第3章集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

1、第第3 3章章 集散集散控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)DCS 的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理裝的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理裝置、分散過程控制裝置和通信接口設(shè)備置、分散過程控制裝置和通信接口設(shè)備等組成，通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將這些硬件等組成，通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將這些硬件設(shè)備連接起來，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分設(shè)備連接起來，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分散控制和集中監(jiān)視、操作及管理等功能。散控制和集中監(jiān)視、操作及管理等功能。這里，分別介紹這里，分別介紹DCS 的現(xiàn)場控制站、的現(xiàn)場控制站、DCS的操作員站和的操作員站和DCS的工程師站。的工程師站。3.1 DCS3.1 DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站是現(xiàn)場控制

2、站是DCS與生產(chǎn)過程之間的接與生產(chǎn)過程之間的接口，它是口，它是DCS的核心。的核心。v現(xiàn)場控制站是現(xiàn)場控制站是DCS中實現(xiàn)過程控制的重中實現(xiàn)過程控制的重要設(shè)備。要設(shè)備。v按控制方式，現(xiàn)場控制站分為：直接數(shù)按控制方式，現(xiàn)場控制站分為：直接數(shù)字控制站、順序控制站和批量控制站。字控制站、順序控制站和批量控制站。一般來說，現(xiàn)場控制站中的主要設(shè)備是現(xiàn)場一般來說，現(xiàn)場控制站中的主要設(shè)備是現(xiàn)場控制單元?，F(xiàn)場控制單元是控制單元。現(xiàn)場控制單元是 DCS 直接與生直接與生產(chǎn)過程進(jìn)行信息交互的產(chǎn)過程進(jìn)行信息交互的 I/O 處理系統(tǒng)，它的處理系統(tǒng)，它的主要任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對主要任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理

3、，對被控對象實施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。象實施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇配置不用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元以構(gòu)成現(xiàn)場控制站。同的現(xiàn)場控制單元以構(gòu)成現(xiàn)場控制站?，F(xiàn)場控制站是一個可獨立運行的計算機(jī)現(xiàn)場控制站是一個可獨立運行的計算機(jī)檢測控制系統(tǒng)。由于它是專為過程檢測、檢測控制系統(tǒng)。由于它是專為過程檢測、控制而設(shè)計的通用型設(shè)備，所以其機(jī)柜、控制而設(shè)計的通用型設(shè)備，所以其機(jī)柜、電源、輸入輸出通道和控制計算機(jī)等與電源、輸入輸出通道和控制計算機(jī)等與一般的計算機(jī)系統(tǒng)有所不同。一般的計算機(jī)系統(tǒng)有所不同。 現(xiàn)場控制站的硬件系統(tǒng)主要包括：機(jī)

4、柜、現(xiàn)場控制站的硬件系統(tǒng)主要包括：機(jī)柜、電源、輸入輸出通道等。電源、輸入輸出通道等。1.機(jī)柜 2.電源只有保持電源只有保持電源 ( 交流電源和直流電源交流電源和直流電源 )穩(wěn)定、可靠，才穩(wěn)定、可靠，才能確保現(xiàn)場控制站正常工作。能確保現(xiàn)場控制站正常工作。為了保證電源系統(tǒng)的可靠性，通常采取以下幾種措施。為了保證電源系統(tǒng)的可靠性，通常采取以下幾種措施。(1)每一個現(xiàn)場控制站均采用雙電源供電，互為冗余。每一個現(xiàn)場控制站均采用雙電源供電，互為冗余。 (2)如果現(xiàn)場控制站機(jī)拒附近有經(jīng)常開關(guān)的大功率用電設(shè)如果現(xiàn)場控制站機(jī)拒附近有經(jīng)常開關(guān)的大功率用電設(shè)備，應(yīng)采用超級隔離變壓器，將其初級、次級線圈間備，應(yīng)采用超

5、級隔離變壓器，將其初級、次級線圈間的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響。的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響。(3)如果電網(wǎng)電壓波動很嚴(yán)重，應(yīng)采用交流電子調(diào)壓器，如果電網(wǎng)電壓波動很嚴(yán)重，應(yīng)采用交流電子調(diào)壓器，快速穩(wěn)定供電電壓?？焖俜€(wěn)定供電電壓。 (4)在石油、化工等對連續(xù)性控制要求特別高的場合，應(yīng)配有不在石油、化工等對連續(xù)性控制要求特別高的場合，應(yīng)配有不間斷供電電源間斷供電電源 UPS，以保證供電的連續(xù)性?，F(xiàn)場控制站內(nèi)各，以保證供電的連續(xù)性?，F(xiàn)場控制站內(nèi)各功能模塊所需直流電源一般為功能模塊所需直流電源一般為5V、15V(或或12 V)、以、以及及+24V。為增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般可

6、以采取以下幾條措施。為增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般可以采取以下幾條措施。(1)為減少相互間的干擾，給主機(jī)供電與給現(xiàn)場設(shè)備供電的電源為減少相互間的干擾，給主機(jī)供電與給現(xiàn)場設(shè)備供電的電源要在電氣上隔離。要在電氣上隔離。 (2)采用冗余的雙電源方式給各功能模塊供電。采用冗余的雙電源方式給各功能模塊供電。(3)一般由統(tǒng)一的主電源單元將交流電變?yōu)橐话阌山y(tǒng)一的主電源單元將交流電變?yōu)?24V 直流電供給柜內(nèi)直流電供給柜內(nèi)的直流母線，然后通過的直流母線，然后通過 DC-DC 轉(zhuǎn)換方式將轉(zhuǎn)換方式將 24V 直流電源變直流電源變換為子電源所需的電壓，主電源一般采用換為子電源所需的電壓，主電源一般采用 1:1 冗

