测控系统网络化技术及应用 于洋 第4章新

在线教务辅导网：更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网1/24/20241第4章网络化先进控制系统

本章主要内容4.1集散过程控制系统〔DCS〕4.2现场总线控制系统〔FCS〕4.3FCS与DCS的分析比较1/24/202424.1集散过程控制系统〔DCS〕本节主要内容4.1.1DCS系统概述4.1.2现场控制站4.1.3操作员站及工程师站4.1.4DCS系统网络1/24/202434.1.1DCS系统概述

1．DCS的体系结构集散控制系统的体系结构通常分为三级：第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。各级之间由通信网络连接，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。其典型的集散控制系统体系结构如图4-1〔下页〕所示1/24/202444.1.1DCS系统概述

1/24/202454.1.1DCS系统概述

2．DCS的特点1〕硬件积木化2〕软件模块化3〕控制系统组态4〕通信网络的应用5)可靠性高1/24/202464.1.2现场控制站

1．现场控制站的结构现场控制站由以下5个局部组成，机箱〔柜〕电源工业控制机通信控制单元手动/自动显示操作单元1/24/202474.1.2现场控制站2．现场控制站的功能现场控制站的功能主要有以下6点。⑴数据采集功能⑵反响控制功能⑶顺序控制功能⑷信号报警功能⑸打印报表功能⑹数据通信功能1/24/202484.1.3操作员站及工程师站

1．操作员站操作员站由工业微型计算机或工作站、工业键盘、光标控制设备〔鼠标或轨迹球〕、大屏幕CRT、操作控制台等硬件设备和软件组成，是系统与操作人员之间的接口。操作人员通过操作站了解生产过程的运行情况，包括各种过程参数的当前值、系统是否有异常情况等。在CRT上还可以显示系统总貌、分组和单元等的数据、模拟图、趋势图，以及各种操作、报警信息等。操作人员通过操作员站还可以对现场进行直接的调节与控制，如对控制回路进行在线调整；启动或终止某个回路；手工调节某个回路或控制某个现场设备的动作。操作员站还具有历史数据的处理功能，可以方便地形成运行报表和历史趋势曲线。1/24/202494.1.3操作员站及工程师站2．工程师站工程师站一般由通用微型计算机工作站构成，是对系统进行离线配置、组态和在线监督、控制以及维护的人机接口。〔１〕系统离线配置和组态功能①硬件配置;②数据库组态;③回路组态;④显示画面组态、组态系统画面和过程操作画面.1/24/2024104.1.3操作员站及工程师站〔２〕系统监控功能工程师站还具有系统运行状态的监控功能，包括对各现场控制站的运行状态、各操作站的运行情况、网络通信情况等的监控，以便发生异常时，能及时采取措施进行维护或调整，不致对生产过程产生失控或造成损失。另外，工程师站还具有在线修改功能，如：上下限值的改变、控制参数的调整等。1/24/2024114.1.4DCS系统网络HS2000是我国国内研制的一套分层分布式综合控制系统。它通过多层数据网络将各种不同的设备连接在一起，实现各局部信息共享和协调工作，从而完成综合控制与管理功能。图4-2〔下页〕为HS2000系统的总体结构。HS2000系统为三层网络结构，1.管理协调网络MNET2.系统网络SNET3.控制网络CNET1/24/2024124.1.4DCS系统网络

不同的网络适应不同层次和规模的控制与管理任务，这种分层结构提高了系统的整体可靠性和灵活性。每层网络的功能如下：

1/24/2024134.2现场总线控制系统〔FCS〕

1/24/2024144.2.1现场总线的概念

现场总线作为生产过程自动化、制造工业自动化、楼宇自动化等领域中智能设备之间的互联通信网络，沟通了生产过程与现场控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系，为消除自动化系统的信息孤岛创造了条件。因此，在这些领域中具有广泛的开展和应用前景。1/24/2024154.2.1现场总线的概念1/24/2024161．现场总线系统的结构以下图为现场总线控制系统与传统控制系统结构的比较图。图中AI、AO和PID分别代表针对现场设备的模拟量输入、模拟量输出和PID控制的输出。1/24/202417由于现场总线的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统从设计、安装、到投入正常生产运行以及其后的检修维护中，都表达出极大的优越性。其主要原因有：⑴高精度、高可靠性⑵一次性硬件投资⑶工程现场安装费⑷日常维护费用1/24/2024181/24/2024194.2.3现场总线的根本设备

以现场总线基金会〔FF〕的FCS为例，用于过程自动化构成FCS的根本设备如下：1〕变送器2〕执行器3〕效劳器和网桥4〕辅助设备5〕监控设备1/24/2024204.2.4现场总线的未来趋势

1/24/2024214.2.5以现场总线为根底的控制系统作为控制系统，现场总线控制系统在控制方案的选择上与普通控制系统根本相同。下面将以锅炉汽包水位的三冲量系统为例，介绍现场总线控制系统在设计、安装、运行方面的特色，以及如何一步实现现场总线控制系统。1/24/2024224.2.5以现场总线为根底的控制系统1．根据控制方面的需要选择必须的智能仪表一个经典的三冲量水位控制系统需要一个液位变送器、蒸汽流量和给水流量两个流量变送器、一个给水调节阀。

1/24/2024234.2.5以现场总线为根底的控制系统2．选择计算机与网络配件图〔a〕为现场总线根本硬件构成图。图中两台配置相同的工业PC机主要是为系统的平安冗余而设置的。图中所表示的现场总线PCI接口卡具有4个通道，每个PCI接口卡可与4条总线网段连接。

图〔b〕表示另一种流行的硬件配置方法，其一侧与现场总线网段连接，另一侧按通常采用的PC机联网方式，通过以太网方式，采用TCP／IP通信协议、网络BIOS协议，完成现场总线网段与PC机之间的信息交换。1/24/2024244.3FCS与DCS的分析比较1/24/2024254.3FCS与DCS的分析比较1/24/2024261/24/2024271/24/2024281/24/2024291/24/2024301/24/202431馋死1/24/2024321/24/2024331/24/2024341/24/2024351/24/