分散控制系統(tǒng)基礎課件

分散控制系統(tǒng)基礎1.1概述1.1.1分散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS)以分布在不同物理位置的多臺計算機為基礎，采用“分散控制、集中操作”分級管理”原則設計的控制系統(tǒng)。1.1.2分散控制系統(tǒng)的產生與發(fā)展1.常規(guī)模擬儀表控制系統(tǒng)基地式儀表：控制系統(tǒng)與被控對象在機械結構上是組合在一起的；而且控制系統(tǒng)的各個部分包括檢測、計算、執(zhí)行、人機界面等也做成一個整體，就地安裝在被控對象之上。單元組合儀表：控制系統(tǒng)與被控對象在機械結構上是分開的；檢測、計算、執(zhí)行、人機界面有不同的單元實現，根據控制功能進行組合構成控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)基礎1.1概述分散控制系統(tǒng)基礎缺點：在控制功能方面：控制算法靠電阻、電容、電感等元件的電氣規(guī)律完成，不能實現復雜控制。在監(jiān)視操作方面：儀表多，監(jiān)視操作不方便。在信息管理方面：手工抄表，不準確。2.計算機集中控制系統(tǒng)克服了常規(guī)儀表的缺點，但存在致命缺點“功能集中，危險集中”。控制功能、監(jiān)視操作功能和信息管理功能集中在一臺計算機上完成。3.分散控制系統(tǒng)在分析常規(guī)模擬儀表控制系統(tǒng)和計算機集中控制系統(tǒng)的基礎上，人們產生了危險分散的設計思想，即控制功能分散、監(jiān)視操作功能集中?？刂乒δ埽悍植荚陔娮釉O備間的多個現場站中。監(jiān)視操作：分布在控制室的多個操作員站中。信息管理：分布在辦公室的多個工作站中。分散控制系統(tǒng)基礎缺點：分散控制系統(tǒng)基礎4.DCS的產生和發(fā)展微機技術+通信技術+CRT技術+控制技術=DCS分散功能

集中功能

人機界面

控制功能TDC-2000國家公司系統(tǒng)名稱美國Honeywell

Bailey

Westinghouse

Foxboro

Leeds&NorthrupTDC-2000，TDC-3000

N-90，INFI-90，Symphony

WDPF，OVATION

I/ASeries

MAX-1000日本橫河

日立CENTUM，μXL

HIACS-3000，HIACS-5000中國山東魯能控制和利時北京智深LN-2000HS2000，MACSEDPF-NT分散控制系統(tǒng)基礎4.DCS的產生和發(fā)展國家公司系統(tǒng)名稱美國分散控制系統(tǒng)基礎1.1.3火電廠自動化系統(tǒng)組成廠級自動化系統(tǒng)廠級管理信息系統(tǒng)MIS廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS機組級自動化系統(tǒng)DCS熱工系統(tǒng)自動化電氣系統(tǒng)自動化功能配置MIS系統(tǒng)

處于電廠的最高級，具有對內管理和對外營銷兩大功能。SIS系統(tǒng)作為機組級DCS系統(tǒng)與廠級MIS系統(tǒng)的中間系統(tǒng)SIS，起著承上啟下的作用。它以實時監(jiān)控為主，同時兼有實時信息管理的作用。因此，必須建立一個較為完善并具有一定規(guī)模的實時數據庫。其主要功能：分散控制系統(tǒng)基礎1.1.3火電廠自動化系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)基礎全廠綜合性能計算和操作指導全廠負荷優(yōu)化調度機組壽命管理狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷及相關處理指導機組優(yōu)化控制DCS系統(tǒng)

火力發(fā)電廠中，DCS系統(tǒng)包括熱工系統(tǒng)自動化和電氣自動化。

在尚未統(tǒng)籌考慮廠級自動化前，單元機組監(jiān)控系統(tǒng)DCS不僅完成機組直接監(jiān)控功能，而且逐步擴大管理職能。例如機組性能計算、壽命管理等。管理功能的加強使DCS系統(tǒng)日趨復雜，每臺機組重復設置相同的軟件模塊。這樣，往往造成投資浪費和可靠性降低。在明確提出火電廠廠級自動化以后，應盡量簡化單元機組級DCS的功能，主要服務于對機組的直接監(jiān)控。凡是實時性不強的功能可上移至廠級SIS。分散控制系統(tǒng)基礎全廠綜合性能計算和操作指導分散控制系統(tǒng)基礎DCS的主要功能包括：數據采集系統(tǒng)（DateAcquisitionSystem,DAS）

快速準確的反應參數變化和設備狀態(tài)，為操作提供依據。數據采集系統(tǒng)的主要功能包括：數據采集與處理、屏幕顯示、打印記錄、歷史數據存儲與檢索等。模擬量調節(jié)系統(tǒng)（ModulationControlSystem,MCS）維持設備正常運行，保證參數在正常范圍，提高生產穩(wěn)定性、經濟性。MCS系統(tǒng)一般包括：機組協(xié)調控制系統(tǒng)、主汽溫控制系統(tǒng)、再熱汽溫控制系統(tǒng)、給水控制系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)、除氧器水位控制系統(tǒng)、除氧器壓力控制系統(tǒng)、輔助蒸汽壓力控制系統(tǒng)、高加水位控制系統(tǒng)、低加水位控制系統(tǒng)等。開關量順序控制系統(tǒng)（SequenceControlSystem,SCS）主、輔機的啟動順序和機組的聯鎖保護。順序控制是按一定的順序、條件和時間要求，對工藝系統(tǒng)中各有關對象進行自動控制的一種技術，主要用于主輔機的自動啟停操作和聯鎖保護分散控制系統(tǒng)基礎DCS的主要功能包括：分散控制系統(tǒng)基礎爐膛監(jiān)測保護系統(tǒng)（FurnaceSafeguardSupervisionSystem,FSSS）