7、余配冗余配 置，而置，而子電源一般采用子電源一般采用 N:1 冗余配置。冗余配置。3.控制器控制器是現(xiàn)場控控制器是現(xiàn)場控制站的核心，也制站的核心，也是是DCS的核心。的核心。一般是由一般是由 CPU、存儲器、輸入存儲器、輸入 / 輸輸出通道等基本部出通道等基本部分組成。分組成。AC800F 控制器(1)CPU(1)CPU 盡管世界各地的盡管世界各地的DCS產(chǎn)品差別很大，但產(chǎn)品差別很大，但現(xiàn)場控制站大都采用現(xiàn)場控制站大都采用Motorola公司公司 M68000 系列和系列和Intel公司公司 80X86 系列的系列的 CPU 產(chǎn)品。為產(chǎn)品。為提高性能，在各生產(chǎn)廠家大都采用準(zhǔn)提高性能，在各生產(chǎn)廠

8、家大都采用準(zhǔn) 32 位或位或 32 位微處理器。由于數(shù)據(jù)處理能力的提高，位微處理器。由于數(shù)據(jù)處理能力的提高，因此可以執(zhí)行復(fù)雜的先進(jìn)控制算法，如自動整因此可以執(zhí)行復(fù)雜的先進(jìn)控制算法，如自動整定、預(yù)測控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等。定、預(yù)測控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等。 (2)(2)存儲器存儲器 與其他計算機(jī)一樣，控制計算機(jī)的存儲器也與其他計算機(jī)一樣，控制計算機(jī)的存儲器也分為分為RAM和和ROM。由于控制計算機(jī)在正常工作時運行。由于控制計算機(jī)在正常工作時運行的是一套固定的程序，的是一套固定的程序，DCS中大都采用了程序固化的中大都采用了程序固化的辦法，因此在控制計算機(jī)中辦法，因此在控制計算機(jī)中 RO

9、M 占有較大的比例。占有較大的比例。有的系統(tǒng)甚至將用戶組態(tài)的應(yīng)用程序也固化在有的系統(tǒng)甚至將用戶組態(tài)的應(yīng)用程序也固化在 ROM 中，只要一加電，控制站就可正常運行，使用更加方中，只要一加電，控制站就可正常運行，使用更加方便，但修改組態(tài)時要復(fù)雜一些。便，但修改組態(tài)時要復(fù)雜一些。在一些采用冗余在一些采用冗余 CPU 的系統(tǒng)中，還特別設(shè)有雙端口隨的系統(tǒng)中，還特別設(shè)有雙端口隨機(jī)存儲器，其中存放有過程輸入輸出數(shù)據(jù)、設(shè)定值和機(jī)存儲器，其中存放有過程輸入輸出數(shù)據(jù)、設(shè)定值和PID參數(shù)等。兩塊參數(shù)等。兩塊 CPU 板均可分別對其進(jìn)行讀寫，保板均可分別對其進(jìn)行讀寫，保證了雙證了雙 CPU 間運行數(shù)據(jù)的同步。當(dāng)原先在

10、線主間運行數(shù)據(jù)的同步。當(dāng)原先在線主 CPU 板出現(xiàn)故障時，原離線板出現(xiàn)故障時，原離線 CPU 板可立即接替工作，這樣板可立即接替工作，這樣對生產(chǎn)過程不會產(chǎn)生任何擾動。對生產(chǎn)過程不會產(chǎn)生任何擾動。 (3)(3)總線總線 常見的控制計算機(jī)總線有常見的控制計算機(jī)總線有Intel公司的公司的多總線多總線 MULTIBUS，“EOROCARD”標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的 VME 總線和總線和STD總線，前兩種總線都是支持總線，前兩種總線都是支持多主多主 CPU 的的 16 位位 / 32 位總線，由于位總線，由于STD總總線是一種線是一種 8 位數(shù)據(jù)總線，使用受到限制，已經(jīng)位數(shù)據(jù)總線，使用受到限制，已經(jīng)逐漸淡出市場。

11、逐漸淡出市場。近年來，隨著近年來，隨著 PC 機(jī)在過程控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)機(jī)在過程控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，用，PC總線總線(ISA、EISA總線等總線等)在中規(guī)模在中規(guī)模DCS 的現(xiàn)場控制站中也得到應(yīng)用。的現(xiàn)場控制站中也得到應(yīng)用。4. 輸入/輸出通道 過程控制計算機(jī)的輸入過程控制計算機(jī)的輸入/輸出通道一般包括模擬量輸入輸出通道一般包括模擬量輸入/輸出輸出(AI/AO)、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸入/輸出輸出(SI/SO)或數(shù)字量輸入或數(shù)字量輸入/輸出輸出(DI/DO)以及脈沖量輸入通道以及脈沖量輸入通道 (PI)。 (1)(1)模擬量輸入輸出通道模擬量輸入輸出通道(AI/AO)(AI/AO) 生產(chǎn)過程中的連

12、生產(chǎn)過程中的連續(xù)性被測變量續(xù)性被測變量(如溫度、流量、液位、如溫度、流量、液位、 壓力、濃度、壓力、濃度、pH值等值等)，只要由在線檢測儀表將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信，只要由在線檢測儀表將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，均可送入號，均可送入AI通道，經(jīng)過通道，經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字量送轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字量送給給CPU。而模擬量輸出通道一般將計算機(jī)輸出的數(shù)字。而模擬量輸出通道一般將計算機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為信號轉(zhuǎn)換為420mADC(或或 15VDC) 的連續(xù)直流信號，的連續(xù)直流信號，用于控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。用于控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(2)(2)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入/ /輸出通道輸出通道(SI/SO)(SI/SO) 開

