集散控制系统(复习)

1、2013.5 填空题（填空题（2% 10 = 20） 选择题（选择题（2% 10= 20） 判断题判断题 （1% 12 = 12） 简答题（简答题（12% 3 = 36） 组态题（组态题（12%） 填空题（填空题（2% 12 = 24） 选择题（选择题（2% 10 = 20） 判断题判断题 （1% 10 = 10） 简答题（简答题（8% 3 = 24） 组态题（组态题（11% 2 = 22 % ） 1、集散系统的主要特性及产生原因。集散系统的主要特性及产生原因。2、集散系统的基本结构。集散系统的基本结构。3、开放式系统及其基本特征。开放式系统及其基本特征。4、集散系统的展望。集散系统的展望。5

2、、集散系统在我国的现状及发展。、集散系统在我国的现状及发展。1 1 集散系统的主要特性集散系统的主要特性 Total Distributed Control SystemTotal Distributed Control System，TDCS,TDCS,又称分布式控制系统。又称分布式控制系统。 主要特性：主要特性：集中管理集中管理、分散控制分散控制 第一个集散控制系统是第一个集散控制系统是19751975年首先由美国年首先由美国霍霍尼威尔（尼威尔（HoneywellHoneywell）公司推出公司推出TDCS 2000TDCS 2000集散控制系统产生的原因集散控制系统产生的原因 模拟仪表难

3、以胜任生产规模的不断扩大；模拟仪表难以胜任生产规模的不断扩大； 常规模拟仪表存在难以克服的弊病：常规模拟仪表存在难以克服的弊病： 1) 控制功能过于单一，难以实现复杂控制的功能。控制功能过于单一，难以实现复杂控制的功能。 2) 难以集中操作和监视。难以集中操作和监视。 仪表控制系统应适应工业技术发展的要求；仪表控制系统应适应工业技术发展的要求； 计算机集中控制的风险太大；计算机集中控制的风险太大； 系统上下及子系统之间的通信联系要求越来越高系统上下及子系统之间的通信联系要求越来越高（数据传输速率、数据通信质量）。（数据传输速率、数据通信质量）。2 2 集散系统的基本结构集散系统的基本结构3 3

4、 开放系统的主要特征开放系统的主要特征 以以和和为依据而为依据而建立起来的计算机系统、网络系统及相关建立起来的计算机系统、网络系统及相关的通信系统。的通信系统。 （1）可移植性（）可移植性（Portability） （2）互操作性（）互操作性（Interoperability） （3）可适宜性（）可适宜性（Scalability） （4）可得到性（）可得到性（Availability）4 DCS4 DCS的发展方向的发展方向 垂直方向向上发展：垂直方向向上发展：MES,ERPMES,ERP；向下发展（现场级）：向向下发展（现场级）：向FCSFCS（Fieldbus Control System

5、Fieldbus Control System）现场总线）现场总线控制系统发展。控制系统发展。无线连接。无线连接。网络化。（工业以太网网络化。（工业以太网“一网到底一网到底”，管理层管理层- -现场控制层）现场控制层）功能安全。功能安全。标准化。（编程语言的标准化、人机界标准化。（编程语言的标准化、人机界面、硬件标准）面、硬件标准）实现了真正的分散控制 中国的中国的DCSDCS市场仍处于上升和发展时期，而市场仍处于上升和发展时期，而且有很大的市场空间。且有很大的市场空间。 近年的能源短缺和随之而来的电力投资热潮，近年的能源短缺和随之而来的电力投资热潮，使得电力行业的使得电力行业的DCSDCS需

6、求达到需求达到2222亿元，占据亿元，占据整个市场三分之一强的份额，超过了石化和整个市场三分之一强的份额，超过了石化和化工这些传统的化工这些传统的DCSDCS应用的强势行业。应用的强势行业。 国内国内DCSDCS企业的兴起；和利时在电力、交通；企业的兴起；和利时在电力、交通；中控在化工；新华在石化等等。中控在化工；新华在石化等等。 但业务主体在中低端市场，跟国外主流厂但业务主体在中低端市场，跟国外主流厂商的产品竞争并不明显。商的产品竞争并不明显。国产国产DCSDCS的未来发展方向的未来发展方向 国产国产DCSDCS必须在继续拓展中小型项目市场的必须在继续拓展中小型项目市场的同时，提高自身的综合

7、素质，积极进入大同时，提高自身的综合素质，积极进入大型工程项目。型工程项目。 国内国内DCSDCS企业应以企业应以DCSDCS技术为核心，向工业技术为核心，向工业自动化综合企业发展。自动化综合企业发展。 要尽快地研究和建立我国要尽快地研究和建立我国FCSFCS（现场总线控（现场总线控制系统）的体系结构。制系统）的体系结构。 1 1、集散系统的功能构成集散系统的功能构成2 2、集散系统的基本构成集散系统的基本构成3 3、集散系统的结构特征、集散系统的结构特征4 4、冗余化结构冗余化结构5 5、现场总线控制系统的构成、现场总线控制系统的构成6 6、典型集散系统的构成实例典型集散系统的构成实例1 1

8、 集散系统的功能分级集散系统的功能分级1 1）现场控制级）现场控制级2 2）过程装置控制级）过程装置控制级3 3）车间操作管理级）车间操作管理级4 4）全厂优化和调度管理级）全厂优化和调度管理级2 2 集散系统的基本构成集散系统的基本构成1)1)分散过程控制装置部分分散过程控制装置部分 适应恶劣的生产环境；适应恶劣的生产环境； 分散控制；分散控制； 实时性；实时性； 独立性独立性. .2) 集中操作和管理系统部分集中操作和管理系统部分 信息量大；信息量大； 易操作性；易操作性； 容错性好；容错性好；3) 3) 通信系统部分通信系统部分 误码率低；误码率低； 传输速率高；传输速率高； 开放性；开

