量控制、數(shù)據(jù)采集與處理和數(shù)據(jù)通信等功能。,1.反饋控制,?在生產(chǎn)過程控制諸多類型中，反饋控制仍然是數(shù)量最多、最基本、最重要的控制方式。現(xiàn)場(chǎng)控制站的反饋控制功能主要包括輸入信號(hào)處理、報(bào)警處理、控制運(yùn)算、控制回路組態(tài)和輸出信號(hào)處理等。,(1)輸入信號(hào)處理,?對(duì)

43、于過程的模擬量信號(hào)，一般要進(jìn)行采樣、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、合理性檢驗(yàn)、規(guī)格化、工程量變換、零偏修正、非線性處理、補(bǔ)償運(yùn)算等。對(duì)于數(shù)字信號(hào)則進(jìn)行狀態(tài)報(bào)警及輸出方式處理。對(duì)于脈沖序列，需進(jìn)行瞬時(shí)值變換及累積計(jì)算。,①合理性檢驗(yàn)②零偏修正 ③規(guī)格化 ④工程量變換 ⑤非線性處理 ⑥開方運(yùn)算 ⑦補(bǔ)償運(yùn)算 ⑧脈沖序列的瞬時(shí)值變換及累計(jì),(2)報(bào)警處理,?集散控制系統(tǒng)具有完備的報(bào)警功能，使操作管理人員能得到及時(shí)、準(zhǔn)確又簡(jiǎn)潔的報(bào)警信息

44、，從而保證了安全操作。DCS 的報(bào)警可選擇各種報(bào)警類型、報(bào)警限值和報(bào)警優(yōu)先級(jí)。,①報(bào)警類型②報(bào)警限值 ③報(bào)警優(yōu)先級(jí) ● 報(bào)警優(yōu)先級(jí)參數(shù) ● 報(bào)警鏈中斷參數(shù) ● 最高報(bào)警選擇參數(shù),(3)控制運(yùn)算,?控制算法很多，不同的DCS其類型和數(shù)量亦有不同。常用的算法有常規(guī) PID 、微分先行PID、積分分離、開關(guān)控制、時(shí)間比例式開關(guān)控制、信號(hào)選擇、比率設(shè)定、時(shí)間程序設(shè)定、Smith 預(yù)估控制、多變量解耦控制、一階滯后運(yùn)算、超前-滯后運(yùn)算及

45、其他運(yùn)算等。,(4) 控制回路組態(tài),?現(xiàn)場(chǎng)控制站中的回路組態(tài)功能類似于模擬儀表的信號(hào)配線和配管。由于現(xiàn)場(chǎng)控制站的輸入、輸出信號(hào)處理、報(bào)警檢驗(yàn)和控制運(yùn)算等功能是由軟件實(shí)現(xiàn)的，這些軟件構(gòu)成了DCS內(nèi)部的功能模塊，或稱作內(nèi)部?jī)x表。根據(jù)控制策略的需要，將一些功能模塊通過軟件連接起來，構(gòu)成檢測(cè)回路或控制回路，這就是回路組態(tài)。,(5)輸出信號(hào)處理,?輸出信號(hào)處理功能有輸出開路檢驗(yàn)，輸出上下限檢驗(yàn)、輸出變化率限幅、模擬輸出、開關(guān)輸出、脈沖寬度輸出等功

46、能,2.邏輯控制,?邏輯控制是根據(jù)輸入變量的狀態(tài)，按邏輯關(guān)系進(jìn)行的控制。在DCS中，由邏輯功能模塊實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能。邏輯運(yùn)算包括與 ( AND )、或 ( OR )、非 ( NO )、異或 ( XOR )、連接 ( LINK ) 、進(jìn)行延時(shí) ( ON DELAY )、停止延時(shí) ( OFF DELAY )、觸發(fā)器 ( FLIP - FLOP) 、脈沖 ( PULSE ) 等。邏輯模塊的輸入變量包括數(shù)字輸入 / 輸出狀態(tài)、邏輯模塊狀態(tài)、計(jì)數(shù)