13、關(guān)量輸開關(guān)量輸入通道主要用來采集各種限位開關(guān)、繼電器入通道主要用來采集各種限位開關(guān)、繼電器 或電磁閥連動觸點的開、關(guān)狀態(tài)，并輸入至計或電磁閥連動觸點的開、關(guān)狀態(tài)，并輸入至計算機(jī)。開關(guān)量輸出通道主要用于控制電磁閥、算機(jī)。開關(guān)量輸出通道主要用于控制電磁閥、繼電器、指示燈、聲光報警器等只具有開、關(guān)繼電器、指示燈、聲光報警器等只具有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。兩種狀態(tài)的設(shè)備。(3)(3)脈沖輸入通道脈沖輸入通道(PI)(PI) 許多現(xiàn)場儀表（如渦許多現(xiàn)場儀表（如渦輪流量計、羅茨式流量計以及一些機(jī)械計數(shù)裝輪流量計、羅茨式流量計以及一些機(jī)械計數(shù)裝置等）輸出的測量信號為脈沖信號，它們必須置等）輸出的測量信號為脈沖

14、信號，它們必須通過脈沖輸入通道才能送入計算機(jī)。通過脈沖輸入通道才能送入計算機(jī)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5、現(xiàn)場總線模件、現(xiàn)場總線模件v是現(xiàn)場總線與是現(xiàn)場總線與DCSDCS間的一個接口。間的一個接口。v為現(xiàn)場的智能裝置提供數(shù)字通信通道。在一條現(xiàn)場為現(xiàn)場的智能裝置提供數(shù)字通信通道。在一條現(xiàn)場總線通信線路上，可以并聯(lián)連接總線通信線路上，可以并聯(lián)連接3232個符合該現(xiàn)場總個符合該現(xiàn)場總線通信協(xié)議的智能設(shè)備。線通信協(xié)議的智能設(shè)備。v智能設(shè)備以全數(shù)字方式傳遞過程變量、控制變量、智能設(shè)備以全數(shù)字方式傳遞過程變量、控制變量、狀態(tài)信息、管理信息等。狀態(tài)信息、管理信息等。v有些現(xiàn)場總線模件支持?jǐn)?shù)有些現(xiàn)場總線模件支持?jǐn)?shù)/

15、 /?；旌贤ㄐ拧Ｒ阅；旌贤ㄐ拧Ｒ? 42020mAmA的模擬量信號傳輸過程變量信號，其他信號的數(shù)字的模擬量信號傳輸過程變量信號，其他信號的數(shù)字量調(diào)制信號疊加在模擬量信號上傳輸。量調(diào)制信號疊加在模擬量信號上傳輸。6、現(xiàn)場控制站通信接口、現(xiàn)場控制站通信接口v是連接基本控制單元的控制網(wǎng)絡(luò)是連接基本控制單元的控制網(wǎng)絡(luò)CnetCnet與連接運與連接運行員操作站以及其他站的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)行員操作站以及其他站的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)SnetSnet之間的之間的通信接口。通信接口。v從某種意義上來說，它就是一個網(wǎng)間連接器。從某種意義上來說，它就是一個網(wǎng)間連接器。7.7.現(xiàn)場控制站的可靠性措施現(xiàn)場控制站的可靠性措施 v現(xiàn)場控制站是

16、直接控制生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)場控制站是直接控制生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)，可靠性要求高，即使在故障情況下，也應(yīng)保證可靠性要求高，即使在故障情況下，也應(yīng)保證生產(chǎn)過程的安全。生產(chǎn)過程的安全。v可靠性措施：可靠性措施： （1 1）、）、手動后備手動后備 （2 2）、冗余）、冗余 （3 3）、在線診斷）、在線診斷 （4 4）、輸出保護(hù)）、輸出保護(hù) （1 1）、）、手動后備手動后備v應(yīng)用十分普遍的后備方法。應(yīng)用十分普遍的后備方法。v當(dāng)控制系統(tǒng)故障時，運行人員通過操作器或操當(dāng)控制系統(tǒng)故障時，運行人員通過操作器或操作開關(guān)手動控制生產(chǎn)過程。作開關(guān)手動控制生產(chǎn)過程。v在在DCSDCS中，習(xí)慣上把手動操作設(shè)備稱為手動操

17、作中，習(xí)慣上把手動操作設(shè)備稱為手動操作站。當(dāng)站。當(dāng)BCUBCU故障時，系統(tǒng)就轉(zhuǎn)換為運行人員手動故障時，系統(tǒng)就轉(zhuǎn)換為運行人員手動控制?？刂啤＃? 2）冗余冗余v在在DCSDCS中，冗余技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。中，冗余技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。v通信總線、通信接口、通信總線、通信接口、I/OI/O模件、電源設(shè)備等均模件、電源設(shè)備等均可采取冗余措施，這里主要討論基本控制單元可采取冗余措施，這里主要討論基本控制單元的冗余。的冗余。1 1CPUCPU冗余冗余2 21:11:1冗余冗余 3 3N:lN:l冗余冗余 4 4多重冗余多重冗余1 1CPUCPU冗余冗余v是一種部分冗余措施。是一種部分冗余措施。v一般用在控

18、制回路比較多的基本控制單元中，因為一般用在控制回路比較多的基本控制單元中，因為這種情況下，這種情況下，CPUCPU故障會影響所有的回路。故障會影響所有的回路。2 2、1:11:1冗余冗余v采用另一個完整的基本控制單元作為備用，稱為采用另一個完整的基本控制單元作為備用，稱為1:11:1冗余，如圖所示。冗余，如圖所示。3. N:lN:l冗余冗余v1:11:1冗余造價很高，冗余造價很高， N N：1 1冗余則比較經(jīng)濟(jì)。冗余則比較經(jīng)濟(jì)。4 4多重冗余多重冗余v用于要求可靠性極高的場合。用于要求可靠性極高的場合。(3)、在線診斷、在線診斷v利用利用BCUBCU中的微處理器實現(xiàn)在線診斷，在中的微處理器實現(xiàn)

