DCS集散控制系统PPT课件

1、1，2章集散控制系统，基础知识，2，集散控制系统的架构集散控制系统的硬件架构集散控制系统的软件系统集散控制系统的基本功能数据通信技术，3，2.1集散控制系统的架构， 本节根据集散控制系统架构的特征纵向分层横向分散设备分层网络分层、功能，集散控制系统设备为四级现场控制级过程管理级经营管理级、四级设备对应的四层网络现场网络控制网络监视网络4、图2.1集散控制系统的架构、现场网络控制网络、监视网络、管理网络、5、1 .现场控制级、典型现场控制级设备各种传感器各种变送器各种执行元件现场控制级设备的主要任务流程数据收集和直接输出操作指令，实现分散控制。 完成与上位设备的数据通信，实现网络数据库的共享。

2、、6、2 .过程控制级、过程控制级的主要设备：过程控制站、数据收集站、现场总线服务器等。 过程控制站产生控制作用。 可实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制等功能。 7、数据收集站接收大量非控制进程信息控制功能无法直接完成。 现场总线服务器配备现场总线接口卡和DCS监视器网络接口卡的计算机。的。 过程控制级设备的主要功能收集过程数据，进行数据转换和处理进行生产过程的监视和控制现场设备及I/O卡的自诊断与过程管理水平进行数据通信。 8、3 .过程管理级、过程管理级的主要设备：工作站、工程师站、监控计算机等。 操作站操作者与DCS交换信息的人机界面设备DCS的核心显示、监视、操作管理装置。 配

3、置、配置、调试和维护工程师站DCS。 监视计算机实现生产过程的监视控制单元运行的优化和性能计算、先进的控制战略的实现等。9、流程管理级设备的主要功能对进行生产流程监视和控制的DCS进行配置、构成、调试、维护各种设计文件进行分类管理。 实现生产过程的监视控制、故障检测和数据归档。 10、4 .经营管理级、经营管理级的设备既是工厂级的管理计算机，也是一些生产装置的管理计算机。 工厂级管理系统的主要功能是监控企业各部门的运营情况。 管理计算机的要求是具有能够对控制系统作出高速反应的实时操作系统。11、经营管理级设备的主要功能监视企业各部门的运营情况实时监视负责全工厂的性能监视、运行优化、全工厂的负荷

4、分配和日常运行管理等任务日常管理负责全工厂的管理决定、计划管理、行政管理等任务。，12，2.2集散控制系统的硬件配置，本节中，控制站包括现场控制站和数据采集站等。 机柜电源控制计算机其他零件、操作站一般分为操作站和工程站。 控制台微处理器系统图形显示设备操作键盘和鼠标打印输出设备等，冗馀技术冗馀方式：自动备份和手动备份复用。 冗馀对策：通信网络冗馀、操作站冗馀、现场控制站冗馀、电源冗馀、输入输出模块冗馀。13、2.2.1现场控制局，主要设备：现场控制单元。 主要任务：进行数据采集和处理，对被控制对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。 根据应用程序的需要，用户可以选择不同的现场控制单元进行配

5、置，以配置现场控制站。的。构成以面向连续生产的过程控制为主，以顺序逻辑控制为辅助，能够实现多种复杂控制方案的现场控制站以顺序控制、联锁控制功能为主的现场控制站构成综合收集大量过程信号的现场控制站。 有.14、1 .机柜、现场控制站机柜、中央控制站机柜间、机柜间机柜组、现场控制站，很容易保证生产过程控制的安全性和可靠性。 15、现场控制单元、多层I/O卡箱、电源单元、通信接口、电缆端子板、机柜正面(前面)、机柜背面(背面)、现场控制站机柜、16、2 .电源、电源系统的可靠性对策各现场控制站采用双电源，冗馀采用超级隔离变压器，其一次、二次线圈之间的屏蔽层可靠地接地，克服共模噪声的影响。 采用交流电

