中控DCS基础知识

1、DCSDCS基础知识基础知识孟庆浩孟庆浩20152015年年0303月月内容提要内容提要 DCS系统概述及特点 DCS系统发展历史 DCS基础知识 联锁逻辑基础知识 简单控制系统 复杂控制系统DCS系统概述及特点系统概述及特点 DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。 它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、

2、组态方便。DCS系统概述及特点系统概述及特点 高可靠性高可靠性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。DCS系统概述及特点系统概述及特点 开放性开放性DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。DCS系统

3、概述及特点系统概述及特点 灵活性灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。DCS系统概述及特点系统概述及特点 易于维护易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。DCS系统概述及特点系统概述及特点 协调性协调性各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。DCS系统

4、概述及特点系统概述及特点 控制功能齐全控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS发展历史发展历史 1975 年美国最大的仪表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC2000 ( Toal Distributed Control-2000),这一系统的发表,立即引起美国工业控制界高度评价，称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大公司也纷纷仿效，推出了一个又一个集散系统，从此过程控制进入了集散系统的新时期。DCS发展历史发展历史 第一阶段第一阶段19

5、75-1980，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1）采用微处理器为基础的控制单元，实现分散控制，有各种各样的算法，通过组态独立完成回路控制，具有自诊断功能2）采用带CRT显示器的操作站与过程单元分离，实现集中监视，集中操作3）采用较先进的冗余通信系统DCS发展历史发展历史 第二阶段第二阶段19801985.，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1）微处理器的位数提高，CRT显示器的分辨率提高2）强化的模块化系统3）强化了系统信息管理，加强通信功能DCS发展历史发展历史 第三阶段第三阶段1985-2000，集散系统进入第三代，其技术特点表现为：1）采用开放系统管理2）操作站采用32位

6、微处理器3）采用实时多用户多任务的操作系统DCS发展历史发展历史 第四第四阶段阶段2000年以后，DCS系统进入第四代，技术特点主要表现为：体系结构主要分为四层结构：现场仪表层、控制装置单元层、工厂（车间）层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平台（ERP、CRM、SCM等）。所以说，当今DCS主要提供工厂（车间）级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。DCS发展历史发展历史DCS基础知识基础知识 仪表功能标志 仪表功能常用字母 附加功能符号（字母Y） 仪表常用缩写字母 仪表常用图形符号 ECS

7、-700流程图画面DCS基础知识基础知识仪表功能标志仪表功能标志 仪表功能标志组成仪表功能标志组成仪表功能标志由一个首字母及一个或二至三个后继字母组成。示例如下：例例1 PI-功能标志 P-首位字母（表示被测变量类型为压力） I-后继字母（表示指示功能）例例2 TIC-功能标志 T-首位字母（表示被测变量类型为温度） IC-后继字母（表示指示功能+控制功能）DCS基础知识基础知识仪表功能标志仪表功能标志 仪表功能标志组成仪表功能标志组成例例3 HIC-功能标志 H-首位字母（表示手动操作） IC-后继字母（表示指示功能+控制功能）例例4 FFICA-功能标志 FF-首位字母（表示被测变量类型为

8、流量+修饰字母功能为比值） ICA-后继字母（表示指示功能+控制功能+报警功能）DCS基础知识基础知识仪表功能标志仪表功能标志 仪表位号仪表位号仪表位号由仪表功能标志与仪表回路编号两部分组成。示例如下：例例1 FIC-1206-仪表位号 FIC-功能标志 1206-回路编号例例2 12TIC1001-仪表位号 TIC-功能标志 12+1001-回路编号DCS基础知识基础知识仪表功能标志仪表功能标志 仪表位号仪表位号回路编号可以用工序号加仪表顺序号组成（例1），也可用其他规定的方法进行编号。示例如下：例例1 FIC-1206-仪表位号 12-工序号（一般用两位数字，也可用三位数字） 06-仪表顺

