dcs基本知識

1、DCS基本知識,南京揚子職業(yè)培訓有限責任公司 高永順,第一講 控制儀表的發(fā)展過程,一、20世紀40-50年代出現(xiàn)第一代儀表主要以機械式和電子管元件生產(chǎn)的就地式儀表二、20世紀70年代初出現(xiàn)了第二代DDZ電動單元儀表三、20世紀80-90年代出現(xiàn)了第三代DCS過程控制系統(tǒng)四、21世紀出現(xiàn)了第四代智能控制系統(tǒng),單元儀表控制系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng),第二講 集散控制系統(tǒng)的基本概念一.何謂集

2、散控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)是計算機控制系統(tǒng)的一種類型,簡稱DCS,是英文Distributed Control System的縮寫.它是以多臺微處理器分散應用于生產(chǎn)過程的控制,再利用通信網(wǎng)絡(luò)、CRT顯示器、鍵盤、打印機等設(shè)備實現(xiàn)高度集中的管理,操作.這種實現(xiàn)集中管理、分散控制的自動化控制系統(tǒng)就稱為集散控制系統(tǒng),簡稱DCS.二.DCS的基本組成,1.操作員站:簡稱操作站,可用OS表示.過去用工控機,現(xiàn)在普遍用PC機加

3、專用網(wǎng)卡和專用監(jiān)控軟件組成. 操作站是操作人員進行生產(chǎn)過程的監(jiān)視、操作的主要設(shè)備,操作站提供良好的人機交互界面,用以實現(xiàn)集中顯示、集中操作和集中管理等功能.,例如:工藝流程圖的顯示,例如:報警畫面的集中顯示,例如:控制儀表的集中顯示,2.工程師站:可用ES表示,通常用PC機加專用的組態(tài)軟件組成. 工程師站主要用于對DCS進行離線的組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制與維護,工程師能夠借助于組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行系統(tǒng)生成、離線組態(tài)、并可

4、在DCS運行時實時監(jiān)控DCS網(wǎng)絡(luò)上各站的運行情況.例如:液位或者流量的單回路控制,要實現(xiàn)此功能,只要在工程師站內(nèi)完成下列組態(tài)即可.,液位控制,流量控制,3.上位管理機:通常用PC機加專用的網(wǎng)絡(luò)軟件組成. 上位機主要用于全系統(tǒng)的信息管理和生產(chǎn)、經(jīng)營過程管理,并可根據(jù)收集到的信息進行優(yōu)先控制.4.通信網(wǎng)絡(luò):是集散控制系統(tǒng)的中樞,它連接DCS的監(jiān)測站和控制站,操作站和上位機等部分.各部分之間的信息傳遞均通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn),完成數(shù)據(jù)、

5、指令及其他信息的傳遞,從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作,進行數(shù)據(jù)和信息共享.,5.現(xiàn)場檢測站: 又稱數(shù)據(jù)采集站,直接與生產(chǎn)過程相連接,實現(xiàn)對過程變量數(shù)據(jù)采集和預處理.6.現(xiàn)場控制站: 可用FCS表示,也直接與生產(chǎn)過程相連接,對過程變量進行檢測和處理,并產(chǎn)生控制信號驅(qū)動現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu),實現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制,它利用多個微處理器可以對多個回路實現(xiàn)分散控制,大大地提高了系統(tǒng)的可靠性并降低生產(chǎn)裝置的危險性.三.

6、DCS的特點 由于DCS具有高度的集中管理功能,與常規(guī)模擬儀表控制相比具有眾多優(yōu)點.,1.監(jiān)控操作方便 DCS通過CRT顯示器和鍵盤、鼠標可以對被控對象的變量值及其變化趨勢,報警情況,軟硬件運行狀況進行集中監(jiān)視,實施各種操作功能,并且畫面形象直觀,是模擬儀表控制系統(tǒng)無法比擬的.2.控制功能豐富 DCS具有多種運算控制算法和邏輯運算功能,如各種數(shù)學運算、邏輯運算、PID控制、前饋控制、