6、子稳压器，迅速稳定供给电压。 搭载不间断电源UPS，确保供给的连续性。 现场控制站内各功能模块所需的直流电源通常为5V、15V (或12 V )、24V。17、提高直流电源系统稳定性的措施给主机供电电源与给现场设备供电电源电隔离，减少相互干扰。 通过冗馀的双电源方式向各功能模块供电。 从一般统一的主电源单元将交流电力转换为24V直流电力，供给盘内的直流母线，用DC-DC转换方式将24V直流电源转换为副电源所需的电压。 主电源一般为1:1冗馀配置，子电源一般为N:1冗馀配置。18、3 .控制计算机、控制器、电源单元、I/O卡、现场总线接口卡、轨道、控制计算机、19、控制计算机一般由CPU、存储器

7、、输入输出通道等基本部分构成。 (1)CPU 用于实现算术运算和逻辑运算。 可执行自动调整、预测控制、模糊控制、自适应控制等复杂的先进控制算法。 20、(2)存储器控制计算机的存储器分为RAM和ROM。 在控制计算机中，ROM占了很大的比例。 控制计算机正常工作时，执行一定的程序，因此DCS多采用程序的硬化方法。 冗馀控制计算机系统中，特别设置了保存过程输入输出数据、设定值、PID参数等的双端口随机访问存储器RAM。21、(3)总线总线是连接现场控制站内部各单元的通信介质。 (4)输入输出通道模拟输入输出(AI/AO) 开关量输入输出(SI/SO) 数字量输入输出(DI/DO) 脉冲量输入通道

8、(PI )、22、模拟输入输出通道(AI/AO) 模拟输入通道(AI )模拟模拟输出通道(AO )模拟输出通道(AO )一般将计算机输出的数字信号转换为4-20mADC (或1-5VDC )的连续直流信号，控制各种执行元件。 开关量输入输出通道(SI/SO) 开关量输入通道(SI )主要用于收集各种限位开关、继电器或电磁阀连动触点的开关状态，并输入电脑。 开关量输出通道(SO )主要用于控制电磁阀、继电器、灯、声光报警器等只具有开关两种状态的设备。 脉冲输入通道(PI )处理从脉冲输入通道(PI )现场仪表(涡轮流量计等)输出的脉冲信号并发送至电脑。24、2.2.2操作站、嵌入式桌面操作站、桌

9、面操作站、信息报警站、工程师站、控制站、显示器、标准键盘、主机、操作站主机盘、磁带工程师站主要是技术人员和控制系统的人机界面，可以监视应用系统。 工程师站为用户提供了灵活、功能性的平台，以实现用户所要求的各种控制策略。部分小型DCS的工程师站可以用操作站代替。26、控制台微处理器系统外部存储装置图形显示装置操作键盘和鼠标印刷输出装置、DCS控制台的主要设备、27、2.2.3冗馀技术、1 .冗馀方式、28、同步运行、29、同步运行方式2台以上的设备只有在2台设备同步运行，并且它们的输出一致的情况下，才作为正确的输出的系统被称为“双系统”(Dual System )。 3台设备同步运行，比较3台设

10、备的输出信号，将2个相等的输出值作为正确的输出值。 这是设备的三重化设定，30、待机运行方式同时装备两台设备，使一台设备处于待机状态。 工作设备故障时，启动待机设备，保证系统正常工作。 该方式称为1:1的备用方式。 对n台相同设备，采用1台待机设备的备用方式称为N:1备用。 待机运行方式是DCS中主要采用的冗馀技术。31、后退运行方式使用多台设备，正常运行时，分担各自的功能运行。 其中一个发生故障时，其他机器会放弃其中不重要的功能，互相备份。32、简单的手动备份方式用手动操作方式实现了向自动控制方式的备份。 自动方式故障时，通过切换为手动动作方式，维持系统的控制功能。33、2 .冗馀措施，通信

11、网络冗馀性：采用通用配置。 站的冗馀性：采用工作的冗馀性。 现场控制站的冗馀性：有的采用1:1冗馀性，有的采用N:1冗馀性。 采用无中断自动切换方式。 电源的冗馀性：除220V交流电源外，还采用镍镉电池、铅钙电池、干电池等多级停电保护对策。 输入输出模块的冗馀性：重要的卡的一部分采用了1:1冗馀性。 DCS软件还采用了信息冗馀技术。 ，34，2.3集散控制系统的软件体系，本节中，软件体系配置软件，控制层软件和监视软件的功能，35，DCS软件主要是配置软件，控制层软件，监视软件(1)配置软件完成系统控制层软件和监视软件的配置功能。 根据实际生产过程控制的需要，组织DCS提供的硬件设备和软件功能模