47、器狀態(tài)、計(jì)時(shí)器狀態(tài)、局部故障狀態(tài)、連續(xù)控制 SLOT 的操作方式和監(jiān)控計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)溢出狀態(tài)等。邏輯控制可以直接用于過程控制、實(shí)現(xiàn)工藝聯(lián)鎖，也可以作為順序控制中的功能模塊，進(jìn)行條件判斷、狀態(tài)轉(zhuǎn)換等。,3.順序控制,?順序控制就是按預(yù)定的動(dòng)作順序或邏輯，依次執(zhí)行各階段動(dòng)作程序的控制方法。在順序控制中可以兼用反饋控制、邏輯控制和輸入 / 輸出監(jiān)視的功能。實(shí)現(xiàn)順序控制的常用方法有順序表法、程序語言方式和梯形圖法等三種。,?順序表法是將控制順序按

48、邏輯關(guān)系和時(shí)間關(guān)系預(yù)先編成順序記錄，存儲(chǔ)于管理文件中，然后逐項(xiàng)執(zhí)行。?程序語言方式是通過語言編程來實(shí)現(xiàn)順序控制的，所采用的語言是一種面向現(xiàn)場(chǎng)、面向過程的簡(jiǎn)單直觀的控制語言。?梯形圖法又稱梯形邏輯控制語言，它是由繼電器邏輯電路圖演變而來的一種解釋執(zhí)行程序的設(shè)計(jì)語言。它的書寫方式易被控制工程師理解和接受，實(shí)現(xiàn)起來也更方便。隨著 DCS 的發(fā)展，已出現(xiàn)了梯形邏輯與連續(xù)控制算法相結(jié)合的復(fù)合控制功能。,4.批量控制,?批量控制就是根據(jù)工藝要求

49、將反饋控制與邏輯、順序控制結(jié)合起來，使一個(gè)間歇式生產(chǎn)過程得到合格產(chǎn)品的控制。,?例如，配制生產(chǎn)一種催化劑溶液，需經(jīng)投料、加入定量溶劑、攪拌、加熱并控制到一定溫度、在此溫度上保持一段時(shí)間、成品過濾排放等步驟。在這種生產(chǎn)過程中，每一步操作都是不連續(xù)的，但都有規(guī)定的要求，每步的轉(zhuǎn)移又依賴一定的條件。這里除了要進(jìn)行溫度、流量的反饋控制外，還需要執(zhí)行打開閥門、啟動(dòng)攪拌等的開關(guān)控制及計(jì)時(shí)判斷，要用順序程序把這些操作按次序連接起來，定義每步操作的條件

50、和要求，直接控制有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以得到滿意的產(chǎn)品。,?由此可見，批量控制中的每一步中有的可能是順序控制，有的可能是邏輯控制，有的可能是連續(xù)量的反饋控制。于是，反饋控制的報(bào)警信號(hào)、回路狀態(tài)信號(hào)、模擬信號(hào)的比較、判斷、運(yùn)算結(jié)果都可以作為順序控制的條件信號(hào)?；芈返那袚Q、參數(shù)的變更、設(shè)定值的調(diào)整、控制算法的變更、控制方案的變更等又成為由順序控制轉(zhuǎn)換為反饋控制的條件。彼此交換信息，轉(zhuǎn)換間斷的各步驟，最終完成批量控制。,5.輔助功能,?除了以上各種

51、功能外，過程控制裝置還必須具有一些輔助性功能才可以完成實(shí)際的過程控制。,(1)控制方式選擇,?DCS有手動(dòng)、自動(dòng)、串級(jí)和計(jì)算機(jī)等四種控制方式可供選擇。①手動(dòng)方式( MAN ) 由操作站經(jīng)由通信系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)操作。②自動(dòng)方式( AUT ) 以本回路設(shè)定值為目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。③串級(jí)方式( CAS ) 以另一個(gè)控制器的輸出值作為本控制器的設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。④計(jì)算機(jī)方式( COMP ) 監(jiān)控計(jì)算機(jī)輸出

52、的數(shù)據(jù)，經(jīng)由通信系統(tǒng)作為本控制器設(shè)定值的控制方式，或者作為本控制器的后備，直接控制生產(chǎn)過程的方式。,(2)測(cè)量值跟蹤,?增量型和速度型 PID 算法通常具有測(cè)量值跟蹤功能。即在手動(dòng)方式時(shí)，使本回路的設(shè)定值不再保持原來的值，而跟蹤測(cè)量值。這樣，從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，偏差總是零，即使比例度較小，PID 輸出值也不會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。切到自動(dòng)后，再逐步把設(shè)定值調(diào)整到所要求的數(shù)值。,(3)輸出值跟蹤,?混合型 PID 算法，在設(shè)置測(cè)量值跟蹤的同時(shí)，還需要

