02 分布式控制系統(tǒng)的構(gòu)成

1、2 分布式控制系統(tǒng)的構(gòu)成2 分布式控制系統(tǒng)的構(gòu)成2.1 過程控制站2.2 運行員操作站2.3 工程師工作站分布式控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)2. 控制級：過程控制站和數(shù)據(jù)采集站1過程控制站接收由現(xiàn)場設(shè)備如傳感器、變送器來的信號，按照一定的控制策略計算出所需的控制量，并送回到現(xiàn)場的執(zhí)行器中去。可同時完成連續(xù)控制、順序控制或邏輯控制功能。 2.1 過程控制站DCS中實現(xiàn)過程控制的重要設(shè)備。按控制方式，過程控制站分為： 直接數(shù)字控制站 順序控制站 批量控制站直接數(shù)字控制站：主要用于生產(chǎn)過程中連續(xù)量 (又稱模擬量，例如，溫度、壓力、流量等)的控制；順序控制站：主要用于生產(chǎn)過程中離散量 (又稱開關(guān)量，例如，電機的啟

2、/停、閥門的開/關(guān)等的控制；批量控制站：既可以實現(xiàn)連續(xù)量的控制，又可以實現(xiàn)離散量的控制。 2.1.1 過程控制站的結(jié)構(gòu)一.機械結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的機柜式結(jié)構(gòu) 二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一個過程控制站可能包含一個或多個根本控制單元;根本控制單元由處理器模件和輸入/輸出模件組成功能: 處理器模件：控制或數(shù)據(jù)處理任務(wù) 輸入/輸出模件：與處理器模件相連通信:根本控制單元之間通過控制網(wǎng)絡(luò)Cnet連接，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，通過通信模件和Cnet傳到各個根本控制單元。每個根本控制單元中，處理器模件與輸入/輸出模件之間的信息交換由內(nèi)部總線完成。 根本控制單元的種類根本

3、控制單元BCU(Basic Control Unit)：DCS中直接控制生產(chǎn)過程的那一局部硬件和軟件的統(tǒng)稱。功能：BCU接受來自傳感器或變送器的過程變量，按照一定的控制策略，計算出需要的控制變量，并把這些控制變量傳送到生產(chǎn)過程中去，通過執(zhí)行機構(gòu)去調(diào)整生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位等被控變量。BCU分為三種類型 ：1單回路型;2功能別離型 ;3多回路型 1單回路型控制規(guī)模:小，一個PID回路或一臺電動機控制功能：連續(xù)控制、順序控制、簡單的邏輯控制典型回路：BCU有24個模擬量輸入通道，12個模擬量輸出通道，以及24個開關(guān)量輸入通道和24個開關(guān)量輸出通道。適用范圍：從小到大各種規(guī)模的系統(tǒng)，不能

4、用于非常復(fù)雜的系統(tǒng)硬件要求：用廉價的硬件就能到達所需要的性能通信要求：實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)需要的通信量大，人機接口通信量小平安措施：僅控制一個回路不采取冗余技術(shù)，僅設(shè)置備用手動操作回路2功能別離型控制規(guī)模：中，幾個控制回路，小型的邏輯控制和順序控制系統(tǒng)控制功能：把連續(xù)控制功能和順序控制功能分開，由不同的BCU完成硬件要求：由于功能別離，可以合理使用硬件適用范圍：即使在小型控制系統(tǒng)中，也需要兩種類型的控制單元功能別離型BCU屬于中規(guī)模控制器。連續(xù)控制的BCU一般有16個模擬量輸入通道、8個模擬量輸出通道，能夠運行幾十個連續(xù)控制功能塊；實現(xiàn)順序控制的BCU一般有32個開關(guān)量輸入通道、16個開關(guān)量輸出通道，

5、能夠運行上百個順序控制功能塊。通信方面：不同控制功能的單元之間的通信量較大在可靠性要求比較高時，采用冗余技術(shù)。3多回路型控制規(guī)模：大，幾十個控制回路多回路，大型的邏輯或順序控制系統(tǒng)，控制規(guī)模上接近過去的直接數(shù)字控制系統(tǒng)控制功能：連續(xù)控制和順序控制典型回路：多回路型BCU具有64個模擬量輸入、32個模擬量輸出、128個開關(guān)量輸入、64個開關(guān)量輸出適用范圍：可以控制具有一定規(guī)模的生產(chǎn)過程，不適于太小的控制系統(tǒng)硬件要求：控制功能很強，對硬件要求很高通信要求：控制單元通信量小，人機接口通信量大平安措施：由于控制任務(wù)過于集中，必須采用冗余措施根本控制單元硬件： 1.完成控制算法或數(shù)據(jù)任務(wù)的處理器模件 輸

