集散控制系统ppt12 DCS

1、课前提问 1、什么是、什么是DCS？ 以多台微处理器为核心，采用控制功能分散、显示操作集中，兼顾分而自治和综合协调原则设计的新一代仪表控制系统即：计算机网络控制系统。 2、DCS的产生共经历了哪几个阶段？的产生共经历了哪几个阶段？ 集中型计算机控制阶段； 计算机与模拟仪表混合式分散控制阶段； 第一代集散系统； 第二代集散系统； 第三代集散系统。集散控制系统第1章 分散控制系统概论 1.1 分散控制系统的产生 1.2 分散控制系统的结构 1.3 分散控制系统的特点 1.4 分散控制系统的分散方式 1.5 分散控制系统的发展1.2 分散控制系统的结构 1.2.1功能层次结构功能层次结构 1、管理级

2、、管理级 经营管理级：经营管理级：市场和用户分析，订货销售统计、制造协调、合同人、财、档案。 生产管理级生产管理级 ：生产监视、报告，规划产品结构和规模。（上位机，协调各单元之间的参数设定。值长、分场级） 过程管理级过程管理级 ：过程操作，装之间协调，优化过程控制，错误检测、数据存档等。 内容：发电厂的厂级管理计算机或若干个机组的管理计算机。 使用者使用者：厂长，经理，总工程师，值长 任务任务：监测企业各部分的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从全局利益出发辅助企业管理人员进行决策，帮助企业实现规划目标。 要求要求： 能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统； 大量数据的

3、高速处理与存储； 能够连续运行，高可靠性系统； 能长期保存生产数据； 并且具有优良的、高性能的、方便的人机接口； 丰富的数据库管理软件，过程数据收集软件，人机接口软件，以及生产管理系统生成的工具软件。 实现整个工厂的网络化和计算机的集成化。 2、监控级：、监控级： 内容：内容：运行员操作站， 工程师工作站，计算站 安装在中央控制室 电子设备室 工程师站：工程师站： 为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站，并对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计文件，例如各种图纸，表格。 要求： 一般由PC机配置一定数量的外部设备所组成，例如打印机，绘图机等。 运行员操作站：运行员操

4、作站： 运行员与DCS相互交换信息的人机接口设备，据此来监视和控制整个生产过程。 通过观察生产过程的运行情况，读出每一个过程变量的数值和状态，判断每个回路是否正常工作。 并且可以随时进行手动/自动方式的切换，修改给定值，调整控制量，操作现场设备，以实现对生产过程的干预。 另外还可以打印各种报表，拷贝屏幕画面和曲线等。 要求：要求： 一台具有较强功能的微型机，CRT显示器，大屏幕显示装置（选件），打印机，拷贝机，键盘，鼠标。 计算站：计算站： 实现对生产过程的监督控制，例如机组运行优化和性能运算，先进控制策略的实现等。主要完成复杂的数据处理和运算功能， 要求要求 具有较强的运算能力和速度，一般用

5、超级微型机或小型机构成。 3、控制级、控制级 设备：过程控制站，数据采集站 安装在主控室后的电子设备室中 过程控制站：过程控制站： 接收由现场设备，如传感器，变送器来的信号，按照一定的控制策略计算出所需的控制量，并送回现场的执行器中去。可以同时完成连续控制顺序控制或逻辑控制，也可能仅完成其中的一种 。 数据采集站：数据采集站： 接收有现场设备送来的信号，并对其进行一些必要的转换和处理之后送到DCS的其它部分去。主要是监控级设备，它接收大量的过程信息，并通过监控级设备传递给运行人员。 数据采集站并不直接完成控制功能数据采集站并不直接完成控制功能 现场级：现场级： 一般位于被控生产过程附近，典型设

6、备为各类传感器，变送器，执行器。它们将生产过程中各种物理量转换为电信号，送往控制站或者数据采集站，或者将控制站输出的控制量转换成机械位移，带动调节机构，实现对生产过程的控制。 现场级信息的传递方式：现场级信息的传递方式： 1、传统的420毫安模拟量信号传输方式 2、现场总线的全数字量传输方式 3、420毫安模拟量信号基础上，叠加调制后的数字量信号的混合传输方式。 1.2.2硬件系统结构硬件系统结构 集散控制系统通常由过程控制单元、过程接口单元、CRT显示操作站、管理计算机以及计算机网络等五个主要部分组成其基本结构。 过程控制单元：过程控制单元：亦称现场控制单元或基本控制器，可以控制一个或多个回

