中控dcs基礎知識

1、DCS基礎知識,孟慶浩2015年03月,內容提要,DCS系統(tǒng)概述及特點DCS系統(tǒng)發(fā)展歷史DCS基礎知識聯(lián)鎖邏輯基礎知識簡單控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng),DCS系統(tǒng)概述及特點,DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communicati

2、on)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。,DCS系統(tǒng)概述及特點,高可靠性由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結構采用容錯設計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。,DCS系統(tǒng)概

3、述及特點,開放性DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網絡或從網絡中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。,DCS系統(tǒng)概述及特點,靈活性通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地

4、構成所需的控制系統(tǒng)。,DCS系統(tǒng)概述及特點,易于維護功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。,DCS系統(tǒng)概述及特點,協(xié)調性各工作站之間通過通信網絡傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。,DCS系統(tǒng)概述及特點,控制功能齊全控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、

5、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。,DCS發(fā)展歷史,1975 年美國最大的儀表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的綜合分散控制系統(tǒng)TDC—2000 ( Toal Distributed Control-2000),這一系統(tǒng)的發(fā)表,立即引起美國工業(yè)控制界高度評價，稱之為“最鼓舞人心的事件”。世界各國的各大公司也紛紛仿效，推出了一個又一個集散系統(tǒng)，從此過程控制進入了集散系統(tǒng)的新時期。,D

6、CS發(fā)展歷史,第一階段1975-1980，在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術特點表現(xiàn)為：1）采用微處理器為基礎的控制單元，實現(xiàn)分散控制，有各種各樣的算法，通過組態(tài)獨立完成回路控制，具有自診斷功能2）采用帶CRT顯示器的操作站與過程單元分離，實現(xiàn)集中監(jiān)視，集中操作3）采用較先進的冗余通信系統(tǒng),DCS發(fā)展歷史,第二階段1980—1985.，在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術特點表現(xiàn)為：1）微處理器的位數(shù)提高，CRT顯示器的分辨率提高2）強

7、化的模塊化系統(tǒng)3）強化了系統(tǒng)信息管理，加強通信功能,DCS發(fā)展歷史,第三階段1985-2000，集散系統(tǒng)進入第三代，其技術特點表現(xiàn)為：1）采用開放系統(tǒng)管理2）操作站采用32位微處理器3）采用實時多用戶多任務的操作系統(tǒng),DCS發(fā)展歷史,第四階段2000年以后，DCS系統(tǒng)進入第四代，技術特點主要表現(xiàn)為：體系結構主要分為四層結構：現(xiàn)場儀表層、控制裝置單元層、工廠（車間）層和企業(yè)管理層。一般DCS廠商主要提供除企業(yè)管理層之外的三層

8、功能，而企業(yè)管理層則通過提供開放的數(shù)據(jù)庫接口，連接第三方的管理軟件平臺（ERP、CRM、SCM等）。所以說，當今DCS主要提供工廠（車間）級的所有控制和管理功能，并集成全企業(yè)的信息管理功能。,DCS發(fā)展歷史,DCS基礎知識,儀表功能標志儀表功能常用字母附加功能符號（字母Y）儀表常用縮寫字母儀表常用圖形符號ECS-700流程圖畫面,DCS基礎知識—儀表功能標志,儀表功能標志組成儀表功能標志由一個首字母及一個或二至三個后繼字母組

9、成。示例如下：例1 PI------功能標志 P-------首位字母（表示被測變量類型為壓力） I--------后繼字母（表示指示功能）例2 TIC-----功能標志 T--------首位字母（表示被測變量類型為溫度） IC-------后繼字母（表示指示功能+控制功能）,DCS基礎知識—儀表

10、功能標志,儀表功能標志組成例3 HIC------功能標志 H-------首位字母（表示手動操作） IC--------后繼字母（表示指示功能+控制功能）例4 FFICA-----功能標志 FF--------首位字母（表示被測變量類型為流量+修飾字母功能為比值） ICA-------后繼字母（表示指示功能+控制

11、功能+報警功能）,DCS基礎知識—儀表功能標志,儀表位號儀表位號由儀表功能標志與儀表回路編號兩部分組成。示例如下：例1 FIC-1206------儀表位號 FIC-------功能標志 1206---------回路編號例2 12TIC1001-----儀表位號 TIC-------功能標志 1

12、2+1001----回路編號,DCS基礎知識—儀表功能標志,儀表位號回路編號可以用工序號加儀表順序號組成（例1），也可用其他規(guī)定的方法進行編號。示例如下：例1 FIC-1206------儀表位號 12-------工序號（一般用兩位數(shù)字，也可用三位數(shù)字） 06---------儀表順序號（一般用兩位數(shù)字，也可用三位數(shù)字）例2

13、 12TIC1001-----儀表位號 12-------工序號 1001----儀表順序號,DCS基礎知識—儀表常用字母,功能字母代號,DCS基礎知識—儀表常用字母,功能字母代號,DCS基礎知識—儀表常用字母,常用組合字母表,DCS基礎知識—儀表常用字母,常用組合字母表,DCS基礎知識—附加功能符號（字母Y）,附加功能符號（字母Y）HG/T 20505-2000,DCS基礎知識

