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DCS集散控制系統(tǒng).ppt

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1、集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System簡稱DCS),主講:孔祥宗,2013年1月8日,目 錄,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 2,一、DCS概述 二、DCS構(gòu)成 三、DCS技術(shù)特點(diǎn) 四、DCS工程設(shè)計(jì) 五、DCS選用原則 六、DCS驗(yàn)收測試、安裝、聯(lián)調(diào)與投運(yùn) 七、DCS系統(tǒng)常見故障解析 八、DCS系統(tǒng)對干擾的預(yù)防措施 九、當(dāng)前流行的控制系統(tǒng),一、DCS概述,1 定義: 集散控制系統(tǒng),(distributed control systems,簡稱DCS),又稱為分散控制系統(tǒng),分散型控制系統(tǒng)。是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)

2、,以危險(xiǎn)分散控制,操作和管理集中為特性,集先進(jìn)的Computer計(jì)算機(jī)技術(shù)、Communication 通信技術(shù)、 Cathode Ray Tube CRT顯示技術(shù)和Control控制技術(shù)即4C技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。,Page 3,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2 發(fā)展史: 2.1 第一代DCS(70年代末期-初創(chuàng)期) 1975年美國Honeywell公司推出了世界上第一套集散控制系統(tǒng)TDC2000,它是一個(gè)具有許多微處理器的分級(jí)控制系統(tǒng),以分散的控制設(shè)備來適應(yīng)分散的過程對象,并將它們通過數(shù)據(jù)高速公路與基于CRT的操作站相

3、連接,互相協(xié)調(diào),一起實(shí)施實(shí)時(shí)工業(yè)過程的控制和監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的功能分散,負(fù)荷分散從而危險(xiǎn)性也分散。,Page 4,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2.1 第一代DCS (70年代末期-初創(chuàng)期) 在此期間世界各國相繼推出了自己的第一代DCS,比較著名的有美國Honeywell公司的TDC2000;Foxboro公司的Spectrum、Bailey公司的NetWork-90;日本YOKOGAWA公司的Centum;TOSHIBA公司的TOSDIC;德國Siemens公司的Teleperm M;Hartman&Braum公司的CO

4、NTRONIC P等。這一時(shí)期的產(chǎn)品,在技術(shù)上有明顯的局限性,微處理器多采用8位CPU。,Page 5,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2.2 第二代DCS(80年代初中期-發(fā)展期) 第二代產(chǎn)品在原基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高了可靠性,新開發(fā)的多功能過程控制站、增強(qiáng)型操作站、光纖通信等更完善了DCS。其基本結(jié)構(gòu)由六部分組成,即局域網(wǎng)絡(luò)、多功能現(xiàn)場控制站、增強(qiáng)型操作站、主計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接器和系統(tǒng)管理站等。 第二代產(chǎn)品的特點(diǎn)是采用16位CPU的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)通信向標(biāo)準(zhǔn)化遷移,板級(jí)模塊化,單元結(jié)構(gòu)化,具有更強(qiáng)適應(yīng)性和可擴(kuò)充性??刂乒δ?/p>

5、更加完善,它能實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、順序控制和批量控制功能。代表產(chǎn)品有美國Honeywell公司的TDC3000;Leads&Northrup公司的MAX1;TAYLOR公司的MOD300;Westing House公司的WDPF;日本YOKOGAWA公司的Centum A、B、C等。,Page 6,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2.3 第三代DCS(80年代末期成熟期) 第三代產(chǎn)品采用32位CPU和專用集成電路,開發(fā)了高一層次的信息管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了開放式系統(tǒng)通信, 向上能與MAP和Ethernet接口,或者通過網(wǎng)間連接器與

6、其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系,構(gòu)成復(fù)合管理系統(tǒng);向下支持現(xiàn)場總線,它使得過程控制或車間的智能變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。過程控制組態(tài)采用CAD方法,使其更直觀方便,實(shí)現(xiàn)自整定功能。其代表產(chǎn)品有美國Honeywell公司的TDC-3000/LCN;Foxboro公司的I/A Series;Bailey公司的INFI-90;WestingHouse公司的WDPF;日本YOKOGAWA公司的CentumXL等。,Page 7,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2.4 DCS現(xiàn)狀 當(dāng)今DCS更加綜合化和開放化,各種設(shè)備(計(jì)算機(jī)、

7、DCS、單回路調(diào)節(jié)器、PLC等)之間的通信能力大大加強(qiáng),以便構(gòu)成大系統(tǒng)。 隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛躍發(fā)展,集散控制技術(shù)(DCS)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、確保生產(chǎn)安全起著重要的作用。但對于工業(yè)控制系統(tǒng)來說,不管哪家公司宣稱自己的系統(tǒng)是第幾代,也不管該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜,但基本結(jié)構(gòu)還是相對穩(wěn)定。,Page 8,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,3 對國內(nèi)外幾個(gè)DCS控制系統(tǒng)性能比較 3.1 從應(yīng)用上看:,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 9,一、DC

8、S概述,3.2 從工程服務(wù)能力和客戶評價(jià)來看:,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 10,一、DCS概述,3.3 從系統(tǒng)的開放性來看:,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 11,一、DCS概述,4 未來發(fā)展趨勢 各制造廠商都在“開放性”上下功夫,力求使自己的DCS與其他廠商的產(chǎn)品很容易地聯(lián)網(wǎng)。 大力發(fā)展和完善DCS的通信功能,并將生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與工廠管理系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起,形成管控一體的產(chǎn)品。 高度重視系統(tǒng)的可靠性,在軟件的設(shè)計(jì)中采用容錯(cuò)技術(shù)。 在控制功能中,不斷引進(jìn)各種先進(jìn)控制理論,

9、以提高系統(tǒng)的控制性能,如自整定、自適應(yīng)、最優(yōu)、模糊控制等。 在系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)上,形成由小到大的產(chǎn)品,以適應(yīng)不同規(guī)模。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 12,一、DCS概述,1 DCS結(jié)構(gòu) DCS一般分為現(xiàn)場控制級(jí)、過程控制級(jí)、過程管理級(jí)、和企業(yè)經(jīng)營管理級(jí)四級(jí)功能層次。對應(yīng)著這四級(jí)結(jié)構(gòu)分別有四層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(field Network)、控制網(wǎng)絡(luò)(control network)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)(supervision network)、管理經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)(management network)。,Wison (Nantong) Heavy Indu

10、stry Co., Ltd.,Page 13,二、DCS構(gòu)成,1.1 現(xiàn)場控制級(jí) 又稱數(shù)據(jù)采集裝置,主要是將過程非控變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理,而且對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工處理,供CRT操作站顯示和打印,從而實(shí)現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視,并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計(jì)算機(jī)。輸出裝置在有上位機(jī)的情況下,能以開關(guān)量或者模擬量信號(hào)的方式,向終端元件輸出計(jì)算機(jī)控制命令。 這一個(gè)級(jí)別直接面對現(xiàn)場,跟現(xiàn)場過程相連。比如閥門、電機(jī)、各類傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等。它們都是工業(yè)現(xiàn)場的基礎(chǔ)設(shè)備、同樣也是DCS的基礎(chǔ)。在DCS系統(tǒng)中,這一級(jí)別的功能就是服從上位機(jī)發(fā)來的命令,同時(shí)向上位機(jī)反饋執(zhí)行的情況。至于它與上位機(jī)交流,就是通過模擬信

