集散控制系统第1章

1.1

集散控制系统的基本概念1.2集散控制系统的体系结构1.3

集散控制系统的特点1.4

集散控制系统的硬件结构1.5

集散控制系统的软件体系1.6

集散控制系统的操作方式和显示1.7

习题第1章集散型控制系统1.1集散控制系统的基本概念

集散型控制系统又称分布式控制系统，是计算机技术

(Computer)、通信技术(Communication)、图形显示技术

(CRT)、控制技术(Control)(简称4C技术)相融合的产物。 它是通过某种通信网络将现场控制站、操作员站、工程师 站联系起来，共同完成分级控制、集中管理的综合控制系 统。它的基本设计思想是危险分散、控制功能分散、而操 作和管理集中。美国HoneyWell公司于1975年11月成功推出了第一套DCS——TDC2000型集散控制系统。

1.2集散控制系统的体系结构

1.2.1现场级现场级设备一般位于被控生产过程的附近。典型的现场级设备是各类传感器、变送器和执行器。它们将生产过程中的各种物理量转换为电信号，例如将4~20mA的电信号(一般变送器)或符合现场总线协议的数字信号(现场总线变送器)，送往控制站或数据采集站；或者将控制站输出的控制器信号(4~20mA的电信号或现场总线数字信号)转换成机械位移，带动调节机构，实现对生产过程的控制。1.2.2控制级控制级主要由过程控制站和数据采集站构成。一般在实际应用中，把过程控制站和数据采集站集中安装在位于主控室后的电子设备室中。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，并送回到现场的执行器中去。过程控制站可以同时完成连续控制、顺序控制或逻辑控制功能，也可能仅完成其中的一种控制功能。

1.2.3

监控级监控级的主要设备有运行员操作站、工程师工作站和计算站。其中运行员操作站安装在中央控制室，工程师工作站和计算站一般安装在电子设备室。1.2.4管理级管理级包含的内容比较广泛，一般来说，它可能是一个发电厂的厂级管理计算机，也可能是若干个机组的管理计算机。它所面向的使用者是厂长、经理、总工程师、值长等行政管理或运行管理人员。厂级管理系统的主要任务是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，从企业全局利益出发辅助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其规划目标。1.3集散控制系统的特点