14、—儀表常用縮寫字母,儀表常用縮寫字母,DCS基礎知識—儀表常用縮寫字母,儀表常用縮寫字母,DCS基礎知識—儀表常用圖形符號,儀表常用圖形符號常規(guī)儀表圖形為細實線圓圈，圖例如下：DCS圖形由細實線正方形與內切圓組成，圖例如下：可編程邏輯控制器圖形由細實線正方形與內接四邊形組成，圖例如下：聯(lián)鎖系統(tǒng)圖形為細實線菱形，菱形中標注“I”（Interlock縮寫），在局部聯(lián)鎖系統(tǒng)多時，應將聯(lián)鎖系統(tǒng)編號，圖例如下：,,,I,,I,

15、xxx,DCS基礎知識—儀表常用圖形符號,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,監(jiān)控界面簡介工具欄 ?鼠標放至圖標上方對應畫面名稱即有提示 ?工具欄可實現(xiàn)畫面選擇、切換、操作、設置等。信息欄,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,HMI

16、控制臺右上角的編輯框用于顯示系統(tǒng)當前位號，編輯框右邊的按鈕和下拉菜單用于進行對當前位號的操作。,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,報警確認： 點擊后確認當前報警（當前顯示的報警中被選中的那一個報警），當前用戶有確認權限的才能進行確認。取消報警選中： 點擊后釋放選中狀態(tài)（即當前顯示的報警中被選中的那一個報警取消選中）。過程報警： 彈出過程報警表，顯示當前操作小組下的所有過程報警信息。系統(tǒng)報警

17、： 彈出系統(tǒng)報警表，若產生了系統(tǒng)報警則按鈕背景顯示紅色，若有未確認的系統(tǒng)報警，則背景紅色閃爍。狀態(tài)表： 彈出各狀態(tài)表（強制表、OOS表、故障安全、故障恢復、報警屏蔽表、抖動開關量表、超量程表、仿真表）?？娠@示各種狀態(tài)的實時和歷史記錄。,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,報警確認： 點擊后確認當前報警（當前顯示的報警中被選中的那一個報警），當前用戶有確認權限的才能進行確認。取消報警選中：

18、 點擊后釋放選中狀態(tài)（即當前顯示的報警中被選中的那一個報警取消選中）。過程報警： 彈出過程報警表，顯示當前操作小組下的所有過程報警信息。系統(tǒng)報警： 彈出系統(tǒng)報警表，若產生了系統(tǒng)報警則按鈕背景顯示紅色，若有未確認的系統(tǒng)報警，則背景紅色閃爍。狀態(tài)表： 彈出各狀態(tài)表（強制表、OOS表、故障安全、故障恢復、報警屏蔽表、抖動開關量表、超量程表、仿真表）。可顯示各種狀態(tài)的實時和歷史記錄。,DCS基

19、礎知識—ECS-700流程圖畫面,,AI位號儀表面板及說明,AO位號儀表面板及說明,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,DI位號儀表面板及說明,DO位號儀表面板及說明,DCS基礎知識—ECS-700流程圖畫面,每個儀表面板中都有四個跳轉按鈕，其功能分別打開與位號關聯(lián)的各個畫面,流程圖,趨勢圖,歷史報警,調整畫面,聯(lián)鎖邏輯基礎知識,程序概述編程語言數(shù)據(jù)類型變量類型邏輯運算功能,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—程序概述,IEC 61131

20、 - 3是可編程序控制器的編程語言的標準，它將現(xiàn)代軟件的概念和現(xiàn)代軟件工程的機制與傳統(tǒng)的PLC編程語言成功地結合，使它在工業(yè)控制領域的影響越出PLC的界限，成為DCS、IPC、PAC、PC控制、運動控制以及SCADA的編程系統(tǒng)事實上的標準。,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—編程語言,圖形化編程語言功能塊圖（FBD:Function Block Diagram）梯形圖 （LD ：Ladder Diagram）順控圖 （SFC：Sequ

21、ential Function Chart）文本化編程語言結構化文本 （ST： Structured Text）指令表 （IL ：Instruction List）,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—編程語言,VisualField系統(tǒng)軟件符合IEC61131-3標準，為用戶提供高效的圖形編程環(huán)境。編輯工具：功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、 順控圖（ SF

22、C ）、結構化文本（ST） 。,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—數(shù)據(jù)類型,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—變量類型,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—邏輯運算功能,與門是對兩個BOOL 型的變量進行邏輯與運算。邏輯符號真值表,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—邏輯運算功能,或門是對兩個BOOL 型的變量進行或運算。邏輯符號真值表,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—邏輯運算功能,非門是對輸入BOOL 型的變量進行邏輯非運算。邏輯符號真值表,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—邏輯運算