9、放性； 互操作性互操作性. . 允许与其他厂商的产品能通信允许与其他厂商的产品能通信, ,也也即要求即要求DCSDCS通信系统遵循一个统一的标准、通信系统遵循一个统一的标准、协议协议. .这个统一通信标准的框架结构是这个统一通信标准的框架结构是ISOISO的的OSIOSI模型模型. . 指现场总线的通信标准指现场总线的通信标准, ,要求不要求不同厂商的智能现场变送器、执行器等可以同厂商的智能现场变送器、执行器等可以互换互换. . 优点优点：系统可靠性有很大的提高。：系统可靠性有很大的提高。 缺点缺点：由于冗余是采用相同的设备提高可：由于冗余是采用相同的设备提高可靠性，导致成本增加。靠性，导致成

10、本增加。 让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转，让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转，输入相同的信号，进行相同的处理，然后对输出进行比输入相同的信号，进行相同的处理，然后对输出进行比较，如果输出保持一致则系统是正常运行的。较，如果输出保持一致则系统是正常运行的。 采用采用N N台同类设备，采用一台后备设备，平时后备设台同类设备，采用一台后备设备，平时后备设备处于准备状态，一旦备处于准备状态，一旦N N台设备中某一台设备发生故障，台设备中某一台设备发生故障，能启动后备设备使其运转。能启动后备设备使其运转。（3 3）后退运转方式）后退运转方式 （操作站、人机界面操作站、人机界面） 正常

11、时，正常时，N N台设备各自分担各自功能进行运转，当台设备各自分担各自功能进行运转，当其中一台设备损坏时，其余设备放弃部分不重要的功其中一台设备损坏时，其余设备放弃部分不重要的功能，以此来完成损害设备的功能。能，以此来完成损害设备的功能。（4 4）多级操作方式（）多级操作方式（手自动切换手自动切换） 纵向冗余的方法。正常操作是从上一层进行的，如纵向冗余的方法。正常操作是从上一层进行的，如该层故障则由下一层完成，这样逐步向下形成对最终该层故障则由下一层完成，这样逐步向下形成对最终元件执行器的控制。元件执行器的控制。5 5 现场总线控制系统的构成现场总线控制系统的构成 现场总线及其分类现场总线及其

12、分类 按现场应用的不同要求和规模：按现场应用的不同要求和规模： 1 1） 执行器传感器现场总线、执行器传感器现场总线、 2 2） 设备现场总线设备现场总线 3 3） 全服务现场总线。全服务现场总线。集散控制系统分散不集散控制系统分散不够彻底，分散到设备和装置级，而现场总线够彻底，分散到设备和装置级，而现场总线控制系统分散到现场级。控制系统分散到现场级。FCSFCS将将DCSDCS的优点集中，控制的优点集中，控制功能更完善，操作更方便，组态更容易。功能更完善，操作更方便，组态更容易。FCSFCS与与DCSDCS的一个重要区别是采用数字传输技的一个重要区别是采用数字传输技术代替模拟传输技术。术代替

13、模拟传输技术。用于过程控制的重用于过程控制的重要装置，与其他的过程控制和管理装置如紧要装置，与其他的过程控制和管理装置如紧急停车系统、可编程逻辑控制系统、制造执急停车系统、可编程逻辑控制系统、制造执行系统、先进控制系统等，一起组成综合自行系统、先进控制系统等，一起组成综合自动化系统。动化系统。DCSDCS传输的信号是传输的信号是4-20mA4-20mA模模拟信号，采用拟信号，采用HARTHART协议仪表的传输采用混合协议仪表的传输采用混合传输。而现场总线传输的信号是数字信号。传输。而现场总线传输的信号是数字信号。现场总线设备和操作管现场总线设备和操作管理装置组成两层结构的现场总线控制系统。控制

14、规模较小，理装置组成两层结构的现场总线控制系统。控制规模较小，控制回路不多。控制回路不多。在两层结构的基础上增加在两层结构的基础上增加控制装置。即现场总线设备、控制装置和操作管理装置组控制装置。即现场总线设备、控制装置和操作管理装置组成。大部分控制功能在现场总线级完成，控制装置主要完成。大部分控制功能在现场总线级完成，控制装置主要完成对下层的协调控制功能及部分先进控制功能。成对下层的协调控制功能及部分先进控制功能。将将DCSDCS输入输出总线经现输入输出总线经现场总线接口连接到现场总线，将输入输出模块下移到现场场总线接口连接到现场总线，将输入输出模块下移到现场总线设备中，形成由总线设备中，形成

15、由DCSDCS扩展的现场总线控制系统。扩展的现场总线控制系统。6 6 典型典型DCSDCS系统系统 TPS 、Experion PKS（Honeywell） PCS 7 ( Siemens) Delta V (Emerson) I/A S (Foxboro) 分散过程控制装置分散过程控制装置 C200C300混合控制器、输入输出子系统和混合控制器、输入输出子系统和现场总线设备。现场总线设备。 集中操作和管理装置集中操作和管理装置 过程服务器、操作站、应用控制环境等过程服务器、操作站、应用控制环境等 通信系统通信系统 容错以太网和容错以太网和ControlNet现场总线。现场总线。轨道式轨道式

