电气自动化系统演讲稿

电气自动化系统自动化控制的五大系统在电气自动化控制这个行业中，涉及的面非常的广，但是在自动化控制系统中，他无非就是包括了5大面，这五大系统基本上囊括了自动化系统的全部，也是自动化系统的精华。电气自动化控制系统电气自动化控制系统DCS集散控制系统PCS生产过程控制系统ESD紧急停车系统

SIS仪表安全系统SCADA数据采集监控系统一、DCS系统介绍首先我们先来说DCS系统，DCS是分布式控制系统，在国内自控行业又称之为集散控制系统。DCS自1975年问世以来，已经经历了二十多年的发展历程。在这二十多年中，DCS虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。总的来说，DCS正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。一、DCS系统介绍首先，DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此DCS系统均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。举例说明比如说现在我们接触的设备中就有DCS系统控制，生活污水的整套系统属于DCS控制系统，当然他也结合了PLC控制，PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。自然他也就是DCS系统的范畴，生活污水的系统通过电脑控制对泵、电动阀、滗水器等设备实现运行、截止等工作，而且他们在进行电脑控制过程中，都是实时性控制，，这套系统就是一套无人值守的自动控制系统，包括翻车机的控制等等这些都是属于DCS控制系统。DCS系统控制但是有时候系统也需要扩充，增加新的控制或者设备等一类的外设，所以为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。除尘器的PLC就留有空留节点，为了满足系统需要，也同时减轻通讯负荷。通讯负荷的概念通讯负荷是什么概念呢，举个例子，对于电缆而言，如果选择过大，会使设备欠载，不经济；要么过小，出现过载运行，导致过热绝缘损坏、线损增加，影响导线、电缆或电气设备的安全运行，严重时，会造成火灾事故。为避免这种情况的发生，设计时采用一个假定负荷即计算负荷来表征系统的总负荷应。用计算负荷来选择导线、电缆截面和电气设备比较接近实际，因为计算负荷的热效应与变动负荷的热效应是相等的。对于通讯负荷而言，如果过小的话，会使信息堵塞，指令不能下达或者信号不能上传，导致死机。所以在安装设备时都采用多通道，工作同时进行，这样既提高了信号的安全性，同时也保证了信号的实时性。DCS系统控制I/O控制站还有一种，就是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DOS）功能的网络节点。一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。比如说，除尘器共有26个，如果全部总控的话，这样一来成本会增加，二来数据线过长会导致信号衰减，在下达指令和上传数据时会出现误动作，影响工作的正常进行。如果现场配备了I/O处理的话，这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面功能的网络节点。喷枪站就是一个用I/O站进行控制，每个喷枪站都配备有一个控制柜，，每一个控制柜都单独控制喷枪站，即便是坏了，也不会影响整个系统的运行。DCS系统控制系统网络是DCS的工程师站，它是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。DCS系统控制作为生产过程自动化领域的计算机控制系统，传统的DCS仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS只是生产过程的自动化系统，那就会引出错误的结论，因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了，它不仅包括过去DCS中所包含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构，向上发展到了生产管理，企业经营的方方面面。传统意义上的DCS现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化，而工业自动化系统的概念，则应定位到企业全面解决方案。只有从这个角度上提出问题并解决问题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。