第9章---計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)PPT課件

1、 工業(yè)過(guò)程中廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng): 集散控制系統(tǒng)(DCS) 是70年代中期發(fā)展起來(lái)的以微處理器為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)綜合系統(tǒng)。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS） 是一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它采用現(xiàn)場(chǎng)總線把傳感器、變送器、執(zhí)行器和控制器集成在一起，形成真正的開(kāi)放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 可編程控制器系統(tǒng) 第1頁(yè)/共39頁(yè)9.1 集散型控制系統(tǒng)（Total Distributed Control System，DCS） 以多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，采用數(shù)據(jù)通信和CRT顯示技術(shù)，應(yīng)用控制理論，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分散分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)而自治和綜合協(xié)調(diào)的

2、系統(tǒng)。 第2頁(yè)/共39頁(yè)DCS的特點(diǎn)硬件積木化 硬件采用積木化組裝結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置靈活，可以方便的構(gòu)成多級(jí)控制體統(tǒng)。軟件模塊化為用戶提供了豐富的功能軟件，主要包括控制軟件包、操作顯示軟件包、報(bào)表顯示軟件包等，用戶只需按要求選用即可。 第3頁(yè)/共39頁(yè) 控制組態(tài)化 具有常用的運(yùn)算和控制模塊 ，控制工程師只需按照系統(tǒng)的控制方案 ，選擇模塊 ，并以填表方式來(lái)定義這些軟功能模塊，進(jìn)行控制系統(tǒng)的組態(tài)。 通信網(wǎng)絡(luò)化 通信網(wǎng)絡(luò)是分散控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它將物理上分散的多臺(tái)計(jì)算機(jī)裝置有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了相互協(xié)調(diào)、資源共享的集中管理。 第4頁(yè)/共39頁(yè)高可靠性DCS的可靠性高體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、冗余技術(shù)、自診斷功能

3、、抗干擾措施，高性能的元件等方面。第5頁(yè)/共39頁(yè)DCSDCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品的發(fā)展及典型產(chǎn)品 第6頁(yè)/共39頁(yè)DCSDCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品的發(fā)展及典型產(chǎn)品 第7頁(yè)/共39頁(yè)DCSDCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品的發(fā)展及典型產(chǎn)品第8頁(yè)/共39頁(yè)DCSDCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品的發(fā)展及典型產(chǎn)品 第三代第三代主要特點(diǎn)是：主要特點(diǎn)是： 開(kāi)放式的系統(tǒng)通信，向上能與開(kāi)放式的系統(tǒng)通信，向上能與MAPMAP和和EthernetEthernet接口，接口，或者通過(guò)網(wǎng)間連接器與其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，構(gòu)成綜合管或者通過(guò)網(wǎng)間連接器與其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，構(gòu)成綜合管理系統(tǒng)；向下支持現(xiàn)場(chǎng)總線。理系統(tǒng)；向下支持現(xiàn)場(chǎng)總線。 控制站使用控制站使用3232

4、位微處理器，控制功能更強(qiáng)，體積更位微處理器，控制功能更強(qiáng)，體積更小，可靠性更高。小，可靠性更高。 操作站采用高檔微型計(jì)算機(jī)，增強(qiáng)圖形顯示功能，操作站采用高檔微型計(jì)算機(jī)，增強(qiáng)圖形顯示功能，多窗口技術(shù)和觸摸屏技術(shù)。多窗口技術(shù)和觸摸屏技術(shù)。 過(guò)程控制組態(tài)使用過(guò)程控制組態(tài)使用CADCAD方法，更加直觀方便；引入方法，更加直觀方便；引入專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)自整定。專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)自整定。 第9頁(yè)/共39頁(yè)DCSDCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品的發(fā)展及典型產(chǎn)品第10頁(yè)/共39頁(yè)DCSDCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品的發(fā)展及典型產(chǎn)品 第四代集散控制系統(tǒng)以管控一體化的形式出現(xiàn)。廣泛采用了開(kāi)放的工作站和客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu)；增加了工廠