6、入/輸出模件: 模擬量輸入模件(AI)、模擬量輸出模件(AO)、開關(guān)量輸入模件(DI)、開關(guān)量輸出模件(DO)、脈沖量輸入模件(PI)等根本模件。 還有通信接口模件，專門用于汽輪機電液控制系統(tǒng)的液壓伺服模件，用于連接現(xiàn)場總線的現(xiàn)場總線模件等專用模件。2.1.3 根本控制單元的硬件 (1)運行員操作站運行員與分布式控制系統(tǒng)交換信息的人機接口。運行員操作站組成：一臺具有較強圖形處理功能的微型機，以及相應(yīng)的外部設(shè)備，一般配有CRT顯示器、大屏幕顯示裝置 (選件)、打印機、拷貝機、鍵盤、鼠標(biāo)或球標(biāo)。 2.2 運行員操作站2.2.1 概述運行員操作站是運行員對過程與系統(tǒng)的接口，常被稱為人機接口 Man

7、MachineInterface(MMI)，或稱為運行員工作站。 采用DCS以前的單元控制室里，過程信號是直接通過硬接線從現(xiàn)場變送器連接到單元控制室的。那時過程信號有以下特點： 沒有延時在固定的位置顯示故障的原因比較簡單重要參數(shù)的報警非常明顯DCS控制系統(tǒng)： DCS提供大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)到達人機接口之后，要通過MMI的設(shè)計將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息，并且以操作員習(xí)慣的方式按過程對操作員的需求的重要性順序反映出來。設(shè)計：全部功能、即時性、規(guī)律性、突出重點2.2.2 MMI的結(jié)構(gòu)MMI通常由計算機及其輔助系統(tǒng)組成。當(dāng)前的MMI由通用計算機配以DCS廠家的人機接口軟件來組成 一、 MMI與 DCS的接口 M

8、MI通過與DCS數(shù)據(jù)通道的接口來維護一個實時數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫不斷地獲得數(shù)據(jù)，使MMI和DCS數(shù)據(jù)通道都把它看做是自己的內(nèi)存，獲得需要的數(shù)據(jù)。 二、 MMl主機與外設(shè) MMI總是通過外設(shè)與操作員打交道， CRT給操作員顯示信息，鍵盤接收操作員指令，打印機、報警板向操作員打印記錄或提供報警。無論什么功能幾乎都是通過主機將外設(shè)與實時數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來。DCS中MMI的不同構(gòu)成方式 三、 MMI的開放結(jié)構(gòu) 從上可知MMI內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)給MMI設(shè)備配置所帶來的好處，當(dāng)MMI內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的紐帶數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的協(xié)議是公共的協(xié)議時，這種結(jié)構(gòu)更為重要的特性MMI的開放。MMI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

9、更加靈活了。通信系統(tǒng)中的開放：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，這個設(shè)備就是開放的。DCS之間的兩種通信結(jié)構(gòu) MMI開放結(jié)構(gòu)：大屏幕大屏幕上的信息可以使多名操作員、管理人員、維護人員同時看到系統(tǒng)與過程參數(shù)和狀態(tài)，從而建立他們之間的交流。MMI結(jié)構(gòu)中的CRT的兩種形式：常規(guī)的供一名操作員使用的人機接供多名人員共同使用的大屏幕的人機接口大屏幕的系統(tǒng)組成2.2.3 MMI的根本功能 操作員通過MMI監(jiān)視、控制工業(yè)過程。其根本功能：1顯示過程信息，傳遞操作員的指令，顯示處理各種報警。2監(jiān)視DCS中所有設(shè)備的狀態(tài)，包括MMI本身及其外設(shè)的狀態(tài)。3通過MMI確診某一個過程通道的故

10、障。4操作員通過MMI管理運行過程，記錄各種過程與系統(tǒng)的事件，存儲、打印記錄的結(jié)果，生成報表。5操作員通過MMI維護、調(diào)整生產(chǎn)過程與DCS，提供對過程控制參數(shù)、結(jié)構(gòu)的調(diào)整手段，調(diào)整MMI內(nèi)的各種軟硬配置，提供過程與系統(tǒng)各類幫助指導(dǎo)。2工程師工作站為控制工程師對分散控制系統(tǒng)進行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護所設(shè)置的工作站。對各種設(shè)計文件進行歸類和管理，形成各種設(shè)計文件，例如，各種圖紙、表格等。工程師工作站組成：由PC機配置一定數(shù)量的外部設(shè)備所組成，如打印機、繪圖機等。 2.3 工程師工作站工程師工作站Engineering Work Station(EWS)：DCS中用于系統(tǒng)設(shè)計的工作站。主要功能：為系