9、序号（一般用两位数字，也可用三位数字）例例2 12TIC1001-仪表位号 12-工序号 1001-仪表顺序号DCS基础知识基础知识仪表常用字母仪表常用字母 功能字母代号功能字母代号首位字母首位字母后继字母后继字母被测变量被测变量修饰词修饰词读出功能读出功能输出功能输出功能修饰词修饰词A分析报警C控制D密度差F流量比值H手动高I指示L物位低P压力DCS基础知识基础知识仪表常用字母仪表常用字母 功能字母代号功能字母代号首位字母首位字母后继字母后继字母被测变量被测变量修饰词修饰词读出功能读出功能输出功能输出功能修饰词修饰词Q累计S联锁T温度变送V振动阀门XX轴YY轴Z位置Z轴DCS基础知识基础知识

10、仪表常用字母仪表常用字母 常用组合字母表常用组合字母表首位字母首位字母后继字母后继字母被测变量被测变量读出功能读出功能输出功能输出功能检测检测元件元件E指示指示I记录记录R报警报警A变送变送器器T控制器控制器C功能功能Y阀门阀门V联锁联锁SAHAL指示指示I记录记录RSHSLA分析AEAIARAAHAALATAICARCAYAVASHASLD密度DEDIDRDAHDALDTDICDRCDYDVDSHDSLF流量FEFIFRFAHFALFTFICFRCFYFVFSHFSLFF流量比FFEFFIFFRFFAHFFALFFTFFICFFRCFFYFFVFFSHFFSLH手动HICHVL物位LELIL

11、RLAHLALLTLICLRCLYLVLSHLSLDCS基础知识基础知识仪表常用字母仪表常用字母 常用组合字母表常用组合字母表首位字母首位字母后继字母后继字母被测变量被测变量读出功能读出功能输出功能输出功能检测检测元件元件E指示指示I记录记录R报警报警A变送变送器器T控制器控制器C功能功能Y阀门阀门V联锁联锁SAHAL指示指示I记录记录RSHSLP压力PEPIPRPAHPALPTPICPRCPYPVPSHPSLPD压差PDEPDIPDRPDAHPDALPDTPDICPDRCPDYPDVPDSHPDSLT温度TETITRTAHTALTTTICTRCTYTVTSHTSLV振动VEVIVRVAHVA

12、LVTVYVZVSHW质量WEWIWRWAHWALWTWICWRCWYWVWSHWSLZ位置ZEZIZRZAHZALZTZICZRCZYZVZSHDCS基础知识基础知识附加功能符号（字母附加功能符号（字母Y） 附加功能符号（字母附加功能符号（字母Y）HG/T 20505-2000序号序号功能功能符号符号数学方程式数学方程式说明说明1和M=X1+X2+.Xn输出等于输入信号的代数和2平均值/n输出等于输入信号的代数和除以输入信号的数目3差M=X1-X2输出等于输入信号的代数差4比值K 1:1 2:1M=Kx输入与输入成正比5乘法xM=X1X2输出等于两个输入信号的乘积6除法输出等于两个输入信号的

13、商7高选M=X1当X1X2M=X2当X2X1输出等于几个输入信号中最大值8低选M=X1当X1X2M=X2当X2X1输出等于几个输入信号中最小值DCS基础知识基础知识仪表常用缩写字母仪表常用缩写字母 仪表常用缩写字母仪表常用缩写字母序号序号缩写缩写说明说明1AC交流电2A/M自动/手动3AND“与”门4AVG平均值5DC直流电6FC故障关7FI故障保持8FO故障开9H高10HH高高DCS基础知识基础知识仪表常用缩写字母仪表常用缩写字母 仪表常用缩写字母仪表常用缩写字母序号序号缩写缩写说明说明11IA仪表空气12IN输入13L低14LL低低15MAX最大16MIN最小17NOT“非”门18OR“或

14、”门19OUT输出20PID比例积分微分调节DCS基础知识基础知识仪表常用图形符号仪表常用图形符号 仪表常用图形符号仪表常用图形符号常规仪表图形为细实线圆圈，图例如下：DCS图形由细实线正方形与内切圆组成，图例如下：可编程逻辑控制器图形由细实线正方形与内接四边形组成，图例如下：联锁系统图形为细实线菱形，菱形中标注“I”（Interlock缩写），在局部联锁系统多时，应将联锁系统编号，图例如下：II xxxDCS基础知识基础知识仪表常用图形符号仪表常用图形符号DCS基础知识基础知识ECS-700流程图画面流程图画面DCS基础知识基础知识ECS-700流程图画面流程图画面 监控界面简介监控界面简介