防止爐膛爆炸，燃燒管理。對鍋爐點火和油槍進行程序自動控制，并有防止鍋爐爐膛由于燃燒熄火、過壓等原因引起爐膛爆炸而采取的監(jiān)視和自動控制措施。其包括燃燒器控制系統(tǒng)BCS和爐膛安全系統(tǒng)FSS，實現功能有：爐膛吹掃、點火器及油槍切投控制、火焰監(jiān)視及爐膛滅火保護、主燃料跳閘MFT。汽輪機數字電液調節(jié)系統(tǒng)（DigitalElectro-HydraulicControlSystem,DEH）

機組啟動，轉速控制。汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)（ExigencyTreadSystem,ETS）

汽機保護跳閘。確保在下列事故狀態(tài)關閉汽輪機全部蒸汽進汽閥門、抽汽逆止門等，以使汽輪機安全停機。汽輪機主機保護有：潤滑油壓低、真空低跳閘、就地手動停機、軸向位移大跳閘、發(fā)電機跳閘、電超速保護跳閘等。電氣自動化系統(tǒng)（ElectricityAutomationSystem,EAS）

電氣系統(tǒng)的操作，監(jiān)視。分散控制系統(tǒng)基礎爐膛監(jiān)測保護系統(tǒng)（FurnaceSafeg分散控制系統(tǒng)基礎1.2分散控制系統(tǒng)的構成原理分散控制系統(tǒng)是一種集成了多種高新技術的新型控制系統(tǒng)，其原理結構是比較復雜的。我們應該從多種角度來認識和分析分散控制系統(tǒng)。1.2.1從控制系統(tǒng)的角度來看DCS是一種分級的控制系統(tǒng)。各級完成不同的功能。分散控制系統(tǒng)的功能分層體系功能分層體系是分散控制系統(tǒng)的顯著特點，是實現控制功能分散，操作顯示集中的關鍵。按系統(tǒng)結構進行垂直分解：它包括四級（見圖1-3），各級相對獨立，又相互聯系，不同的級完成不同的功能。同一級進行水平分解：它可分為具有功能類似的站，各站相對獨立，又相互聯系，不同的站完成不同的功能。分散控制系統(tǒng)基礎1.2分散控制系統(tǒng)的構成原理分散控制系統(tǒng)基礎過程控制級設備：現場站（采集站、控制站）。功能：數據采集、運算處理和控制輸出；經通信網絡和控制管理級通信。

輸入信號正確性判斷

數字濾波

非線性修正

參數補償

工程單位轉換

A/D、D/A轉換

輸出檢查

缺省值輸出組成：通信模件、控制器模件、I/O模件和電源模件。分散控制系統(tǒng)基礎過程控制級分散控制系統(tǒng)基礎控制管理級設備：操作員站，工程師站，歷史站。功能：操作員站：監(jiān)視和操作；人和過程的接口。顯示功能：過程畫面，趨勢畫面，一覽畫面，系統(tǒng)狀態(tài)畫面，報

警相關畫面等。操作功能：和系統(tǒng)有關的操作，和過程有關的操作。報警功能：開關量變態(tài)報警，模擬量越限報警，系統(tǒng)本身的報警

報警過濾功能，報警優(yōu)先級功能，報警屏蔽功能等。記錄打印功能：隨機打印（事件觸發(fā)），周期性打?。〞r間觸

發(fā)），請求打印（命令觸發(fā)）。工程師站：離線組態(tài)和在線調試；人和系統(tǒng)的接口。歷史站：歷史站主要負責采集和儲存生產過程的歷史數據，以供形成

運行報表和歷史趨勢曲線組成：主機和外設。分散控制系統(tǒng)基礎控制管理級分散控制系統(tǒng)基礎生產管理級設備：實時數據服務器，工作站。功能：廠級生產過程的監(jiān)視和管理，廠級故障診斷和分析，廠級性能指標計

算。經網關機向經營管理級發(fā)送數據。組成：主機和外設。經營管理級設備：數據服務器，工作站。功能：廠級經營管理、財務管理和人事管理等。組成：主機和外設。分散控制系統(tǒng)基礎生產管理級分散控制系統(tǒng)基礎1.2.2從信息系統(tǒng)的角度來看DCS是一個數據通信系統(tǒng)，具有不同的網絡結構，連接著功能各異的一個個節(jié)點，實現節(jié)點間的信息傳送與互換。1.通信網絡結構通信網絡結構：是指網絡中各節(jié)點設備之間相互連接的方式。常用的網絡結構有三種：星型、環(huán)型、總線型。節(jié)點：參加網絡通信的最小單位稱為節(jié)點。一個節(jié)點可以是一臺計算機，也可以是幾臺甚至幾十臺計算機形成的數據集中器。星形網絡結構網絡結構：如圖1-4所示。網絡描述：在網絡中的各站有主、從之分。處于中心位置的主節(jié)點稱為主站，

分布于各處的節(jié)點為從站，任何兩個站之間的通信都必須通過主

站。網絡特點：主從站之間的鏈路是專用的傳輸效率高

適用各

站之間信息

流量大的場合。

對主站的依賴性強

可靠性低。分散控制系統(tǒng)基礎1.2.2從信息系統(tǒng)的角度來看分散控制系統(tǒng)基礎總線網絡結構網絡結構：如圖1-5所示。網絡描述：它是以一條開環(huán)的無源通信電纜作為高速公路。所有的站都通過相應的硬件接口掛到總線上。各站的功能可以有主從之分，也可以不