11、號(hào)或者現(xiàn)場總線的數(shù)字信號(hào)。由于模擬信號(hào)在傳遞的過程或多或少存在一些失真或者受到干擾,所以目前流行的是通過現(xiàn)場總線來進(jìn)行DCS信號(hào)的傳遞。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 14,二、DCS構(gòu)成,1.2 過程控制級(jí) 又稱現(xiàn)場控制單元或基本控制器,是DCS系統(tǒng)中的核心部分。生產(chǎn)工藝的調(diào)節(jié)都是靠它來實(shí)現(xiàn)。比如閥門的開閉調(diào)節(jié)、順序控制、連續(xù)控制等等。 上面說到現(xiàn)場控制級(jí),那么給它發(fā)號(hào)施令的就是過程控制級(jí)了。它接受現(xiàn)場控制級(jí)傳來的信號(hào),按照工藝要求進(jìn)行控制規(guī)律運(yùn)算,然后將結(jié)果作為控制信號(hào)發(fā)給現(xiàn)場控制級(jí)的設(shè)備。所以,過程控制級(jí)要具備聰明的大腦,能將

12、“士兵”反饋的軍情進(jìn)行分析,然后做出命令,以使“士兵”能打贏“戰(zhàn)爭”。 這個(gè)級(jí)別不是最高的,相當(dāng)于軍隊(duì)里的“中尉”。它也一樣必須將現(xiàn)場的情況反饋給更高級(jí)別的“上校”也就是下面講的過程管理級(jí)。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 15,二、DCS構(gòu)成,1.3 過程管理級(jí) 是DCS的人機(jī)接口裝置,普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者鍵盤、打印機(jī)、大容量存儲(chǔ)器等。操作員通過操作站選擇各種操作和監(jiān)視生產(chǎn)情況, 這個(gè)級(jí)別是操作人員跟DCS交換信息的平臺(tái)。是DCS的核心顯示、操作跟管理裝置。操作人員通過操作站來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程,可以通過屏幕

13、了解到生產(chǎn)運(yùn)行情況,了解每個(gè)過程變量的數(shù)字跟狀態(tài)。這一級(jí)別在軍隊(duì)中算是很高的“上?!绷?。它所掌握的“大權(quán)”可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)自動(dòng)切換、修改設(shè)定值,調(diào)整控制信號(hào)、操縱現(xiàn)場設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 16,二、DCS構(gòu)成,1.4 企業(yè)經(jīng)營管理級(jí) 又稱上位機(jī),功能強(qiáng)、速度快、容量大。通過專門的通信接口與高速數(shù)據(jù)通路相連,綜合監(jiān)視系統(tǒng)各單元,管理全系統(tǒng)的所有信息。 這是全廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層。只有大規(guī)模的集散控制系統(tǒng)才具備這一級(jí)。相當(dāng)于軍隊(duì)中的“元帥”,他們所面向的使用者是廠長、經(jīng)理、總工程師等行政

14、管理或運(yùn)行管理人員。 它的權(quán)限很大,可以監(jiān)視各部門的運(yùn)行情況,利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況,從企業(yè)全局利益出發(fā),幫助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策,幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其計(jì)劃目標(biāo)。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 17,二、DCS構(gòu)成,2 簡述相關(guān)典型DCS系統(tǒng)主要知識(shí)結(jié)構(gòu) 2.1 Honeywell公司的PKS系統(tǒng) 美國HoneyWell公司曾成功地推出TPS,TDC2000,TDC3000,TotalPlant Alcont和PlantScape等多套DCS系統(tǒng)。 PKS ( Process Knowledge System) 是H

15、oneywell 2002年推出的開放型控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有高性能的過程控制器CPM和先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS,可完成連續(xù)的、離散的、順序的控制及數(shù)據(jù)采集功能和處理過程信息,以完成模擬控制和數(shù)字控制。 該系統(tǒng)已廣泛用于石油、化工、電力、冶金、天然氣、食品加工、醫(yī)藥、采礦等行業(yè)。 2.1.1 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見下頁),Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 18,二、DCS構(gòu)成,ControlNet,軌道式 I/O,控制應(yīng)用 ACE,安全控制系統(tǒng) FSC,高速容錯(cuò)以太網(wǎng) FTE,數(shù)字視頻 服務(wù)器 DVM,PM I/O,操作站,二、DCS構(gòu)成,

16、無線移動(dòng) 服務(wù)器,C200 控制器,TDC2000,TDC3000,TPS,TPS集成 服務(wù)器,SCADA 設(shè)備(OPC, Modbus, DH+, 等設(shè)備!),過程 服務(wù)器,商務(wù)集成 服務(wù)器 eServer,工程站 和操作站,移動(dòng) 終端,WAN,www,GUS,PM Family,NIM,FSC,Ethernet,LCN,資產(chǎn)管理系統(tǒng),開放接口與 高級(jí)應(yīng)用,分布式 系統(tǒng),Experion PKS 全貌圖,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 整個(gè)系統(tǒng)由工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet、控制網(wǎng)ControlNet、設(shè)備網(wǎng)DeviceNet三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。 第一層稱為以太網(wǎng),該層網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)器(serv

17、er)、操作站(station)為主要節(jié)點(diǎn)。服務(wù)器與操作站之間采用client/server結(jié)構(gòu),每臺(tái)server提供模擬點(diǎn)、狀態(tài)點(diǎn)和積累點(diǎn)多達(dá)2萬多個(gè)集成點(diǎn),可實(shí)時(shí)采集各種過程裝置的實(shí)時(shí)信息。Station則提供了視窗化人機(jī)界面和強(qiáng)大的報(bào)警管理功能及豐富的應(yīng)用開發(fā)功能,具有完善的系統(tǒng)管理維護(hù)和監(jiān)控功能,因?yàn)椴僮髡九c現(xiàn)場控制站的控制器并沒有直接聯(lián)系,他們之間的數(shù)據(jù)交換是通過服務(wù)器進(jìn)行的,因此操作站要實(shí)時(shí)訪問服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫,以完成對整個(gè)生產(chǎn)過程的監(jiān)控。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 20,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