19、在線診斷，在BCUBCU的的指令系統(tǒng)中有各種自診斷程序。指令系統(tǒng)中有各種自診斷程序。v診斷程序可分為輸入診斷、組態(tài)診斷、內(nèi)存診診斷程序可分為輸入診斷、組態(tài)診斷、內(nèi)存診斷、輸出診斷、聯(lián)合診斷、電源系統(tǒng)診斷、啟斷、輸出診斷、聯(lián)合診斷、電源系統(tǒng)診斷、啟動過程診斷、工作過程診斷和周期性診斷等。動過程診斷、工作過程診斷和周期性診斷等。(4)、輸出保護(hù)、輸出保護(hù)vBCUBCU的輸出信號是直接控制生產(chǎn)過程的。如果的輸出信號是直接控制生產(chǎn)過程的。如果BCUBCU在故障時輸出在故障時輸出信號發(fā)生紊亂，就會嚴(yán)重影響生產(chǎn)過程的運行，甚至?xí)斐扇诵盘柊l(fā)生紊亂，就會嚴(yán)重影響生產(chǎn)過程的運行，甚至?xí)斐扇松韨龌蛘咴O(shè)備損壞

20、。身傷亡或者設(shè)備損壞。v BCUBCU的輸出電路中常采用各種安全保護(hù)措施，保護(hù)原則如下的輸出電路中常采用各種安全保護(hù)措施，保護(hù)原則如下: : (1) (1)盡量減少每個盡量減少每個D/AD/A轉(zhuǎn)換器所控制的輸出通道數(shù)。轉(zhuǎn)換器所控制的輸出通道數(shù)。 (2) (2)模擬量和開關(guān)量輸出在模擬量和開關(guān)量輸出在BCUBCU故障時應(yīng)進(jìn)入安全狀態(tài)。故障時應(yīng)進(jìn)入安全狀態(tài)。 (3) (3)輸出電路的電源最好與輸出電路的電源最好與BCUBCU其他部分的電源分開。其他部分的電源分開。 (4) (4)輸出電路將輸出的實際值反饋到輸出電路將輸出的實際值反饋到BCUBCU中，有兩個目的中，有兩個目的: :一是可一是可以讓以

21、讓BCUBCU檢查輸出的正確性；二是讓檢查輸出的正確性；二是讓BCUBCU與手動操作站或其他冗與手動操作站或其他冗余余BCUBCU之間實現(xiàn)無擾切換。之間實現(xiàn)無擾切換。 (5) (5)盡量減少輸出電路中硬件和接線的數(shù)量。盡量減少輸出電路中硬件和接線的數(shù)量?？刂破魅哂噙B接控制器冗余連接vEthernet模件模件v第第2個個Ethernet模件用于控制器冗余連接模件用于控制器冗余連接vIP地址設(shè)定為地址設(shè)定為15(Hex=F)作為作為LINK模件模件v2個控制分別設(shè)定為不同個控制分別設(shè)定為不同IP地址地址(IP1/IP2)vP代表代表主控制器主控制器,S代表后備控制器代表后備控制器3.2 DCS3.

22、2 DCS的操作員站的操作員站v操作員站的功能主要是操作、監(jiān)視和管理。是操操作員站的功能主要是操作、監(jiān)視和管理。是操作員對過程與系統(tǒng)的接口，常稱人機(jī)接口。作員對過程與系統(tǒng)的接口，常稱人機(jī)接口。Man Man Machine Interface(MMI)Machine Interface(MMI)v為了實現(xiàn)監(jiān)視和管理等功能，操作站必須配置有為了實現(xiàn)監(jiān)視和管理等功能，操作站必須配置有以下設(shè)備以下設(shè)備 ：一臺具有較強圖形處理功能的微型機(jī)，：一臺具有較強圖形處理功能的微型機(jī)，以及相應(yīng)的外部設(shè)備，顯示設(shè)備、打印機(jī)、存儲以及相應(yīng)的外部設(shè)備，顯示設(shè)備、打印機(jī)、存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、以及一個支撐和固定這些設(shè)

23、備、數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、以及一個支撐和固定這些設(shè)備的臺子。設(shè)備的臺子。 DCS與傳統(tǒng)儀表系統(tǒng)的比較與傳統(tǒng)儀表系統(tǒng)的比較vMMIMMI通常由通常由計算機(jī)及其計算機(jī)及其輔助系統(tǒng)組輔助系統(tǒng)組成。當(dāng)前的成。當(dāng)前的MMIMMI由通用由通用計算機(jī)配以計算機(jī)配以DCSDCS廠家的廠家的人機(jī)接口軟人機(jī)接口軟件來組成件來組成 1、組成(1).操作臺操作臺用來安裝、承操作臺用來安裝、承載和保護(hù)各種計算機(jī)載和保護(hù)各種計算機(jī)和外部設(shè)備。目前流和外部設(shè)備。目前流行的操作臺有桌式操行的操作臺有桌式操作臺、集成式操作臺作臺、集成式操作臺和雙屏操作臺等，用和雙屏操作臺等，用戶可以根據(jù)需要選擇戶可以根據(jù)需要選擇使用。使用。操作臺適宜