16、I/O 控制应用控制应用ACE 安全安全控制控制系统系统FSC高速容错以太网高速容错以太网 FTE数字视频数字视频服务器服务器DVMPM I/OT123T123T123T123T123T123T123操作站操作站Experion PKS 全貌图全貌图无线移动无线移动服务器服务器 C200控制器控制器TDC2000,TDC3000,TPS ESVT服务器服务器SCADA 设备(OPC, Modbus, DH+, 等设备!)过程过程服务器服务器商务集成商务集成服务器服务器eServer工程站工程站和操作站和操作站移动移动终端终端WANwwwGUSPM FamilyNIMFSCEthernetLCN

17、T123T123T123T123T123T123T123分布式分布式系统系统资产管理系统资产管理系统开放接口与开放接口与高级应用高级应用分散过程控制装置分散过程控制装置 连续控制和逻辑控制一体化的混合控制器连续控制和逻辑控制一体化的混合控制器C200C200，C300.C300. FFProfibusDeviceNetControlNetFFProfibusDeviceNetControlNet等现场等现场总线设备总线设备 数字视频管理站（数字视频管理站（DVMDVM） 故障安全控制器故障安全控制器FSCSCADAFSCSCADA设备以及集成的设备以及集成的TPSTPS、TDC2000TDC2

18、000、TDC3000TDC3000等分散控制装置。等分散控制装置。 可同时实现可同时实现: 连续回路控制连续回路控制, 逻辑连锁控制逻辑连锁控制, 和顺序控和顺序控制制 两种运行环境：两种运行环境： 50毫秒毫秒CEE: 50ms, 100ms, 200ms, 500ms, 1s, 2s 5毫秒毫秒CEE: 5ms, 10ms, 20ms, 50ms, 100ms, 200ms 每个控制回路可分别运行不同的周期每个控制回路可分别运行不同的周期 使用单一的工程师工具，用于组态和维护使用单一的工程师工具，用于组态和维护 全冗余结构。全冗余结构。 控制器冗余，使用各自独立底板，保证最大的安控制器冗

19、余，使用各自独立底板，保证最大的安全性全性 特有的冗余模件，自动同步，故障可实现无缝隙特有的冗余模件，自动同步，故障可实现无缝隙切换切换 冗余电源系统，对控制器及冗余电源系统，对控制器及I/O安全供电安全供电 冗余网络，实现服务器，控制器，及冗余网络，实现服务器，控制器，及I/O的通信的通信 在线维护，扩展；在线对特定控制策略修改在线维护，扩展；在线对特定控制策略修改 1) 控制器控制器(CPM)2) 冗余模件冗余模件3) I/O 连接模件连接模件4) 现场总线接口模件现场总线接口模件5) 控制网接口模件控制网接口模件6) 冗余电缆冗余电缆132456FTE5CPM(Control Proce

20、ssor Module)8MB RAM，4MB ROM，100MHz主频主频支持支持8个个I/O机架和机架和64个个IOM在在CP中占中占2个位置个位置控制器冗余控制器冗余 冗余控制器及输入输出模块冗余控制器及输入输出模块同一控制器实现同一控制器实现: Profit Loop 调节控制器调节控制器 逻辑及设备控制逻辑及设备控制 顺序控制顺序控制 快速控制快速控制 （5 mS）C200，ACE 和现场总线，使用统一的和现场总线，使用统一的工程工具工程工具512个个PID回路回路FTECPM1 CNI(Control Net Interface) 提供提供Supervisory Network(U

21、plink CNI)接口接口 Peer-to-Peer 点对点通讯点对点通讯 模块通讯接口模块通讯接口(Downlink CNI) 1个个CNI卡挂卡挂Rack IO=8; =24IOMs。 1个个C200 =4 Downlink 在同一网络上在同一网络上,每个每个 CNI卡必须有唯卡必须有唯一的地址一的地址1) Uplink CNI2) Downlink CNI2FTE1CNIRM(Redundancy Module)RM(Redundancy Module) 支持冗余控制器机架连接支持冗余控制器机架连接在两个机架的同一物理位在两个机架的同一物理位置上置上连接用两芯光缆连接用两芯光缆冗余无挠

22、动切换冗余无挠动切换在冗余配置时在冗余配置时,CP Rack,CP Rack所所有有IOMIOM都要移去都要移去2FTE1RM 1) 冗余模件冗余模件 2) 冗余电缆冗余电缆 根据下面的配置要求，画出根据下面的配置要求，画出PKS系统的结系统的结构图。构图。 1条容错以太网，（都采用冗余配置）条容错以太网，（都采用冗余配置） 1台过程服务器，台过程服务器，2台操作站，台操作站，1台台ACE，2套冗余的混合控制器套冗余的混合控制器C200，1个个FSC， I/O控制网络节点有控制网络节点有2台台A-B公司的公司的PLC和和2台台HPM I/O。过程服务器操作站01操作站02ACEC200C200

23、C200C200FSCHPMI/OPLCPLCFTE01#02#HPMI/O操作和管理装置操作和管理装置 服务器服务器 操作站操作站 高级应用控制环境高级应用控制环境ACEACE（应用模件）（应用模件） 过程服务器过程服务器 eServereServer 手持无线移动设备等。手持无线移动设备等。通信系统通信系统 过程控制网络（过程控制网络（ControlNet, Ethernet, DeviceNet, Profibus, FF, HART等）等） 容错以太网（容错以太网（FTE） Configuration Studio. 用于系统配置包括服务器、用于系统配置包括服务器、操作站、控制器处理器