18、介紹 第二層控制網(wǎng)絡(luò)稱為監(jiān)控網(wǎng),該層網(wǎng)絡(luò)主要節(jié)點(diǎn)是服務(wù)器(server)和控制器(CPM),其中CPM廣泛采用的是C200系列混合控制器(Hybrid Controller),具有過程控制要求的連續(xù)調(diào)節(jié)、批處理、邏輯控制、連鎖等綜合控制功能。監(jiān)控網(wǎng)的相關(guān)硬件為PCIC卡,該卡件直接插在服務(wù)器的主板上,協(xié)調(diào)外圍設(shè)備之間的通訊,也即服務(wù)器與控制站之間通過PCIC卡完成數(shù)據(jù)交換。 第三層控制網(wǎng)絡(luò)稱為控制網(wǎng),該層的主要節(jié)點(diǎn)是控制器和輸入輸出卡件,他們均采用模塊化結(jié)構(gòu),配置靈活,各卡件均可以帶電熱插拔,不會(huì)對系統(tǒng)的運(yùn)行造成任何影響。I/O卡件是控制器的輸入輸出接口,可以進(jìn)行模擬量(-10+10v、0+5

19、v、420mA、010mA)和開關(guān)量(24220V AC、24V DC、1030V DC、48V DC、125V DC)的輸入輸出。充分滿足了生產(chǎn)過程中對各種信號(hào)類型的檢測和控制要求。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 21,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 服務(wù)器:執(zhí)行與顯示、生產(chǎn)控制、用戶應(yīng)用程序、診斷和組態(tài)等有關(guān)的應(yīng)用功能。對其它站和控制處理機(jī)進(jìn)行程序裝載。另外提供了用戶開發(fā)環(huán)境,運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)庫管理軟件和報(bào)表軟件等應(yīng)用程序。 操作站:操作站提供了使用者與系統(tǒng)功能之間的人機(jī)界面。在操作站上用戶可以調(diào)用過程顯示畫面,

20、觀察過程回路的參數(shù)、趨勢和報(bào)警,實(shí)現(xiàn)對過程的操作和參數(shù)的調(diào)整。 控制站:控制站是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心,由它來執(zhí)行系統(tǒng)的底層功能,如現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、檢測、處理、報(bào)警和傳送信息的功能,設(shè)備啟停、連鎖控制和順序控制、模擬量連續(xù)控制及批量控制等功能。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 22,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 PKS系統(tǒng)硬件主要由PC機(jī)和FSC機(jī)柜組成,核心部分是FSC控制站。PC機(jī)提供軟、硬件組態(tài)和SOE(Sequence of Event)事件的實(shí)時(shí)記錄和歷史記錄查詢等功能;FSC控制站則進(jìn)行安全控制、串行通

21、訊、系統(tǒng)診斷和故障報(bào)警等。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 23,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 PC機(jī)為工程師站、SOE(Sequence of Event)站兼作FIX操作站,采用串行口與FSC機(jī)柜中的COM卡進(jìn)行通訊。 工程師站運(yùn)行的NAVIGATER在線邏輯監(jiān)控軟件主要通過通訊來完成FSC系統(tǒng)的硬件、數(shù)據(jù)庫、控制邏輯等組態(tài)、下裝、在線修改、在線檢測、離線測試及系統(tǒng)維護(hù)等功能。在線狀態(tài)監(jiān)測和輸入輸出強(qiáng)制功能使維護(hù)更加方便直觀。FSC系統(tǒng)的連續(xù)自診斷功能使其對自身軟硬件及現(xiàn)場設(shè)備做出診斷,以獲得有效信息,確保工

22、廠安全連續(xù)生產(chǎn)。同時(shí)將這些診斷信息通過FSC瀏覽器提供給顯示畫面。通過診斷,F(xiàn)SC系統(tǒng)使維護(hù)工程師能夠有效迅速地定位并解決故障,減少故障率,降低對工廠產(chǎn)生的危害。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 24,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 FSC系統(tǒng)的事件順序記錄功能由PC機(jī)上的SOE軟件實(shí)現(xiàn)。FSC系統(tǒng)自身具有事件順序記錄(SER)功能,可以將最近發(fā)生的200個(gè)事件順序記錄到自身的緩存中,而SOE事件記錄軟件通過與FSC系統(tǒng)的通訊把緩存中的事件記錄讀入計(jì)算機(jī)并允許用戶查閱、檢索等。 SOE事件記錄軟件通過對事件發(fā)生的歷

23、史順序進(jìn)行記錄,時(shí)間精度高,事件記錄以FSC程序運(yùn)行周期為準(zhǔn),分辨率在300Ms左右,完全可以滿足需要。一旦程序開始執(zhí)行,F(xiàn)SC系統(tǒng)檢查所有定義的過程變量的狀態(tài),一旦任何過程變量發(fā)生變化,系統(tǒng)的時(shí)間緩沖區(qū)就會(huì)記錄下此事件,這些事件對分析聯(lián)鎖停車事故及為有利,可以快速地分析出引起故障的原因,最大限度地減少停車事件,提高生產(chǎn)效益。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 25,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 操作員站安裝的是FIX監(jiān)控軟件,利用此軟件進(jìn)行聯(lián)鎖流程畫面繪制、數(shù)據(jù)庫、報(bào)警點(diǎn)等的組態(tài),通過MODBUS協(xié)議與FSC系統(tǒng)

24、進(jìn)行通訊。作為操作站工藝員可以對流程畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 停機(jī)開關(guān)是兩位式開關(guān),允許開關(guān)和置位開關(guān)是復(fù)合式開關(guān),即將開關(guān)打到“置位”或“允許啟動(dòng)”的位置后松開,它會(huì)自動(dòng)彈回。要啟動(dòng)一些帶聯(lián)鎖的設(shè)備必須置開關(guān)于“開”位置,設(shè)備開啟之后如因工藝條件造成聯(lián)鎖停車,只有當(dāng)工藝條件具備并將必須置位的開關(guān)打到允許設(shè)備開的位置才能正常開車。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 26,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 其系統(tǒng)設(shè)備主要配置有:16路模擬量輸入處理器MC-PAIH03、16路模擬量輸出處理器MC-PAOY22、32路開關(guān)量輸入

25、處理器MC-PDIY22、32路開關(guān)量輸出處理器MC-PDOY22和脈沖輸入模件TK-MDP081、16路模擬量輸入和輸出FTA智能接線端子板、32路開關(guān)量輸入和輸出FTA智能接成端子板、16路熱電偶輸入FTA智能接線端子板、高性能CPM處理器(如:TK-PRS021)、直流24VDC西門子電源、歐姆龍繼電器等?;裟犴f爾的PKS系統(tǒng)采用輸入輸出處理器模版和FTA智能接線端子板的結(jié)構(gòu)來取代常規(guī)的輸入輸出模版對通訊信號(hào)具有更好的濾波和隔離作用。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 27,二、DCS構(gòu)成,2.2 Foxbro公司的I/A系統(tǒng) I