7、模糊控制和滯后時間補償?shù)?還可以實現(xiàn)順序控制和各種連鎖保護、報警等功能.3.信息和數(shù)據(jù)共享 DCS的各站獨立工作同時,通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞各種信息和數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)工作,使整個系統(tǒng)信息共享.,4.系統(tǒng)擴展靈活 DCS采用標準化、模塊化設(shè)計,可以根據(jù)不同規(guī)模的工程對象,硬件設(shè)計上采用積木搭接方式進行靈活配置,擴展方便.5.安裝維護方便 DCS采用專用的多芯電纜,標準化接插件和端子板,可很方便的裝配

8、和維修更換.在軟件上具有強大的自診斷功能,當故障發(fā)生時,能迅速發(fā)出報警信號,以便工作人員及時維修.6.系統(tǒng)的可靠性 由于DCS采用多個微處理器分散控制生產(chǎn)裝置,使得危險高度分散.同時又采用冗余措施,大大提高了系統(tǒng)的可靠性,從而使系統(tǒng)的平均無故障工作時間達到十萬小時以上.,四.DCS的發(fā)展趨勢 DCS自1975年問世以來,經(jīng)歷了30年的發(fā)展,其結(jié)構(gòu)也不斷更新,但由于其沒有統(tǒng)一的國際標準,使得用戶在使用各

9、廠家產(chǎn)品時無法做到相互兼容及互操作. 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,微處理器的體積越做越小,價格也越來越便宜,所以現(xiàn)在現(xiàn)場檢測儀表和執(zhí)行器都逐步實現(xiàn)了智能化. 由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突飛猛進,快速高效的全數(shù)字式通信技術(shù)又被應用于控制系統(tǒng)中,于是2002年IEC頒布了61158標準,即現(xiàn)場總線標準,簡稱FCS.該系統(tǒng)是全數(shù)字化、開放式、底層控制網(wǎng)絡(luò),它可以做到各廠家產(chǎn)品相互兼容及互操作.并向用戶開放,從而實現(xiàn)更簡便快捷安全

10、可靠的控制.,第三講 TDC3000集散控制系統(tǒng)一.概述 TDC3000系統(tǒng)是美國Honeywell公司開發(fā)的DCS,于九十年代推向市場,先后被多家企業(yè)使用,是我公司使用技術(shù)比較成熟的一種集散控制系統(tǒng).二.系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu),,1.各部件的名稱及功能PCIM:PC機接口模塊AM:應用模塊,存放先進的控制軟件.HM:歷史模塊,存放生產(chǎn)過程的各種歷史數(shù)據(jù).GUS:操作站,負責生產(chǎn)過程的監(jiān)控及系統(tǒng)的監(jiān)控與組態(tài).APM:先進的過

11、程管理器,負責I/O信號的處理、計算、控制、報警等。HPM:高性能過程管理器負責I/O信號的處理、計算、控制、報警等。,,SM:安全管理器,負責生產(chǎn)過程的報警與連鎖,實現(xiàn)安全生產(chǎn).LM:邏輯管理器,實現(xiàn)邏輯功能的處理.LCN:系統(tǒng)局UCN:實時控制網(wǎng),,2.控制網(wǎng)絡(luò):是連接現(xiàn)場控制站內(nèi)部各模板之間的數(shù)據(jù)通信.3.網(wǎng)關(guān):是實現(xiàn)管理網(wǎng)與系統(tǒng)網(wǎng)之間的通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,由于兩個網(wǎng)絡(luò)的通信速度與通信協(xié)議都不同,工廠網(wǎng)的傳輸速度是10M bp

12、s,而系統(tǒng)網(wǎng)的傳輸速度是2.5M bps.4.操作員站:操作人員能通過專用薄膜鍵盤或鼠標靈活、方便、準確地監(jiān)視過程變量,以及根據(jù)流程變化調(diào)整過程參數(shù)等.如圖所示,,6.現(xiàn)場I/O控制站:如圖所示,TDC3000的現(xiàn)場控制站,不但可以接受現(xiàn)場儀表送來的各種不同信號,還可以進行各種計算、控制、并產(chǎn)生各種不同的信號驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行器,同時還具有以下特色.(1)冗余措施 現(xiàn)場I/O控制站內(nèi)的網(wǎng)卡、CPU卡、電源卡均采用雙份配置,其中一個為