DCS前景现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。以轨道交通行业为例，DCS是一个纯透明的非安全性系统，他是控制中心和列车之间发送报文的载体。二、PCS生产过程控制系统PCS生产过程控制系统是金山公司结合最早在国内水泥生产线应用DCS的经验，具有技术先进、可靠性高、投资低等优点的管控一体化计算机集成系统。经过了几十家、各种规模水泥厂的成功应用，已形成适用不同类型的模块化PCS控制系统及高水平的应用软件。而且具有良好的开放性和可扩展性；常规控制、优化控制、设备管理、生产调度及远程管理等完整的模块化系统。是基于全集成自动化思想的系统，其集成的核心是统一的过程数据库和唯一的数据库管理，所有的系统信息都存储于一个数据库中而且只需输入一次，这样就大大增强了系统的整体性和信息的准确性。PCS介绍过程控制系统是一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的过程控制系统。面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。我们现场所用到的所有设备都属于过程控制系统，因为每台设备的运行，包括翻车机什么时候翻车，除尘器什么时候开始振打，皮带机运行时除尘器什么时候开始运行等等，这些都是过程控制。PCS传输方式PCS采用的上位机软件作为操作和监控的人机界面，利用开放的现场总线和工业以太网实现现场信息采集和系统通讯，采用自动化系统作为现场控制单元实现过程控制，以灵活多样的分布式I/O接收现场传感检测信号。比如泵房的中压和高压都有一个压力传感器，用以检测压力，还有流量计也是PCS的系统pcs是“终端移动性、个人移动性、用户移动性和业务移动性及分布管理相结合的综合能力。”也就是说pcs包括终端移动性、个人移动性、用户移动性和业务移动或可移植性。举例说明PCS传输方式在PCS中，它的可移动性就是说可以无线传输，就好像我们现在的手机，可以无线打电话，在工业领域中，它的无线传输有GPS和电台两种，在现场设备的数据接收端配有发射端子，在控制室里有接收和发射的控制器，通过移动或者卫星定位系统，在规定时间内传输到指定的位置。那他怎么定义指定的位置呢，比如移动的就是每一端都有不同的手机卡号，然后再程序里进行端口命名，这样就可以实现指定传输，电台也是同样的道理，只不过他不是手机卡，而是信号的波特率进行传输，这种传输是最有效和方便的，但是他也有一定的弊端，就是在没有信号或者信号不稳定的现场，会出现数据不能及时发送或者数据数据错误。它就像用户要接收无线传真，可用无线通信装置接收入局传真呼叫。像发送传真一样，用户将收到接收传真的通知信号，传真文件的输出方式也与有线方式一样。PCS系统应用领域总而言之，任何个人和用户根据个人的标识，在移动中可利用任何终端、在任何地点进行通信和处理各种业务。当然它也可以有线传输，向我们现在接触的设备，有泵，电动阀门等的开启、关闭、停止、运转等。最为关键的是生活污水的整个处理，包括污水/格栅池/调节池/提升泵房/厌氧池/中沉池/曝气池/凝聚沉淀池/污泥脱水等整个污水处理过程的生产自动化。三、紧急停车系统紧急停车系统（ESD）也称为安全仪表系统（SIS）、安全关联系统（SRS）、仪表保护系统（IPS）等。以下统称ESD。它是一种经专门机构认证、具有一定安全等级，用于降低生产过程风险的安全保护系统。它不仅能够响应生产过程因超出安全极限而带来的危险，而且能检测和处理自身的故障，从而按预定的条件或程序，使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。大多现场生产过程具有紧急危险。当某些工艺参数超出安全极限，未及时处理或处理不当时，便有可能造成人员伤亡、设备损坏、周边环境污染等恶性事故。这就是说，从安全的角度出发，现场生产过程自身存在着固有的风险。ESD系统的作用ESD是一种经专门机构认证、具有一定安全度等级，用于降低生产过程风险的安全保护系统。它不仅能响应生产过程因超出安全极限而带来的危险，而且能检测和处理自身的故障，从而按预定的条件或程序使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。ESD系统的组成ESD由检测单元（如各类开关、变送器等）、控制单元和执行单元（如电磁阀、电动门等）组成，其核心部分是控制单元。从ESD的发展过程看，其控制单元部分经历了电气继电器、电子固态电路和可编程电子系统。随着计算机技术、控制技术、通信技术的发展，ESD紧急停车控制系统的设备配置也不断更新换代，由简单到复杂，由低级到高级。但不管怎么变化其基本组成大致可分为三部分：传感器单元、逻辑运算单元、最终执行单元。