分主從站。網絡特點：各站分時使用總線。網絡結構簡單，易于擴展，可靠性高，某一個站的故障不致影響其

站的工作（無主從結構方式下）。這種結構易于實現通信線路冗余，安裝費用較低。因此，總線型結構的應用最為普遍。如日本橫河公司的CENTUM系統(tǒng)，BBC公司的Procontrol-P系統(tǒng)，Westinghouse（西屋）公司的WDPF系統(tǒng)，Honeywell（霍尼維爾）公司的TDC-2000、TDC-3000系統(tǒng)等等，均采用了總線形網絡結構。分散控制系統(tǒng)基礎總線網絡結構分散控制系統(tǒng)基礎環(huán)型網絡結構網絡結構：如圖1-6所示。網絡描述：是一個首尾相連的環(huán)型總線，各個站都通過各自的硬件接口掛到環(huán)

上。環(huán)上的各站無主從之分，平等地使用通信控制權。網絡特點：各站可以同時發(fā)送接收信息。信息在網上的傳遞總是從始發(fā)站出發(fā)，經過網上每個站整形、放

大后再傳送，直至回到始發(fā)站（順時針或反時針方向）。傳送距

離遠且能保證信號質量。當某個站出現故障時，能自動旁路信息，而不影響信息的傳遞，

但擴展性能不像總線形方便。工程上環(huán)型網絡的應用也比較多，例如ABB公司的Symphony系統(tǒng)等。分散控制系統(tǒng)基礎環(huán)型網絡結構分散控制系統(tǒng)基礎2.信息傳輸控制技術信息傳輸控制技術：通信網絡上連接著眾多的設備，要實現設備之間的信息傳送，必須有適合于不同網絡結構的信息傳輸控制技術，常用的信息傳輸控制技術有：查詢式、廣播式、存貯轉發(fā)式。查詢式這是一種有主站控制的通信協(xié)議方式，適用于具有主從節(jié)點的網絡結構。處于網絡中的主節(jié)點對網絡行使控制作用。它按次序查詢各從節(jié)點是否需要通信，需要發(fā)送信息的從站把信息送給主站，再由主站把信息發(fā)送給需要的其它從站。其特點是所有通信在主站統(tǒng)一指揮下進行，各節(jié)點之間沒有沖突。廣播式這是一種無主站控制的通信協(xié)議方式，適用于總線形和環(huán)形網絡結構。廣播式通信控制協(xié)議的基本特征是在任何時刻，網絡中僅允許有一個站處于發(fā)送信息狀態(tài)，而其余各站只能處于接收狀態(tài)。如果在同一時刻有多個源站要發(fā)送信息，即發(fā)生搶占傳輸線路的沖突，因而，必須按一定協(xié)議方式協(xié)調這種沖突。在廣播式協(xié)議下，按防止沖突的方法不同又可分為自由競爭式、通行標記式（令牌傳送式）和時間分槽式。分散控制系統(tǒng)基礎2.信息傳輸控制技術分散控制系統(tǒng)基礎自由競爭式：適用于總線形網絡。接到總線上的各站共享一條廣播傳輸線，每個站的地位是平等的，采用自由競爭方式發(fā)送信息到總線上。由于沒有專門的通信控制站，有可能會有兩個或兩個以上站企圖同時發(fā)送信息，此時便會發(fā)生沖突，造成報文作廢。因此，必須采取措施防止沖突。控制策略：競爭發(fā)送，先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突后退和再試重發(fā)。通行標記式：即令牌式（TokenPassing）適用于環(huán)形網絡結構。有一個被稱之為令牌的信息段繞環(huán)網的各節(jié)點依次傳送。令牌有“空”、“忙”兩種狀態(tài)。某個站接到傳給自己的令牌后，如果令牌為“空”，則首先把令牌置為“忙”，并置入發(fā)送信息、源節(jié)點名、目的節(jié)點名等信息段，然后將其送上環(huán)網。令牌沿環(huán)網運行一周再回到源節(jié)點時，傳送信息已被目的節(jié)點取走，再把令牌置成“空”，送上環(huán)網繼續(xù)傳送，以便其它節(jié)點使用。時間分槽式：把規(guī)定的時間間隔分成若干時間槽，在槽開始時，該節(jié)點發(fā)送信息，等允許的時間槽時間到，就輪到下一個節(jié)點發(fā)送信息。分散控制系統(tǒng)基礎自由競爭式：分散控制系統(tǒng)基礎存貯轉發(fā)式是一種無主站控制的通信協(xié)議方式，適用于環(huán)型網絡結構。存貯轉發(fā)式協(xié)議的基本特征是允許網上所有站同時發(fā)送和接收信息。每個節(jié)點可以隨時向自己相鄰的下一節(jié)點發(fā)出信息，包括源站、目的站地址在內。相鄰節(jié)點接收這些信息并存貯起來，等到自己的信息發(fā)送完畢，再對接收到的信息進行識別。如不是目的站，則對信息進行放大，繼續(xù)發(fā)往相鄰的下一個節(jié)點。直至該信息到達站，目的站在該信息段上加上接收確認信息；如檢查信息出錯，則加上否認信息；之后繼續(xù)向下一個節(jié)點發(fā)送，直至重新回到源節(jié)點。源節(jié)點若收到的是確認信息，則表明此次傳輸成功，去掉該段信息，可以發(fā)送下一信息。如果收到的是否認，則需要重新發(fā)送。這種通信控制協(xié)議下，網絡中各站之間任一時刻傳輸的信息是不同的，每一個站在通信網絡中起到中繼站的作用。INFI-90系統(tǒng)的環(huán)形網絡中就采用這種存貯轉發(fā)通信協(xié)議方式。分散控制系統(tǒng)基礎存貯轉發(fā)式分散控制系統(tǒng)基礎1.2.3從計算機系統(tǒng)的角度來看：DCS分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。1.硬件系統(tǒng)一系列以微處理器為基礎的智能模件、過程通道、通信接口和各種外部設備。2.軟件系統(tǒng)包括對系統(tǒng)進行管理的操作系統(tǒng)、數據庫系統(tǒng)、組態(tài)工具軟件和對過程進行控制的一系列標準化功能模塊。分散控制系統(tǒng)基礎1.2.3從計算機系統(tǒng)的角度來看：分散控制系統(tǒng)基礎1.3分散控制系統(tǒng)的組態(tài)過程