53、設(shè)置輸出值跟蹤功能。即在手動(dòng)方式時(shí)，使內(nèi)存單元中 PID 輸出值跟蹤手操輸出值。這樣，從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，由于內(nèi)存單元中的數(shù)值與手操輸出值相等，從而實(shí)現(xiàn)了無擾動(dòng)切換。?在自動(dòng)方式時(shí)，手操器的輸出值是始終跟蹤控制器的自動(dòng)輸出值的，因此，從自動(dòng)切換到手動(dòng)時(shí)，手操器的輸出值與PID的輸出值相等，切換是無擾動(dòng)的。,1.4.2 操作站的基本功能,?操作站的基本功能主要表現(xiàn)為顯示、操作、報(bào)警、組態(tài)、系統(tǒng)維護(hù)和報(bào)告生成等幾個(gè)方面。,1.顯示,?操

54、作站的彩色顯示器(CRT或LCD)具有很強(qiáng)的顯示功能。DCS能將系統(tǒng)信息集中地反映在屏幕上，并自動(dòng)地對(duì)信息進(jìn)行分析、判斷和綜合。它以模擬方式、數(shù)字方式及趨勢(shì)曲線實(shí)時(shí)顯示每個(gè)控制回路的測(cè)量值(PV)、設(shè)定值(SV)及控制輸出值(MV)。所有控制回路以標(biāo)記形式顯示于總貌畫面中，而每個(gè)回路中的信息又可以詳盡地顯示于分組畫面中。非控制變量的實(shí)時(shí)測(cè)量值以及經(jīng)處理后的輸出值也可以各種方式在屏幕上顯示。,2.操作,?操作站可對(duì)全系統(tǒng)每個(gè)控制回路進(jìn)行操

55、作，對(duì)設(shè)定值、控制輸出值、控制算式中的常數(shù)值、順控條件值和操作值進(jìn)行調(diào)整，對(duì)控制回路中的各種操作方式 ( 如手動(dòng)、自動(dòng)、串級(jí)、計(jì)算機(jī)、順序手動(dòng)等 ) 進(jìn)行切換。對(duì)報(bào)警限設(shè)定值、順控定時(shí)器及計(jì)數(shù)器的設(shè)定值進(jìn)行修改和再設(shè)定。為了保證生產(chǎn)的安全，還可以采取緊急操作措施。,3.報(bào)警,?操作站以畫面方式、色彩 ( 或閃光 ) 方式、模擬方式、數(shù)字方式及音響信號(hào)方式對(duì)各種變量的越限和設(shè)備狀態(tài)異常進(jìn)行各種類型的報(bào)警。,4.系統(tǒng)組態(tài),?DCS實(shí)際應(yīng)用于

56、生產(chǎn)過程控制時(shí)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)先將硬件設(shè)備和各種軟件功能模塊組織起來，以使系統(tǒng)按特定的狀態(tài)運(yùn)行，這就是系統(tǒng)組態(tài)。?對(duì)于大型DCS，其組態(tài)是在工程師站上完成的，而對(duì)于中、小型DCS，其組態(tài)是在操作站上完成的。DCS 的組態(tài)分為系統(tǒng)組態(tài)和應(yīng)用組態(tài)兩類，相應(yīng)的有系統(tǒng)組態(tài)軟件和應(yīng)用組態(tài)軟件。,?系統(tǒng)組態(tài)軟件包括建立網(wǎng)絡(luò)、登記設(shè)備、定義系統(tǒng)信息和分配系統(tǒng)功能，從而將一個(gè)物理的 DCS 構(gòu)成一個(gè)邏輯的DCS，便于系統(tǒng)管理、查詢、診斷和維護(hù)。

57、?應(yīng)用組態(tài)軟件用來建立功能模塊，包括輸入模塊、輸出模塊、運(yùn)算模塊、反饋控制模塊、邏輯控制模塊、順序控制模塊和程序模塊等，將這些功能模塊適當(dāng)?shù)慕M合，而構(gòu)成控制回路，以實(shí)現(xiàn)各種控制功能。應(yīng)用組態(tài)方式有填表式、圖形式、窗口式及混合式等。,?組態(tài)過程是先系統(tǒng)組態(tài)，后應(yīng)用組態(tài)。組態(tài)主要針對(duì)過程控制級(jí)和過程管理級(jí)。設(shè)備組態(tài)的順序是自上而下，先過程管理級(jí)，后過程控制級(jí)；功能組態(tài)的順序恰好相反，先過程控制級(jí)，后過程管理級(jí)。,5.系統(tǒng)維護(hù),?DCS的各