7、路。过程接口单元：亦称数据采集装置，是采集非控制变量，进行数据处理。 CRTCRT操作站：操作站：是集散系统的人机接口装置。一般配有高分辨力大屏幕的彩色CRT、操作者键盘、工程师键盘、打印机、硬拷贝机和大容量存贮器。 操作站操作站除了执行对过程的监控操作外，系统的组态、编程工作也在操作站上进行。为了使操作直观方便，一般都有动态流程图显示功能，操作站还可完成部分的生产管理工作，如打印班/日报表和用户自己设计的工艺报表等。 管理计算机管理计算机：习惯上称为上位机。它综合监控全系统的各单元，管理全系统的所有信息，实现全系统的最优控制和全厂的优化管理。1.3 分散控制系统的特点 1.3.1 适应性和扩

8、展性适应性和扩展性 DCS在结构上采用了常规扩展系统的模块化设计方法，无论硬件还是软件都可以根据实际应用需要去灵活的组合。 小规模生产：12个过程控制站和数据采集站，简单的人机接口设备。 大规模生产：几十个或上百个过程控制站和数据采集站，外加高层计算站，运行员操作站，工程师站等人机接口设备。 模块化设计决定了它的易扩展性，可以根据生产过程的发展，逐渐扩充系统的硬件和软件。 1.3.2 控制功能完善控制功能完善 常规控制系统功能 硬件实现 改变或升级功能即改变硬件配置 DCS 软件实现 具有高度灵活性和完善的控制能力 改变或升级功能只需改变软件设计 现代DCS控制单元具有连续、离散、批量控制功能

9、，实现高级控制。 高级控制 串级调节系统 自适应控制系统 前馈-反馈复合调节器 多变量解耦系统 SMITH预估器 1.3.3 人机联系手段人机联系手段窗口功能丰富窗口功能丰富 DCS人机联系手段：采用了CRT图形显示和键盘操作。 常规控制系统： 人 过程：运行员通过各种操作器、定值器、开关、按钮等实现。 过程 人：各种显示仪表，记录仪表，报警信号灯，通过它们了解生产过程运行情况 。 DCS： 人 过程：键盘 过程 人：信息直接显示在CRT屏幕上。 1.3.4 系统可靠性高系统可靠性高 1、由于系统采用模块化结构，每个过程站仅控制少数几个回路，个别回路或者单元故障不影响全局。而且元件的高度集成化

10、和严格筛选有效的保证了系统的可靠性。 2、DCS广泛采用各种冗余技术（电源、通信系统、过程控制站）。常规系统虽然采用冗余措施，但是故障判断和系统切换都不易实现。DCS采用计算机技术，这一问题得到了解决。 3、DCS 采用软件模块组态的方法形成各种控制方案，取消了常规系统中各模块之间的连接导线，因此大大减少了有连接导线和连接端子所造成的故障。 4、各单元都具有自诊断、自检查、自修理功能，出现故障可以自动报警。 1.3.5 可维修性可维修性 模块更换较方便 具有完善的在线故障诊断技术，可以准确定位至模件级，通过人机接口，能够迅速发现设备故障的性质和地点，并且可以在不中断被控过程的情况下更换故障模件

11、。 1.3.6 安装费用安装费用 安装费用包括：电缆、导线的安装敷设费用，控制室电子室的建筑费用。 DCS过程控制站可以采用地理分散的方式安装在被控过程附近，这样就减少了变送器、传感器、执行器与控制系统之间的连接电缆，节省了导线电缆的安装费用，减少了控制系统在中央控制室所占用的空间。 DCS安装工作量仅为常规控制系统的30%50%。 DCS所需控制室的面积仅为常规控制系统的60%。 1.3.7 网络通信技术先进网络通信技术先进 都采用了工业局部网络技术进行通信； 信道传输率多在510Mbps，甚至更高，响应时间仅数百微秒； 误码率低于10-8,一般可达10-10。 采用了光纤传输媒质，使通信的

12、安全性大大提高。 通信协议也在向标准化方向前进，与MAP兼容已是一种发展潮流。 1.3.8 管理功能强管理功能强 实现所谓“4A”目标： 生产过程自动化(PA：Production Automation)； 过程监督、节能控制、安全监督、环境监视及生产计划管理等等 工厂自动化 (FA：Factory Automation)； 实现加工、装配、检查、挑选、仓库搬运控制，设备诊断，工程过程和产品质量管理 实验室自动化 (LA：Laboratory Automation)； 办公室业务自动化(OA: Office Automation)。EDPFNT分散控制系统 EDPFNT系统是由北京国电智深控制

13、技术有限公司研制开发具有自主知识产权，在国内控制领域获得广泛应用的分散控制系统。 北京国电智深控制技术有限公司是具有独立法人资格的现代化高新技术企业。北京国电智深控制技术有限公司是中国电力科学研究院和国电科技环保集团有限公司共同投资、组建的股份制企业，专门从事工业自动化系统开发、制造、设计与工程服务，技、工、贸一体化，提供全面的自动化解决方案。公司严格贯彻GB/T190012000ISO9001：2000质量体系。系统简介 EDPFNT系统是一个融计算机、网络、数据库和自动控制技术为一体的工业自动化产品，完全实现控制与信息一体化设计，具有开放式结构和良好的硬件兼容性和软件的可扩展性。可应用于火

