第2章集散系統(tǒng)基礎(chǔ)知識21體系22硬件

第2章集散系統(tǒng)基礎(chǔ)知識21體系22硬件

●2.2集散控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)●2.3集散控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)●2.4集散控制系統(tǒng)的基本功能本章主要內(nèi)容22.1集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)本節(jié)內(nèi)容提要?集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的特征●縱向分層●橫向分散●設(shè)備分級●網(wǎng)絡(luò)分層?按照功能，集散控制系統(tǒng)設(shè)備分為四級●現(xiàn)場控制級●過程控制級●過程管理級●經(jīng)營管理級?與四級設(shè)備對應(yīng)的四層網(wǎng)絡(luò)●現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)●控制網(wǎng)絡(luò)●監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)●管理網(wǎng)絡(luò)3圖2.1集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)41.現(xiàn)場控制級(1)典型的現(xiàn)場控制級設(shè)備●各類傳感器●各類變送器●各類執(zhí)行器(2)現(xiàn)場控制級設(shè)備的主要任務(wù)●完成過程數(shù)據(jù)采集與處理。●直接輸出操作命令、實(shí)現(xiàn)分散控制?！裢瓿膳c上級設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享。5(1)過程控制級主要設(shè)備過程控制站、數(shù)據(jù)采集站、現(xiàn)場總線服務(wù)器①過程控制站●產(chǎn)生控制作用。●可以實(shí)現(xiàn)反饋控制、邏輯控制、順序控制和批量控制等功能。6②數(shù)據(jù)采集站●接收大量的非控制過程信息；●不直接完成控制功能。③現(xiàn)場總線服務(wù)器●一臺安裝了現(xiàn)場總線接口卡與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)接口卡的計(jì)算機(jī)。7（1）過程管理級的主要設(shè)備①操作站●操作人員與相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備；●的核心顯示、監(jiān)視、操作和管理裝置。②工程師站●對進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)。③監(jiān)控計(jì)算機(jī)●實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制；●機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和性能計(jì)算，先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)等。8（2）過程管理級設(shè)備的主要功能●對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測和控制；●對進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)；●對各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理；●實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制，故障檢測和數(shù)據(jù)存檔。94.經(jīng)營管理級（1）經(jīng)營管理級的設(shè)備廠級管理計(jì)算機(jī)監(jiān)視企業(yè)各部門的運(yùn)行情況。生產(chǎn)裝置的管理計(jì)算機(jī)具有能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時操作系統(tǒng)。10（2）經(jīng)營管理級設(shè)備的主要功能●監(jiān)視企業(yè)各部門的運(yùn)行情況；●實(shí)時監(jiān)控承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化、全廠負(fù)荷分配和日常運(yùn)行管理等任務(wù)；●日常管理承擔(dān)全廠的管理決策、計(jì)劃管理、行政管理等任務(wù)。112.2集散控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)本節(jié)內(nèi)容提要?控制站包括現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等。●機(jī)柜●電源●控制計(jì)算機(jī)●其他部件?操作站一般分為操作員站和工程師站。●操作臺●微處理機(jī)系統(tǒng)●圖形顯示設(shè)備●操作鍵盤和鼠標(biāo)●打印輸出設(shè)備等?冗余技術(shù)●冗余方式：多重化自動備用和手動備用。●冗余措施：通信網(wǎng)絡(luò)冗余、操作站冗余、現(xiàn)場控制站冗余、電源冗余、輸入/輸出模塊冗余。122.2.1現(xiàn)場控制站?主要設(shè)備：現(xiàn)場控制單元。?主要任務(wù)：進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實(shí)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，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元以構(gòu)成現(xiàn)場控制站?！褚悦嫦蜻B續(xù)生產(chǎn)的過程控制為主，順序邏輯控制為輔，構(gòu)成一個可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜控制方案的現(xiàn)場控制站;●以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主的現(xiàn)場控制站；●構(gòu)成對大批量過程信號進(jìn)行總體信息采集的現(xiàn)場控制站。131.機(jī)柜現(xiàn)場控制站機(jī)柜機(jī)柜間機(jī)柜組有了現(xiàn)場控制站，生產(chǎn)過程控制的安全性和可靠性都很容易得到保證中央控制室機(jī)柜間14現(xiàn)場控制單元多層卡件箱電源單元通信接口接線端子板機(jī)柜正面（前面）機(jī)柜背面（后面）現(xiàn)場控制站機(jī)柜15（1）電源系統(tǒng)的可靠性措施●每一個現(xiàn)場控制站均采用雙電源供電，互為冗余?！癫捎贸壐綦x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?！癫捎媒涣麟娮诱{(diào)壓器，快速穩(wěn)定供電電壓。●配有不間斷供電電源，以保證供電的連續(xù)性。?現(xiàn)場控制站內(nèi)各功能模塊所需直流電源一般為±5V、±15V(或±12V)、以及+24V。16（2）增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性措施●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，以減少相互間的干擾?！癫捎萌哂嗟碾p電源方式給各功能模塊供電。●一般由統(tǒng)一的主電源單元將交流電變?yōu)?4V直流電供給柜內(nèi)的直流母線，然后通過轉(zhuǎn)換方式將24V直流電源變換為子電源所需的電壓?！裰麟娫匆话悴捎?:1冗余配置，而子電源一般采用N:1冗余配置。17新疆獨(dú)山子石化目前使用的1550