24、等。操作站、控制器处理器等。 Quick Builder. 用于建立在用于建立在PKS系统中的硬系统中的硬件，包括操作站，控制器处理器、打印机等件，包括操作站，控制器处理器、打印机等和标准点的图形工具。和标准点的图形工具。 Control Builder. 为控制处理器建立控制策为控制处理器建立控制策略的图形工具。略的图形工具。 System Display。可配置报告、组显示、趋可配置报告、组显示、趋势和站设置。势和站设置。 HMIWeb Display Bulilder. 建立用户的显示建立用户的显示画面，用画面，用html格式存储。格式存储。 分散过程控制装置分散过程控制装置 AS与分布

25、式与分布式I/O 集中操作和管理装置集中操作和管理装置 OS与与ES 通信系统通信系统 Profibus、以太网与、以太网与MPI网网 PCS 7采用的组态工具为采用的组态工具为. 在项目管理上，程序管理器以在项目管理上，程序管理器以(Component view)和和(Plant view)两个不同的视觉，同时进行管理两个不同的视觉，同时进行管理. 控制组态工具控制组态工具: Delta V Delta V 系统的结构系统的结构 一般由工作站、集线器、控制器及一般由工作站、集线器、控制器及I/OI/O子系子系统组成。统组成。 Delta V Delta V 系统采用符合系统采用符合基金会现场

26、总线基金会现场总线标标准的数据结构准的数据结构. . 分散过程控制装置分散过程控制装置 MD/MD Plus控制器及控制器及I/O模块模块. 集中操作和管理装置集中操作和管理装置 Professional Plus工作站工作站(唯一的唯一的)、操作员操作员站及应用工作站站及应用工作站. 通信系统通信系统 基金会现场总线构成的现场控制网络、冗基金会现场总线构成的现场控制网络、冗余控制网余控制网. 图图变送器变送器现场总线控制系统中，要实现一个单回路现场总线控制系统中，要实现一个单回路控制至少要有哪些现场总线设备？各现场控制至少要有哪些现场总线设备？各现场总线设备应含有哪些功能模块？并完成这总线设

27、备应含有哪些功能模块？并完成这些功能模块的组态图。些功能模块的组态图。衡量衡量集散系统可靠性的指标集散系统可靠性的指标有：有： 在偶然失效期内的计算产品的可靠度。tetR)(已知某电子元件的 ，求该元件工作50h的可靠度。1000/1951.0)100050exp()50(R 一个复杂系统的可靠度除了与有关，还与有关。niinsRRRRRR1321)1 ()1)(1 (121npRRRRniiR1)1 (1（双重冗余）（双重冗余） 假设单机系统的可靠度是假设单机系统的可靠度是99%，那用这样，那用这样的系统组成冗余的双机系统，其可靠度为的系统组成冗余的双机系统，其可靠度为多少。多少。 从可靠性

28、设计和维修性两个方面考虑：从可靠性设计和维修性两个方面考虑：1、可靠性设计可靠性设计的准则的准则（1 1）有效地利用以前的经验）有效地利用以前的经验（2 2）尽可能减少零件数）尽可能减少零件数（3 3）采用标准化产品）采用标准化产品（4 4）检查、调试及互换容易实现）检查、调试及互换容易实现（5 5）零件互换性好）零件互换性好（6 6）可靠性特殊设计方法）可靠性特殊设计方法可靠性设计准则：可靠性设计准则： 系统运行不受故障影响的准则系统运行不受故障影响的准则； 系统不易发生故障的准则系统不易发生故障的准则； 迅速排除故障的准则迅速排除故障的准则。 （1）系统运行不受故障影响系统运行不受故障影响

29、的设计的设计 冗余结构设计（冗余结构设计（Redundant Structure） 在集散系统中，采用冗余设计的部件有：在集散系统中，采用冗余设计的部件有： 供电系统的冗余供电系统的冗余：外部双重化供电、内部大容量：外部双重化供电、内部大容量电池供电保护数据；电池供电保护数据； 过程控制装置的冗余过程控制装置的冗余：装置冗余（：装置冗余（n：1）和）和CPU冗余（双重化冗余、热后备方式）；冗余（双重化冗余、热后备方式）； 通信系统的冗余通信系统的冗余：双重化冗余，智能变送器、数：双重化冗余，智能变送器、数据通信采用现场总线；据通信采用现场总线； 操作站的冗余操作站的冗余：2 23 3台操作站并

30、联运行，组成双重台操作站并联运行，组成双重化冗余或（化冗余或（2 2，3 3）表决系统冗余；）表决系统冗余； 系统系统输入输出信号的插卡部件的冗余以及上位机冗输入输出信号的插卡部件的冗余以及上位机冗余余等。等。（2 2）不易发生故障不易发生故障的硬件设计的硬件设计 为了提高使用寿命，从下面几个方面考虑硬件的设为了提高使用寿命，从下面几个方面考虑硬件的设计和系统的选型计和系统的选型： 运动部件运动部件：由于电子元器件的使用寿命比机械运动：由于电子元器件的使用寿命比机械运动部件的使用寿命长，因此，运动部件的寿命就成为部件的使用寿命长，因此，运动部件的寿命就成为衡量系统可靠性的指标。衡量系统可靠性的

31、指标。接插部件接插部件：卡件本身、卡件和卡件座接触部分的设计：卡件本身、卡件和卡件座接触部分的设计采采用先进的制造工艺用先进的制造工艺元器件元器件：机械与电子器件。选用名牌生产厂家高性能、规格：机械与电子器件。选用名牌生产厂家高性能、规格化、系列化的元器件，严格预处理和筛选。化、系列化的元器件，严格预处理和筛选。电路优化设计电路优化设计：采用大规模和超大规模的集成电路芯片，尽：采用大规模和超大规模的集成电路芯片，尽可能减少焊点；采用电路优化设计（连接线优化布置、优化可能减少焊点；采用电路优化设计（连接线优化布置、优化性能的元器件、多级控制系统总体设计）性能的元器件、多级控制系统总体设计）（3