15、 工具栏工具栏 鼠标放至图标上方对应画面名称即有提示 工具栏可实现画面选择、切换、操作、设置等。 信息栏信息栏DCS基础知识基础知识ECS-700流程图画面流程图画面DCS基础知识ECS-700流程图画面DCS基础知识ECS-700流程图画面DCS基础知识ECS-700流程图画面 HMI控制台右上角的编辑框用于显示系统当前位号，编辑框右边的按钮和下拉菜单用于进行对当前位号的操作。DCS基础知识ECS-700流程图画面 报警确认： 点击后确认当前报警（当前显示的报警中被选中的那一个报警），当前用户有确认权限的才能进行确认。 取消报警选中： 点击后释放选中状态（即当前显示的报警中被选中的那一个报警

16、取消选中）。 过程报警： 弹出过程报警表，显示当前操作小组下的所有过程报警信息。 系统报警： 弹出系统报警表，若产生了系统报警则按钮背景显示红色，若有未确认的系统报警，则背景红色闪烁。 状态表： 弹出各状态表（强制表、OOS表、故障安全、故障恢复、报警屏蔽表、抖动开关量表、超量程表、仿真表）。可显示各种状态的实时和历史记录。DCS基础知识ECS-700流程图画面 报警确认： 点击后确认当前报警（当前显示的报警中被选中的那一个报警），当前用户有确认权限的才能进行确认。 取消报警选中： 点击后释放选中状态（即当前显示的报警中被选中的那一个报警取消选中）。 过程报警： 弹出过程报警表，显示当前操作小

17、组下的所有过程报警信息。 系统报警： 弹出系统报警表，若产生了系统报警则按钮背景显示红色，若有未确认的系统报警，则背景红色闪烁。 状态表： 弹出各状态表（强制表、OOS表、故障安全、故障恢复、报警屏蔽表、抖动开关量表、超量程表、仿真表）。可显示各种状态的实时和历史记录。DCS基础知识基础知识ECS-700流程图画面流程图画面AI位号仪表面板及说明AO位号仪表面板及说明DCS基础知识基础知识ECS-700流程图画面流程图画面DI位号仪表面板及说明DO位号仪表面板及说明DCS基础知识ECS-700流程图画面每个仪表面板中都有四个跳转按钮，每个仪表面板中都有四个跳转按钮，其功能分别打开与位号关联的各

18、个画面其功能分别打开与位号关联的各个画面流程图趋势图历史报警调整画面联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识 程序概述 编程语言 数据类型 变量类型 逻辑运算功能联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识程序概述程序概述 IEC 61131 - 3是可编程序控制器的编程语言的标准，它将现代软件的概念和现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功地结合，使它在工业控制领域的影响越出PLC的界限，成为DCS、IPC、PAC、PC控制、运动控制以及SCADA的编程系统事实上的标准。联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识编程语言编程语言 图形化编程语言图形化编程语言功能块图（FBD:Function Block Diagra

19、m）梯形图 （LD ：Ladder Diagram）顺控图 （SFC：Sequential Function Chart） 文本化文本化编程语言编程语言结构化文本 （ST： Structured Text）指令表 （IL ：Instruction List）联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识编程语言编程语言 VisualField系统软件符合IEC61131-3标准，为用户提供高效的图形编程环境。 编辑工具：功能块图（FBD）、梯形图（LD）、 顺控图（ SFC ）、结构化文本（ST） 。联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识数据类型数据类型联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识变量变量类型类型联锁逻辑基础

20、知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能 与门与门是对两个是对两个BOOL 型的变量进行逻辑与运算。型的变量进行逻辑与运算。逻辑符号逻辑符号真值表真值表输入输入A输入输入B输出输出Y000010100111联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能 或门或门是对两个是对两个BOOL 型的变量进行或运算。型的变量进行或运算。逻辑符号逻辑符号真值表真值表输入输入A输入输入B输出输出Y000011101111联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能 非门非门是对输入是对输入BOOL 型的变量进行逻辑非运算。型的变量进行逻辑非运算。逻辑符号逻辑符号真值表真值表输入输入