11、統(tǒng)設(shè)計工程師提供各種設(shè)計工具，使工程師利用它們來組合、調(diào)用DCS的各種資源。利用工作站來組合DCS提供的控制算法或畫面符號，而不是編制具體的計算機程序或軟件，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。2.3.1 工程師站的組成 PC機硬件及操作系統(tǒng)。工程師站的根本設(shè)備：一臺完整的PC機，有的用“工作站式的PC，有的采用效勞器客戶機結(jié)構(gòu)，這顯然是一種趨勢，因為它更適合于多個設(shè)計者共享一個工程的資源。工程設(shè)計軟件。各DCS都有進行工程組態(tài)的軟件，它們只適用于自己的系統(tǒng)。其他輔助性通用軟件。如辦公軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等。2.3.2 工程師站在DCS中的作用 一用EWS做系統(tǒng)

12、組態(tài)設(shè)計二系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計更改三運行記錄四文件整理一用EWS做系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計系統(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)計實際的過程控制系統(tǒng)。組態(tài)設(shè)計包括：(1)系統(tǒng)硬件構(gòu)成的總體設(shè)計 (2)系統(tǒng)的硬件設(shè)計 (3)控制邏輯設(shè)計 (4)人機接口站組態(tài)設(shè)計 (5)文件組態(tài) (6)系統(tǒng)運行之后的維護管理根本方法 (1)系統(tǒng)硬件構(gòu)成的總體設(shè)計(2)系統(tǒng)的硬件設(shè)計硬件設(shè)計的結(jié)果是安裝、組裝和接線所用的工程圖紙。通常包括過程控制單元中的模件布置、電源分配、現(xiàn)場I/O的連接方法、屏蔽與接地等設(shè)計，使用EWS可以方便地根據(jù)DCS的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和過程控制的具體要求設(shè)計出這些接線圖、配置圖。(3)控制邏

13、輯設(shè)計根據(jù)DCS中給出的控制元件 (算法，或稱功能碼)組成控制方案的過程。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、通信與傳遞信號的設(shè)計、系統(tǒng)診斷與處理方面的設(shè)計等。(4)人機接口站組態(tài)設(shè)計根據(jù)運行、維護等日常由運行員完成的任務(wù)，通過DCS的運行員站所提供的功能，設(shè)計并組成一個監(jiān)控系統(tǒng)的過程。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。(5)文件組態(tài)為使DCS正常運行而編制的各種說明指導(dǎo)性文件。DCS的安裝、使用、應(yīng)用方法，故障處理方法都應(yīng)該在DCS中提供，根據(jù)問題性質(zhì)的不同，或者在人機接口站上提供，或者在工程師工作站上提供。(6)系統(tǒng)運行之后的維

14、護管理根本方法DCS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DCS的設(shè)計過程中這些問題可能尚未發(fā)生，但有了這樣的一種信息結(jié)構(gòu)，對運行過程中的維護是很有用的，有些DCS系統(tǒng)己能夠自動產(chǎn)生一些硬件方面的問題報告。 二系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計更改由于EWS的設(shè)計中心的地位，所以在DCS的系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計更改正程中，EWS發(fā)揮了最重要的作用。*調(diào)試過程中，可通過EWS來確認(rèn)控制組態(tài)是否執(zhí)行得正確，這需要在線運行EWS，以實時監(jiān)視過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題后，修改組態(tài)。*在下載了人機接口的組態(tài)之后，如果有問題，也要在EWS上修改。所以在調(diào)試過程中，EWS顯得最忙，這時尤其要注意的是EWS上的文件的管理。 三運行記錄特殊的參數(shù) 控制回路之間相交聯(lián)的變量的耦合程度；系統(tǒng)運行過程中DCS的負(fù)荷參數(shù)、通信負(fù)荷率、運算負(fù)荷率等。注意:把這些用于控制或系統(tǒng)分析的信息與運行員日常處理的信息分開，以防止相互干擾。EWS上對數(shù)據(jù)做分析的軟件要豐富，這些軟件對控制系統(tǒng)做分析更有效。四文件整理EWS作為設(shè)計中心。EWS也應(yīng)作為向用戶提供DCS全部設(shè)計文件與系統(tǒng)說明文件的中心。實際上，如果EWS管理得好，它還應(yīng)提供系統(tǒng)調(diào)試、運行、管理過程中相關(guān)的全部文件，使得與DCS相關(guān)的文件都可以在EWS上找到。 EWS的作用