工控DCS系统介绍教材

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工控DCS系统总体介绍、日常使用操作及维护要领12024/2/10一、工控系统概念二、工控系统组成三、工控系统应用四、工控系统维护要点五、常见工控系统故障处理介绍提纲（目录）2024/2/10

工控指的是工业自动化控制，主要利用电子电气、机械、软件组合实现。即是工业控制（Factorycontrol），或者是工厂自动化控制（FactoryAutomationcontrol）。主要是指使用计算机技术，微电子技术，电气手段，使工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化，并具有可控性及可视性。

工控概念2024/2/10一、CCS（计算机集中控制系统）在CCS中，数字计算机取代了传统的模拟仪表，从而能够使用更为先进的控制技术，例如复杂控制算法和协调控制。从而使自动控制发生了质的飞跃。二、DCS（集散控制系统）由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。三、FCS(现场总线控制系统)现场总线控制系统（FCSFieldbusControlSystem），它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。工控发展历程2024/2/10DCS是分布式控制系统的英文缩写（DistributedControlSystem），又称为分散控制系统,分散型控制系统,集散控制系统.行业内业称4C技术即Control控制技术；Computer计算机技术；Communication通信技术；CathodeRayTubeCRT显示技术。

在国内自控行业又称之为集散控制系统,是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。DCS简介2024/2/10从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内应用到这一层的系统较少。DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。过程控制站的组成：

DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成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（调节阀）。I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元DCS组成2024/2/10高可靠性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。开放性

DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。DCS特点-12024/2/10协调性

各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。控制功能齐全

控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。

DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。DCS特点-22024/2/10公司工控系统应用范围

工控系统在按照类型划分来讲，主要包括了DCS、PCS、PLC、SCADA（数据采集与监控系统）、就地测控设备（本地智能仪表、远程监控等）等。这些系统在公司有着广泛的应用，主要是水泥熟料线、粉磨站、余热发电、大型装备电控系统（堆取料机、输送皮带、立磨、冷却机、辊压机等）、油站、总降、胴扫、工业电视等。公司工控系统应用范围2024/2/10工控系统层级划分：过程级控制站，包括处理器，网卡，通讯卡等组件。I/O站，包括DI、DO、AI、AO、FI、中继等组成。操作监控级操作站，即操作员控制站，负责设备的操作。

工程师站，负责程序维护、修改等工作。网络，包括光缆、交换机、网线、光电转换等组件。管理级MIS、QCX，负责计划调度、仓储管理、能源管理常见工控系统层级划分（DCS）2024/2/10目前公司常用工控系统网络常用的分为星形、环形两种。星形网的组成通过中心设备将许多点到点连接。经常用的电话、Hub都属于星形结构，具有控制简单、故障诊断和隔离容易、方便服务的特点环形网络是使用一个连续的环将每台设备连接在一起。它能够保证一台设备上发送的信号可以被环上其他所有的设备都看到，具有投资小、冗余性的特点工控系统常见网络分类（星形、环形）2024/2/10工控系统网络（星形）拓扑图（熟料线）2024/2/10开关量数据输入、输出（DI、DO）工控系统开关量控制示意图（

DI、DO）中继s1com+Com-DI卡件硬件通道变量L+L-DC24V线圈触点画面及程序应用现场程序中继K主接触器线圈NL低压柜AC220VDO卡件硬件通道变量L-DC24V线圈触点画面及程序应用端子排L+T12024/2/10模拟量数据输入、输出（AI、AO）工控系统模拟量控制示意图（

AI、AO）+AI卡件硬件通道变量画面及程序应用现场程序4-20MA-端子排0-10V通常AI卡件接受0…20 mA,4…20 mA,0…10V,2…10V等标准信号，输入阻抗（电流）大概在230-270Ω,接线方式对于仪表来讲,二线制：DCS提供电源，信号及电源共用三线制：仪表电源和信号源负端共用四线制：仪表外接电源，信号进DCS。硬件采集信号的工程值通过量程转化为所需要的显示数值。硬件通道变量画面及程序应用T1+AO卡件4-20MA-0-10V通常AO卡件根据不同类型可输出0…20 mA,4…20 mA,0…10V,2…10V等标准信号，输出阻抗（电流）大概在500Ω,接线方式一般都是二线制2024/2/10温度模拟量数据输入（RTD）ResistanceTemperatureDetector工控系统热电阻温度检测数据采集示意图（