包括兩個方面：硬件配置和軟件組態(tài)。1.3.1硬件配置過程控制級：按系統(tǒng)規(guī)模配置現場站。現場站的個數：測點；功能；位置?，F場站內部配置：主模件、通信模件、I/O模件、電源模件?？刂乒芾砑墸喊聪到y(tǒng)規(guī)模配置。操作員站的個數：運行方式；功能；位置。工程師站的個數：要求。1.3.2軟件組態(tài)

控制組態(tài)（現場站）定義：根據用戶要求，利用DCS廠家提供的控制組態(tài)工具軟件和固化在現場站

控制器模件ROM中的各種功能模塊生成控制策略的過程叫控制組態(tài)。組態(tài)步驟：生成組態(tài)；編譯組態(tài)；下裝組態(tài)；調試組態(tài)；運行組態(tài)。分散控制系統(tǒng)基礎1.3分散控制系統(tǒng)的組態(tài)過程分散控制系統(tǒng)基礎組態(tài)方式：CAD圖形組態(tài)，根據需要調用各種功能模塊，將它們連接生成控制

方案。填表式組態(tài)，根據組態(tài)軟件提供的表格，按要求逐項填寫生成控制

方案。系統(tǒng)組態(tài)（操作員站）定義：根據用戶要求，利用DCS廠家提供的系統(tǒng)組態(tài)工具軟件（圖形組態(tài) 、數據庫組態(tài)、記錄組態(tài)）和標準元素（符號、模板）生成數據庫 、監(jiān)控畫面和報表的過程叫系統(tǒng)組態(tài)。組態(tài)步驟：生成組態(tài)；編譯組態(tài)；傳送組態(tài)；調試組態(tài)；運行組態(tài)。組態(tài)方式：多種多樣，在操作員站，在工程師站。分散控制系統(tǒng)基礎組態(tài)方式：CAD圖形組態(tài)，根據需要調用各種功分散控制系統(tǒng)基礎1.4分散控制系統(tǒng)的特點與常規(guī)模擬控制儀表系統(tǒng)以及一般的計算機控制系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)主要有以下幾方面的特點。1.4.1硬件積木化分散控制系統(tǒng)采用分層次的積木式結構。在控制管理級，可按照用戶需要配置若干操作員站、工程師站等系統(tǒng)部件。在過程控制級，可按照用戶需要配置若干現場站，每個現場控制站內部又可配置若干具有不同功能的標準化模件，而無需內部連線。整個系統(tǒng)的配置具有很大的靈活性，便于用戶分批分步地擴展自己的系統(tǒng)，以構成更為完善、功能更強的現代化控制與管理系統(tǒng)。1.4.2軟件模塊化分散控制系統(tǒng)為用戶提供了豐富的功能軟件，大大減少了用戶進行軟件開發(fā)的成本。這些功能軟件包括控制軟件包、操作顯示軟件包、報表打印軟件包等等。并提供至少一種過程控制語言，供用戶開發(fā)高級的應用軟件。這些軟件主要包括：分散控制系統(tǒng)基礎1.4分散控制系統(tǒng)的特點分散控制系統(tǒng)基礎控制軟件包：為用戶提供過程控制所需的各種功能軟件模塊。主要包括數據集與處理、控制算法、常規(guī)運算和控制輸出等功能模塊。這些模塊固化在現場站的智能模件的只讀存貯器中。用戶通過組態(tài)方式可以任意選擇這些模塊，構成所需的控制方案。操作顯示軟件包：為用戶提供豐富的人機接口功能，在管理站上進行集中監(jiān)視和操作?？梢陨啥喾NCRT顯示畫面，如總貌顯示、組顯示、趨勢顯示、棒圖顯示、流程圖顯示、報警顯示和操作指導等畫面，并可在CRT畫面上進行各種操作，所以它完全可以取代常規(guī)模擬儀表盤。報表打印軟件包：為用戶提供各種打印記錄。打印班報表、目報表、月報表；打印瞬時值、累計值、平均值、最大值和最小值；報警打印、事故追憶打印等。1.4.3控制功能分散化系統(tǒng)中的每個單元僅賦予有限的功能，使用專用的功能軟件。避免了中心計算機系統(tǒng)軟件的復雜性，提高了系統(tǒng)的實時響應能力，改善了整個系統(tǒng)的可靠性。分散控制系統(tǒng)基礎控制軟件包：為用戶提供過程控制所需的各種功能分散控制系統(tǒng)基礎1.4.4系統(tǒng)功能綜合化分散控制系統(tǒng)把過程控制與監(jiān)視操作以及管理溶為一體，可實現生產過程的綜合自動控制。在過程控制方面，不僅可以完成單回路控制，也可以實現多變量控制、協(xié)調控制，既可以實現連續(xù)控制，也可實現順序控制。在管理方面，既可以將生產過程數據直接處理、打印，也可以送到生產實時信息管理網做進一步的處理。1.4.5高可靠性分散控制系統(tǒng)為什么能具有如此高的可靠性呢？主要有以下措施與特點。結構可靠性：功能分層結構（垂直分解、水平分解）；分散即意味著危險分