5、信息網(wǎng)。 典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TPS，YOKOGAWA公司的CENTUMCS，F(xiàn)oxboro公司的I/A S 50/5l等。第11頁(yè)/共39頁(yè)集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)第12頁(yè)/共39頁(yè)DCS的結(jié)構(gòu)與功能第13頁(yè)/共39頁(yè) 其標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)按功能分為三層功能結(jié)構(gòu)： 管理層主要功能為生產(chǎn)調(diào)度管理及廠級(jí)優(yōu)化； 監(jiān)督控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化層主要是機(jī)組級(jí)的集中操作、協(xié)調(diào)控制和運(yùn)行優(yōu)化，這部分可分為運(yùn)行人員操作站、工程師工作站和監(jiān)控計(jì)算機(jī)；第14頁(yè)/共39頁(yè)直接控制層由分布式多功能處理單元組成，按功能分為現(xiàn)場(chǎng)控制站、監(jiān)測(cè)站，用于實(shí)現(xiàn)地理上分散的回路控制和檢測(cè)功能。整個(gè)DCS系統(tǒng)通過(guò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制指令及

6、各種信息的傳遞和數(shù)據(jù)資源的共享。 第15頁(yè)/共39頁(yè)一、分散控制裝置 分散控制裝置包括現(xiàn)場(chǎng)控制站與過(guò)程監(jiān)測(cè)站，是集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程的接口。 現(xiàn)場(chǎng)控制站（分散處理單元DPU）可以控制一個(gè)或多個(gè)回路，具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力和控制能力，是集散控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分散控制的關(guān)鍵部分。 現(xiàn)場(chǎng)控制站中固化有各種數(shù)據(jù)處理及控制運(yùn)算算法模塊，通過(guò)組態(tài)的方法 可靠性 ：一對(duì)一備用、N對(duì)一備用 第16頁(yè)/共39頁(yè)生產(chǎn)過(guò)程過(guò)程輸入通道過(guò)程輸出通道CPUROMRAM通信接口通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)控制器第17頁(yè)/共39頁(yè)第18頁(yè)/共39頁(yè)二、操作管理裝置 操作管理裝置包括操作員站、工程師站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)等，是操作、管理人員與集散控制系統(tǒng)

7、的接口。 完成監(jiān)視、操作、系統(tǒng)組態(tài)、優(yōu)化控制等任務(wù)。 第19頁(yè)/共39頁(yè)通信網(wǎng)絡(luò)微處理器Data通信接口CRT顯示器打印機(jī)（拷貝機(jī)）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器鍵盤(pán)（鼠標(biāo)）圖9-3 操作員站結(jié)構(gòu)框圖第20頁(yè)/共39頁(yè) 操作員站 CRT顯示器 ： 生產(chǎn)畫(huà)面的總貌顯示、分組顯示、單回路細(xì)目顯示、流程圖顯示、歷史趨勢(shì)顯示和報(bào)警概貌顯示等。 鍵盤(pán)：發(fā)出畫(huà)面選擇、功能請(qǐng)求、數(shù)據(jù)輸入和報(bào)警確認(rèn)等操作指令。 打印機(jī)：打印時(shí)、班、日等報(bào)表。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：保存歷史數(shù)據(jù) 微處理器 ：控制各實(shí)時(shí)任務(wù)執(zhí)行第21頁(yè)/共39頁(yè) 工程師站 完成系統(tǒng)組態(tài)、畫(huà)面生成、參數(shù)調(diào)整、文檔管理、系統(tǒng)調(diào)試等工作 監(jiān)控計(jì)算機(jī) 通過(guò)通信接口，綜合監(jiān)視全系統(tǒng)的

8、各工作站，管理全系統(tǒng)的所有信息，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制和全廠的優(yōu)化管理。 第22頁(yè)/共39頁(yè)三、通信系統(tǒng) 通信系統(tǒng)即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它將集散控制系統(tǒng)的各工作站連接起來(lái)。 第23頁(yè)/共39頁(yè)集散控制系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu) 過(guò)程控制級(jí) 生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集與回路控制。如汽包水位控制、機(jī)爐協(xié)調(diào)控制及各種順序控制等。經(jīng)營(yíng)管理級(jí)生產(chǎn)管理級(jí)過(guò)程管理級(jí)過(guò)程控制級(jí)生 產(chǎn) 過(guò) 程第24頁(yè)/共39頁(yè) 過(guò)程管理級(jí)主要由操作員站、工程師站及監(jiān)控計(jì)算機(jī)等組成，其主要功能是： 數(shù)據(jù)顯示與控制操作； 報(bào)警顯示與處理； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與壓縮歸檔； 性能計(jì)算與優(yōu)化控制； 制表打??； 系統(tǒng)組態(tài)。第25頁(yè)/共39頁(yè) 生產(chǎn)管理級(jí)由服務(wù)器及工作站組成，主要