21、A输出输出Y0110联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能 RS触发器触发器复位复位优先型优先型RS 触发器是最基本的时序逻辑装置，任意时触发器是最基本的时序逻辑装置，任意时刻，功能块的输出不仅与该时刻的刻，功能块的输出不仅与该时刻的输入输入BOOL 型变量有关，还与原来的状型变量有关，还与原来的状态有关，是一种双稳态触发器。在态有关，是一种双稳态触发器。在RS 触发器中，由于触发器中，由于输入信号输入信号的触发，的触发，它的输出从一个稳态转换到另一个稳态，并长期保持，直到下一个触发它的输出从一个稳态转换到另一个稳态，并长期保持，直到下一个触发信号来临，信号来临，具有记忆具有

22、记忆功能。功能。逻辑符号逻辑符号 真值表真值表SRQ11010101000保持联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能 SR触发器触发器置位优先型置位优先型SR 触发器是最基本的时序逻辑装置，任意时触发器是最基本的时序逻辑装置，任意时刻，功能块的输出不仅与该时刻的刻，功能块的输出不仅与该时刻的输入输入BOOL 型变量有关，还与原来的状型变量有关，还与原来的状态有关，是一种双稳态触发器。在态有关，是一种双稳态触发器。在SR 触发器中，由于触发器中，由于输入信号输入信号的触发，的触发，它的输出从一个稳态转换到另一个稳态，并长期保持，直到下一个触发它的输出从一个稳态转换到另一个稳态，

23、并长期保持，直到下一个触发信号来临，信号来临，具有记忆具有记忆功能功能。逻辑符号逻辑符号 真值表真值表SRQ11110101000保持简单控制系统简单控制系统 概述概述 简单简单控制系统的几大参数控制系统的几大参数 三三种控制器的比较种控制器的比较简单简单控制系统控制系统概述概述简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。简单简单控制系统控制系统概述概述简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个简单控制系统通常是指由一个测

24、量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。简单简单控制系统控制系统简单简单控制系统的几大参数控制系统的几大参数从上图从上图中可知简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测量中可知简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。变送装置、控制器和执行器。 被控变量被控变量生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。执行器执行器接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调节介质的输送量,达到控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的目的。测量变送器测量变送器用于检测各被控

25、变量（如流量、温度、压力、液位）工艺参数各类仪表。对象对象工艺上所需控制的各类设备如塔、罐等。简单简单控制系统控制系统简单简单控制系统的几大参数控制系统的几大参数控制器控制器对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果。控制器控制器有三种：比例控制器、比例积分控制器、比例积分微分控制器有三种：比例控制器、比例积分控制器

26、、比例积分微分控制器简单简单控制系统控制系统三三种控制器性能比较表种控制器性能比较表特点特点适用于适用于比例控比例控制器制器控制器的输出与偏差成比例,阀门位置与偏差之间有一一对应关系。当负荷变化时,比例控制器克服干扰能力强,过渡过程时间短。纯比例控制器在过渡过程终了时存在余差。 调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。 比例积比例积分控制分控制器器积分作用使控制器输出与偏差的积分成比例, 过渡过程结束时无余差。但使稳定性降低。 调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。 比例积比例积分微分分微分控制器控制器微分作用使控制器的输出与偏差变化速度成比例。它对

27、克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性,再加上积分作用可以消除余差。 容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统 简单简单控制系统控制系统流程图流程图简单简单控制系统控制系统功能块功能块复杂复杂控制系统控制系统 串级控制系统串级控制系统 分分程控制系统程控制系统 选择选择控制系统控制系统复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统 串级控制串级控制系统系统-两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统为另一个调节器的给定值的系统。复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统例：加热

28、炉出口温度与炉膛温度串级控制系统例：加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统 基本概念即组成结构基本概念即组成结构串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它

29、所检测和控制的变量称副变量（副被器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。副过程和主过程构成。复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统 串级控制系统的工业串级控制系统的工业应用应用1. 用于用于克服被控过程较大的容量克服被控过程较大的容量滞后滞后2. 用于克服被控过程的纯滞后用于克服被控过程的纯滞后3. 用于抑制变化剧烈幅度较大的扰动用于抑制变化剧烈幅度较大的扰动4. 用于克服被控过程的用于克服被控过程的非线性非线性复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统复杂复杂控制系统控制系统分程控制系统分程控制系统 分程控制系统分程控制系统-一般来说，一台调节器的输出仅操纵一只调节阀，若一般来说，一台调节