散，局部故障不致引起全局故障。元器件的可靠性：大規(guī)模集成電路和微處理器芯片的可靠性已達到相當的水

平。元器件經過認真嚴格篩選，適應于工業(yè)控制的需要。冗余技術：所謂冗余即備份。分散控制系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)和部件，采用了冗

余技術。象通信線路、電源和控制器等均采用冗余配置。操作員

站也設置多套互為備用。分散控制系統(tǒng)基礎1.4.4系統(tǒng)功能綜合化分散控制系統(tǒng)基礎冗余方式：自動備用（同步運行（雙重、三重）；待機運行（1：1

和n+1）

手動備用（手操站）自診斷技術：系統(tǒng)發(fā)生異常，通過自診斷技術檢出后傳到操作員站，進行顯

示、報警或打印輸出，將故障信息通知操作員，以便及時恢復。1.4.6使用維護方便分散控制系統(tǒng)的設計充分考慮了用戶使用維護的方便性。在使用方面，操作控制人員借助直觀、豐富的各類畫面進行監(jiān)視與操作，而不需監(jiān)視大量的常規(guī)儀表，勞動強度大降低。在維護方面，由于各種功能模件種類相對較少，備品備件易于準備。通過自診斷技術，使系統(tǒng)的維護與恢復十分方便。許多系統(tǒng)中能夠對控制系統(tǒng)設備進行集中監(jiān)視和診斷，就地面板也設置有狀態(tài)指示燈，模件允許帶電插拔，使系統(tǒng)本身的自動管理水平不斷提高。分散控制系統(tǒng)基礎冗余方式：自動備用（同步運行（雙重、三重）；分散控制系統(tǒng)基礎圖2-1計算機集中控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)基礎圖2-1計算機集中控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)基礎分散控制系統(tǒng)基礎謝謝大家！謝謝大家！分散控制系統(tǒng)基礎1.1概述1.1.1分散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS)以分布在不同物理位置的多臺計算機為基礎，采用“分散控制、集中操作”分級管理”原則設計的控制系統(tǒng)。1.1.2分散控制系統(tǒng)的產生與發(fā)展1.常規(guī)模擬儀表控制系統(tǒng)基地式儀表：控制系統(tǒng)與被控對象在機械結構上是組合在一起的；而且控制系統(tǒng)的各個部分包括檢測、計算、執(zhí)行、人機界面等也做成一個整體，就地安裝在被控對象之上。單元組合儀表：控制系統(tǒng)與被控對象在機械結構上是分開的；檢測、計算、執(zhí)行、人機界面有不同的單元實現，根據控制功能進行組合構成控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)基礎1.1概述分散控制系統(tǒng)基礎缺點：在控制功能方面：控制算法靠電阻、電容、電感等元件的電氣規(guī)律完成，不能實現復雜控制。在監(jiān)視操作方面：儀表多，監(jiān)視操作不方便。在信息管理方面：手工抄表，不準確。2.計算機集中控制系統(tǒng)克服了常規(guī)儀表的缺點，但存在致命缺點“功能集中，危險集中”?？刂乒δ?、監(jiān)視操作功能和信息管理功能集中在一臺計算機上完成。3.分散控制系統(tǒng)在分析常規(guī)模擬儀表控制系統(tǒng)和計算機集中控制系統(tǒng)的基礎上，人們產生了危險分散的設計思想，即控制功能分散、監(jiān)視操作功能集中?？刂乒δ埽悍植荚陔娮釉O備間的多個現場站中。監(jiān)視操作：分布在控制室的多個操作員站中。信息管理：分布在辦公室的多個工作站中。分散控制系統(tǒng)基礎缺點：分散控制系統(tǒng)基礎4.DCS的產生和發(fā)展微機技術+通信技術+CRT技術+控制技術=DCS分散功能

集中功能

人機界面

控制功能TDC-2000國家公司系統(tǒng)名稱美國Honeywell

Bailey

Westinghouse

Foxboro

Leeds&NorthrupTDC-2000，TDC-3000

N-90，INFI-90，Symphony

WDPF，OVATION

I/ASeries

MAX-1000日本橫河

日立CENTUM，μXL

HIACS-3000，HIACS-5000中國山東魯能控制和利時北京智深LN-2000HS2000，MACSEDPF-NT分散控制系統(tǒng)基礎4.DCS的產生和發(fā)展國家公司系統(tǒng)名稱美國分散控制系統(tǒng)基礎1.1.3火電廠自動化系統(tǒng)組成廠級自動化系統(tǒng)廠級管理信息系統(tǒng)MIS廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS機組級自動化系統(tǒng)DCS熱工系統(tǒng)自動化電氣系統(tǒng)自動化功能配置MIS系統(tǒng)