26、/A系統(tǒng)是Foxbro公司于1987年在世界上第一個(gè)推出的開放型工業(yè)控制系統(tǒng)。作為開放系統(tǒng)它充分考慮到了用戶的當(dāng)前利益和長遠(yuǎn)利益,以其技術(shù)上的先進(jìn)性迫使其他廠商在94年前后紛紛加入到開放性的行列。I/A系統(tǒng)集二十多年開放的經(jīng)驗(yàn),在技術(shù)上遙遙領(lǐng)先于其他廠家, I/A系統(tǒng)最大特點(diǎn)是系統(tǒng)的軟件、硬件和通訊系統(tǒng)都廣泛采用開放型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì), 硬件品種少、可靠性高、組態(tài)靈活。 I/A系統(tǒng)分三層:第一層為分散過程控制級(jí);第二層為集中操作監(jiān)控級(jí);第三層為綜合信息管理級(jí)。層間由高速數(shù)據(jù)通路HW和局域網(wǎng)絡(luò)LAN兩級(jí)通信線路相連,級(jí)內(nèi)各裝置之間由本級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。,Wison (Nantong) Heavy

27、 Industry Co., Ltd.,Page 28,二、DCS構(gòu)成,2.2.1 I/A系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 29,二、DCS構(gòu)成,2.2.2 I/A系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 30,二、DCS構(gòu)成,2.2.3 分散過程控制級(jí)的功能及其主要配置 構(gòu)成這一級(jí)的主要配置有:現(xiàn)場控制站、智能調(diào)節(jié)器和可編程控制器PLC。分散過程控制級(jí)是DCS的基礎(chǔ)層,它向下直接面向工業(yè)對象,其輸入信號(hào)來自于生產(chǎn)過程現(xiàn)場的傳感器(如熱電偶、熱電阻等)

28、、變送器(如溫度、壓力、液位、流量等)及電氣開關(guān)(輸入觸點(diǎn))等,其輸出去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器(如調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電機(jī)等),完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制、順序控制等功能;其向上與集中操作監(jiān)控級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,接收操作站下傳加載的參數(shù)和操作命令,以及將現(xiàn)場工作情況信息整理后向操作站報(bào)告。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 31,二、DCS構(gòu)成,(1)現(xiàn)場控制站 a)現(xiàn)場控制站的硬件構(gòu)成 現(xiàn)場控制站一般是標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)柜式機(jī)構(gòu),柜內(nèi)由電源、總線、I/O模件、處理器模件、通信模件等部分組成。 一般在機(jī)柜的頂部裝有風(fēng)扇組件,其目的是帶走機(jī)柜內(nèi)部電子部件所散

29、發(fā)出來的熱量;機(jī)柜內(nèi)部設(shè)若干層模件安裝單元,上層安裝處理器模件和通信模件,中間安裝I/O模件,最下邊安裝電源組件。機(jī)柜內(nèi)還設(shè)有各種總線,如電源總線,接地總線,數(shù)據(jù)總線,地址總線,控制總線等。 現(xiàn)場控制站的電源不僅要為柜內(nèi)提供電源,還要為現(xiàn)場檢測器件提供外供電源,這兩種電源必須互相隔離,不可共地,以免干擾信號(hào)通過電源回路耦合到I/O通道中去。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 32,二、DCS構(gòu)成,一個(gè)現(xiàn)場控制站中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),包含一個(gè)或多個(gè)基本控制單元,基本控制單元是由一個(gè)完成控制或數(shù)據(jù)處理任務(wù)的處理器模件以及與其相連的若干個(gè)輸入輸出模件

30、所構(gòu)成的?;究刂茊卧g,通過控制網(wǎng)絡(luò)Cnet 連接在一起,Cnet 網(wǎng)絡(luò)上的上傳信息通過通信模件,送到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)Snet,同理Snet 的下傳信息,也通過通信模件和Cnet 傳到各個(gè)基本控制單元。在每一個(gè)基本控制單元中,處理器模件與I/O模件之間的信息交換由內(nèi)部總線完成。內(nèi)部總線可能是并行總線,也可能是串行總線。近年多采用串行總線。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 33,二、DCS構(gòu)成,現(xiàn)場控制站的硬件構(gòu)成,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 34,二、DCS構(gòu)成,b)現(xiàn)場控制

31、站的軟件功能 現(xiàn)場控制站的主要功能有6種,即數(shù)據(jù)采集功能、DDC控制功能、順序控制功能、信號(hào)報(bào)警功能、打印報(bào)表功能、數(shù)據(jù)通信功能。 數(shù)據(jù)采集功能:對過程參數(shù),主要是各類傳感變送器的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、變換、處理、顯示、存儲(chǔ)、趨勢曲線顯示、事故報(bào)警等。 DDC控制功能:包括接受現(xiàn)場的測量信號(hào),進(jìn)而求出設(shè)定值與測量值的偏差,并對偏差進(jìn)行PID控制運(yùn)算,最后求出新的控制量,并將此控制量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流送至執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)被控對象。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 35,二、DCS構(gòu)成,順序控制功能:通過來自過程狀態(tài)輸入輸出信號(hào)和反饋控制功能等狀

32、態(tài)信號(hào),按預(yù)先設(shè)定的順序和條件,對控制的各階段進(jìn)行順序控制。 信號(hào)報(bào)警功能:對過程參數(shù)設(shè)置上限值和下限值,若超過上限或下限則分別進(jìn)行越限報(bào)警;對非法的開關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警;對出現(xiàn)的事故進(jìn)行報(bào)警。信號(hào)的報(bào)警是以聲音、光或CRT屏幕顯示顏色變化來表示。 打印報(bào)表功能:定時(shí)打印報(bào)表;隨機(jī)打印過程參數(shù);事故報(bào)表的自動(dòng)記錄打印。 數(shù)據(jù)通信功能:完成分散過程控制級(jí)與集中操作監(jiān)控之間的信息交換。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 36,二、DCS構(gòu)成,(2)智能調(diào)節(jié)器 智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過程控制儀表,也稱可編程調(diào)節(jié)器。其外形類似于一般的盤裝儀表,

33、而其內(nèi)部是由微處理器CPU、存儲(chǔ)器RAM、ROM、模擬量和數(shù)字量I/0 通道、電源等部分組成的一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 智能調(diào)節(jié)器可以接受和輸出420mA模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào),同時(shí)還具有RS232或RS-485等串行通信接口。一般有單回路、2回路、或4回路的調(diào)節(jié)器,控制方式除一般的單回路PID之外,還可組成串級(jí)控制、前饋控制等復(fù)雜回路。因此,智能調(diào)節(jié)器不僅可以在一些重要場合下單獨(dú)構(gòu)成復(fù)雜控制系統(tǒng),完成14個(gè)過程控制回路,而且可以作為大型分散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元,與上位機(jī)(即操作監(jiān)控級(jí))連成主從式通信網(wǎng)絡(luò),接受上位機(jī)下傳的控制參數(shù),并上報(bào)各種過程參數(shù)。,Wison (Nantong) H

34、eavy Industry Co., Ltd.,Page 37,二、DCS構(gòu)成,(3)可編程控制器 可編程控制器即PLC,與智能調(diào)節(jié)器最大的不同點(diǎn)是:它主要配制的是開關(guān)量輸入、輸出通道,用于執(zhí)行順序控制功能。 在新型的PLC中,也提供了模擬量輸入輸出及PID控制模塊,而且均帶有RS-485標(biāo)準(zhǔn)的異步通信接口。 同智能調(diào)節(jié)器一樣,PLC的高可靠性和不斷增強(qiáng)的功能,使它既可以在小型控制系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)控制主角,又可以作為大型分散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 38,二、DCS構(gòu)成,2.2.4集中操作監(jiān)控級(jí) 集中