32、3）迅速排除故障迅速排除故障的硬件设计的硬件设计 为迅速排除故障，减小为迅速排除故障，减小MTTRMTTR，除了具有足够的备品备件以，除了具有足够的备品备件以及提高维修人员技能外，在硬件设计方面采取以下措施：及提高维修人员技能外，在硬件设计方面采取以下措施： 自诊断自诊断：硬件和软件结合共同完成。硬件设计使系：硬件和软件结合共同完成。硬件设计使系统发生故障时引起标志位的变化；软件的设计是对统发生故障时引起标志位的变化；软件的设计是对检测值与故障限值进行比较并发出信号。检测值与故障限值进行比较并发出信号。 硬件设计硬件设计：硬件机械部件和电子部件的设计应易检：硬件机械部件和电子部件的设计应易检修

33、、更换、不易发生故障。修、更换、不易发生故障。 专用诊断、检修设备专用诊断、检修设备：为便于诊断和检修，大多数：为便于诊断和检修，大多数集散控制系统厂家制造专用设备，用于在线和离线集散控制系统厂家制造专用设备，用于在线和离线检查和修理，甚至可以进行仿真运行。检查和修理，甚至可以进行仿真运行。 售后服务和备品备件售后服务和备品备件：人员培训、售后维修、升级：人员培训、售后维修、升级及备品备件的服务。及备品备件的服务。集散控制系统的组态集散控制系统的组态： 系统组态系统组态：组成系统的各设备间的连接：组成系统的各设备间的连接 画面组态画面组态：操作站的各种画面、画面间连：操作站的各种画面、画面间连

34、接接 控制组态控制组态：完成各控制器、过程控制装置：完成各控制器、过程控制装置结构连接、参数设置等结构连接、参数设置等是由分布式系统是由分布式系统制造商提供制造商提供的的系统应用系统应用程序程序，由不同功能的，由不同功能的子程序子程序组成，主要包括组成，主要包括子功能、不同数据类型、多输入子功能、不同数据类型、多输入信号；充分利用内存、减少消耗。信号；充分利用内存、减少消耗。 功能模块质量的评估：功能模块质量的评估：灵活性、先进性灵活性、先进性和和完善完善性。性。 集散系统中的组态语言：集散系统中的组态语言： 功能块语言、面向问题的语言和高级语言功能块语言、面向问题的语言和高级语言。AI功能块

35、PID功能块AO功能块OUTOUTOUTCAS_INBKCAL_INBKCAL_OUTCAS_INOutput输入输出功能块、控制算法类功能块输入输出功能块、控制算法类功能块思考题：思考题： 在现场总线控制系统中，完成单回路控制系统在现场总线控制系统中，完成单回路控制系统的组态至少需要用到哪些类型功能块，试画出的组态至少需要用到哪些类型功能块，试画出其组态框图。其组态框图。 可扩展性的含义可扩展性的含义（1 1）增加输入、输出模块（空间、）增加输入、输出模块（空间、CPUCPU、电源）；、电源）；（2 2）通信网络的扩展延伸；）通信网络的扩展延伸；（3 3）通过通信系统进行联系，方便地增加设备

36、或者）通过通信系统进行联系，方便地增加设备或者 删除设备；删除设备； （4 4）全开放的结构，允许符合开放系统互联协议的）全开放的结构，允许符合开放系统互联协议的 其他厂家的集散系统与之通信。其他厂家的集散系统与之通信。在集散系统中提高实时性采取的措施：在集散系统中提高实时性采取的措施： 系统的实时性主要与通信速率、媒体存取控系统的实时性主要与通信速率、媒体存取控制、减小无效通信率、实时控制的数据结构和制、减小无效通信率、实时控制的数据结构和多任务应用等因素有关。因此从这几个方面采多任务应用等因素有关。因此从这几个方面采取以下措施可以提高实时性：取以下措施可以提高实时性： 1 1、选用较高通信

37、速率的集散系统；、选用较高通信速率的集散系统； 2 2、采用合适的媒体存取控制方式；、采用合适的媒体存取控制方式； 3 3、减小无效通信量；、减小无效通信量； 4 4、采用如分布式数据库结构实时控制的、采用如分布式数据库结构实时控制的 数据结构和多任务应用软件。数据结构和多任务应用软件。 PID 控制控制 顺序控制顺序控制 现场总线控制系统的模块现场总线控制系统的模块 离散离散PIDPID控制算法控制算法: : 位置算法、增量算法和位置算法、增量算法和速度算法。速度算法。 连续连续PID PID 离散离散PIDPID)()1()(sEsTsTeKsUdic)1()()()()(0kekeKie

38、KkeKkuDkiIccsIicDDsK TKTK TKTs积分系数微分系数， T采样周期 P、I、D三种控制作用是独立的三种控制作用是独立的，没有控制没有控制器参数之间的关联器参数之间的关联。 离散离散PID控制器的参数控制器的参数不受硬件的制约不受硬件的制约，可，可以在更大范围内设置以在更大范围内设置 采用采样控制，引入了采用采样控制，引入了采样周期采样周期，因此而引，因此而引入了一个入了一个纯时滞环节纯时滞环节，使控制品质变差。，使控制品质变差。 采样周期的大小采样周期的大小影响控制系统的控制品质。影响控制系统的控制品质。（1 1） 串级控制串级控制 计算机控制系统中，串级控制系统主控计