24、的尺寸(2).微處理機(jī)系統(tǒng) DCS 操作站的功能越來越強，這就對操操作站的功能越來越強，這就對操作站的微處理機(jī)系統(tǒng)提出了更高的要求。作站的微處理機(jī)系統(tǒng)提出了更高的要求。一般的一般的 DCS操作站采用操作站采用 32 位或位或 64 位微位微處理機(jī)處理機(jī)。 (3).外部存儲設(shè)備為了很好的完成為了很好的完成 DCS 操作站的歷史數(shù)據(jù)操作站的歷史數(shù)據(jù)存儲功能，許多存儲功能，許多 DCS 的操作站都配有一的操作站都配有一到兩個大容量的外部存儲設(shè)備，有些系到兩個大容量的外部存儲設(shè)備，有些系統(tǒng)還配備了歷史數(shù)據(jù)記錄儀。統(tǒng)還配備了歷史數(shù)據(jù)記錄儀。 (4).圖形顯示設(shè)備當(dāng)前當(dāng)前DCS的圖形顯示設(shè)備主要是的圖形顯

25、示設(shè)備主要是LCD，有些有些DCS還在使用還在使用CRT。有些。有些DCS操作操作站配備有廠家專用的圖形顯示器。站配備有廠家專用的圖形顯示器。 (5).數(shù)據(jù)輸入設(shè)備 通常情況下，數(shù)據(jù)輸入設(shè)備包括鍵盤和鼠標(biāo)。通常情況下，數(shù)據(jù)輸入設(shè)備包括鍵盤和鼠標(biāo)。 操作員鍵盤一般都采用具有防水、防塵能力、操作員鍵盤一般都采用具有防水、防塵能力、有明確圖案或標(biāo)志的薄膜鍵盤。這種鍵盤從鍵有明確圖案或標(biāo)志的薄膜鍵盤。這種鍵盤從鍵的分配和布置上都充分考慮到操作直觀、方便，的分配和布置上都充分考慮到操作直觀、方便，外表美觀，并且在鍵體內(nèi)裝有電子蜂鳴器，以外表美觀，并且在鍵體內(nèi)裝有電子蜂鳴器，以提示報警信息和操作響應(yīng)。提示

26、報警信息和操作響應(yīng)。(6).打印輸出設(shè)備有些有些DCS 操作站配有兩臺打印機(jī)，一臺操作站配有兩臺打印機(jī)，一臺用于打印生產(chǎn)記錄報表和報警報表；另用于打印生產(chǎn)記錄報表和報警報表；另一臺用來拷貝流程畫面。隨著激光等非一臺用來拷貝流程畫面。隨著激光等非擊打式打印機(jī)的性能不斷提高，價格不擊打式打印機(jī)的性能不斷提高，價格不斷下降，有的斷下降，有的 DCS 己經(jīng)采用這類打印機(jī)，己經(jīng)采用這類打印機(jī)，以求得清晰、美觀的打印質(zhì)量和降低噪以求得清晰、美觀的打印質(zhì)量和降低噪聲。聲。 2、DCS中MMI的不同構(gòu)成方式 3、 MMI的開放結(jié)構(gòu) v從上可知從上可知MMIMMI內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)給內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)給MMIMMI設(shè)備配置所帶

27、設(shè)備配置所帶來的好處，當(dāng)來的好處，當(dāng)MMIMMI內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的紐帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的紐帶數(shù)據(jù)通數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的協(xié)議信網(wǎng)的協(xié)議是公共的協(xié)議時，這種結(jié)構(gòu)更是公共的協(xié)議時，這種結(jié)構(gòu)更為重要的特性為重要的特性MMIMMI的開放。的開放。MMIMMI利用自己內(nèi)利用自己內(nèi)部的總線與其他的設(shè)備通信時，整個系統(tǒng)就部的總線與其他的設(shè)備通信時，整個系統(tǒng)就更加靈活了。更加靈活了。v通信系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)中的開放：開放：指不同通信設(shè)備之間通指不同通信設(shè)備之間通信的能力，當(dāng)一個設(shè)備能與多種設(shè)備通信時，信的能力，當(dāng)一個設(shè)備能與多種設(shè)備通信時，這個設(shè)備就是開放的這個設(shè)備就是開放的。DCSDCS之間的之間的兩種通信結(jié)構(gòu) MMI開放結(jié)構(gòu)：大

28、屏幕大屏幕v大屏幕上的信息可以使多名操作員、管理人大屏幕上的信息可以使多名操作員、管理人員、維護(hù)人員同時看到系統(tǒng)與過程參數(shù)和狀員、維護(hù)人員同時看到系統(tǒng)與過程參數(shù)和狀態(tài)，從而建立他們之間的交流。態(tài)，從而建立他們之間的交流。vMMIMMI結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)中的CRTCRT的兩種形式：的兩種形式：v常規(guī)的供一名操作員使用的人機(jī)接常規(guī)的供一名操作員使用的人機(jī)接v供多名人員共同使用的大屏幕的人機(jī)接口供多名人員共同使用的大屏幕的人機(jī)接口大屏幕的系統(tǒng)組成4、MMI的基本功能的基本功能v 操作員通過操作員通過MMI監(jiān)視、控制工業(yè)過程監(jiān)視、控制工業(yè)過程v基本功能基本功能: : 1 1）顯示過程信息，傳遞操作員的指令，