RTD）现场程序热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。常用的是Pt100，代表温度0℃时阻值为100Ω，1Ω大概是100/38.5

℃,约2.59

℃/ΩRTDRTD卡件目前热电阻的引线主要有三种方式

○1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合

○2三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的。

○3四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。2024/2/10温度模拟量数据输入（TC热电偶

thermocouple）工控系统热电偶温度检测数据采集示意图（

TC）现场程序热电偶就是利用两种不同成份的导体两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势的原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做热端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。TC补偿导线TC卡件+-+-补偿导线由于热电偶的材料一般都比较贵重，而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。冷端补偿热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。2024/2/10系统维护意义

工控系统作为工艺生产监控及设备保护的重要组成部分，决定着整个生产的稳定与运行，一旦系统出现故障，轻则造成工艺波动影响产品产质量，重则全线停产。故其保证可靠稳定运行，延长其使用寿命。系统性能的发挥和保证生产的连续性、安全性等方面是极其重要的。日常维护、预防性维护和故障维护日常维护和预防维护是在系统未发生故障所进行的维护。故障维护发生在故障产生之后,往往已造成系统部分功能失灵并对生产造成不良影响;相反,预防性维护是在系统正常运行时,对系统进行有计划的定期维护,及时掌握系统运行状态、消除系统故障隐患、保证系统长期稳定可靠地运行,形成定期维护的概念。实践证明,定期维护能够有效地防止DCS突发故障的产生,形成可观的间接经济效益。工控系统维护分类2024/2/10日常定期维护1）完善DCS系统管理制度。2）保证空调设备稳定运行,保证室温变化小于±5℃/h,避免由于温度、湿度急剧变化导致在系统设备上的凝露。3）尽量避免电磁场对系统的干扰,避免移动运行中的操作站、显示器等,避免拉动或碰伤设备连接电缆和通讯电缆等。4）注意防尘，现场与控制室合理隔离，并定时清扫，保持清洁，防止粉尘对元件运行及散热产生不良影响;

5）严禁使用非正版软件和安装与系统无关软件。

6）做好控制子目录文件的备份,各自控回路的PID参数、调节器正反作用等系统数据记录工作。7）检查控制主机、显示器、鼠标、键盘等硬件是否完好,实时监控工作是否正常。8）查看故障诊断画面,是否有故障提示。9）系统上电后,通信接头不能与机柜等导电体相碰,互为冗余的通信线、通信接头不能碰在一起,以免烧坏通信网卡。工控系统维护（日常定期维护）2024/2/10预防性维护1）系统冗余测试:对冗余电源、服务器、控制器、通讯网络进行冗余测试。操作站、控制站停电检修。包括计算机内部、控制站机笼、电源箱等部件的灰尘清理。2）系统供电线路检修。并对UPS进行供电能力测试和实施放电操作。3）接地系统检修。包括端子检查、对地电阻测试。4）现场设备检修。故障处理维护1）DCS系统往往具有丰富的自诊断功能。根据报警,可以直接找到故障点,并且还可通过报警的消除来验证维修结果。2）通信接头接触不良会引起通信故障,确认通信接头接触不良后,可以利用工具重做接头;通信线破损应及时更换。3）某个卡件故障灯闪烁或者卡件上全部数据都为零,可能的原因是组态信息有错、卡件处于备用状态而冗余端子连接线未接、卡件本身故障、该槽位没有组态信息等。4）当某一生产状态异常或报警时,我们可以先找到反映此状态的仪表,然后顺着信号向上传递的方向,用仪器逐一检查信号的正误,直到查出故障所在。5）当出现较大规模的硬件故障时，最大的可能是由于DCS系统环境维护不力而造成的系统运故障，除当时采取紧急备件更换和系统清扫工作外，还要及时和厂家取得联系，由厂家专业技术支持工程师进一步确认和排除故障。工控系统维护（预防性、故障处理维护）2024/2/10工控系统维护检查事项表（控制系统硬件）一控制系统硬件