39、算机控制系统中，串级控制系统主控制器输出不需要再进行信号转换，它的输制器输出不需要再进行信号转换，它的输出范围直接与副被控变量的量程范围保持出范围直接与副被控变量的量程范围保持一致。一致。 集散控制系统中，可根据组成主、副环集散控制系统中，可根据组成主、副环各环节的特性，对主环和副环被控变量采各环节的特性，对主环和副环被控变量采用不同的采样频率。用不同的采样频率。 （2 2） 比值控制比值控制 控制两个物料流量比值的控制系统。控制两个物料流量比值的控制系统。 采用集散控制系统或计算机控制系统实施采用集散控制系统或计算机控制系统实施比值控制系统时，宜将比值函数环节设置在比值控制系统时，宜将比值函

40、数环节设置在设定在设定值通道中。集散系统实施比值控设定在设定值通道中。集散系统实施比值控制系统采用相乘方案，流量比值可用除法器制系统采用相乘方案，流量比值可用除法器功能模块获得。功能模块获得。 由于采用数字运算获得的数据是实际工程由于采用数字运算获得的数据是实际工程量数据，因此不需要计算仪表比值系数量数据，因此不需要计算仪表比值系数K K，可直接根据工艺所需比值设置。可直接根据工艺所需比值设置。 （3 3） 前馈控制前馈控制 根据扰动来调节的开环控制系统。根据扰动来调节的开环控制系统。 集散控制系统中通常采用前馈和反馈信号相加的前集散控制系统中通常采用前馈和反馈信号相加的前馈馈- -反馈控制方

41、案。通常提供静态前馈加反馈的控制反馈控制方案。通常提供静态前馈加反馈的控制算法。算法。 采用常规仪表实施前馈加反馈控制系统时，需在前采用常规仪表实施前馈加反馈控制系统时，需在前馈控制器输出添加馈控制器输出添加偏置信号偏置信号。 采用集散控制系统或计算机控制系统时，如果存在采用集散控制系统或计算机控制系统时，如果存在积分作用，积分作用，PIDPID控制算法的初始输出可抵消静态时前控制算法的初始输出可抵消静态时前馈控制信号，因此增量算法可不设置偏置值。馈控制信号，因此增量算法可不设置偏置值。 动态前馈一般采用动态前馈一般采用超前滞后环节或功能块超前滞后环节或功能块实现。实现。 （4 4） 分程控制

42、分程控制 一个控制器的输出同时送往两个或两个以上的执一个控制器的输出同时送往两个或两个以上的执行器，各执行器的工作范围不同。行器，各执行器的工作范围不同。 集散控制系统实施分程控制有两种方法。集散控制系统实施分程控制有两种方法。 1. 1. 采用常规仪表实施方案，用不同工作范围的采用常规仪表实施方案，用不同工作范围的控制阀，控制组态与常规仪表实施相同。控制阀，控制组态与常规仪表实施相同。 2.2.采用相同工作范围的标准控制阀，在集散控制采用相同工作范围的标准控制阀，在集散控制系统中分别计算各阀输入，并分送两个输出模块。系统中分别计算各阀输入，并分送两个输出模块。 时滞：衡量过程时滞的大小通常采

43、用过程时滞 和过程等效常数 之比 越大越不容易控制，当 时，称为大时滞系统。 对于大时滞系统采用PID一般很难满足对控制品质的要求。0.30.5TTTT 针对具有时滞的工业过程控制对象，常采用时滞补偿控制，通过引入适当的反馈环节，使系统闭环传递函数的分母中不含时滞项。从而消除时滞对控制品质不利的影响。GcGkGpGf_RFseY( )( )( )( )1( )( )scpcpG s Gs eY sR sG s Gs( )( )( )( )1( )( )( )( )scpsckcpG s Gs eY sR sG s G sG s Gs e1( )( )( )( )1( )( )sckcpcpG

44、s G sG s Gs eG s Gs 引入预估补偿器后的传递函数：构成的预估补偿方案：( )( )(1)skpG sG se 根据顺序控制系统中执行指令形成来分类，顺序控制系统可分为。 顺序控制系统的编程方法：。4 4 现场总线控制系统的模块现场总线控制系统的模块 现场总线设备中的模块分为：现场总线设备中的模块分为：。（1 1）资源模块和参数）资源模块和参数 资源模块用于描述现场总线设备的特性，例资源模块用于描述现场总线设备的特性，例如设备名称、制造商名称、序列号等。如设备名称、制造商名称、序列号等。每个现场每个现场总线设备有且只有一个资源模块。总线设备有且只有一个资源模块。 资源模块的功能

45、参数都是内含参数，没有可资源模块的功能参数都是内含参数，没有可连接参数。共有连接参数。共有3434个参数。个参数。（2 2） 转换器模块和参数转换器模块和参数 转换器模块是用户应用层的功能模块与设转换器模块是用户应用层的功能模块与设备硬件输入输出之间的接口。主要完成输入备硬件输入输出之间的接口。主要完成输入输出数据的量程转换和线性化处理等。输出数据的量程转换和线性化处理等。 按功能可分为检测转换器模块、显示转换按功能可分为检测转换器模块、显示转换器模块、诊断转换器模块和输出转换模块。器模块、诊断转换器模块和输出转换模块。 转换器模块支持模块的连接，采用链接对转换器模块支持模块的连接，采用链接对

46、象、趋势对象、警告对象、观测对象和多变象、趋势对象、警告对象、观测对象和多变量容器对象等实现。量容器对象等实现。（3 3） 功能模块功能模块 现场总线设备中用于完成用户控制策略的各种子现场总线设备中用于完成用户控制策略的各种子程序，对已经转换为标准信号的数字信号进行的运算程序，对已经转换为标准信号的数字信号进行的运算程序。程序。 不同功能模块有不同参数表。功能模块可以组合，不同功能模块有不同参数表。功能模块可以组合，实现从简单到复杂的控制策略。实现从简单到复杂的控制策略。FFBFFB（柔性功能模块）（柔性功能模块）可由用户根据应用目的自行设计所需功能。可由用户根据应用目的自行设计所需功能。 功