處于電廠的最高級，具有對內管理和對外營銷兩大功能。SIS系統(tǒng)作為機組級DCS系統(tǒng)與廠級MIS系統(tǒng)的中間系統(tǒng)SIS，起著承上啟下的作用。它以實時監(jiān)控為主，同時兼有實時信息管理的作用。因此，必須建立一個較為完善并具有一定規(guī)模的實時數據庫。其主要功能：分散控制系統(tǒng)基礎1.1.3火電廠自動化系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)基礎全廠綜合性能計算和操作指導全廠負荷優(yōu)化調度機組壽命管理狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷及相關處理指導機組優(yōu)化控制DCS系統(tǒng)

火力發(fā)電廠中，DCS系統(tǒng)包括熱工系統(tǒng)自動化和電氣自動化。

在尚未統(tǒng)籌考慮廠級自動化前，單元機組監(jiān)控系統(tǒng)DCS不僅完成機組直接監(jiān)控功能，而且逐步擴大管理職能。例如機組性能計算、壽命管理等。管理功能的加強使DCS系統(tǒng)日趨復雜，每臺機組重復設置相同的軟件模塊。這樣，往往造成投資浪費和可靠性降低。在明確提出火電廠廠級自動化以后，應盡量簡化單元機組級DCS的功能，主要服務于對機組的直接監(jiān)控。凡是實時性不強的功能可上移至廠級SIS。分散控制系統(tǒng)基礎全廠綜合性能計算和操作指導分散控制系統(tǒng)基礎DCS的主要功能包括：數據采集系統(tǒng)（DateAcquisitionSystem,DAS）

快速準確的反應參數變化和設備狀態(tài)，為操作提供依據。數據采集系統(tǒng)的主要功能包括：數據采集與處理、屏幕顯示、打印記錄、歷史數據存儲與檢索等。模擬量調節(jié)系統(tǒng)（ModulationControlSystem,MCS）維持設備正常運行，保證參數在正常范圍，提高生產穩(wěn)定性、經濟性。MCS系統(tǒng)一般包括：機組協(xié)調控制系統(tǒng)、主汽溫控制系統(tǒng)、再熱汽溫控制系統(tǒng)、給水控制系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)、除氧器水位控制系統(tǒng)、除氧器壓力控制系統(tǒng)、輔助蒸汽壓力控制系統(tǒng)、高加水位控制系統(tǒng)、低加水位控制系統(tǒng)等。開關量順序控制系統(tǒng)（SequenceControlSystem,SCS）主、輔機的啟動順序和機組的聯鎖保護。順序控制是按一定的順序、條件和時間要求，對工藝系統(tǒng)中各有關對象進行自動控制的一種技術，主要用于主輔機的自動啟停操作和聯鎖保護分散控制系統(tǒng)基礎DCS的主要功能包括：分散控制系統(tǒng)基礎爐膛監(jiān)測保護系統(tǒng)（FurnaceSafeguardSupervisionSystem,FSSS）

防止爐膛爆炸，燃燒管理。對鍋爐點火和油槍進行程序自動控制，并有防止鍋爐爐膛由于燃燒熄火、過壓等原因引起爐膛爆炸而采取的監(jiān)視和自動控制措施。其包括燃燒器控制系統(tǒng)BCS和爐膛安全系統(tǒng)FSS，實現功能有：爐膛吹掃、點火器及油槍切投控制、火焰監(jiān)視及爐膛滅火保護、主燃料跳閘MFT。汽輪機數字電液調節(jié)系統(tǒng)（DigitalElectro-HydraulicControlSystem,DEH）

機組啟動，轉速控制。汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)（ExigencyTreadSystem,ETS）

汽機保護跳閘。確保在下列事故狀態(tài)關閉汽輪機全部蒸汽進汽閥門、抽汽逆止門等，以使汽輪機安全停機。汽輪機主機保護有：潤滑油壓低、真空低跳閘、就地手動停機、軸向位移大跳閘、發(fā)電機跳閘、電超速保護跳閘等。電氣自動化系統(tǒng)（ElectricityAutomationSystem,EAS）

電氣系統(tǒng)的操作，監(jiān)視。分散控制系統(tǒng)基礎爐膛監(jiān)測保護系統(tǒng)（FurnaceSafeg分散控制系統(tǒng)基礎1.2分散控制系統(tǒng)的構成原理分散控制系統(tǒng)是一種集成了多種高新技術的新型控制系統(tǒng)，其原理結構是比較復雜的。我們應該從多種角度來認識和分析分散控制系統(tǒng)。1.2.1從控制系統(tǒng)的角度來看DCS是一種分級的控制系統(tǒng)。各級完成不同的功能。分散控制系統(tǒng)的功能分層體系功能分層體系是分散控制系統(tǒng)的顯著特點，是實現控制功能分散，操作顯示集中的關鍵。按系統(tǒng)結構進行垂直分解：它包括四級（見圖1-3），各級相對獨立，又相互聯系，不同的級完成不同的功能。同一級進行水平分解：它可分為具有功能類似的站，各站相對獨立，又相互聯系，不同的站完成不同的功能。分散控制系統(tǒng)基礎1.2分散控制系統(tǒng)的構成原理分散控制系統(tǒng)基礎過程控制級設備：現場站（采集站、控制站）。功能：數據采集、運算處理和控制輸出；經通信網絡和控制管理級通信。

輸入信號正確性判斷

數字濾波

非線性修正

參數補償

工程單位轉換

A/D、D/A轉換

輸出檢查

缺省值輸出組成：通信模件、控制器模件、I/O模件和電源模件。分散控制系統(tǒng)基礎過程控制級分散控制系統(tǒng)基礎控制管理級設備：操作員站，工程師站，歷史站。功能：操作員站：監(jiān)視和操作；人和過程的接口。顯示功能：過程畫面，趨勢畫面，一覽畫面，系統(tǒng)狀態(tài)畫面，報