12、块，完成特定任务。 构成主要是指硬件构成数据库构成控制算法构成流的显示和操作画面构成报告构成的编译和下载，36，(2)控制层软件：特别是指在现场控制台的控制器上运行的软件，对控制对象完成控制功能。 其基本功能是I/O数据的收集、数据预处理、数据组织管理、控制运算和I/O数据的输出。37、(3)监控软件是指操作站和工程师站的软件，主要完成操作人员发布的各种命令的执行、图形和画面的显示、警报信息的显示处理、现场各种检查数据的集中处理。38、2.4集散控制系统的基本功能，本节中控制站的基本功能反馈控制逻辑控制顺序控制批量控制数据收集和处理数据通信、操作站的基本功能显示操作警报构成系统维护生成报告，

13、自我诊断功能离线自我诊断在线自我诊断显示故障代码定位故障卡.39，1 .反馈控制，2.4.1现场控制台的基本功能，反馈控制功能地图，40，(1)输入信号处理， 模拟输入信号处理合理性检查零偏置校正标准化工程量转换非线性处理开角运算补偿运算脉冲序列的瞬时值转换和累计.41，数字信号状态警报和输出方式处理。 脉冲序列关于瞬时值转换和累计计算。、42、警报类型计异常警报、绝对值警报、偏差警报、速度警报、累计值警报等。 警报限制值为了实现事前警报，DCS通常设定了上限、上限、下限、下限等多个警报限制。 警报优先级警报优先级参数警报链中断参数最高警报选择参数、(2)警报处理、43、(3)控制运算、通常P

14、ID 微分先行PID 积分分离开关控制信号选择比率设定， 常用算法时间程序设定 Smith估计控制多变量解耦控制一次延迟运算前进-延迟运算其他运算等44、(4)控制电路构成根据控制策略的需要，用软件连接几个功能块，检测电路或控制电路温度和压力串联级控制系统的回路构成图、45、(5)输出信号处理、输出开放检查输出上下限检查输出变化率限制模拟输出开关输出脉冲宽度输出、46、2 .根据逻辑控制、输入变量的状态以逻辑关系进行的控制。 在DCS中，逻辑功能模块实现逻辑控制功能。 逻辑控制功能、和(AND ) 或(OR ) 非(NO ) 异或(XOR ) 连接(LINK延迟(ON DELAY ) 停止延迟

15、(OFF DELAY ) 触发(FLIP - FLOP) 脉冲(PULSE )，47，3 .顺序控制顺序控制可以同时使用反馈控制、逻辑控制、输入输出监视器等功能。 实现顺控的一般方法顺控表法程序语言方式梯形图法、48、顺控表法按逻辑关系和时间关系的顺序记录，保存在管理文件中，按各项目执行。 程序语言方式通过语言编程实现顺序控制。 梯形法(梯形逻辑控制语言)解释从继电器的逻辑电路图进化的执行程序的设计语言。 随着DCS的发展，出现了梯形逻辑和连续控制算法相结合的复合控制功能。49、4 .批次控制根据过程的要求，将反馈控制与逻辑、顺序控制组合，在一个间歇生产过程中得到合格产品的控制。 反馈控制的警报信号电路状态信号模拟信号的比较、判断、运算结果、顺控的条件信号、50、电路的切换参数的变更设定值的调整控制算法的变更控制方案的变更、从顺控到反馈控制的条件、 5 .转换为辅助功能，(1)控制方式选择手动(MAN ) 自动(AUT ) 串行(CAS ) 计算机(COMP )、(2)测量值跟踪，手动方式时，本电路的设定值不保持原来的值，测量值跟踪。52、(3)输出值追随，在手动方式的情况下，存储器单元的PID输出值追随手动操作输出值。 从手动切换到自动时，存储器单元的自动输出值等于手动输出值，