9、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制之外的管理功能。如發(fā)電量的分配 。 經(jīng)營(yíng)管理級(jí)與辦公自動(dòng)化連接起來(lái)，擔(dān)負(fù)起全廠的總體協(xié)調(diào)管理。包括各類(lèi)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)、人事管理、財(cái)務(wù)管理等 。 第26頁(yè)/共39頁(yè)集散控制系統(tǒng)的組態(tài) 硬件組態(tài) 即系統(tǒng)配置，是根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模及控制要求而進(jìn)行的硬件選擇。 工程師站的選擇 、操作員站的選擇 、現(xiàn)場(chǎng)控制站的選擇 軟件組態(tài) 畫(huà)面組態(tài) 數(shù)據(jù)組態(tài) 報(bào)表組態(tài) 控制回路組態(tài) 第27頁(yè)/共39頁(yè)典型集散控制系統(tǒng) 產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家I/A SeriesI/A SeriesFoxboroFoxboro（美國(guó)）（美國(guó)）SymphonySymphonyABBABB（瑞士）（瑞士）OvationOvati

10、onWestinghouseWestinghouse（美國(guó)）（美國(guó)）MAX 1000MAX 1000Leeds & Northrup Leeds & Northrup （美國(guó)）（美國(guó)）HIACS 5000/7000HIACS 5000/7000HitachiHitachi（日本）（日本）Teleperm XP Teleperm XP SiemensSiemens（德國(guó)）（德國(guó)）XDPS-400XDPS-400新華（中國(guó)）新華（中國(guó)）HOLLiAS-MACSHOLLiAS-MACS和利時(shí)（中國(guó)）和利時(shí)（中國(guó)）第28頁(yè)/共39頁(yè)圖9-5 Symphony 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)第29頁(yè)/共3

11、9頁(yè)圖9-9 DCS信號(hào)流程圖第30頁(yè)/共39頁(yè)DSC調(diào)試（1） 靜態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)還沒(méi)有與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相連時(shí)的調(diào)試，主要包括： 通電試驗(yàn)； I/O卡件性能測(cè)試； 組態(tài)軟件編譯下裝； 外加仿真信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。 （2） 動(dòng)態(tài)調(diào)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相連時(shí)的調(diào)試。由于生產(chǎn)過(guò)程已經(jīng)處于運(yùn)行或試運(yùn)行階段，此時(shí)應(yīng)以觀察為主，當(dāng)涉及到必需的系統(tǒng)修改時(shí)，應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備及安全措施，以免影響正常生產(chǎn)，更不允許造成系統(tǒng)或設(shè)備故障。第31頁(yè)/共39頁(yè)DCS調(diào)試動(dòng)態(tài)調(diào)試一般包括以下內(nèi)容： 觀察過(guò)程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作是否正常； 檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當(dāng)時(shí)候投入自動(dòng)運(yùn)行； 對(duì)控制回

12、路進(jìn)行在線整定；當(dāng)系統(tǒng)存在較大問(wèn)題時(shí)，如需進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)修改、增加測(cè)點(diǎn)等，應(yīng)盡量在停機(jī)狀態(tài)下重新組態(tài)下裝。若條件不允許，也可進(jìn)行在線組態(tài)，但要熟悉在線組態(tài)的各個(gè)環(huán)節(jié)并做好應(yīng)急措施。第32頁(yè)/共39頁(yè)信號(hào)類(lèi)型DASMCSSCSFSSSETSECS合計(jì)AI（420mA）300280108510188873AI（RTD）1904516512030550AI（TC）11456101820218DI28710143011691207503766PI1035568AO（420mA）4170174DO4024790551602301695SO計(jì)11005852465194324314087744表9-2 9-2 每臺(tái)單元機(jī)組DCS