ESD系统的组成（1）检测单元采用多台仪表或系统，将控制功能与安全联锁功能隔离，即检测单元分开独立配置的原则，做到ESD仪表系统与过程控制系统的实体分离。（2）执行单元是ESD仪表系统中危险性最高的设备。由于ESD仪表系统在正常工况时是静态的，如果ESD控制系统输出不变，则执行单元一直保持在原有的状态，很难确认执行单元是否有危险故障，所以执行单元仪表的安全度等级的选择十分重要。（3）逻辑运算单元包括输入模块、控制模块、诊断回路、输出模块四部分，依据逻辑运算单元自动进行周期性故障诊断，基于自诊断测试的ESD仪表系统，系统具有特殊的硬件设计，借助于安全性诊断测试技术保证安全性。ESD和DCS的比较DCS与由PES构成的ESD的主要区别有：DCS构成不含检测、执行工作动态、连续安全级别低、不需认证ESD构成含检测、执行单元工作静态、间断安全级别高、需认证举例说明比如我们现在接触的设备皮带机有拉绳开关，急停开关，跑偏开关，速度开关，翻车机的定位车系统，俯仰限位和除尘器故障报警等等这些都是紧急停车系统，它们起着在关键时刻或者紧急时刻的强行停止的主用，从而不会造成设备伤害或者严重伤害和人员伤害。其实这些开关都是属于限位开关，何谓限位开关呢？其实限位开关就是相当于一个按钮，有一个常开点和常闭点，他平常是常闭，一旦遇到比如跑偏的话，就会碰到开关，开关就会从常闭变成常开，切断主控制器，使整个系统立即停止，直到设备恢复正常，再重新启动才会继续正常运行。还比如速度开关，他在启动后，会对速度进行测试，如果速度一旦不正常，过慢或者过快的话，速度开关就会立即停止。作用（功能）使生产过程在正常工况乃至最佳工况下运行超限安全停车。么意思呢，前面我们介绍的DCS系统它是设备的是为了实现某些功能，而一直在运行的，而ESD系统他平常是不工作的，一旦遇到紧急情况的时候，才会启动，保证设备的安全运行。ESD设计应遵循的原则①原则上应独立设置；只有检测和执行单元（也就是限位开关）②中间环节最少；他不会和其他的设备进行连接，直接和主控制器相连，一旦有紧急情况，直接传送到主控制器，进行判断、处理。③应为故障安全型④采用冗余容错结构。这个是很关键的，冗余就是备份的概念，比如电源备份，在有些系统中怕万一停电造成数据丢失，所以都会有备选电源，进行供电。ESD故障安全原则组成ESD的各环节自身出现故障的概率不可能为零，且供电、供气中断亦可能发生。当内部或外部原因，使ESD失效时，被保护的对象（装置）应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态，这就是故障安全原则。具体体现：①现场开关仪表选用常闭接点，工艺正常时，触点闭合，达到安全极限时触点断开，触发联锁动作，必要时采用“二选一”、“二选二”或“三选二”配置。②电磁阀采用正常励磁，联锁未动作时，电磁阀线圈带电，联锁动作时断电。③送往电气配电室用以开/停电机的接点用中间继电器隔离，其励磁电路应为故障安全型。④作为控制装置（如PLC）“故障安全”意味着当其自身出现故障而不是工艺或设备超过极限工作范围时，至少应该联锁动作，以便按预定的顺序安全停车（这对工艺和设备而言是安全的）；进而应通过硬件和软件的冗余和容错技术，在过程安全时间内检测到故障，自动执行纠错程序，排除故障。ESD隐故障与显故障①隐故障：不对危险产生报警，允许危险发展的故障，是故障危险故障。②显故障：能显示出故障自身存在的故障，是故障安全故障。ESD安全性及响应失效率当工艺条件达到或超过安全极限值时，ESD本应引导工艺过程停车，但由于其自身存在隐故障（危险故障）而不能响应此要求，即该停车而拒停，降低了安全性。衡量安全性的指标为响应失效率或称要求的故障率。它是安全联锁系统按要求执行指定功能的故障概率。是度量安全联锁系统按要求模式工作故障率的目标值。不同的工业过程（如生产规模、原料和产品的种类、工艺和设备的复杂程度等）对安全的要求是不同的。上述的国际标准将其划分为若干安全度等级。ESD可用性及可用度工艺条件并未达到安全极限值，ESD不应引导工艺过程停车，但由于其自身存在显故障（安全故障）而导致工艺过程停车，即不该停车而误停，降低了可用性。可用度（A：Availability）是指系统可使用工作时间的概率，用百分数计算。MTBF：平均故障间隔时间即平均停车时间ESD冗余和容错冗余：具有指定的独立的N：1重元件，并且可以自动地检测故障，切换到后备设备上。冗余系统：并行地使用多个系统部件，以提供错误检测和错误校正能力的系统。容错：具有内部冗余的并行元件和集成逻辑，当硬件或软件部分故障时，能够识别故障并使故障旁路，进而继续执行指定的功能。或在硬件和软件发生故障的情况下，系统仍具有继续运行的能力。它往往包括三方面的功能：第一是约束故障，即限制过程或进程的动作，以防止在错误被检测出来之前继续扩大；第二是检测故障，即对信息和过程或进程的动作进行动态检测；第三是故障恢复即更换或修正失效的部件。容错系统：具有容错结构的硬件与软件系统。总之，通过冗余和故障屏蔽的结合来实现容错。容错系统一定是冗余系统，冗余系统不一定是容错系统。容错系统的冗余形式有双重、三重、四重等。ESD系统的特点

ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。在正常情况下，ESD系统是处于静态的，不需要人为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。具有关资料，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内作出反应，错误决策的概率高达99.9%。因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。该动则动，不该动则不动，这是ESD系统的一个显著特点。为何要独立设置ESD系统为何要独立设置ESD系统呢？当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。但是对于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，这样做主要有以下几方面原因：（1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统;（2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；（3）DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。所谓的ESD系统就是在发生火灾、爆炸以及探测到有毒有害气体等危险情况下安全的切断一些系统和设备，以此来保证人员、环境和设备的安全。SIS系统SIS系统属于企业生产过程自动化范畴。该系统是各种分散控制系统与企业管理应用系统之间数据桥梁，为管理提供多层次的实时数据支持。SIS系统以分散控制系统为基础，实现整个信息共享和全厂生产过程的实时信息监控，提高了机组运行的可靠性。为企业管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据，系统实现了全厂范围内的管控一体化，为实现全厂整体效益的提高、信息技术的提升和稳定、经济运行的根本目的打下坚实基础。SIS系统完成生产过程的监控和管理，故障诊断和分析，性能计算和分析、生产调度、生产优化等业务过程，是集电厂各专业（如：炉、机、热控等）综合优势，经过长期科研开发、成果储备和丰富的现场实践经验积累而成的。SIS系统结构SIS应用子系统是针对具体应用对象和领域在实时数据库基础上建立的专业技术系统，是建立SIS的最终目标，也是SIS应用成效的重要体现。应用子系统包括：全厂生产过程实时数据采集与处理厂级实时信息监控与管理系统厂级性能计算和过程优化分析系统在线性能监视系统运行指导和预测、预防维护系统负荷管理与经济分配系统主机和主要辅机故障诊断系统主要特点本系统实时数据点容量在20000点以上，最多可扩充至200000点以上；全部历史数据可保证连续保存3年以上；数据库存储更新周期<=1s，并可自定义；数据库数据恢复时间段<=0.1ms；数据采集率达到100%；全厂和机组在线性能计算和耗差分析数据刷新时间<5s，并可灵活设置；无故障运行时间>10000小时；系统最大画面数：无限制；单画面动态点数：无限制；客户端画面刷新周期：<2s；WEB画面刷新周期：<5s；实时平台支持各功能模块在不同的服务器上分布运行，使各服务器的负载均衡，使用不同的网卡分别连接控制系统与SIS系统，保证网络隔离控制系统的所有数据只能使用单向传输的方式采用标准接口方式，使得运行在平台上的模块之间的依赖性较小，模块可以实现分阶段开发和运行。SIS接口机

SIS系统所需的所有生产过程实时信息和参数均从下层控制网络中以通讯方式获取。能提供足够数量的接口与电厂的其它控制系统及网络相联，这些系统包括机组DCS、辅助车间控制系统、电气网络控制计算机系统、电网调度系统RTU、电厂管理信息系统MIS等，以实现全厂生产过程信息联网和数据共享。SIS服务器

SIS服务器是整个SIS系统的核心，超大容量的实时和历史数据库及应用软件开发平台。SIS服务器采取有效的压缩方式保证电厂所有生产过程实时信息和计算、分析结果数据（可达10万点）的在线保存时间至少达到一个大修期，并具有转存至光盘的功能。从SIS接口机输入的网络传输信号到SIS工作站CRT的显示时间能在1秒内完成。SIS功能站SIS功能站是系统管理及人机交互界面的主要载体，作为SIS数据库服务器的客户机，从SIS数据库中获取过程信息进行分析、计算和显示，并将计算分析结