1机柜封堵、防尘、防潮、防高温情况

2机柜内部接线紧固性与整洁度

3机柜电源工作情况(冗余及柜间电源联络)

4网络运行情况（交换机端口状态、标识是否清晰）

5机柜接地系统检查

6机柜内部设备（控制器、电源模块、I/O卡件、风扇、照明等）工作情况

7操作站、服务器工作情况（电源、风扇、硬盘、网络状态）

8电脑定期硬盘碎片整理

9系统防病毒安全防护措施

2024/2/10工控系统维护检查事项表（控制系统软件）二控制系统软件

1系统软件监控、操作情况

2控制站、操作站、服务器之间时钟同步

3趋势、报警与操作日志功能

2024/2/10工控系统维护检查事项表（系统日常维护）三系统日常维护

1控制系统网络与电源独立性

2操作系统的定期备份存档

3程序与点表等资料的更新与存档

4重要联锁与跳停值的修改资料存档

5服务器、操作站、交换机等日常检查记录

6模块更换与备件申报的情况

7系统故障处理、记录情况反馈

8系统维护专用工具及系统软件保管

2024/2/10工控系统硬件维护要点（防高温）对于工控系统维护来讲，主要是包括设备维护和软件维护两个方面。硬件方面主要是高温、潮湿、灰尘、接线松动是影响系统安全稳定运行的四大主要因素，设备维护工作也主要从这几方面入手。防高温高温容易造成设备工作不稳定、死机甚至设备损坏，目前正值高温季节，环境温度高，不利于设备散热，需要加强对现场各PC室温度的监控，遇有温度特别高的及时采取通风降温措施。1、现场PC柜有的是单独的PC室，有的是和电力室在一起，现在各电力室或PC室基本都装有排气扇，定期检查各风扇运行情况，确保其能正常工作，以降低室内温度。2、现场PC柜都装有风扇，要定期检查风扇运行情况，确认风扇运行方向，确保风扇能正常工作，同时要清洗滤网，确保良好的透气性，如果通风性不好，特殊情况可打开前后柜门进行通风降温。3、中控室和工程师站是操作控制的核心，设备集中，要确保空调良好的制冷效果，同PC柜一样确保操作台冷却风扇都能正常工作。2024/2/10工控系统硬件维护要点（防潮）防潮潮湿容易引起电子设备短路，烧毁设备，是电子设备的最大杀手。现场PC室都设置有窗户，有些公司的PC柜放置在窗户边上，雨水是其最大的安全隐患，因此要确保窗户关闭，玻璃完好。1、中控室和工程师站窗户同样要保持完好，除了正常通风外打开外，其余时间确保关闭。2、对于操作台和服务器网络机柜上严禁放置水杯、瓶装水等易撒出的物品，防止打翻后溅到设备里，损坏设备。2024/2/10工控系统硬件维护要点（防尘）防尘灰尘长期积在电路板上，易造成设备散热不畅，腐蚀设备，受潮后更易造成短路，是日常维护的重点。1、PC柜内设备吹灰，在设备检修期间,对柜内设备进行吹灰工作，包括控制器、卡件、继电器等柜内所有设备。2、PC柜进线底板封堵，底板进线多，大部分PC柜都没有有效封堵，这成为PC柜内灰尘很大的来源，同时保持室内地面，柜体的清洁，地面用湿拖把拖，防止扬尘。3、中控室和工程师站主要是计算机，交换机和服务器，在设备检修期间，将计算机和服务器关机后搬至室外，打开机箱进行吹灰，要掌握风量，防止强风吹扫引起零件松动，对于死角用毛刷进行清理，完成后将各卡件压紧防止松动，同时保持室内卫生。2024/2/10工控系统硬件维护要点（防接线松动）防接线松动接线松动是DCS系统运行中最常见的问题，也是容易被忽视的地方，并且问题隐蔽不易发现，查找困难。1、PC柜内接线量大，端子密集，系统运行过程中，端子会因为发热、振动、热胀冷缩等问题引起端子松动，在检修期间必须进行全面的紧固，确保系统稳定运行,不可随意更改模块及继电器接线。2、总线通讯DP电缆头及接线端子需特别检查，如果松动，影响面广，一般难以马上查出。3、网络交换机柜及各计算机服务器的连线，在检修期间进行插紧检查，保证无松动，虚接等问题。2024/2/10工控系统硬件维护要点（电源、备件等）其它方面