29、顯示處理各種報警。）顯示過程信息，傳遞操作員的指令，顯示處理各種報警。 2 2）監(jiān)視）監(jiān)視DCSDCS中所有設(shè)備的狀態(tài)，包括中所有設(shè)備的狀態(tài)，包括MMI本身及外設(shè)的狀態(tài)。本身及外設(shè)的狀態(tài)。 3 3）通過）通過MMI確診某一個過程通道的故障。確診某一個過程通道的故障。 4 4）記錄各種過程與系統(tǒng)的事件，存儲、打印記錄的結(jié)果，生）記錄各種過程與系統(tǒng)的事件，存儲、打印記錄的結(jié)果，生成各種報表。成各種報表。 5 5）操作員通過）操作員通過MMI維護(hù)、調(diào)整生產(chǎn)過程與維護(hù)、調(diào)整生產(chǎn)過程與DCSDCS，因此因此MMI要要提供對過程控制參數(shù)甚至結(jié)構(gòu)的調(diào)整手段，同時調(diào)整提供對過程控制參數(shù)甚至結(jié)構(gòu)的調(diào)整手段，同時

30、調(diào)整MMI內(nèi)的內(nèi)的各種軟硬配置，提供過程與系統(tǒng)各類幫助指導(dǎo)。各種軟硬配置，提供過程與系統(tǒng)各類幫助指導(dǎo)。5 5、 操作員站的報警管理操作員站的報警管理 (1)、報警的主要內(nèi)容、報警的主要內(nèi)容v按一定的規(guī)律去處理報警信息。按一定的規(guī)律去處理報警信息。v根本目的根本目的: :通過管理使運行員及時發(fā)現(xiàn)問題，快速正確地通過管理使運行員及時發(fā)現(xiàn)問題，快速正確地處理問題，可靠記錄處理的全過程。處理問題，可靠記錄處理的全過程。v報警的分類：報警的分類：按重要程度按重要程度分成很多級別，如分成很多級別，如l6l6級。級。按其所在的地點按其所在的地點分成多個報警級或區(qū)域，也可以用特殊的分成多個報警級或區(qū)域，也可以

31、用特殊的方法標(biāo)識出來，使運行員發(fā)現(xiàn)哪兒出現(xiàn)了報警。方法標(biāo)識出來，使運行員發(fā)現(xiàn)哪兒出現(xiàn)了報警。按性質(zhì)按性質(zhì)分成過程報警與系統(tǒng)報警。分成過程報警與系統(tǒng)報警。按時間先后、報警變量的標(biāo)簽名稱按時間先后、報警變量的標(biāo)簽名稱等特征來分類或排序，等特征來分類或排序，使運行員能方便地注意到具有某些特征的報警。使運行員能方便地注意到具有某些特征的報警。v運行員發(fā)現(xiàn)報警顯示信息之后，首先關(guān)心的是運行員發(fā)現(xiàn)報警顯示信息之后，首先關(guān)心的是“什么量報警什么量報警了了”，然后是，然后是“我該怎么辦我該怎么辦”。v應(yīng)向運行員提供以下的信息應(yīng)向運行員提供以下的信息: : 變量優(yōu)先級變量優(yōu)先級 讓運行員反映出是什么類型的報警發(fā)

32、生了。讓運行員反映出是什么類型的報警發(fā)生了。 變量的位置變量的位置 讓運行員了解這個報警是否發(fā)生在關(guān)鍵部位。讓運行員了解這個報警是否發(fā)生在關(guān)鍵部位。 變量名稱變量名稱 這時運行員再細(xì)看是什么變量出現(xiàn)了報警。這時運行員再細(xì)看是什么變量出現(xiàn)了報警。 報警性質(zhì)報警性質(zhì) 如高報警、低報警等，讓運行員知道發(fā)生了什么如高報警、低報警等，讓運行員知道發(fā)生了什么報警。報警。(2)、報警信息的顯示、報警信息的顯示v提示運行員通常情況下的操作和應(yīng)考慮的問題。提示運行員通常情況下的操作和應(yīng)考慮的問題。v報警時間用于記錄。其他信息包括報警確認(rèn)等。報警時間用于記錄。其他信息包括報警確認(rèn)等。v對報警的瀏覽與歸檔是對報警進(jìn)

33、行一般性的分析對報警的瀏覽與歸檔是對報警進(jìn)行一般性的分析與記錄，應(yīng)按前面提到的對報警的分類方法，提供與記錄，應(yīng)按前面提到的對報警的分類方法，提供各種分類、查找、索引、存取盤的方法，便于運行各種分類、查找、索引、存取盤的方法，便于運行員查閱。員查閱。 (3)、報警提示、報警提示 明確報警的目的，建立系統(tǒng)的概念，而不是簡單地將一個明確報警的目的，建立系統(tǒng)的概念，而不是簡單地將一個過程變量與報警限相比較，輸出報警信號。過程變量與報警限相比較，輸出報警信號。 每一個報警都與一種操作相聯(lián)系，用這個要求來衡量時，每一個報警都與一種操作相聯(lián)系，用這個要求來衡量時，可以幫我們刪去不必要的報警?？梢詭臀覀儎h去不

34、必要的報警。 用重要的報警屏蔽掉不重要的報警，把設(shè)備的運行狀態(tài)與用重要的報警屏蔽掉不重要的報警，把設(shè)備的運行狀態(tài)與報警結(jié)合起來，報警結(jié)合起來，例如，某個設(shè)備出口介質(zhì)溫度低時的報警，實際上是例如，某個設(shè)備出口介質(zhì)溫度低時的報警，實際上是與該設(shè)備的運行聯(lián)系在一起的，不應(yīng)僅根據(jù)溫度低于報警限就報警。與該設(shè)備的運行聯(lián)系在一起的，不應(yīng)僅根據(jù)溫度低于報警限就報警。 采用統(tǒng)一的設(shè)計方法，設(shè)計檢查表逐一評審報警點。采用統(tǒng)一的設(shè)計方法，設(shè)計檢查表逐一評審報警點。(4)、報警設(shè)計的一些注意事項、報警設(shè)計的一些注意事項v記錄與報表：將信息歸檔的兩種形式。記錄與報表：將信息歸檔的兩種形式。v記錄記錄：是針對事件而言的