35、操作監(jiān)控級(jí)是面向現(xiàn)場操作員和系統(tǒng)工程師的,這一級(jí)配有技術(shù)手段先進(jìn),功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各類外部裝置,通常采用較大屏幕、較高分辨率的圖形顯示器和工業(yè)鍵盤,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配有較大存儲(chǔ)容量的硬盤或軟盤, 另外還有功能強(qiáng)大的軟件支持,確保工程師和操作員對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視和操作,對生產(chǎn)過程實(shí)行高級(jí)控制策略、故障診斷、質(zhì)量評估等。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 39,二、DCS構(gòu)成,集中操作監(jiān)控級(jí)以操作監(jiān)視為主要任務(wù):把過程參數(shù)的信息集中化,對各個(gè)現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,并通過簡單的操作,進(jìn)行工程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢曲線的顯示

36、以及改變過程參數(shù)(如設(shè)定值、控制參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息);另一個(gè)任務(wù)是兼有部分管理功能:進(jìn)行控制系統(tǒng)的組態(tài)與生成。 構(gòu)成這一級(jí)的主要裝置有:面向操作人員的操作員操作站、面向監(jiān)督管理人員的工程師操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)及層間網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器。一般情況下,一個(gè)DCS系統(tǒng)只需配備一臺(tái)工程師站,而操作員站的數(shù)量則需要根據(jù)實(shí)際要求配置。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 40,二、DCS構(gòu)成,(1)DCS的操作員站 DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人-機(jī)界面功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),其主要功能就是使操作員可以通過操作員站及時(shí)了解現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前

37、值、是否有異常情況發(fā)生等。并可通過輸出設(shè)備對工藝過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、高效、高質(zhì)。 a)操作員站的硬件 操作員站由IPC或工作站、工業(yè)鍵盤、大屏幕圖形顯示器和操作控制臺(tái)組成,這些設(shè)備除工業(yè)鍵盤外,其他均屬通用型設(shè)備。目前DCS一般都采用IPC來作為操作員站的主機(jī)及用于監(jiān)控的監(jiān)控計(jì)算機(jī)。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 41,二、DCS構(gòu)成,操作員鍵盤多采用工業(yè)鍵盤,它是一種根據(jù)系統(tǒng)的功能用途及應(yīng)用現(xiàn)場的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的專用鍵盤,這種鍵盤側(cè)重于功能鍵的設(shè)置、盤面的布置安排及特殊功能鍵的定義。 由于DCS操作員的主

38、要工作基本上都是通過CRT屏幕、工業(yè)鍵盤完成的,因此,操作控制臺(tái)必須設(shè)計(jì)合理,使操作員能長時(shí)間工作不感吃力。另外在操作控制臺(tái)上一般還應(yīng)留有安放打印機(jī)的位置,以便放置報(bào)警打印機(jī)或報(bào)表打印機(jī)。 作為操作員站的圖形顯示器均為彩色顯示器,且分辨率較高、尺寸較大。 打印機(jī)是DCS操作員站的不可缺少的外設(shè)。一般的DCS配備兩臺(tái)打印機(jī),一臺(tái)為普通打印機(jī),用于生產(chǎn)記錄報(bào)表和報(bào)警列表打?。涣硪慌_(tái)為彩色打印機(jī),用來拷貝流程畫面。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 42,二、DCS構(gòu)成,b)操作員站的功能 操作員站的功能主要是指正常運(yùn)行時(shí)的工藝監(jiān)視和運(yùn)行操作

39、,主要由總貌畫面、分組畫面、點(diǎn)畫面、流程圖畫面、趨勢曲線畫面、報(bào)警顯示畫面及操作指導(dǎo)畫面等7種顯示畫面構(gòu)成。 (2)工程師站 工程師站是對DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。其主要功能是提供對DCS進(jìn)行組態(tài),配置工具軟件即組態(tài)軟件,并通過工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定,使DCS隨時(shí)處于最佳工作狀態(tài)之下。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 43,二、DCS構(gòu)成,a)工程師站的硬件 對系統(tǒng)工程師站的硬件沒有什么特殊要求,由于工程師站一般放在計(jì)算機(jī)房內(nèi),工作環(huán)境較好,因此不一定非要選用工業(yè)型的機(jī)

40、器,選用普通的微型計(jì)算機(jī)或工作站就可以了,但由于工程師站要長期連續(xù)在線運(yùn)行,因此其可靠性要求較高。 目前,由于計(jì)算機(jī)制造技術(shù)的巨大進(jìn)步,便得IPC的成本大幅下降,因而工程師站的計(jì)算機(jī)也多采用IPC。 其它外設(shè)一般采用普通的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、圖形顯示器,打印機(jī)也可與操作員站共享。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 44,二、DCS構(gòu)成,b)工程師站的主要功能 工程師站的最主要功能是對DCS進(jìn)行離線的配置和組態(tài)工作。在DCS進(jìn)行配置和組態(tài)之前,它是毫無實(shí)際應(yīng)用功能的,只有在對應(yīng)用過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析、設(shè)計(jì)并按設(shè)計(jì)要求正確地完成了組態(tài)工作之后,DCS

41、才成為一個(gè)真正適合于某個(gè)生產(chǎn)過程使用的應(yīng)用控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)工程師在進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)工作時(shí),可依照給定的運(yùn)算功能模塊進(jìn)行選擇、連接、組態(tài)和設(shè)定參數(shù),用戶無須編制程序。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 45,二、DCS構(gòu)成,與操作員站不同,工程師站必須對DCS本身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,包括各個(gè)現(xiàn)場I/O控制站的運(yùn)行狀態(tài)、各操作員站的運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)通信情況等等。一旦發(fā)現(xiàn)異常,系統(tǒng)工程師必須及時(shí)采取措施,進(jìn)行維修或調(diào)整,以使DCS能保證連續(xù)正常運(yùn)行,不會(huì)因?qū)ιa(chǎn)過程的失控造成損失。另外還具有對組態(tài)的在線修改功能,如上、下限定值的改變,控制參數(shù)的修

42、整,對檢測點(diǎn)甚至對某個(gè)現(xiàn)場I/O站的離線直接操作。 在集中操作監(jiān)控級(jí)這一層,當(dāng)被監(jiān)控對象較多時(shí)還配有監(jiān)控計(jì)算機(jī);當(dāng)需要與上下層網(wǎng)絡(luò)交換信息時(shí)還需配備網(wǎng)間聯(lián)接器。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 46,二、DCS構(gòu)成,2.2.5綜合信息管理級(jí) 由高檔微機(jī)或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)墓芾碛?jì)算機(jī)構(gòu)成,是一個(gè)管理信息系統(tǒng)(Management lnformation System,簡稱MIS),由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫、各種規(guī)程和人共同組成的工廠自動(dòng)化綜合服務(wù)體系和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)。 MIS是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。企業(yè)MIS可粗略地分為市場經(jīng)營