58、裝置具有較強(qiáng)的自診斷功能，當(dāng)系統(tǒng)中的某設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，一方面立刻切換到備用設(shè)備，另一方面經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸報(bào)警信息，在操作站上顯示故障信息，蜂鳴器等發(fā)出音響信號(hào)，督促工作人員及時(shí)處理故障。,6.報(bào)告生成,?根據(jù)生產(chǎn)管理需要，操作站可以打印各種班報(bào)、日?qǐng)?bào)、操作日記及歷史記錄，還可以拷貝流程圖畫面等。,1.4.3　自診斷功能,?為了提高DCS的可靠性，延長(zhǎng)系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間 (MTBF) 和縮短平均故障修復(fù)時(shí)間 (MTTR)，集散控制系統(tǒng)的

59、各裝置具有較強(qiáng)的自診斷功能。在系統(tǒng)投運(yùn)前，用離線診斷程序檢查各部分的工作狀態(tài)；系統(tǒng)運(yùn)行中，各設(shè)備不斷執(zhí)行在線自診斷程序，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，立即切換到備用設(shè)備；同時(shí)經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)在顯示器上顯示出故障代碼，等待及時(shí)處理。通常故障代碼可以定位到卡件板，用戶只需及時(shí)更換卡件。,1.5 數(shù)據(jù)通信技術(shù),?通信系統(tǒng)是DCS的主干，決定著系統(tǒng)的基本特性。通信系統(tǒng)引入局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，促進(jìn)了DCS的更新?lián)Q代，增強(qiáng)了全系統(tǒng)的功能。,1.5.1 數(shù)據(jù)通信原理,?

60、數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字裝置與通信介質(zhì)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和處理的通信技術(shù)。在DCS中，各單元之間的數(shù)據(jù)信息傳輸就是通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)完成的。,1.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成,?通信是指用特定的方法，通過某種介質(zhì)將信息從一處傳輸?shù)搅硪惶幍倪^程。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信號(hào)、發(fā)送裝置、接收裝置、信道和通信協(xié)議等部分組成，如圖1.2所示。,圖1.2 通信系統(tǒng)模型,(1)信號(hào) 或稱報(bào)文，指需要傳送的數(shù)據(jù)，由文本、數(shù)字、圖片或聲音等及其組合

61、方式組成。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)內(nèi)部，信號(hào)是任何計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的信息。(2)發(fā)送裝置 指具有作為二進(jìn)制數(shù)據(jù)源的能力，任何能夠產(chǎn)生和處理數(shù)據(jù)的設(shè)備。(3)接收裝置 指能夠接收模擬或數(shù)字形式數(shù)據(jù)的任何功能的設(shè)備。(4)信道 信道是指發(fā)送裝置與接收裝置之間的信息傳輸通道，包括傳輸介質(zhì)和有關(guān)的中間設(shè)備，它用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。常用的傳輸介質(zhì)是雙絞線、同軸電纜、光纜、無線電波、微波等。,(5)通信協(xié)議 通信協(xié)議是控制數(shù)據(jù)通信的一組規(guī)則、約定與

62、標(biāo)準(zhǔn)，它定義了通信的內(nèi)容、格式，通信如何進(jìn)行、何時(shí)進(jìn)行等。?發(fā)送裝置把要發(fā)送的信息送上信道，再經(jīng)過信道將信息傳輸?shù)浇邮昭b置。信息在傳輸過程中會(huì)受到來自通信系統(tǒng)內(nèi)外干擾的影響。,2. 通信類型,?信號(hào)按其是連續(xù)變化還是離散變化分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，通信也分為模擬通信和數(shù)字通信兩大類。?模擬通信是以連續(xù)模擬信號(hào)傳輸信息的通信方式。例如，在模擬儀表控制系統(tǒng)中，采用 0～10mADC 或 4～20mADC 電流信號(hào)傳輸信息。數(shù)字通信是將數(shù)