47、能模块由输入参数、输出参数和内含参数组成。功能模块由输入参数、输出参数和内含参数组成。输入参数接收来自转换器模块的信号或其他功能模块输入参数接收来自转换器模块的信号或其他功能模块的输出信号，输出到有关转换器模块或功能模块。的输出信号，输出到有关转换器模块或功能模块。简单控制系统的组态AI功能块PID功能块AO功能块OUTOUTOUTCAS_INBKCAL_INBKCAL_OUTCAS_INOutputAI功能块PID功能块AO功能块OUTOUTOUTCAS_INBKCAL_INBKCAL_OUTIN副被控变量输入FT101FC101TCV101AI功能块主被控变量输入OUTTT101PID功能

48、块TC101OUTBKCAL_OUTBKCAL_INININ串级控制系统的功能模块组态图AI功能块PID功能块AO功能块OUTOUTOUTINBKCAL_INBKCAL_OUTINFF_VAL被控变量输入TT101TC101TV101AI功能块扰动变量输入OUTTT101前馈-反馈控制系统的功能模块组态图 图形符号与文字符号图形符号与文字符号 过程画面的设计过程画面的设计 信号报警系统设计信号报警系统设计 集散系统的抗干扰设计集散系统的抗干扰设计 招标文件的编制及选型招标文件的编制及选型图形符号 功 能 说 明圆形框表示测量和信号读出功能矩形框表示自动信号处理功能正菱形表示手动信号处理功能等腰

49、梯形表示最终控制装置，如执行机构等表7-1 基本功能图的框图符号1）功能图描述符号）功能图描述符号 在工程设计中，仪表的图形符号是一个在工程设计中，仪表的图形符号是一个圆圈圆圈。在同一套。在同一套带控制点工艺流程图上，应采用同一尺寸的仪表图形符带控制点工艺流程图上，应采用同一尺寸的仪表图形符号。号。 以共用功能为特点的分散控制以共用功能为特点的分散控制/ /共用显示类型的仪表用共用显示类型的仪表用方方框符号框符号表示。表示。 计算机图形符号是一个计算机图形符号是一个正六边形正六边形。适用于含有确认为。适用于含有确认为“计算机计算机”部件的系统。能激励分散控制系统的各种功部件的系统。能激励分散控

50、制系统的各种功能。能。 逻辑和顺序控制的通用图形符号是一个逻辑和顺序控制的通用图形符号是一个正菱形正菱形。用于没。用于没有明确规定的、复杂的、互连的逻辑和控制系统。有明确规定的、复杂的、互连的逻辑和控制系统。2 2）分散控制、共用显示、逻辑和计算机）分散控制、共用显示、逻辑和计算机 的设计符号的设计符号 与一般模拟仪表接线的区别与一般模拟仪表接线的区别l 通信系统的接线需要设置终端器。防止通信系统的接线需要设置终端器。防止通信信号在端点处反射造成信号失真，通信信号在端点处反射造成信号失真，并实现线路阻抗匹配。并实现线路阻抗匹配。l 现场总线的电缆有一定的类型规定，对现场总线的电缆有一定的类型规

51、定，对导线线径、特征阻抗等都有严格要求。导线线径、特征阻抗等都有严格要求。3 3）现场总线设备连接图）现场总线设备连接图l现场总线控制系统中的仪表室并联连接到现场现场总线控制系统中的仪表室并联连接到现场总线的。一般模拟仪表采用标准电流（或电压）总线的。一般模拟仪表采用标准电流（或电压）信号，常采用串联连接。信号，常采用串联连接。l一条现场总线上最多可挂接的现场总线设备数一条现场总线上最多可挂接的现场总线设备数量受连接方式、通信量、通信电缆类型等限制。量受连接方式、通信量、通信电缆类型等限制。一般模拟仪表受输入输出阻抗的限制，可允许一般模拟仪表受输入输出阻抗的限制，可允许连接连接2台模拟输入仪表

52、。台模拟输入仪表。l 现场总线设备有极性连接和无极性连接两种，现场总线设备有极性连接和无极性连接两种，对无极性设备的接线可直接接线，不必考虑信对无极性设备的接线可直接接线，不必考虑信号线极性。一般模拟仪表的输入和输出是电压号线极性。一般模拟仪表的输入和输出是电压或电流信号，连接是有极性的。或电流信号，连接是有极性的。 过程流程的画面设计内容包括过程流程图的分过程流程的画面设计内容包括过程流程图的分割、过程流程图的图形符号及颜色的配置等割、过程流程图的图形符号及颜色的配置等. . 分页设计的基本原则分页设计的基本原则: :u 相互有关联的设备宜分在同一分页相互有关联的设备宜分在同一分页, , 有

53、利于有利于操作人员了解它们的相互影响操作人员了解它们的相互影响; ;u 相同的多台设备分在同一分页相同的多台设备分在同一分页, , 相应的过程相应的过程参数可采用列表的方式显示参数可采用列表的方式显示, ,它们的开停信号它们的开停信号也可采用填充颜色的方法显示也可采用填充颜色的方法显示. .u 公用工程的有关过程流程图可根据流体或能源的类型公用工程的有关过程流程图可根据流体或能源的类型分类分类, ,集中在一个分页或几个分页显示集中在一个分页或几个分页显示, ,它们的参数对一它们的参数对一些设备的操作有参考价值时些设备的操作有参考价值时, , 可在这些设备的流程图分可在这些设备的流程图分页中显示