警相關畫面等。操作功能：和系統(tǒng)有關的操作，和過程有關的操作。報警功能：開關量變態(tài)報警，模擬量越限報警，系統(tǒng)本身的報警

報警過濾功能，報警優(yōu)先級功能，報警屏蔽功能等。記錄打印功能：隨機打印（事件觸發(fā)），周期性打印（時間觸

發(fā)），請求打?。钣|發(fā)）。工程師站：離線組態(tài)和在線調試；人和系統(tǒng)的接口。歷史站：歷史站主要負責采集和儲存生產過程的歷史數據，以供形成

運行報表和歷史趨勢曲線組成：主機和外設。分散控制系統(tǒng)基礎控制管理級分散控制系統(tǒng)基礎生產管理級設備：實時數據服務器，工作站。功能：廠級生產過程的監(jiān)視和管理，廠級故障診斷和分析，廠級性能指標計

算。經網關機向經營管理級發(fā)送數據。組成：主機和外設。經營管理級設備：數據服務器，工作站。功能：廠級經營管理、財務管理和人事管理等。組成：主機和外設。分散控制系統(tǒng)基礎生產管理級分散控制系統(tǒng)基礎1.2.2從信息系統(tǒng)的角度來看DCS是一個數據通信系統(tǒng)，具有不同的網絡結構，連接著功能各異的一個個節(jié)點，實現節(jié)點間的信息傳送與互換。1.通信網絡結構通信網絡結構：是指網絡中各節(jié)點設備之間相互連接的方式。常用的網絡結構有三種：星型、環(huán)型、總線型。節(jié)點：參加網絡通信的最小單位稱為節(jié)點。一個節(jié)點可以是一臺計算機，也可以是幾臺甚至幾十臺計算機形成的數據集中器。星形網絡結構網絡結構：如圖1-4所示。網絡描述：在網絡中的各站有主、從之分。處于中心位置的主節(jié)點稱為主站，

分布于各處的節(jié)點為從站，任何兩個站之間的通信都必須通過主

站。網絡特點：主從站之間的鏈路是專用的傳輸效率高

適用各

站之間信息

流量大的場合。

對主站的依賴性強

可靠性低。分散控制系統(tǒng)基礎1.2.2從信息系統(tǒng)的角度來看分散控制系統(tǒng)基礎總線網絡結構網絡結構：如圖1-5所示。網絡描述：它是以一條開環(huán)的無源通信電纜作為高速公路。所有的站都通過相應的硬件接口掛到總線上。各站的功能可以有主從之分，也可以不

分主從站。網絡特點：各站分時使用總線。網絡結構簡單，易于擴展，可靠性高，某一個站的故障不致影響其

站的工作（無主從結構方式下）。這種結構易于實現通信線路冗余，安裝費用較低。因此，總線型結構的應用最為普遍。如日本橫河公司的CENTUM系統(tǒng)，BBC公司的Procontrol-P系統(tǒng)，Westinghouse（西屋）公司的WDPF系統(tǒng)，Honeywell（霍尼維爾）公司的TDC-2000、TDC-3000系統(tǒng)等等，均采用了總線形網絡結構。分散控制系統(tǒng)基礎總線網絡結構分散控制系統(tǒng)基礎環(huán)型網絡結構網絡結構：如圖1-6所示。網絡描述：是一個首尾相連的環(huán)型總線，各個站都通過各自的硬件接口掛到環(huán)

上。環(huán)上的各站無主從之分，平等地使用通信控制權。網絡特點：各站可以同時發(fā)送接收信息。信息在網上的傳遞總是從始發(fā)站出發(fā)，經過網上每個站整形、放