14、电站、水电站、冶金、化工、造纸等行业的分散控制和过程自动化控制和信息监视与管理。 EDPF-NT系统是在1989年开始研发的EDPF系列分散控制系统基础上发展而来，于1999年投入使用，并经不断升级完善，已经成功应用在大连庄河超临界、河北龙山亚临界直接空冷、河南伊川、福建南埔、太原第一热电厂、丰镇、漳泽、河南新安等电厂的600MW、300MW、200MW、450T/H循环流化床等大型机组上。系统功能 EDPF-NT系统适用于大型、复杂的工业过程控制应用，通过裁减，也非常适用于小规模应用的要求，可综合或单独实现下述功能： 数据采集处理和生产过程的监视（数据采集处理和生产过程的监视（DAS）；）；

15、 生产过程调节控制生产过程调节控制(MCS）；）； 生产过程开关量控制或逻辑顺序控制生产过程开关量控制或逻辑顺序控制(SCS)； 炉膛燃烧安全监控系统炉膛燃烧安全监控系统(FSSS）；）； 电气控制系统（电气控制系统（ECS） 汽机旁路控制系统（汽机旁路控制系统（BPS） 汽轮机数字式电液控制系统汽轮机数字式电液控制系统(DEH)； 汽机紧急跳闸系统（汽机紧急跳闸系统（ETS） 辅助车间集中控制辅助车间集中控制系统主要特点系统主要特点 系统无通讯管理器，实现物理、逻辑上的完全冗余，达到了多重化冗余，任何故障都将被限制在有限范围内，决不会导致系统崩溃，真正实现了功能分散、危险分散。 系统面向厂区

16、级、多广播域设计，在不增加网络负荷的情况下可灵活实现多域系统控制。为电厂公用系统和辅助车间集中监控提供了独到的解决方案。 以优秀的操作系统Windows 2000为平台开发的人机界面，运用OLE技术、Active X技术以及多线程处理机制等使人机界面更加丰富多彩、易学易用、操作流畅。 便捷的全图形化组态，支持自定义算法。高性能历史站，性能优越，工作稳定。在收集4万点的历史数据时，仍然能够快速响应多用户的并发查询。通过“卷”管理功能，借助外部存储介质，可以轻松地保存几年的生产数据。具有完整的分层自诊断功能，可诊断网络、站、I/O卡件直至I/O点。独有的体积小巧模块式DPU控制器，运行更加可靠，维

17、护更加简便。I/O采用全分散型智能测控装置，功能和危险更分散。可实现脉冲式调节，去掉了精度低、故障高的伺放装置，具有更高的控制可靠性和控制精度。可直接采集和处理各种类型信号：电流、电压、各型热电偶、各型热电阻、频率及脉冲、电气PT和CT等信号。强化的结构设计，所有I/O模块和电源模块采用全封闭结构，防尘、防静电、抗电磁干扰。所有I/O采用光电隔离技术实现与外部的电气隔离和各通道的电气隔离。模拟量输入模件经过精心设计容许信号类型混排，电压信号，热电偶信号、变送器信号可接入同一模件，模件还可为变送器提供电源，为设计和施工带来了方便。各级供电电源均采用冗余配置。系统结构及基本构成系统结构及基本构成

18、EDPF-NT系统是吸取国际上众多同类系统的先进思想，并结合我国国情而设计开发的一套分散控制系统。EDPF-NT系统以网络通讯为基础，以面向功能和对象而实现的“站”为基本单元，专门设计的分布式动态实时数据库用于管理分布在各站的系统运行所需的全部数据。 系统网络可采用星型、环行或树形结构，实现物理、逻辑上的完全冗余，达到了多重化冗余；网络服务软件同网络硬件共同实现站与站之间的通讯并通过分布式实时数据库实现全局信息共享。 系统各站划分以功能相对自治为原则，不同的功能用不同的站来实现。EDPF-NT系统由七种站组成：ENG站、OPR站、DPU站、HSR站、LOG站、CAC站、GATEWAY站。 人机界面 EDPF-NT的人机界面采用WindowsNT/2000操作系统平台，结合操作系统特点开发的人机界面充分吸收其它系统的长处并结合国内运行实际情况，实用美观、易学易用。画面调出和操作通过灵活的鼠标或键盘快捷方式实现。 多窗口显示方式 趋势显示与成组显示 趋势显示分为调整趋势和固定趋势，临时趋势用于运行员根据需要随时组成的趋势画面，而固定趋势则是预先设定好的趋势画面。另外，用户在自己的画面中也可以随意安排趋势显示。 成组显示画面的定义非常方便,用户可以根