13、主控單元,另一個就進行熱備份,兩個單元同時接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),一個單元作控制運算,另一個單元處于監(jiān)視狀態(tài),并實時更新數(shù)據(jù).一旦工作中的主控單元發(fā)生故障,備份單元就自動進入工作狀態(tài).,(2)分散隔離措施 所有模板均帶有隔離電路,能將通道上竄入的干擾源拒之系統(tǒng)之外.(3)迅速維修措施 TDC3000系統(tǒng)具有非常強的自診斷能力,每板均周期性的進行自檢,并通過模板上的指示燈顯示,如果發(fā)現(xiàn)故障,所有模板均可以帶電插拔.三、TDC300

14、0系統(tǒng)的軟件介紹 TDC3000系統(tǒng)的軟件主要分為3大部分,如圖所示.,它們分別是工程師站組態(tài)軟件、操作站實時監(jiān)控軟件和過程控制站軟件,三部分軟件分別運行于不同層次的硬件平臺上,并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)通信軟件,相互配合、互為協(xié)調(diào),交換各種數(shù)據(jù)及管理、控制信息,來完成整個集散系統(tǒng)的各種功能.,(1)先進、實用的組態(tài)軟件 TDC3000系統(tǒng)提供了極富特色的全方位工程組態(tài)軟件.該軟件既繼承了國內(nèi)外各知名DCS系統(tǒng)中組態(tài)軟件的傳統(tǒng),也

15、吸取了近年來興起的各種基于PC----Windows環(huán)境的工控組態(tài)軟件靈活、易操作、界面友好等特點,從而為用戶提供一個靈活、 方便、全面的工程平臺,以實現(xiàn)用戶的各種控制策略. (2)高效、可靠的實時監(jiān)控軟件 TDC3000系統(tǒng)的實時監(jiān)控軟件運行在一套高效的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)下(Windows),操作員可通過專用薄膜鍵盤操作下列功能,(3)趨勢顯示功能 TDC3000系統(tǒng)的趨勢顯示功能包含實時趨勢顯示和歷史趨勢顯示兩種,

16、都是用曲線反映過程變量的變化狀態(tài).如圖所示:,(4)報警管理和顯示功能 TDC3000系統(tǒng)提供了多方位的報警功能,可以在多種畫面中以直觀的方式通知操作員系統(tǒng)中正在發(fā)生的報警,并可在報警信息列表中觀察到發(fā)生的詳細報警信息.報警信息可以分為系統(tǒng)報警和過程報警,最多可以顯示100條報警信息,如圖所示:,(5)報表管理和打印功能 TDC3000系統(tǒng)的報表打印功能充分考慮了中國用戶的需要,可方便地打印出漢字班報表、日報表、月報表等,

17、 (6)其他功能 a.系統(tǒng)狀態(tài)自診斷及顯示 TDC3000系統(tǒng)提供了較全面的系統(tǒng)診斷功能,在系統(tǒng)的各個層次進行故障診斷,包含:現(xiàn)場控制站CPU主控制器診斷,各過程通道板故障診斷,通信網(wǎng)絡(luò)診斷,操作站故障診斷等,并可通過操作站顯示出來. b.在線組態(tài)功能,在生產(chǎn)裝置運行其間,可對控制回路中的儀表信息進行修改,并不影響其他生產(chǎn)裝置的運行. C.系統(tǒng)操作的權(quán)限功能 TDC3000系統(tǒng)對不同的操作人員提供了不同的操作權(quán)限

18、,如工程師具有最高權(quán)限,她可以修改各種數(shù)據(jù);班長具有略低于工程師的操作權(quán)限,她可以修改該工段的有關(guān)數(shù)據(jù);操作員最低的操作權(quán)限, 她只能對部分屬于她的操作數(shù)據(jù)進行修改. d.操作記錄功能 操作人員的一些動作,生產(chǎn)中發(fā)生的各種故障、報警都能詳細的記錄在歷史報告中,最多可記錄最近500條信息.,4.現(xiàn)場控制站軟件 現(xiàn)場控制站是整個TDC3000系統(tǒng)的核心部件,對現(xiàn)場信息的采集,各種控制策略的實現(xiàn)都在現(xiàn)場控制站內(nèi)完成.因此,