43、管理、生產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)管理和人事管理四個(gè)子系統(tǒng)。子系統(tǒng)從功能上說應(yīng)盡可能獨(dú)立,子系統(tǒng)之間通過信息而相互聯(lián)系。 DCS的綜合信息管理級(jí)主要完成生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理功能。比如進(jìn)行市場預(yù)測,經(jīng)濟(jì)信息分析;對原材料庫存情況、生產(chǎn)進(jìn)度、工藝流程及工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表;進(jìn)行長期性的趨勢分析,作出生產(chǎn)和經(jīng)營決策,確保最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 47,二、DCS構(gòu)成,2.3 YOKOGAWA公司的CS3000系統(tǒng) CENTUM CS3000是日本YOKOGAWA最新推出的第四代產(chǎn)品,主要在大化肥,石化、電廠、鋼鐵領(lǐng)域使用,屬

44、于大型控制系統(tǒng),軟件使用Widows操作系統(tǒng)。 CENTUM CS3000適用于中、大型規(guī)模過程控制集成化系統(tǒng)。系統(tǒng)功能較前幾代橫河電機(jī)的DCS系統(tǒng)有了很大的提高??刂普緳M河專用,工程師站、操作站都使用通用PC機(jī),是一個(gè)真正安全的、可靠的、開放的DCS控制系統(tǒng)。 目前橫河系統(tǒng)HIS使用的是DELL機(jī)。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 48,二、DCS構(gòu)成,2.3.1控制系統(tǒng)主要特點(diǎn): 綜合性:CENTUM CS3000開創(chuàng)了大規(guī)模集散型控制系統(tǒng)的新紀(jì)元 開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):支持OPC,橫河提供了系統(tǒng)接口和網(wǎng)絡(luò)接口用于與不通廠家的系統(tǒng)、產(chǎn)品

45、管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊。 系統(tǒng)控制器采用雙重化冗余控制器,保證了系統(tǒng)的可靠性。 獨(dú)家采用了4CPU冗余容錯(cuò)技術(shù)的現(xiàn)場控制站,實(shí)現(xiàn)了在任何故障及隨機(jī)錯(cuò)誤產(chǎn)生的情況下進(jìn)行糾錯(cuò)與連續(xù)不間斷地控制;I/O模件采用表面封裝技術(shù),具有1500VAC/分抗沖擊性能。(詳見下圖),Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 49,二、DCS構(gòu)成,CENTUM CS3000 四CPU冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 50,二、DCS構(gòu)成,四CPU工作原理:HIS 操作站

46、或工程師站及其它要求控制的數(shù)據(jù)自冗余的V-net去FCU,自I/O卡件來的過程數(shù)據(jù)經(jīng)ESB或RIO總線去FCU;左側(cè)CPU1和CPU2同時(shí)讀取被處理數(shù)據(jù)并分別進(jìn)行運(yùn)算,計(jì)算結(jié)果送入比較器進(jìn)行比較,在結(jié)果一致的情況下將此數(shù)據(jù)輸出;如果結(jié)果不同,右側(cè)處理器進(jìn)行復(fù)算,計(jì)算方式同左側(cè)處理器。這樣有效地診斷出任何硬件故障或隨機(jī)性運(yùn)算錯(cuò)誤。阻止任何錯(cuò)誤輸出,并保證不間斷地輸出正確的控制運(yùn)算結(jié)果。解決了過去的單純雙重化方式下不可能解決的例如突發(fā)性強(qiáng)電磁干擾等造成CPU計(jì)算錯(cuò)誤造成控制錯(cuò)誤問題。既容許CPU出現(xiàn)錯(cuò)誤,并進(jìn)行適時(shí)糾正。當(dāng)某側(cè)處理器出現(xiàn)故障時(shí)或因超時(shí)看門狗定時(shí)器(WDT)發(fā)出報(bào)警指出故障處理器。所

47、以在CENTUM CS3000中因兩組處理器同時(shí)工作所以切換時(shí)間可以示為0秒。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 51,二、DCS構(gòu)成,高速的控制總線:CS3000采用橫河公司的V-NET/IP控制總線,該總線速度可達(dá)1Gbps.滿足了用戶對實(shí)時(shí)性和大規(guī)模數(shù)據(jù)通訊的要求,在保證可靠性的同時(shí),又可以與開放的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直接相連,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單。 系統(tǒng)規(guī)模大 支持I/O卡件在線更換 現(xiàn)場控制站的高效性:控制站FCS采用高速RISC處理器VR5432,可進(jìn)行64位浮點(diǎn)運(yùn)算,具有強(qiáng)大的運(yùn)算和處理功能,此外,還可以實(shí)現(xiàn)諸如多變量控制,模型預(yù)測控制

48、,模糊邏輯等多種高級(jí)控制功能。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 52,二、DCS構(gòu)成,支持各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的輸入/輸出卡:CS3000有豐富的過程輸入輸出接口,并且所有的輸入輸出接口可以冗余。 CS3000采用了最新的OPC技術(shù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),使數(shù)據(jù)交換快捷方便。 CS3000組態(tài)方式模塊化:這樣組態(tài)比較方便,任何人組態(tài)完成其他人都能很清楚明了。 操作畫面上使用的中文注釋,操作人員使用方便。 與既有系統(tǒng)的兼容性:與橫河以往系統(tǒng)通過BCV,方便地連接在一起,實(shí)現(xiàn)對既有系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。,Wison (Nantong) Heavy Indust

49、ry Co., Ltd.,Page 53,二、DCS構(gòu)成,2.3.2 CS3000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 54,二、DCS構(gòu)成,2.3.3 FCS結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 55,二、DCS構(gòu)成,用于控制站內(nèi),中央主控制器同本地節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重化實(shí)時(shí)通訊總線。,用于控制站內(nèi)本地節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重化實(shí)時(shí)通訊總線。,2.3.4 普光氣田系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co.