大后再傳送，直至回到始發(fā)站（順時針或反時針方向）。傳送距

離遠且能保證信號質量。當某個站出現故障時，能自動旁路信息，而不影響信息的傳遞，

但擴展性能不像總線形方便。工程上環(huán)型網絡的應用也比較多，例如ABB公司的Symphony系統(tǒng)等。分散控制系統(tǒng)基礎環(huán)型網絡結構分散控制系統(tǒng)基礎2.信息傳輸控制技術信息傳輸控制技術：通信網絡上連接著眾多的設備，要實現設備之間的信息傳送，必須有適合于不同網絡結構的信息傳輸控制技術，常用的信息傳輸控制技術有：查詢式、廣播式、存貯轉發(fā)式。查詢式這是一種有主站控制的通信協(xié)議方式，適用于具有主從節(jié)點的網絡結構。處于網絡中的主節(jié)點對網絡行使控制作用。它按次序查詢各從節(jié)點是否需要通信，需要發(fā)送信息的從站把信息送給主站，再由主站把信息發(fā)送給需要的其它從站。其特點是所有通信在主站統(tǒng)一指揮下進行，各節(jié)點之間沒有沖突。廣播式這是一種無主站控制的通信協(xié)議方式，適用于總線形和環(huán)形網絡結構。廣播式通信控制協(xié)議的基本特征是在任何時刻，網絡中僅允許有一個站處于發(fā)送信息狀態(tài)，而其余各站只能處于接收狀態(tài)。如果在同一時刻有多個源站要發(fā)送信息，即發(fā)生搶占傳輸線路的沖突，因而，必須按一定協(xié)議方式協(xié)調這種沖突。在廣播式協(xié)議下，按防止沖突的方法不同又可分為自由競爭式、通行標記式（令牌傳送式）和時間分槽式。分散控制系統(tǒng)基礎2.信息傳輸控制技術分散控制系統(tǒng)基礎自由競爭式：適用于總線形網絡。接到總線上的各站共享一條廣播傳輸線，每個站的地位是平等的，采用自由競爭方式發(fā)送信息到總線上。由于沒有專門的通信控制站，有可能會有兩個或兩個以上站企圖同時發(fā)送信息，此時便會發(fā)生沖突，造成報文作廢。因此，必須采取措施防止沖突?？刂撇呗裕焊偁幇l(fā)送，先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突后退和再試重發(fā)。通行標記式：即令牌式（TokenPassing）適用于環(huán)形網絡結構。有一個被稱之為令牌的信息段繞環(huán)網的各節(jié)點依次傳送。令牌有“空”、“忙”兩種狀態(tài)。某個站接到傳給自己的令牌后，如果令牌為“空”，則首先把令牌置為“忙”，并置入發(fā)送信息、源節(jié)點名、目的節(jié)點名等信息段，然后將其送上環(huán)網。令牌沿環(huán)網運行一周再回到源節(jié)點時，傳送信息已被目的節(jié)點取走，再把令牌置成“空”，送上環(huán)網繼續(xù)傳送，以便其它節(jié)點使用。時間分槽式：把規(guī)定的時間間隔分成若干時間槽，在槽開始時，該節(jié)點發(fā)送信息，等允許的時間槽時間到，就輪到下一個節(jié)點發(fā)送信息。分散控制系統(tǒng)基礎自由競爭式：分散控制系統(tǒng)基礎存貯轉發(fā)式是一種無主站控制的通信協(xié)議方式，適用于環(huán)型網絡結構。存貯轉發(fā)式協(xié)議的基本特征是允許網上所有站同時發(fā)送和接收信息。每個節(jié)點可以隨時向自己相鄰的下一節(jié)點發(fā)出信息，包括源站、目的站地址在內。相鄰節(jié)點接收這些信息并存貯起來，等到自己的信息發(fā)送完畢，再對接收到的信息進行識別。如不是目的站，則對信息進行放大，繼續(xù)發(fā)往相鄰的下一個節(jié)點。直至該信息到達站，目的站在該信息段上加上接收確認信息；如檢查信息出錯，則加上否認信息；之后繼續(xù)向下一個節(jié)點發(fā)送，直至重新回到源節(jié)點。源節(jié)點若收到的是確認信息，則表明此次傳輸成功，去掉該段信息，可以發(fā)送下一信息。如果收到的是否認，則需要重新發(fā)送。這種通信控制協(xié)議下，網絡中各站之間任一時刻傳輸的信息是不同的，每一個站在通信網絡中起到中繼站的作用。INFI-90系統(tǒng)的環(huán)形網絡中就采用這種存貯轉發(fā)通信協(xié)議方式。分散控制系統(tǒng)基礎存貯轉發(fā)式分散控制系統(tǒng)基礎1.2.3從計算機系統(tǒng)的角度來看：DCS分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。1.硬件系統(tǒng)一系列以微處理器為基礎的智能模件、過程通道、通信接口和各種外部設備。2.軟件系統(tǒng)包括對系統(tǒng)進行管理的操作系統(tǒng)、數據庫系統(tǒng)、組態(tài)工具軟件和對過程進行控制的一系列標準化功能模塊。分散控制系統(tǒng)基礎1.2.3從計算機系統(tǒng)的角度來看：分散控制系統(tǒng)基礎1.3分散控制系統(tǒng)的組態(tài)過程

包括兩個方面：硬件配置和軟件組態(tài)。1.3.1硬件配置過程控制級：按系統(tǒng)規(guī)模配置現場站?，F場站的個數：測點；功能；位置。現場站內部配置：主模件、通信模件、I/O模件、電源模件?？刂乒芾砑墸喊聪到y(tǒng)規(guī)模配置。操作員站的個數：運行方式；功能；位置。工程師站的個數：要求。1.3.2軟件組態(tài)

控制組態(tài)（現場站）定義：根據用戶要求，利用DCS廠家提供的控制組態(tài)工具軟件和固化在現場站

控制器模件ROM中的各種功能模塊生成控制策略的過程叫控制組態(tài)。組態(tài)步驟：生成組態(tài)；編譯組態(tài)；下裝組態(tài)；調試組態(tài)；運行組態(tài)。分散控制系統(tǒng)基礎1.3分散控制系統(tǒng)的組態(tài)過程分散控制系統(tǒng)基礎組態(tài)方式：CAD圖形組態(tài)，根據需要調用各種功能模塊，將它們連接生成控制

方案。填表式組態(tài)，根據組態(tài)軟件提供的表格，按要求逐項填寫生成控制

方案。系統(tǒng)組態(tài)（操作員站）定義：根據用戶要求，利用DCS廠家提供的系統(tǒng)組態(tài)工具軟件（圖形組態(tài) 、數據庫組態(tài)、記錄組態(tài)）和標準元素（符號、模板）生成數據庫 、監(jiān)控畫面和報表的過程叫系統(tǒng)組態(tài)。組態(tài)步驟：生成組態(tài)；編譯組態(tài)；傳送組態(tài)；調試組態(tài)；運行組態(tài)。組態(tài)方式：多種多樣，在操作員站，在工程師站。分散控制系統(tǒng)基礎組態(tài)方式：CAD圖形組態(tài)，根據需要調用各種功分散控制系統(tǒng)基礎1.4分散控制系統(tǒng)的特點與常規(guī)模擬控制儀表系統(tǒng)以及一般的計算機控制系統(tǒng)