集散控制系统

集散控制系统第1页，共30页，2023年，2月20日，星期二5.1概述一、集散控制系统的基本概念集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）集中管理和分散控制危险分散、控制分散操作和管理集中多层分级、合作自治的结构形式第2页，共30页，2023年，2月20日，星期二二、集散控制系统的特点1、分级递阶结构过程控制级控制管理级生产管理级经营管理第一级为过程控制，根据上层决策直接控制生产过程，具体承担信号的变换、输入、运算和输出的分散控制任务；第二级为控制管理级，对生产过程实现集中操作和统一管理；第三级为生产管理级，承担全厂或全公司的最优化；第四级为经营管理级，根据市场需求、各种与经营有关的信息因素和生产管理的信息，做出全面的综合性经营管理和决策。第3页，共30页，2023年，2月20日，星期二2、采用微机智能技术现场控制单元，过程输入输出接口，显示操作站和数据通信装置等均采用微处理器，有记忆、逻辑判断和数据运输功能，可以实现自适应、自诊断和自检测等“智能”3、采用局部网络通信技术数据通信网络采用工业局域网络技术进行通信，传输实时控制信息，进行全系统信息综合管理，并对分散的现场控制单元、人机接口进行控制和操作管理。4、丰富的功能软件包提供控制算法模块、控制程序软件包、过程监视软件包、显示软件包、报表打印和信息检索程序包等，并提供至少一种控制语言，供用户开发高级的应用软件第4页，共30页，2023年，2月20日，星期二5、采用高可靠性技术主要是硬件的工艺结构可靠，广泛采用表面安装技术与专用集成电路（ASIC），同时对每一个元件、部件进行一系列可靠性测试与设计等采用冗余技术。集散控制系统各级人机接口、控制单元、过程接口、电源和控制用I/O接口插件均可采用冗余配置；信息处理器、通信接口、内部通信总线和系统通信网络均采用冗余措施在软件设计上，采用容错技术、故障的智能化自检和自诊断技术等第5页，共30页，2023年，2月20日，星期二三、集散控制系统的发展趋势传统的DCS基于模拟仪表，而模拟仪表的单一功能，使得与工业生产过程打交道的过程监控站仍是集中的；现场信号的检测、传输与控制还是保留了与常规仪表相同的方式，即通过传感器或变送器检测物理信号并转换成标准的420mA信号以模拟方式进行传输。这种方式在检测环节存在的问题是精度低、动态补偿能力差、无自诊断功能；同时由于各DCS开发商生产自己的专用平台，使得不同厂商的DCS之间不兼容、互操作性差。1、向开放式系统发展2、智能变送器、远程I/O和现场总线的发展，进一步使现场测控功能下移分散3、DCS、PLC、PCCS相互渗透融合，形成数字化、模块化、网络化的分布式控制系统4、现场总线集成于DCS系统是现阶段控制网络的发展趋势第6页，共30页，2023年，2月20日，星期二①现场总线于DCS系统I/O总线上的集成通过一个现场总线接口卡挂在DCS的I/O总线上，实现现场总线系统中的数据信息映射成原有的DCS的I/O总线上相对应的数据信息，如基本测量值、报警值或工艺设定值等，使得在DCS控制器所看到的现场总线来的信息就如同来自一个传统的DCS设备卡一样。②现场总线于DCS系统网络层的集成现场总线控制执行信息、测量以及现场仪表的控制功能均可在DCS操作站进行浏览并修改。它的优点是原先必须由DCS主计算机完成的一些控制和计算功能，现可下放到现场仪表实现，并且可以在DCS操作员界面上得到相关的参数或数据信息；另一优点是不需对DCS控制站进行修改，对原有系统影响小③现场总线通过网关与DCS系统并行集成现场总线系统与通过网关而集成在一起的DCS系统相互独立第7页，共30页，2023年，2月20日，星期二5.2SUPCONWebFieldJX-300XDCS一、系统结构由控制站、操作站、工程师站和通信网络组成控制站是和现场数据直接打交道的单元，完成整个工业过程的实时监控功能。控制站内部以机笼为单位。机笼固定在机柜的多层机架上。操作站是由工业PC机、CRT、键盘、鼠标、打印机等组成的人机系统，是操作人员完成过程监控管理任务的环境。工程师站是专为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维护工具。通过系统组态平台生成适合与生产工艺要求的应用系统，具体功能包括：系统生成、数据库结构定义、操作组态、流程图画面组态、报表程序编制等；使用系统的维护工具软件实现过程控制网络调试、故障诊断、信号调教等。第8页，共30页，2023年，2月20日，星期二质量管理计算机仓库管理计算机供销管理计算机财务管理计算机信息管理网Ethernet工程师站操作员站网桥SCnetII现场控制站现场控制站通信接口卡SP244智能设备或PLCRS485/422/232通信接口卡SP244智能仪表RS485/Modibus第9页，共30页，2023年，2月20日，星期二二、系统硬件1、控制站硬件控制站主要由机柜、机笼、供电单元和各类卡件（包括主控制卡、数据转发卡和各种信号输入/输出卡）组成。主控制卡(SP243X)通常插在过程控制站的最上部机笼内，通过系统内高速数据网络SBUS总线扩充各种功能，实现现场信号的输入输出，同时完成过程控制中的数据采集、回路控制、顺序控制，以及包括优化控制等各种控制算法。数据转发卡(SP233)是系统I/O机笼的核心单元，是主控制卡联接I/O卡件的中间环节，它一方面驱动SBUS总线，另一方面管理本机笼的I/O卡件。通过数据转发卡，一块主控制卡可扩展1到8个I/O机笼，即可扩展16到128块不同功能的I/O卡件。I/O卡件插放在I/O机笼内，实现了现场实时信号的采集和控制信号的输出。卡件全部采用了全智能化设计，实现可控制站内部数据传递的数字化。第10页，共30页，2023年，2月20日，星期二型号