50、, Ltd.,Page 56,二、DCS構(gòu)成,2.4 浙大中控的ECS-100系統(tǒng) ECS-100控制系統(tǒng)是浙江中控技術(shù)有限公司SUPCON WebField系列控制系統(tǒng)之一,是浙江中控為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,特別是Internet、Web技術(shù)的發(fā)展而推出的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了最新的現(xiàn)場總線技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成。各種國內(nèi)外DCS、PLC及現(xiàn)場智能設(shè)備都可以接入到ECS-100系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)企業(yè)的自動(dòng)控制。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 57,二、DCS構(gòu)成,2

51、.4.1 ECS-100系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 58,二、DCS構(gòu)成,2.4.2 ECS-100系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 國產(chǎn)浙大WebField ECS-100系統(tǒng)采用的是四層網(wǎng)絡(luò),分別由信息管理網(wǎng)(SOnet)、操作網(wǎng)(SCnet)、過程控制網(wǎng)(SCnet)、I/O控制總線網(wǎng)(SBUS)組成。在操作網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)操作站節(jié)點(diǎn)之間包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史趨勢、歷史報(bào)表、操作記錄等一些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信和歷史數(shù)據(jù)查詢。 信息管理網(wǎng)在最上層,采用通用的以太網(wǎng)技術(shù),符合TCP/IP協(xié)議,用于工廠級(jí)的信息傳送和管理,是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理

52、的信息通道,采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)信息共享。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 59,二、DCS構(gòu)成,2.4.2 ECS-100系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 操作網(wǎng)AdvanTrol-pro在網(wǎng)絡(luò)策略和數(shù)據(jù)分組的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了具有對策C/S特征的操作網(wǎng),可以設(shè)置專用服務(wù)站,也可以通過網(wǎng)絡(luò)策略設(shè)置,將某個(gè)人機(jī)界面(工程師站或操作員站)設(shè)置為專門的單項(xiàng)服務(wù)器,數(shù)據(jù)站可以專門配置,也可以由操作站兼作數(shù)據(jù)站。 過程控制網(wǎng)中間層為過程控制網(wǎng)(名稱為SCnet),采用雙冗余工業(yè)以太網(wǎng),SCnet作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)(A網(wǎng)、B網(wǎng)),連接系統(tǒng)的工程師站(ES)、操作站(O

53、S)、現(xiàn)場控制站(FCS:Field control station),完成站與站之間的數(shù)據(jù)交換,具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 60,二、DCS構(gòu)成,2.4.2 ECS-100系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 底層網(wǎng)絡(luò)為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)稱為SBUS,采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng),存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議,是控制站與各卡件之間進(jìn)行交換的通道。SBUS總線又分二層,一層為雙重化總線SBUS-S2,SBUS-S2總線是系統(tǒng)的現(xiàn)場總線,物理上位于控制站所管轄的I/O機(jī)籠之間,連接了主控制卡(FW247)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡(FW235),第二層為SB

54、US-S1總線,物理上位于各I/O機(jī)籠內(nèi),連接了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和各塊I/O卡件,通過機(jī)籠內(nèi)母板上的通信通道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡與各塊I/O卡之間的信息交換。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 61,二、DCS構(gòu)成,2.4.3 ECS-100系統(tǒng)控制站介紹 ECS-100系統(tǒng)控制站由兩個(gè)主控制卡(FW247)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡(FW235)、I/O卡組成;主控卡均執(zhí)行同樣的應(yīng)用程序,一個(gè)運(yùn)行在工作模式,另一個(gè)運(yùn)行在備用模式。工作模式下的主控卡執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能,監(jiān)視其配對的備用卡件和過程控制網(wǎng)絡(luò)的好壞。備用模式下的主控卡執(zhí)行診斷和監(jiān)視主控卡的好壞,周

55、期查詢運(yùn)行中的主處理器的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器,接受在用的控制器發(fā)送的全部運(yùn)行信息,備用卡可隨時(shí)保存最新的控制數(shù)據(jù),包括過程網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)、控制算法的中間值等等,保證了工作/備用的無擾動(dòng)故障切換。主控卡FW247的切換有失電強(qiáng)制切換、干擾隨機(jī)切換和故障自動(dòng)切換等。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 62,二、DCS構(gòu)成,ECS-100系統(tǒng)控制站,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 63,二、DCS構(gòu)成,雖然DCS經(jīng)過三十多年的發(fā)展和改進(jìn),雖然比較完善和成熟,但在目前應(yīng)用過程中還會(huì)遇到各種各樣的問

56、題,甚至?xí)霈F(xiàn)險(xiǎn)情或重大故障和事故,對裝置生產(chǎn)造成一定影響,使用戶承受經(jīng)濟(jì)損失,因此有必要深入了解DCS的技術(shù)特點(diǎn),選好用好DCS。DCS主要有以下技術(shù)特點(diǎn): 1 實(shí)現(xiàn)分散控制,DCS將控制與顯示分離,現(xiàn)場過程受現(xiàn)場控制單元控制,每個(gè)控制單元可以控制若干個(gè)回路,完成各自功能。各個(gè)控制單元又有相對的獨(dú)立性,一個(gè)控制單元出現(xiàn)故障僅僅影響所控制的回路,對其他回路無影響。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 64,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),DCS的應(yīng)用需要多項(xiàng)技術(shù)支持。,2 實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理,具有強(qiáng)大的人機(jī)接口功能。CRT操作站與現(xiàn)場控制單元分

57、離。操作人員通過CRT和操作鍵盤可以監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)情況,并按預(yù)定的控制策略通過系統(tǒng)組態(tài)組成各種不同的控制回路,并可調(diào)整回路中任一參數(shù)對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行各種控制。CRT屏幕顯示信息豐富多彩(工藝流程圖、趨勢曲線、操作指導(dǎo)、報(bào)警信息等等。 3 過程管理級(jí)(process Management unit)以中央控制室的操作站為主,配以工程師站、打印機(jī)等外部設(shè)備。過程管理級(jí)以操作監(jiān)視為主要任務(wù),把過程參數(shù)的信息集中化對各個(gè)控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,并通過簡單的操作,的進(jìn)行工程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢曲線的顯示以及改變過程參數(shù),實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的集中操作和統(tǒng)一管理。并兼有數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)組態(tài),優(yōu)化

58、過程控制。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 65,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),4 工廠管理級(jí)(Plant Management unit)是DCS系統(tǒng)的最高級(jí)。其主要功能是進(jìn)行優(yōu)化控制;對主要數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示存儲(chǔ)和輸出;根據(jù)市場需求、各種與經(jīng)營有關(guān)的信息因素和生產(chǎn)管理的信息,作出全面綜合性經(jīng)營管理決策,以協(xié)調(diào)各級(jí)任務(wù)。 上述DCS采用的分層結(jié)構(gòu),使信息一方面自下而上逐漸集中,同時(shí)又自上而下逐漸分散實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能分散、危險(xiǎn)分散、提高可靠性、強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)用靈活性、降低投資成本便與系統(tǒng)維修和技術(shù)更新。,Wison (Nantong) Heavy Indus

59、try Co., Ltd.,Page 66,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),5 豐富的軟件功能:DCS控制系統(tǒng)可完成從簡單的單回路控制到復(fù)雜的多變量最優(yōu)化控制,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)反饋控制,實(shí)現(xiàn)離散順序控制;實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、顯示、打印、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等日常全部操作要求。用戶可以通過選用DCS提供的控制軟件包達(dá)到所需的控制目的。 6 采用高可靠性的技術(shù):高可靠性是DCS發(fā)展的生命,當(dāng)今大多數(shù)DCS的MTBF已達(dá)到10萬小時(shí)以上,除了硬件工藝外,廣泛采用冗余、容錯(cuò)等技術(shù)也是保證DCS高可靠性的主要措施。硬件設(shè)計(jì)均采用冗余化配置;軟件技術(shù)上采用容錯(cuò)技術(shù)、故障智能化自檢和自診斷等等,以提高系統(tǒng)整體的可靠性。,Wison (N