35、，當(dāng)：是針對事件而言的，當(dāng)DCSDCS或工藝過程中發(fā)生了什么或工藝過程中發(fā)生了什么事件時，記錄下該事件供今后查找故障的原因或總結(jié)控制經(jīng)事件時，記錄下該事件供今后查找故障的原因或總結(jié)控制經(jīng)驗使用，如某個閥門的開關(guān)、某個調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)整等。驗使用，如某個閥門的開關(guān)、某個調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)整等。v報表報表：是按照某種規(guī)律，通常是以時間的某種規(guī)律，從：是按照某種規(guī)律，通常是以時間的某種規(guī)律，從DCSDCS歷史數(shù)據(jù)庫中取出數(shù)據(jù)來，放到一起，或起分析作用，或起歷史數(shù)據(jù)庫中取出數(shù)據(jù)來，放到一起，或起分析作用，或起統(tǒng)計作用。統(tǒng)計作用。6 6、 記錄與報表記錄與報表v隨時記錄隨時記錄：記錄一般性的問題或操作，像：記錄一

36、般性的問題或操作，像“流水賬流水賬”一樣一樣供事后分析。供事后分析。v 組態(tài)時，人機(jī)接口會提示出所有可記錄的事件的清單，組態(tài)時，人機(jī)接口會提示出所有可記錄的事件的清單，由設(shè)計者挑選。由設(shè)計者挑選。v事件觸發(fā)記錄事件觸發(fā)記錄：根據(jù)某個事件的發(fā)生才被激活的記錄。：根據(jù)某個事件的發(fā)生才被激活的記錄。 這個記錄在平時不啟動，當(dāng)發(fā)生了事件時，記錄被啟動。這個記錄在平時不啟動，當(dāng)發(fā)生了事件時，記錄被啟動。v 設(shè)計這類記錄要注意，不要濫用設(shè)計這類記錄要注意，不要濫用DCSDCS的資源，事件發(fā)的資源，事件發(fā)生前后的數(shù)據(jù)記錄的密度應(yīng)與過程變量的時間常數(shù)相對應(yīng)生前后的數(shù)據(jù)記錄的密度應(yīng)與過程變量的時間常數(shù)相對應(yīng)。

37、(1)、記錄的形式與設(shè)計、記錄的形式與設(shè)計v通常的報表按一定的時間間隔，如每小時、每班、每天、每通常的報表按一定的時間間隔，如每小時、每班、每天、每周、每月，統(tǒng)計出關(guān)鍵變量的值，打印出來用于分析、統(tǒng)計周、每月，統(tǒng)計出關(guān)鍵變量的值，打印出來用于分析、統(tǒng)計、考評，報表中的數(shù)據(jù)常來自于、考評，報表中的數(shù)據(jù)常來自于歷史數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)庫，而不是實時數(shù)，而不是實時數(shù)據(jù)庫。據(jù)庫。v設(shè)計報表與設(shè)計記錄類似，應(yīng)注意以下的問題。設(shè)計報表與設(shè)計記錄類似，應(yīng)注意以下的問題。 (1) (1)報表應(yīng)盡量提供報表應(yīng)盡量提供信息信息，而不只是數(shù)據(jù)。，而不只是數(shù)據(jù)。 （2 2）合理使用計算機(jī)的資源。）合理使用計算機(jī)的資源。 （

38、3 3）DCSDCS應(yīng)帶來更計算機(jī)化的表格。應(yīng)帶來更計算機(jī)化的表格。 （4 4）報表與）報表與MIS（Management Information SystemManagement Information System）常聯(lián)系常聯(lián)系在一起。在一起。(2)、報表的形式與設(shè)計、報表的形式與設(shè)計7 7、 人機(jī)接口的發(fā)展人機(jī)接口的發(fā)展(1)(1)、大屏幕的使用、大屏幕的使用(2)(2)、多媒體技術(shù)、多媒體技術(shù)(3)(3)、通信系統(tǒng)的應(yīng)用、通信系統(tǒng)的應(yīng)用(4)(4)、過程信息管理系統(tǒng)接口、過程信息管理系統(tǒng)接口3.3 DCS3.3 DCS的工程師站的工程師站工程師站工程師站Engineering Work

39、 Station(EWS)Engineering Work Station(EWS)v對集散控制系統(tǒng)進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作對集散控制系統(tǒng)進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作站。利用工作站來組合站。利用工作站來組合DCSDCS提供的控制算法或畫面符號，而提供的控制算法或畫面符號，而不是編制具體的計算機(jī)程序或軟件，也不是用來描繪制造或不是編制具體的計算機(jī)程序或軟件，也不是用來描繪制造或安裝用的圖紙，所以把這種設(shè)計過程稱作組態(tài)或組態(tài)設(shè)計。安裝用的圖紙，所以把這種設(shè)計過程稱作組態(tài)或組態(tài)設(shè)計。v工程師站上配有組態(tài)軟件，為用戶提供了一個靈活的、功能工程師站上配有組態(tài)軟件，為用戶提供了一個