DCS设备维护工作要求员工有十分的责任心和细心，现在的设备上各种指示灯能够反映设备当前的运行状态，因此定期的巡检对各设备指示灯的状态要特别关注，特别像冗余电源，检查是否有一个不能正常工作这种情况，发现问题及时更换；UPS电源电池状态是否正常，冗余进线电源指示状态；冗余网络是否正常；控制器电池是否正常；服务器工作状态等问题，减少因问题发现不及时导致的系统故障，引起设备停机。梳理好系统备件情况，确保设备出问题可以及时更换，对备件不足及时申报。2024/2/10工控系统软件维护要点（软件、程序）除了硬件方面的必要维护，也要进程关注软件系统运行情况，对相关的程序、操作系统、相关参数、资料进行维护程序维护1、根据工艺要求程序修改，该工作最好是在设备检修期间进行集中修改，减少程序下载过程导致停机的风险，同时频繁的修改程序，容易引起项目内垃圾碎片的增多，可能引起一些无法解释的系统问题。2、根据生产需要进行强制及解制工作，该工作要严格按照各公司下发的强制解制管理办法严格执行，完善手续后方可进行，防止引起设备或工艺事故，同时查清程序，完全理解了程序后方可进行操作。3、设备起停条件的梳理和协助设备跳停故障查找分析，以便快速的查找问题解决问题。4、程序定期备份，修改大量程序后备份，这些工作要常态化，备份不仅在本机进行，要进行异地备份，如网络里的其它操作站，服务器等，最好有专用的移动硬盘或U盘进行备份。5、借助软件里的硬件监控功能，定期的检查下现场设备运行状态，发现问题及时解决。2024/2/10工控系统软件维护要点（资料维护）资料维护1、点表的修改，现场经常要进行设备技改或更换通道工作，要及时的进行点表更新，确保点表的实时性，准确性。2、对程序修改，报警跳停值的修改完善相关会签制度并要留有存档，方便查询。3、点表，总体设计，设备资料，系统软件等相关资料要同程序备份工作一样进行。2024/2/10

30人员培训1、对维护人员进行岗前制度培训，对相关操作制度予以宣贯，确保规范操作行为。2、加强对工控系统的自身业务学习培训，提高主观能动性，要主动承担DCS及现场各个小PLC系统软件的认知和学习，确保能够满足日常维护及处理简单问题需求。3、要对相关的电气及现场仪表知识进行培训，掌握基本电气回路及仪表工作原理。工控系统软件维护要点（人员培训）2024/2/10基本管理要求1、谨慎操作，爱护设备，保持清洁，防灰防水，严禁将食品、饮料等放入操作台。2、严禁擅自改装、拆装机器。3、严禁安装非系统需要软件，不允许使用外来软盘、光盘或移动硬盘、U盘等，防止病毒侵入。4、严禁在操作平台进行不必要的操作，如乱点鼠标，乱敲键盘等。5、严禁擅自改装、拆装系统部件，乱改接线；不得无故拉动PC柜内连线、接地线、供电线路、通信电缆等。6、非必要情况下锁好柜门。7、严格执行强制解制管理办法、计算机管理规定等规章制度。工控系统基本管理要求（基本管理要求）2024/2/10熟料线典型案例（PC柜接线凌乱）典型案例（熟料线）：1、调试试生产期间不按规范接线现场过来的设备跑偏信号，要求现场跑偏开关上接的是常闭点，防止信号回路断线或控制电源失电时，确保设备保护的安全性，可现场跑偏接成了常开点，为了减少修改工作量，为满足DCS程序要求，该公司人员把入模块的中间继电器改了常闭点，留有安全隐患，必须整改。

同时对于常开常闭点还需注意的地方就是，中压柜、堆取料机等需发停机脉冲才能停机的设备，需将PC柜内驱动继电器的常开点