63、字信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健?數(shù)據(jù)信息是具有一定編碼、格式和字長(zhǎng)的數(shù)字信息。,3.傳輸方式,?信息按其在信道中的傳輸方向分為單工、半雙工和全雙工三種傳輸方式，如圖1.3所示。(l)單工方式 信息只能沿一個(gè)方向傳輸，而不能沿相反方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單工方式。(2)半雙工方式 信息可以沿著兩個(gè)方向傳輸，但在指定時(shí)刻，信息只能沿一個(gè)方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為半雙工方式。(3)全雙工方式 信息可以同時(shí)沿著兩個(gè)方向傳輸?shù)耐ㄐ欧较蚍Q為全雙

64、工方式。,圖1.3 信息傳輸方式,4.串行傳輸與并行傳輸,(1)串行傳輸是把數(shù)據(jù)逐位依次在信道上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。如圖1.4(a)所示。(2)并行傳輸是把數(shù)據(jù)多位同時(shí)在信道上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。如圖1.4(b)所示。?在DCS中，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)幾乎全部采用串行傳輸方式。,圖1.4 串行傳輸與并行傳輸(a)串行傳輸；(b)并行傳輸,5. 基帶傳輸與寬帶傳輸,?計(jì)算機(jī)中的信息是以二進(jìn)制數(shù)字(0或1)形式存在的，這些二進(jìn)制信息可以用一系列的

65、脈沖(方波)信號(hào)來表示。(1)基帶傳輸 ?所謂基帶，是指電信號(hào)所固有的頻帶?；鶐鬏斁褪侵苯訉⒋頂?shù)字信號(hào)的電脈沖信號(hào)原樣進(jìn)行傳輸。其優(yōu)點(diǎn)是安裝、維護(hù)投資小，缺點(diǎn)是信息傳送容量小，每條傳輸線只可傳送一路信號(hào)且傳送距離較短。,(2)寬帶傳輸 ?當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，需要用基帶信號(hào)調(diào)制載波信號(hào)。在信道上傳輸調(diào)制信號(hào)，就是載帶傳輸。如果要在一條信道上同時(shí)傳送多路信號(hào)，各路信號(hào)可以以不同的載波頻率加以區(qū)別，每路信號(hào)以載波頻率為中心占據(jù)一定

66、的頻帶寬度，而整個(gè)信道的帶寬為各路載波信號(hào)所分享，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)同時(shí)傳輸，這就是寬帶傳輸。,6.異步傳輸與同步傳輸,?為了保證接收裝置能正確地接收信號(hào)，需要采用同步技術(shù)。常用的同步技術(shù)有兩種，即異步傳輸和同步傳輸。?在異步傳輸中，信息以字符為單位進(jìn)行傳輸，每個(gè)信息字符都具有自己的起始位和停止位，一個(gè)字符中的各個(gè)位是同步的，但字符與字符之間的時(shí)間間隔是不確定的。,?在同步傳輸中，信息不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳輸?shù)?。通信系統(tǒng)中有專門

67、用來使發(fā)送裝置和接收裝置保持同步的時(shí)鐘脈沖，使兩者以同一頻率連續(xù)工作，并且保持一定的相位關(guān)系。在這一組數(shù)據(jù)或一個(gè)報(bào)文之內(nèi)不需要啟 / 停標(biāo)志，所以可以獲得較高的傳輸速度。,7.傳輸速率,?信息傳輸速率又稱為比特率，是指單位時(shí)間內(nèi)通信系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒘俊Ｒ话阋悦棵腌娝軌騻鬏數(shù)谋忍財(cái)?shù)來表示，記為Rb。其單位是比特/秒，記為 bit/s 或 bps。,8.信息編碼,?信息在通過通信介質(zhì)進(jìn)行傳輸前必須先轉(zhuǎn)換為電磁信號(hào)。將信息轉(zhuǎn)換為信號(hào)需要對(duì)信

68、息進(jìn)行編碼。用模擬信號(hào)表示數(shù)字信息的編碼稱為數(shù)字-模擬編碼。在模擬傳輸中，發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)作為基波，來承載信息信號(hào)。將信息信號(hào)調(diào)制到載波信號(hào)上，這種形式的改變稱為調(diào)制 ( 移動(dòng)鍵控 )，信息信號(hào)被稱為調(diào)制信號(hào)。,?數(shù)字信息是通過改變載波信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)特性 ( 振幅、頻率或相位 )來實(shí)現(xiàn)編碼的。載波信號(hào)是正弦波信號(hào)，它有三個(gè)描述參數(shù)，即振幅、頻率和相位，所以相應(yīng)地也有三種調(diào)制方式，即調(diào)幅方式、調(diào)頻方式和調(diào)相方式。常用編碼方法是幅