40、靈活的、功能齊全的工作平臺，通過它來實現(xiàn)用戶所要求的各種控制策略，齊全的工作平臺，通過它來實現(xiàn)用戶所要求的各種控制策略，對各種設(shè)計文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè)計文件。對各種設(shè)計文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè)計文件。v為節(jié)省投資，許多工程師站可以用一個操作員站代替。為節(jié)省投資，許多工程師站可以用一個操作員站代替。1 工程師站的組成 v組成：組成：PCPC機(jī)硬件及操作系統(tǒng)。機(jī)硬件及操作系統(tǒng)。v工程師站的基本設(shè)備：一臺完整的工程師站的基本設(shè)備：一臺完整的PCPC機(jī)，有機(jī)，有的用的用“工作站工作站”式的式的PCPC，有的采用服務(wù)器，有的采用服務(wù)器客戶機(jī)結(jié)構(gòu)，這顯然是一種趨勢，因為它更客戶機(jī)結(jié)構(gòu)，這顯

41、然是一種趨勢，因為它更適合于多個設(shè)計者共享一個項目的資源。適合于多個設(shè)計者共享一個項目的資源。v工程設(shè)計軟件。各工程設(shè)計軟件。各DCSDCS都有進(jìn)行工程組態(tài)的軟都有進(jìn)行工程組態(tài)的軟件，它們只適用于自己的系統(tǒng)。件，它們只適用于自己的系統(tǒng)。v其他輔助性通用軟件。如辦公軟件、數(shù)據(jù)庫其他輔助性通用軟件。如辦公軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等。軟件等。2 工程師站在DCS中的作用 v一用一用EWSEWS做系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計做系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計v二系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計更改二系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計更改v三運行記錄三運行記錄v四文件整理四文件整理一用EWS做系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計v系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計的主要任務(wù)：利用DCS提供的所有控制、監(jiān)視功能來設(shè)計實際的過程控制

42、系統(tǒng)。v組態(tài)設(shè)計包括：v(1)系統(tǒng)硬件構(gòu)成的總體設(shè)計系統(tǒng)硬件構(gòu)成的總體設(shè)計 v(2)系統(tǒng)的硬件設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計 v(3)控制邏輯設(shè)計控制邏輯設(shè)計 v(4)人機(jī)接口站組態(tài)設(shè)計人機(jī)接口站組態(tài)設(shè)計 v(5)文件組態(tài)文件組態(tài) v(6)系統(tǒng)運行之后的維護(hù)管理基本方法系統(tǒng)運行之后的維護(hù)管理基本方法 (1)系統(tǒng)硬件構(gòu)成的總體設(shè)計系統(tǒng)硬件構(gòu)成的總體設(shè)計(2)系統(tǒng)的硬件設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計v硬件設(shè)計的結(jié)果是安裝、組裝和接線所用的硬件設(shè)計的結(jié)果是安裝、組裝和接線所用的工程圖紙。工程圖紙。v通常包括過程控制單元中的模件布置、電源通常包括過程控制單元中的模件布置、電源分配、現(xiàn)場分配、現(xiàn)場I/OI/O的連接方法、屏蔽與

43、接地等設(shè)的連接方法、屏蔽與接地等設(shè)計，使用計，使用EWSEWS可以方便地根據(jù)可以方便地根據(jù)DCSDCS的設(shè)計規(guī)范的設(shè)計規(guī)范和過程控制的具體要求設(shè)計出這些接線圖、和過程控制的具體要求設(shè)計出這些接線圖、配置圖。配置圖。(3)控制邏輯設(shè)計控制邏輯設(shè)計v根據(jù)根據(jù)DCSDCS中給出的控制元件中給出的控制元件 ( (算法，或稱功能算法，或稱功能碼碼) )組成控制方案的過程。組成控制方案的過程。v簡單說，包括采集現(xiàn)場信號的設(shè)計、控制運簡單說，包括采集現(xiàn)場信號的設(shè)計、控制運算、決策的設(shè)計、控制輸出的設(shè)計、通信與算、決策的設(shè)計、控制輸出的設(shè)計、通信與傳遞信號的設(shè)計、系統(tǒng)診斷與處理方面的設(shè)傳遞信號的設(shè)計、系統(tǒng)診斷

44、與處理方面的設(shè)計等。計等。(4)人機(jī)接口站組態(tài)設(shè)計人機(jī)接口站組態(tài)設(shè)計v根據(jù)運行、維護(hù)等日常由操作員完成的根據(jù)運行、維護(hù)等日常由操作員完成的任務(wù)，通過任務(wù)，通過DCSDCS的操作員站所提供的功的操作員站所提供的功能，設(shè)計并組成一個監(jiān)控系統(tǒng)的過程。能，設(shè)計并組成一個監(jiān)控系統(tǒng)的過程。v包括畫面設(shè)計、報警設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、包括畫面設(shè)計、報警設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、記錄設(shè)計、幫助指導(dǎo)設(shè)計等。記錄設(shè)計、幫助指導(dǎo)設(shè)計等。(5)文件組態(tài)文件組態(tài)v為使為使DCSDCS正常運行而編制的各種說明指正常運行而編制的各種說明指導(dǎo)性文件。導(dǎo)性文件。vDCSDCS的安裝、使用、應(yīng)用方法，故障處的安裝、使用、應(yīng)用方法，故障處理方法都應(yīng)該在理方法都應(yīng)該在DCSDCS中提供，根據(jù)問題中提供，根據(jù)問題性質(zhì)的不同，或者在人機(jī)接口站上提供，性質(zhì)的不同，或者在人機(jī)接口站上提供，或者在工程師工作站上提供?；蛘咴诠こ處煿ぷ髡旧咸峁?6)系統(tǒng)運行之后的維護(hù)管理基本方法系統(tǒng)運行之后的維護(hù)管理基本方法vDCSDCS的組態(tài)任務(wù)中應(yīng)包括設(shè)計一套管理這些信的組態(tài)任務(wù)中應(yīng)包括設(shè)計一套管理這些信息的系統(tǒng)，雖然在息的系統(tǒng)，雖然在DCSDCS的設(shè)計過程中這些