1.3.1适应性和扩展性集散控制系统在结构上采用了常规控制系统的模块化设计方法，无论是硬件还是软件都可以根据实际应用的需要去灵活地加以组合。对于小规模的生产过程，可以只用一、两个过程控制站或数据采集站，配以简单的人机接口装置，即可以实现生产过程的直接数字控制。模块化设计方法带来的另一个优点是系统的扩展性。集散控制系统可以随着生产过程的不断发展，逐渐扩充系统的硬件和软件，以期达到更大的控制范围和更高的控制水平。1.3.2控制能力常规控制系统的控制功能是用硬件实现的，因而要改变系统的控制功能，就要改变硬件本身，或者改变硬件之间的连接关系。在集散控制系统中，控制功能主要是由软件实现的，因此它具有高度的灵活性和完善的控制能力。1.3.3人机联系手段集散控制系统具有比常规控制系统更先进的人机联系手段，其中最重要的一点，就是采用了CRT图形显示和键盘操作。人机联系按照信息的流向分为“人→过程”联系和“过程→人”联系。在常规控制系统中，“人→过程”联系是通过各种操作器、定值器、开关和按钮等设备实现的，运行人员通过这些设备调整和控制生产过程；“过程→人”联系是通过各种显示仪表、记录仪表、报警装置、信号灯等设备实现的，运行人员通过它们了解生产过程的运行情况。1.3.4可靠性集散控制系统的可靠性比以往任何一种控制系统的可靠性都要高，这主要反映在以下几方面：由于系统采用模块化结构，每个过程控制站仅控制少数几个控制回路，个别回路或单元的故障不会影响全局，而且元器件的高度集成化和严格的筛选有效地保证了控制系统的可靠性。集散控制系统广泛地采用了各种冗余技术，例如，对电源、通信系统、过程控制站等都采用了冗余技术。1.4集散控制系统的硬件结构集散控制系统的硬件结构也是采用模块化的结构。因为硬件模块的选择与系统的价格较为密切（特别是对国内用户），加上硬件的配置与现场的要求联系较紧，因此硬件的基本配置在合同谈判阶段就已确定。常见的硬件配置包括下列几个方面的内容：工程师站的选择（包括机型、CRT尺寸、内存、硬盘、打印机等）；操作员站的选择（包括操作员站的个数和操作员站的配置，如CRT尺寸及是否双屏、主机型号、内存配置、磁盘容量的配置、打印机的台数和型号等）；现场控制站的配置，包括现场控制站的个数、地域分布，每个现场控制站中所配置的各种模板的种类及块数，电源的选择等。1.4.1集散控制系统的过程控制级分散过程控制装置是集散控制系统与工业生产过程之间的接口，它是集散控制系统的核心。分析集散过程控制装置的构成，有助于理解集散控制系统的特性。分离式分散过程控制装置也采用CRT手动备用的冗余结构。当控制器故障时，集散控制系统直接从CRT发出手动操作指令，经手动/自动开关的手动通路送达过程执行机构。在控制器正常运行时，控制器输出经手动/自动开关的自动通路送达过程执行机构。1.4.2集散控制系统的操作员和工程师站操作员操作站是运行员对过程与系统的接口，常被称为人机接口ManMachineInterface(MMI)，或称为工程师站。在采用集散控制系统以前的单元控制室里，过程信号是直接通过硬接线从现场变送器连接到单元控制室的，如下图所示：1.5集散控制系统的软件体系一个基本的过程控制计算机系统的软件可以分成两个部分：系统软件（又称计算机系统软件）和应用软件（又称过程控制软件）。集散控制系统的软件体系中包括了上述两种软件，但由于其分布式结构，又增加了诸如通讯管理软件、组态生成软件及诊断软件等。1.5.1集散控制系统的系统软件系统软件一般指通用的、面向计算机的软件。系统软件是一组支持开发、生成、测试、运行和维护程序的工具软件，它与一般应用对象无关。集散控制系统的系统软件一般由以下几个主要部分组成：实时多任务操作系统，面向过程的编程语言，工具软件。1.5.2集散控制系统的组态软件软件组态的内容比硬件配置还丰富，它一般包括基本配置组态和应用软件的组态。基本配置的组态是给系统一个配置信息，如系统的各种站的个数，它们的索引标志，每个现场控制站的最大点数，最短执行周期，最大内存配置，每个操作员站的内存配置信息，磁盘容量信息等。而应用软件的组态则具有更丰富的内容，如数据库的生成、历史库（包括趋势图）的生成、图形生成、控制组态等。1.6集散控制系统的操作方式和显示无论何种生产过程，操作人员的参与与介入都是通过对生产过程数据信息的观察、监视和操纵来实现的。在集散控制系统中，这种参与通过两种途径进行：一种是常规的仪表盘操作方式，主要用于采用单回路控制器、可编程逻辑控制器等模拟仪表盘的场合；另一种是CRT操作方式，它通过生产过程的集中监视和操作实现对生产过程的介入。与仪表控制操作方式不同的是集散控制系统通过人机操作界面不仅可以实现一般的操作功能，而且还增加了其他功能，例如控制组态、画面组态等工程实现的功能和自诊断、报警等维护修理等功能。此外，画面方便的切换、参数改变的简单等性能，也使集散控制系统的操作得到改善。1.6.1集散控制系统的操作仪表盘操作方式CRT操作方式1.6.2集散控制系统的显示画面显示画面的分层结构概貌显示画面过程显示画面仪表面板显示画面趋势显示画面报警显示画面系统显示画面显示画面的