60、antong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 67,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),7 控制站和I/O卡技術(shù):控制站是DCS的技術(shù)核心,向下經(jīng)過I/O卡與現(xiàn)場儀表相連。向上經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)與人機(jī)界面相連。在DCS高度開放的今天,控制站的I/O卡基本上還是DCS生產(chǎn)廠家自己生產(chǎn)的主設(shè)備之一,這足以說明生產(chǎn)廠對其重視的程度,因此一套系統(tǒng)能否得到用戶的擁護(hù)在很大程度上要看它的控制站是否穩(wěn)定、可靠。它的穩(wěn)定性、可靠性、源自于合理的結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的制造工藝、和成熟的控制層軟件。 I/O卡件作為DCS與現(xiàn)場儀表連接的輸入和輸出設(shè)備設(shè)備,完成儀表信號(hào)數(shù)據(jù)的采集和輸出工作,一般有模擬量輸入、模擬量輸

61、出、開關(guān)量輸入輸出、脈沖量輸入卡。這些卡件的關(guān)鍵點(diǎn)就是在于它的信號(hào)轉(zhuǎn)換的位數(shù)和采用的隔離技術(shù),因?yàn)樗鼤?huì)影響精度和抗干擾能力。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 68,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),8 人機(jī)界面技術(shù):人機(jī)界面包括操作站、工程師站和各種應(yīng)用站。在DCS發(fā)展早期,大部分廠家的人機(jī)界面設(shè)備都是自己制造,因此相應(yīng)的操作系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)也是自己開發(fā)。由于研發(fā)的專用設(shè)備和系統(tǒng)的投入較大,DCS軟硬件價(jià)格都很高,只有實(shí)力強(qiáng)大的大公司才有能力使用。到了90年代的中期后期才出現(xiàn)選用PC機(jī)作為操作站的DCS,操作站的軟硬件逐步通用化。開始操作系統(tǒng)選用的是

62、UNIX系統(tǒng)或WINDOWS系統(tǒng),選用UNIX系統(tǒng)一般比較穩(wěn)定,但成本高,選用WINDOWS成本低,但系統(tǒng)容易死機(jī)。但隨著WINDOWS系統(tǒng)的穩(wěn)定和不斷提高以及WINDOWS系統(tǒng)的價(jià)格優(yōu)勢,其系統(tǒng)已逐步成為主流。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 69,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),傳統(tǒng)的DCS的操作站與控制站的通信方式采用對等或主從方式。操作站直接與控制站通信、傳輸數(shù)據(jù)。在這里特別提出,由于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展,人機(jī)界面怎樣與DCS通信網(wǎng)絡(luò)連接又有了另外一種方式。把服務(wù)器連在DCS通信網(wǎng)絡(luò)上,服務(wù)器和人機(jī)界面組成服務(wù)器/客戶機(jī)格式,服務(wù)器是數(shù)

63、據(jù)源,人機(jī)界面是客戶機(jī),它是數(shù)據(jù)的用戶。采用這樣的結(jié)構(gòu),對于大系統(tǒng)可以明顯減少操作站與控制站之間的專用接口的數(shù)量,有利于保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性和安全性,有利于對數(shù)據(jù)的應(yīng)用和管理。但最大的問題是風(fēng)險(xiǎn)變得集中了,為解決這個(gè)問題怎么辦?,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 70,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),服務(wù)器的冗余配置類似PKS的解決方案,9 通信網(wǎng)絡(luò):通信網(wǎng)絡(luò)是DCS的重要組成部分,它是DCS的生命線,在DCS整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和可擴(kuò)展方面起著重要的作用。我們都知道第一代、二代DCS通信網(wǎng)絡(luò)都是由各制造廠獨(dú)自開發(fā),在不同制造廠DCS之間通

64、信存在一定的困難。第一代DCS通信網(wǎng)絡(luò)為高速公路,采用雙絞線或通軸電纜,速率在1MBit/S以下,二代DCS通信網(wǎng)絡(luò)為局域網(wǎng),采用同軸電纜或光纖,通信速率在1-10MBit/S,第三代DCS開始開放性的通信網(wǎng)絡(luò)得到越來越廣泛的應(yīng)用,由于以太網(wǎng)應(yīng)用的廣泛性、成熟性和開放性,使大多數(shù)DCS生產(chǎn)廠家都先后轉(zhuǎn)向了以太網(wǎng)。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 71,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),雖然以太網(wǎng)已成為DCS等各類工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò),但在網(wǎng)絡(luò)的高層規(guī)約方面,目前仍然是各家DCS生產(chǎn)廠家的自有技術(shù)。傳統(tǒng)的DCS用兩條獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)(A、B)實(shí)

65、現(xiàn)冗余,兩臺(tái)設(shè)備之間只有一條通信路徑,基本是單條網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行,有故障時(shí)整條網(wǎng)絡(luò)切換(A到B或B到A),網(wǎng)絡(luò)上僅容許出現(xiàn)單個(gè)故障,在某一個(gè)時(shí)刻僅有一個(gè)回話。為提高可靠性和效率,DCS生產(chǎn)廠家不斷改進(jìn)和發(fā)展DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),以容錯(cuò)以太網(wǎng)的出現(xiàn)(FTE)提供給節(jié)點(diǎn)之間更多的網(wǎng)絡(luò)通信路徑,承受多個(gè)多重故障。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 72,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),局部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù):DCS采用的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,傳輸實(shí)時(shí)控制信息,進(jìn)行全系統(tǒng)綜合管理,對分散的過程控制單元和人機(jī)接口進(jìn)行控制、操作管理。大多數(shù)分散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)

66、采用光纖傳輸,通信的安全和可靠性大大地提高,通信的協(xié)議向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。 系統(tǒng)擴(kuò)展靈活,安裝調(diào)試方便。由于采用模塊結(jié)構(gòu)和局域網(wǎng)絡(luò)通信,因此用戶可以根據(jù)實(shí)際需要方便地?cái)U(kuò)大和縮小系統(tǒng)規(guī)模,組成所需要的單回路和多回路系統(tǒng)。在控制方案需要變更時(shí),只需要重新組態(tài)編程,與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)相比省了換表、接線等工作。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 73,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),10 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用:早期的DCS在現(xiàn)場檢測和控制方面主要采取模擬技術(shù)或開關(guān)技術(shù)進(jìn)行傳輸?,F(xiàn)場總線出現(xiàn)后,多數(shù)DCS廠家作為現(xiàn)場總線的主要推薦者都把這一技術(shù)包括在新一代DCS中,新一代DCS除了繼續(xù)提供常規(guī)的模擬信號(hào)接口和開關(guān)量接口外,還提供各種形式的現(xiàn)場接口,支持各種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線、儀表執(zhí)行結(jié)構(gòu)等

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