卡件名称

性能及输入/输出点数

SP243X

主控制卡

高速、大容量

SP244

RS-232/RS-485通信接口卡

通信驱动软件需附加开发费

SP233

数据转发卡

SP313

电流信号输入卡

2路输入，可配电，分组隔离，可冗余

SP314

电压信号输入卡4路输入，分组隔离，可冗余

SP315

应变信号输入卡2路输入，点点隔离SP316

热电阻信号输入卡2路输入，点点隔离，可冗余SP317

热电阻信号输入卡（小量程）2路输入，点点隔离SP322

模拟信号输出卡4路输出，点点隔离SP323PWM输出卡四路输出，分组隔离第11页，共30页，2023年，2月20日，星期二SP334

SOE卡4路输入

SP335

脉冲量输入卡

4路输入，最高相应频率10kHz

SP361

八点电平型开入

8路输入，统一隔离

SP362

八点晶体管接点开出

8/7路输出，统一隔离

SP363

八点触点型开入

8路输入，统一隔离

SP364

八点继电器开出

8/7路输出，统一隔离

SP341

位置调节输出卡（PAT卡）

1路AI，2路DI，2路输出

第12页，共30页，2023年，2月20日，星期二2、操作站、工程师站硬件操作站的基本组成包括：工控PC机（IPC）、彩色显示器、鼠标、键盘、SCnetII网卡、专用操作员键盘、操作台、打印机等。工程师站的硬件配置与操作站的硬件配置基本一致，而它们的区别在于系统软件的配置不同，工程师站除了安装有操作、监视等基本功能的软件外，还装有相应的系统组态、维护等工程师应用的工具软件。第13页，共30页，2023年，2月20日，星期二三、系统软件1、SCKey系统组态软件：由于DCS系统的通用性和复杂性，系统的许多功能及匹配参数需要根据具体场合由用户设定。例如：系统采集什么样的信号、采用何种控制方案、怎样控制、操作时需显示什么数据、如何操作等。为适应各种特定的需要，集散系统备有丰富的I/O卡件、各种控制模块及多种操作平台，用户一般根据自身的要求选择硬件设备，有关系统的硬件设备的配置情况也需用户提供给系统。当系统需要与另外系统进行数据通讯时，用户还需要将系统所采用的协议、使用的端口告诉控制系统。以上需要用户为系统设定各项参数的操作即所谓的“系统组态”第14页，共30页，2023年，2月20日，星期二组态软件的界面第15页，共30页，2023年，2月20日，星期二主控卡设置界面第16页，共30页，2023年，2月20日，星期二操作站界面第17页，共30页，2023年，2月20日，星期二数据转发卡界面第18页，共30页，2023年，2月20日，星期二I/O卡件设置界面第19页，共30页，2023年，2月20日，星期二I/O信号设置第20页，共30页，2023年，2月20日，星期二模拟量输入信号点参数设置第21页，共30页，2023年，2月20日，星期二模拟量输出信号点参数设置第22页，共30页，2023年，2月20日，星期二开关量输出信号点参数设置第23页，共30页，2023年，2月20日，星期二第24页，共30页，2023年，2月20日，星期二2、SCDraw流程图制作软件流程图制作软件主要用于流程图的绘制，以及对流程图上的各类动态参数进行组态，这些动态参数在实时监控软件的流程图画面中可以进行实时观察和操作。3、SCForm报表制作软件在工业控制系统中，报表是一种重要且常用的数据记录手段。一般用来记录重要的系统数据和现场数据，以供工程技术人员进行系统状态检查或工业分析。在传统的控制系统中，报表记录是由操作员手工完成的。而在以计算机为核心的自动控制系统中，报表可由计算机自动实现。第25页，共30页，2023年，2月20日，星期二第26页，共30页，2023年，2月20日，星期二4、SCControl图形组态软件用于编制系统控制方案的图形编程工具。提供灵活的在线调试功能，在和控制站联机后，用户可以查看程序的详细运行情况。SCControl集成了LD编辑器、FBD编辑器、SFC编辑器、ST语言编辑器，可以根据需要选择合适的编程器。5、SCX语言组态软件在工程师平台上完成SCX程序的调试编辑，并通过工程师平台将编译后的可执行代码下载到控制站执行。6、AdvanTrol实时监控软件SCX语言属于高级语言，语法风格类似与标准C语言，除了提供类似C语言的基本元素、表达式等外，还在控制功能实现方面作了大量扩充。第27页，共30页，2023年，2月20日，星期二四、通信网络通信系统分三层：第一层网络是信息管理网（用户可选）；第二层网络是过程控制网，称为SCnetII；第三层是控制站内部I/O控制总线，称为SBUS。采用双高速冗余工业以太网SCnetII作为其过程控制网络。它直接连接了系统的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等，是传送过程控制实时信息的通道，具有很高的实时性和可靠性；通过挂接网桥，SCnetII可以与上层的信息管理网或其他厂家设备连接。在其中任何一条通讯线发生故障的情况下，通讯网络仍保持正常的数据传输。第28页，共30页，2023年，2月20日，星期二第29页，共30页，20