第六章集散控制系统DCS

1、6.1 概述概述u 6.1.1 DCS系统的概念系统的概念6.1 概述概述u 6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点CG:6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点直接控制层直接控制层过程控制计算机直接与现场各类装置相连，对所连接的装置实过程控制计算机直接与现场各类装置相连，对所连接的装置实施监测、控制，向上与第二层的计算机相连，接收上层的管理施监测、控制，向上与第二层的计算机相连，接收上层的管理信息，并向上传递装置的特性数据和采集到的实时数据。信息，并向上传递装置的特性数据和采集到的实时数据。过程管理层过程管理层主要有监控计算机、操作站、工程师站。综合监视

2、过程各站主要有监控计算机、操作站、工程师站。综合监视过程各站的所有信息、集中显示操作，控制回路组态和参数修改，优的所有信息、集中显示操作，控制回路组态和参数修改，优化过程处理等。化过程处理等。6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点生产管理层生产管理层管理计算机根据产品各部件的特点，协调各单元级的管理计算机根据产品各部件的特点，协调各单元级的参数设定，是产品的总体协调员和控制器。参数设定，是产品的总体协调员和控制器。决策管理层决策管理层这一级居于中央计算机上，并与办公室自动化连接起来，这一级居于中央计算机上，并与办公室自动化连接起来，担负起全厂的总体协调管理，包括各类经营活动

3、、人事担负起全厂的总体协调管理，包括各类经营活动、人事管理等。管理等。6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点四个大的组成部分：四个大的组成部分： 现场控制站现场控制站 操作员站操作员站 工程师站工程师站 系统网络系统网络6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点现场控制站现场控制站操作员站操作员站6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点工程师站工程师站6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点系统网络系统网络 是连接系统各个站的桥梁。是连接系统各个站的桥梁。 网络的实

4、时性、可靠性和数据通信能力关系到整个系统的网络的实时性、可靠性和数据通信能力关系到整个系统的性能性能; 以太网应用的广泛性和成熟性，特别是开放性，使得大多以太网应用的广泛性和成熟性，特别是开放性，使得大多数数DCS厂家都先后转向了以太网。厂家都先后转向了以太网。 但网络的高层规约方面，仍是但网络的高层规约方面，仍是DCS厂家自有的技术。厂家自有的技术。服务器及其它功能站服务器及其它功能站 主要完成监督控制的工作，在控制系统出现异常，需要实主要完成监督控制的工作，在控制系统出现异常，需要实行人工干预行人工干预6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点6.1.2 DCS系统的基本组

5、成和特点系统的基本组成和特点 1、分散性和集中性、分散性和集中性分散的目的是为了使危险分散，进而提高系统的可靠性和安分散的目的是为了使危险分散，进而提高系统的可靠性和安全性。全性。通信网络和分布式数据库是集中性的具体体现通信网络和分布式数据库是集中性的具体体现，用通信网络，用通信网络把物理分散的设备构成统一的整体，用分布式数据库实现全把物理分散的设备构成统一的整体，用分布式数据库实现全系统的信息集成，进而达到信息共享。系统的信息集成，进而达到信息共享。6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点 2、自治性和协调性、自治性和协调性6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组

6、成和特点 3、灵活性和扩展性、灵活性和扩展性6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点 4、先进性和继承性、先进性和继承性6.1.2 DCS系统的基本组成和特点系统的基本组成和特点 5、可靠性和适应性、可靠性和适应性6.1 概述概述u 6.1.3 DCS系统的发展过程系统的发展过程6.1.3 DCS系统的发展过程系统的发展过程第一代第一代DCS（初创期）（初创期）19751980 四个组成部分，奠定了四个组成部分，奠定了DCS的基的基础体系结构础体系结构 注重控制功能的实现，设计的重点注重控制功能的实现，设计的重点是现场控制站，控制功能成熟可靠是现场控制站，控制功能成熟可靠 人

7、机界面功能相对较弱，操作站提人机界面功能相对较弱，操作站提供信息有限供信息有限 各厂家系统均有专有产品构成，包各厂家系统均有专有产品构成，包括高速数据通道、控制站等。造成括高速数据通道、控制站等。造成价位高、系统的维护运行成本高，价位高、系统的维护运行成本高，应用范围受限。应用范围受限。6.1.3 DCS系统的发展过程系统的发展过程第二代第二代DCS（成熟期）（成熟期）19801985 引入局域网（引入局域网（LAN）作为系统骨）作为系统骨干，系统的扩充更加方便。干，系统的扩充更加方便。 增加顺序控制、逻辑控制等功能，增加顺序控制、逻辑控制等功能，加强了系统管理站的功能，可实现加强了系统管理站

8、的功能，可实现一些优化控制和生产管理功能。一些优化控制和生产管理功能。 网络协议仍各自为政，不同厂家的网络协议仍各自为政，不同厂家的系统不能进行数据交换。系统不能进行数据交换。 用户图形界面逐步丰富，提供更多用户图形界面逐步丰富，提供更多生产现场信息和系统控制信息。生产现场信息和系统控制信息。6.1.3 DCS系统的发展过程系统的发展过程第三代第三代DCS（扩展期）（扩展期）1985 形成现代形成现代DCS的标准体系结的标准体系结构，直接控制、监督控制和构，直接控制、监督控制和协调优化、上层管理三层功协调优化、上层管理三层功能结构能结构 组态方面实现了标准化，组态方面实现了标准化，IEC611