54、页中显示. .u 根据分散控制系统提供的显示画面数量根据分散控制系统提供的显示画面数量, ,留出一个或留出一个或几个分页作为非操作用显示画面几个分页作为非操作用显示画面, ,用于总流程框图显示用于总流程框图显示, ,欢迎指导画面及保密用的假画面欢迎指导画面及保密用的假画面. . u 分页不宜过多分页不宜过多. .u 画面的分页应考虑操作人员的操作分工画面的分页应考虑操作人员的操作分工, ,避免同一分页避免同一分页上绘制不同操作人员操作的有关设备和显示参数上绘制不同操作人员操作的有关设备和显示参数. . 采用标准的过程流程图图形符号采用标准的过程流程图图形符号有利于减少操作错误有利于减少操作错误

55、, ,有利于减少操有利于减少操作培训时间作培训时间, ,有利于系统设计人员和有利于系统设计人员和操作人员之间设计意图的相互沟通操作人员之间设计意图的相互沟通. . 过程流程图的背景颜色宜采用过程流程图的背景颜色宜采用灰色、灰色、黑色黑色或其他或其他较暗的颜色较暗的颜色. . 流程画面的颜色宜采用流程画面的颜色宜采用冷色调冷色调, ,而非而非操作画面的颜色可采用操作画面的颜色可采用暖色调暖色调. . 对流程画面的配色应使流程图对流程画面的配色应使流程图画面简画面简单明确单明确, ,色彩协调色彩协调, ,前后一致前后一致, ,颜色数量不颜色数量不宜过多宜过多, ,应避免引起操作人员的视觉疲劳应避免

56、引起操作人员的视觉疲劳. .（3 3）流程图画面上数据的更新方式）流程图画面上数据的更新方式 3 3 信号报警系统设计原则信号报警系统设计原则l 发生事故前及时提供信号报警信息，避免事发生事故前及时提供信号报警信息，避免事故的发生。故的发生。l 发生事故时应能从安全生产的要求出发，切发生事故时应能从安全生产的要求出发，切除与事故有关设备的运行，尽量减少事故的除与事故有关设备的运行，尽量减少事故的影响。影响。l 事故发生时应能提供第一事故原因的信息。事故发生时应能提供第一事故原因的信息。l 事故发生后提供事故的记录信息。事故发生后提供事故的记录信息。 DCSDCS中常采用的抗干扰的措施中常采用的

57、抗干扰的措施, ,有有屏蔽、屏蔽、滤波、接地、合理布线滤波、接地、合理布线及及选择电缆选择电缆等等. .5 5 招标文件的编制及选型招标文件的编制及选型（1 1）编制招标文件应遵循的原则）编制招标文件应遵循的原则 1 1、技术的先进性、技术的先进性2 2、性能指标定量性、性能指标定量性 3 3、竞争的公正性、竞争的公正性 4 4、语言的简练和确定性、语言的简练和确定性（2 2）DCSDCS的评估方法的评估方法 1 1、价格高低排序，列出技术指标的偏离情况；、价格高低排序，列出技术指标的偏离情况； 2 2、筛除价格高、偏离技术要求大的；、筛除价格高、偏离技术要求大的； 3 3、加入权函数，计算总

58、分，以最高者中标。、加入权函数，计算总分，以最高者中标。 中小规模生产过程控制或招标时多家厂商无偏中小规模生产过程控制或招标时多家厂商无偏离表的情况。适合用于符合要求的产品中拔长。离表的情况。适合用于符合要求的产品中拔长。 集散系统的操作方式集散系统的操作方式 集散系统的组态操作集散系统的组态操作 集散系统的显示画面集散系统的显示画面 集散系统的动态处理方法集散系统的动态处理方法1 1 集散系统的操作方式集散系统的操作方式 集散控制系统的仪表盘操作指过程控制站的部分操作集散控制系统的仪表盘操作指过程控制站的部分操作在仪表盘进行，它通常包括盘装的单回路、多回路控制器、在仪表盘进行，它通常包括盘装

59、的单回路、多回路控制器、可编程逻辑控制器、模拟仪表后备和简易型操作终端的操可编程逻辑控制器、模拟仪表后备和简易型操作终端的操作。作。 特点：特点： （1 1）显示和读数的精度显示和读数的精度提高，读数方便；提高，读数方便； （2 2）监视和操作监视和操作与模拟仪表相似，有利于从模拟到数字与模拟仪表相似，有利于从模拟到数字的操作过渡；的操作过渡； （3 3）组态组态工作由工作由编程器编程器或或上位机上位机完成；完成； （4 4）有仪表位号或相应描述和工程单位的显示；）有仪表位号或相应描述和工程单位的显示； （5 5）数据的改变数据的改变采用按压增减键，变化的快慢可以根据按采用按压增减键，变化的快

60、慢可以根据按压的时间、按压的分档或者按压的压力进行调整压的时间、按压的分档或者按压的压力进行调整; ; （6 6）控制方式切换控制方式切换可以采用切换按键或扳键实现可以采用切换按键或扳键实现; ; （7 7）具有通信功能具有通信功能，可由上位操作站提供设定值指令并可，可由上位操作站提供设定值指令并可向上位操作站提供数据以便显示向上位操作站提供数据以便显示; ; （8 8）报警功能报警功能增强，通常用闪烁方式提示增强，通常用闪烁方式提示; ; （9 9）提供）提供多级操作多级操作的最低级操作。的最低级操作。 通过操作站的通过操作站的CRTCRT、触摸屏幕、鼠标或球标、键盘等、触摸屏幕、鼠标或球标