23、功能,RS觸發(fā)器復位優(yōu)先型RS 觸發(fā)器是最基本的時序邏輯裝置，任意時刻，功能塊的輸出不僅與該時刻的輸入BOOL 型變量有關，還與原來的狀態(tài)有關，是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在RS 觸發(fā)器中，由于輸入信號的觸發(fā)，它的輸出從一個穩(wěn)態(tài)轉換到另一個穩(wěn)態(tài)，并長期保持，直到下一個觸發(fā)信號來臨，具有記憶功能。邏輯符號 真值表,聯(lián)鎖邏輯基礎知識—邏輯運算功能,SR觸發(fā)器置位優(yōu)先型SR 觸發(fā)

24、器是最基本的時序邏輯裝置，任意時刻，功能塊的輸出不僅與該時刻的輸入BOOL 型變量有關，還與原來的狀態(tài)有關，是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在SR 觸發(fā)器中，由于輸入信號的觸發(fā)，它的輸出從一個穩(wěn)態(tài)轉換到另一個穩(wěn)態(tài)，并長期保持，直到下一個觸發(fā)信號來臨，具有記憶功能。邏輯符號 真值表,簡單控制系統(tǒng),概述簡單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù)三種控制器的比較,簡單控制系統(tǒng)—概述,簡單控制系統(tǒng)通常

25、是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。,簡單控制系統(tǒng)—概述,簡單控制系統(tǒng)通常是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。,簡單控制系統(tǒng)—簡單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù),從上圖中可知簡單控制系統(tǒng)由四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象、測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。 被控變量生產過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。執(zhí)行器接受控制

26、器的輸出信號,直接控制能量或物料等調節(jié)介質的輸送量,達到控制溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的目的。測量變送器用于檢測各被控變量（如流量、溫度、壓力、液位）工藝參數(shù)各類儀表。對象工藝上所需控制的各類設備如塔、罐等。,簡單控制系統(tǒng)—簡單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù),控制器對于生產裝置的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量常常要求維持在一定的數(shù)值上，或按一定的規(guī)律變化，以滿足生產工藝的要求。PID控制器是根據(jù)PID控制原理對整個控制系統(tǒng)進行偏差

27、調節(jié)，從而使被控變量的實際值與工藝要求的預定值一致。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產過程，必須合理選擇相應的控制規(guī)律，否則PID控制器將達不到預期的控制效果。控制器有三種：比例控制器、比例積分控制器、比例積分微分控制器,簡單控制系統(tǒng)—三種控制器性能比較表,簡單控制系統(tǒng)—流程圖,簡單控制系統(tǒng)—功能塊,復雜控制系統(tǒng),串級控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)選擇控制系統(tǒng),復雜控制系統(tǒng)—串級控制系統(tǒng),串級控制系統(tǒng)-----兩只調節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調

28、節(jié)器的輸出作為另一個調節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。,復雜控制系統(tǒng)—串級控制系統(tǒng),例：加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng),復雜控制系統(tǒng)—串級控制系統(tǒng),基本概念即組成結構串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調節(jié)器，前一個調節(jié)器的輸出作為后一個調節(jié)器的設定，后一個調節(jié)器的輸出送往調節(jié)閥。前一個調節(jié)器稱為主調節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調節(jié)器稱為副調節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為

29、了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調節(jié)器、調節(jié)閥和副過程構成；主回路由主變量檢測變送、主調節(jié)器、副調節(jié)器、調節(jié)閥、副過程和主過程構成。,復雜控制系統(tǒng)—串級控制系統(tǒng),串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應用1. 用于克服被控過程較大的容量滯后2. 用于克服被控過程的純滯后3. 用于抑制變化劇烈幅度較大的擾動4. 用于克服被控過程的非線性,復雜控制系統(tǒng)—串級控制系統(tǒng),復雜控制系統(tǒng)—串級

30、控制系統(tǒng),復雜控制系統(tǒng)—分程控制系統(tǒng),分程控制系統(tǒng)-----一般來說，一臺調節(jié)器的輸出僅操縱一只調節(jié)閥，若一只調節(jié)器去控制兩個以上的閥并且是按輸出信號的不同區(qū)間去操作不同的閥門，這種控制方式習慣上稱為分程控制。,復雜控制系統(tǒng)—分程控制系統(tǒng),調節(jié)系統(tǒng)分類分程控制系統(tǒng)中，閥的開閉形式，可分同向和異向兩種，見圖。一般調節(jié)閥分程動作采用同向規(guī)律的是為了滿足工藝上擴大可調比的要求；反向規(guī)律的選擇是為了滿足工藝的特殊要求。,復雜控制系統(tǒng)—分程控

31、制系統(tǒng),復雜控制系統(tǒng)—分程控制系統(tǒng),復雜控制系統(tǒng)—選擇控制系統(tǒng),選擇性控制------是把工業(yè)生產過程中的限制條件所構成的邏輯關系，疊加到正常的自動控制系統(tǒng)上去的一種組合控制方法。即在一個過程控制系統(tǒng)中，設有兩個調節(jié)器(或兩個以上的變送器)，通過高、低值選擇器選出能適應生產安全狀況的控制信號，實現(xiàn)對生產過程的自動控制。稱為自動保護系統(tǒng)或稱為軟保護系統(tǒng)。構成選擇性控制系統(tǒng)應具備兩方面:一是生產操作上有一定的選擇性規(guī)律；二是組成控制系統(tǒng)的