9、31-3所定义的五种组态所定义的五种组态语言为大多数语言为大多数DCS厂家所采纳。厂家所采纳。 各厂家普遍采用了标准的网各厂家普遍采用了标准的网络产品，如各种实时网络和络产品，如各种实时网络和以太网等。以太网等。6.1.3 DCS系统的发展过程系统的发展过程新一代新一代DCSFCS 生产现场层进行变革生产现场层进行变革6.1 概述概述u 6.1.4 DCS典型产品典型产品US:通用操作站通用操作站GUS:全局用户操作站全局用户操作站6.1.4 DCS典型产品典型产品6.1.4 DCS典型产品典型产品 TDC-3000系统已形成了系统已形成了 现场直接控制层现场直接控制层（由（由Data Hiw

10、ay 和和UCN连接的各种连接的各种控制模块组成）控制模块组成） 监督控制层监督控制层（由（由LCN连接的底层控制网和人机界面连接的底层控制网和人机界面等功能单元组成）等功能单元组成） 工厂管理层工厂管理层（由（由PCN连接的控制层功能和管理层功连接的控制层功能和管理层功能所组成）能所组成） 三层清晰的体系结构三层清晰的体系结构 Honeywell公司所推出的各代系统都具有向前的兼公司所推出的各代系统都具有向前的兼容性，可以在已有系统的基础上通过扩充新设备实容性，可以在已有系统的基础上通过扩充新设备实现系统的升级。现系统的升级。 但系统显得有些烦琐，为追求兼容性，不得不增加但系统显得有些烦琐，

11、为追求兼容性，不得不增加很多接口单元，影响运行效率。很多接口单元，影响运行效率。6.1.4 DCS典型产品典型产品6.1.4 DCS典型产品典型产品 核心设计理念是高度集成化的工厂信息：核心设计理念是高度集成化的工厂信息： 1) 集成了集成了ABB公司的公司的800 xA控制系统，具有过程控制、逻辑控制、控制系统，具有过程控制、逻辑控制、操作监视、历史趋势和报警处理等综合型的系统控制能力操作监视、历史趋势和报警处理等综合型的系统控制能力 2) 支持多种现场总线、支持多种现场总线、OPC等开放系统标准，形成了从现场控等开放系统标准，形成了从现场控制到高层经营管理的一体化信息平台。制到高层经营管理

12、的一体化信息平台。 3) 以控制网络为核心，向下连接现场总线型网络，向上连接工以控制网络为核心，向下连接现场总线型网络，向上连接工厂管理网络厂管理网络 典型的采用自顶向下设计方式形成的系统，注重信息技术的典型的采用自顶向下设计方式形成的系统，注重信息技术的标准，在统一的标准构架上集成各个方面的产品，是很多有标准，在统一的标准构架上集成各个方面的产品，是很多有计算机系统背景的公司所采取的方法。计算机系统背景的公司所采取的方法。 具有开放性好、适应性强及功能完善的特点。具有开放性好、适应性强及功能完善的特点。 行业背景略差，在不同行业应用时，要针对行业点进行专门行业背景略差，在不同行业应用时，要针

13、对行业点进行专门的开发，才能充分满足应用需求的开发，才能充分满足应用需求6.1.4 DCS典型产品典型产品采用多采用多“域域”的结构形式，每个装置就的结构形式，每个装置就是一个是一个“域域”，就是一个典型的传统意，就是一个典型的传统意义上的义上的DCS，多个域通过骨干网连接，多个域通过骨干网连接，形成功能完善、范围广泛的信息系统。形成功能完善、范围广泛的信息系统。6.2 浙大中控浙大中控DCS系统硬件构成系统硬件构成u 6.2.1 系统总体结构系统总体结构6.2.1 系统总体结构系统总体结构6.2.1 系统总体结构系统总体结构采用符合采用符合TCPIP协议的以太网，连接了各个控制装置协议的以太

14、网，连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。 采用双高速冗余工业以太网采用双高速冗余工业以太网SCnet II作为其过程控制网作为其过程控制网络，连接操作站、工程师站与控制站等，传输各种实时络，连接操作站、工程师站与控制站等，传输各种实时信息。信息。 采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。 6.2 浙大中控浙大中控

15、DCS系统硬件构成系统硬件构成u 6.2.2 控制站规模控制站规模6.2.2 控制站规模控制站规模6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件接线端子接线端子DB9插头插头电电源源端端子子机笼背面机笼背面6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件 主要由主要由主控制卡、数据转发卡和主控制卡、数据转发卡和I/O卡卡（即信号输入（即信号输入/输出输出卡）组成，卡件卡）组成，卡件按一定规则组合按一定规则组合在一起，完成信号采集、在一起，完成信号采集、信号处理、信号输出、控制、计算和通信等功能。信号处理、信号输出、控制、计算和通信等功能。互为互为冗余冗余SCn

