DCS系统介绍的教案

DCS系统介绍的教案第1页/共50页目录什么是DCS系统DCS系统产生的背景DCS系统的组成DCS系统的硬件结构DCS系统的软件组态DCS系统的基础知识SIS系统知识拓展-TCP/IP协议观看本次讲解第2页/共50页一、什么是DCS系统DCS是分布式控制系统的英文缩写（DistributedControlSystem），在国内自控行业又称之为集散控制系统。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。DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。DCS系统是工业流程关键的控制设备，被形象的称为过程工业的“大脑”和“眼睛”。第3页/共50页二、DCS产生的背景上世纪三四十年代第三次科技革命开始后上世纪七十年代上世纪九十年代以后第4页/共50页2.11930~1940年上世纪三四十年代，工业自动化装置采用的是分散性控制系统。也就是所有设备都是独立运行，不联网控制。操作员根据生产需求进行计算后，将独立设备的特性调节到适合的程度，然后就开始工作。之后采用了气动、电动模拟仪表组成过程控制系统，实现了一定程度上的集中监视、操作和分散控制。第5页/共50页2.21940~1970年第三次科技革命开始后，随着计算机技术的发展，人们开始尝试将计算机用于过程控制。但当时采用的办法是用一台计算机控制几十甚至上百个回路，这样做的危险性很高，如果计算机出现故障，会导致很严重的后果，这造成了危险集中。第6页/共50页2.31970~1990年直到上世纪70年代，随着计算机技术的日渐成熟，人们才开始将危险分散。就是原来靠一台大计算机完成的任务，现在用几十台微处理器来完成，从而大大降低了危险系数。至此DCS就诞生了。第7页/共50页2.41990~进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新技术被应用到了DCS之中。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。第8页/共50页2.5霍尼韦尔DCS发展第9页/共50页三、DCS系统的组成3.1硬件组成分类：控制器、I/O模块、操作站、通讯网络、图形及编辑软件3.2管理级别分类：现场控制级、过程控制级、过程管理级、经营管理级3.3网络结构分类：一级网络、二级网络、三级网络第10页/共50页3.1硬件组成第11页/共50页3.2.1现场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。第12页/共50页3.2.2过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。第13页/共50页3.2.3过程管理级DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量储存器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况、这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的数字跟状态。第14页/共50页3.2.4经营管理级又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。这是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。第15页/共50页3.3网络结构

第16页/共50页四、DCS系统的硬件结构现场控制单元：系统柜、辅助柜、辅操台……操作站：服务器、工程师站、操作站……第17页/共50页4.1.1早期的DCS机柜第18页/共50页4.1.2系统柜

控制防火墙冗余数字与模拟I/O电源系统C300控制器现场总线接口模件第19页/共50页4.1.3辅助柜第20页/共50页4.1.4辅操台第21页/共50页4.2

操作站第22页/共50页4.3网络设备

第23页/共50页4.4可编程控制器PLC可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。第24页/共50页五、DCS系统的软件组态程序组态，用于组态控制器上的控制策略，即编写和监控下位机程序。监控画面组态，用于组态上位机画面及数据显示。工作站组态，用于监视控制显示画面及部分组态功能。通讯组态，用于组态工作站，打印机及第三方控制器。第25页/共50页5.1程序组态用于组态控制器上的控制策略，即编写和监控下位机程序。第26页/共50页5.2监控画面组态

第27页/共50页5.3工作站组态用于监视控制显示画面及部分组态功能。第28页/共50页5.4通讯组态用于组态工作站，打印机及第三方控制器。第29页/共50页六、DCS的基础知识I/O信号系统冗余DCS系统的特点第30页/共50页6.1IO信号I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器。1.DI信号：数字输入信号（DigitalInput）2.DO信号：数字输出信号（DigitalOutput）3.AI信号：模拟量输入(AnalogInput)4.AO信号：模拟量输出(AnalogOutput)第31页/共50页6.1.1DI信号典型回路图设备状态信号、阀门反馈、盘车开关、急停按钮……第32页/共50页6.1.2DO信号典型回路图电磁阀、泵、压缩机、指示灯……第33页/共50页6.1.3AI信号典型回路图

流量、温度、压力、液位……第34页/共50页6.1.4AO信号典型回路图阀门开度第35页/共50页6.2.1服务器冗余Experion系统服务器可选冗余配置，以提供更高级的可靠性。采用一对配置相同的服务器，以主/备结构方式相互支持。当主服务器出现故障时，备用服务器自动转换为主服务器，并从控制器或RTU中采集数据，为操作站提供数据服务。主服务器通过冗余网络将数据库中所有数据处理信息传送到备用服务器。使得主备服务器之间同步。第36页/共50页6.2.2FTE网络容错以太网（FTE）是ExperionPKS的控制网络，FTE不但提供了容错的特点，也提供了快速网络的响应，及工业以太网的控制系统安全性。容错以太网（FTE）是冗余网络结构（物理）的单网（逻辑），这种冗余的结构是通过Honeywell的FTE驱动，及商用的网络设备实现的。第37页/共50页6.2.2FTE网络FTE网络包括冗余的交换机和电缆普通以太网节点之间只有1条路径FTE节点与普通以太网节点之间只有2条路径FTE节点之间有4条路径第38页/共50页6.3DCS系统的特点高可靠性。开放性。灵活性。易于维护。协调性。控制功能齐全。第39页/共50页七、SIS系统SIS系统(SafetyInstrumentedSystem安全仪表系统)属于企业生产过程自动化范畴，用于保障安全生产的一套系统，安全等级高于DCS的自动化控制系统，当自动化生产系统出现异常时，SIS会进行干预，降低事故发生的可能性。SIS系统以分散控制系统为基础，采用先进、适用、有效的专业计算方法，提高了机组运行的可靠性。简单地说，DCS就是在日常的普通情况下来对整个过程进行控制。然而当普通的操作不能实现控制的时候，SIS会进行干预，使得降低事故的发生可能性。第40页/共50页7.1SIS操作画面第41页/共50页7.2SIS逻辑组态第42页/共50页八、知识拓展-TCP/IP协议网络是由节点和连线构成，表示诸多对象及其相互联系。TCP/IP,网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。第43页/共50页8TCP/IP配置1、IP地址2、子网掩码3、默认网关4、DNS第44页/共50页8.1IP地址IP地址是指互联网协议地址（英语：InternetProtocolAddress，又译为网际协议地址），是IPAddress的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。公有地址，通过它直接访问因特网。私有地址，专门为组织机构内部使用。A类10.0.0.0--10.255.255.255(1.0.0.0-127.255.255.255)B类172.16.0.0--172.31.255.255(128.0.0.0-191.255.255.255)C类192.168.0.0--192.168.255.255(192.0.0.0-223.255.255.255)第45页/共50页8.2子网掩码子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。A类地址默认的子网掩码是255.0.0.0；B类地址默认的子网掩码是255.255.0.0；C类地址默认的子网掩码是255.255.255.0。第46页/共50页8.3默认网关一个网络连接到另一个网络的“关口”是一个可直接到达的IP路由器的IP地址。配置默认网关可以在IP路由表中创建一个默认路径。一台主机可以有多个网关。默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关来处理数据包。现在主机使用的网关，一般指的是默认网关。一台电脑的默认网关是不可以随随便便指定的，必须正确地指定，否则一台电脑就会将数据包发给不是网关的电脑，从而无法与其他网络的电脑通信。默认网关的设定有手