16、et网接网接口口网络节点地址网络节点地址SCnet设置设置6.2.3 控制站硬件控制站硬件 系统系统I/O 机笼的核心单机笼的核心单元，元，一方面一方面驱动驱动SBUS 总线，总线，另一方面另一方面管理本机笼的管理本机笼的I/O 卡件。卡件。 负责主机与负责主机与I/O卡件之卡件之间的数据交换，是每个间的数据交换，是每个机笼的机笼的必备卡件必备卡件 支持支持冗余冗余结构，每个结构，每个机笼可配置双卡机笼可配置双卡 可采集可采集冷端温度冷端温度，作，作为本机笼的温度参考信号为本机笼的温度参考信号6.2.3 控制站硬件控制站硬件通过数据转发卡，一块主控制卡可以扩展通过数据转发卡，一块主控制卡可以扩

17、展18个机笼，可扩展个机笼，可扩展16128块不同功能的块不同功能的I/O卡件。卡件。6.2.3 控制站硬件控制站硬件通过数据转发卡，一块主控制卡可以扩展通过数据转发卡，一块主控制卡可以扩展18个机笼，可扩展个机笼，可扩展16128块不同功能的块不同功能的I/O卡件。卡件。机笼间距离超过机笼间距离超过200m时，需要时，需要用用SBUS中继器中继器6.2.3 控制站硬件控制站硬件通过数据转发卡，一块主控制卡可以扩展通过数据转发卡，一块主控制卡可以扩展18个机笼，可扩展个机笼，可扩展16128块不同功能的块不同功能的I/O卡件。卡件。主控制卡与数据转发卡位于主控制卡与数据转发卡位于同一机笼内时，

18、同一机笼内时，SBUS总线总线不必外部连接，与扩展机笼不必外部连接，与扩展机笼的数据转发卡的数据转发卡SP233连接时，连接时，SBUS总线需要通过机笼背总线需要通过机笼背面的面的“SBUS”插头来外部连插头来外部连线。线。6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件1）主控制卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范主控制卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范围是围是2-31。 冗余配置冗余配置时，主控制卡的地址遵循时，主控制卡的地址遵循“I和和I+1连续，连续，且且I必须为偶

19、数，必须为偶数，“2I32”的原则，且地址不能重复。的原则，且地址不能重复。非冗余配置非冗余配置时，时，I+1地址被占用，不可做其它节点地址用。地址被占用，不可做其它节点地址用。JX-300X系统最多可有系统最多可有15个控制站。个控制站。3）当当I/O卡按冗余配置时，互为冗余的两卡槽地址遵循卡按冗余配置时，互为冗余的两卡槽地址遵循“I和和I+1连续，且连续，且I必须为偶数，必须为偶数， “0=I15”的原则的原则。2）数据转发卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范数据转发卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范围是围是0-15。冗余配置时，地址遵循。冗余配置时，地址遵循“I和和I+1连续，

20、且连续，且I必须必须为偶数，为偶数， “0=I15”的原则，且地址不能重复。的原则，且地址不能重复。6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态1、说明控

21、制系统的硬件配置、说明控制系统的硬件配置 总体信息组态总体信息组态 -控制站，操作站总体情况的说明控制站，操作站总体情况的说明 控制站控制站I/O组态组态 -卡件的配置选择卡件的配置选择 -信号点特性的设置信号点特性的设置 控制站常规回路组态控制站常规回路组态2、操作站一般显示画面的生成、操作站一般显示画面的生成总貌画面；总貌画面； 趋势画面；趋势画面； 分组画面；分组画面； 一览画面一览画面6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态3、提供工程设计的相关组件的接口、提供工程设计的相关组件的接口 流程图制作软件流程图制作软件 报表制作软件报表制作软件 图形化组态软件图形化组态软件 二次计算

22、软件二次计算软件4、配置信息的编译、下载和传送、配置信息的编译、下载和传送6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态1、总体信息组态、总体信息组态 -控制站，操作站总体情况的说明控制站，操作站总体情况的说明6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态1、总体信息组态、总体信息组态 -控制站，操作站总体情况的说明控制站，操作站总体情况的说明6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态1、总体信息组态、总体信息组态 -控制站，操作站总体情况的说明控制站，操作站总体情况的说明6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态2、控制站、控制站I/O组

23、态组态 卡件的配置选择；信号点特性的设置卡件的配置选择；信号点特性的设置6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态2、控制站、控制站I/O组态组态 卡件的配置选择；信号点特性的设置卡件的配置选择；信号点特性的设置6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态2、控制站、控制站I/O组态组态 卡件的配置选择；信号点特性的设置卡件的配置选择；信号点特性的设置6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态3、控制站常规回路组态、控制站常规回路组态6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态3、控制站常规回路组态、控制站常规回路组态6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态3、控制站常规回路组态、控制站常规回路组态6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态3、控制站常规回路组态、控制站常规回路组态6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态3、控制站常规回路组态、控制站常规回路组态6.2 浙大中控浙大中控DCS软件组态软件组态4、操作站一般显示画面的生成、操作站一般显示画面的生成总