容錯型直流電源。18報(bào)警監(jiān)視——所有關(guān)鍵部位均有自動報(bào)警監(jiān)視，通過顯示報(bào)警信息并可通過報(bào)警繼電器觸點(diǎn)輸出。191550交流輸入端子模塊帶2路獨(dú)立的相互隔離的電源輸入端子和報(bào)警輸出端子20212223內(nèi)置冷卻風(fēng)扇三個內(nèi)置散熱風(fēng)扇，均帶指示，內(nèi)部統(tǒng)一報(bào)警監(jiān)視。24所有模塊均支持在線熱插拔功能容錯性:交流輸入和直流24V輸出都可配置成1模塊冗余253.控制計(jì)算機(jī)控制器電源單元卡件現(xiàn)場總線接口卡件導(dǎo)軌控制計(jì)算機(jī)26?控制計(jì)算機(jī)一般是由、存儲器、輸入/輸出通道等基本部分組成。(1)●用以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?！窨梢詧?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。27(2)存儲器●控制計(jì)算機(jī)的存儲器分為和?！裨诳刂朴?jì)算機(jī)中占有較大的比例?！裼捎诳刂朴?jì)算機(jī)在正常工作時運(yùn)行的是一套固定的程序，中大都采用了程序固化的辦法。●在冗余控制計(jì)算機(jī)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)定值和參數(shù)等。28(3)總線●總線是將現(xiàn)場控制站內(nèi)部各單元連接起來的通信介質(zhì)。(4)輸入/輸出通道●模擬量輸入/輸出()●開關(guān)量輸入/輸出()●脈沖量輸入通道()29①模擬量輸入輸出通道()●模擬量輸入通道()?模擬量輸入通道()將來自在線檢測儀表和變送器的連續(xù)性模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給進(jìn)行處理?！衲M量輸出通道()?模擬量輸出通道()一般將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為4~20(或1~5)的連續(xù)直流信號，用于控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。30②開關(guān)量輸入/輸出通道()●開關(guān)量輸入通道()主要用來采集各種限位開關(guān)、繼電器或電磁閥連動觸點(diǎn)的開、關(guān)狀態(tài)，并輸入至計(jì)算機(jī)?！耖_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(bào)警器等只具有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。31③脈沖輸入通道()脈沖輸入通道()將現(xiàn)場儀表（如渦輪流量計(jì)等）輸出的脈沖信號處理后送入計(jì)算機(jī)。322.2.2操作站嵌入型臺式操作站桌面型操作站信息報(bào)警站工程師站控制站顯示器標(biāo)準(zhǔn)鍵盤主機(jī)操作站主機(jī)柜工作臺中央控制室設(shè)備33●操作臺

●微處理機(jī)系統(tǒng)

●外部存儲設(shè)備

●圖形顯示設(shè)備

●操作鍵盤和鼠標(biāo)

●打印輸出設(shè)備操作站主要設(shè)備操作站設(shè)備34辦公桌式操作臺打印機(jī)顯示器鍵盤計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作臺做成一臺桌子形式，桌臺面上放置顯示器和操作鍵盤，而處理機(jī)系統(tǒng)放在桌下或桌上。35集成式操作臺操作臺是一個金屬整體，將處理機(jī)系統(tǒng)、顯示器和操作鍵盤等嵌在其內(nèi)。36雙屏操作臺上屏下屏操作鍵盤在一個操作臺內(nèi)嵌有上、下兩個屏幕，雙屏幕用一個處理機(jī)系統(tǒng)和一個操作鍵盤控制。37處理機(jī)——高性能的工業(yè)控制機(jī)38專用薄膜鍵盤系列39300X的操作員鍵盤40工程師站畫面一41工程師站畫面二42儀表面板顯示畫面操作員站畫面一43時間范圍前翻半頁后翻半頁當(dāng)前顯示在數(shù)據(jù)庫中位置本頁時間本頁描述時間軸時間軸指示時間顯示全部曲線消隱全部曲線趨勢曲線顯示畫面操作員站畫面二44報(bào)警顯示畫面操作員站畫面三45故障診斷畫面操作員站畫面四46調(diào)整畫面操作員站畫面五47典型控制室布局482.2.3冗余技術(shù)1.冗余方式冗余技術(shù)多重化自動備用簡易的手動備用后退運(yùn)轉(zhuǎn)同步運(yùn)轉(zhuǎn)待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)49（1）多重化自動備用雙重化配置輸入輸出輸入輸出三重化配置50①同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式●讓兩臺或兩臺以上的設(shè)備或部件同步運(yùn)行，進(jìn)行相同的處理，并將其輸出進(jìn)行核對。●兩臺設(shè)備同步運(yùn)行，只有當(dāng)它們的輸出一致時，才作為正確的輸出，這種系統(tǒng)稱為“雙重化系統(tǒng)”()。●三臺設(shè)備同步運(yùn)行，將三臺設(shè)備的輸出信號進(jìn)行比較，取兩個相等的輸出作為正確的輸出值，這就是設(shè)備的三重化設(shè)置。51②待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式●同時配備兩臺設(shè)備，使一臺設(shè)備處于待機(jī)備用狀態(tài)?！癞?dāng)工作設(shè)備發(fā)生故障時，啟動待機(jī)設(shè)備來保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。這種方式稱為1:1的備用方式?！駥τ贜臺同樣設(shè)備，采用一臺待機(jī)設(shè)備的備用方式就稱為N:1備用?！翊龣C(jī)運(yùn)行方式是中主要采用的冗余技術(shù)。52③后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式●使用多臺設(shè)備，在正常運(yùn)行時，各自分擔(dān)各種功能運(yùn)行?！癞?dāng)其中之一發(fā)生故障時，其他設(shè)備放棄其中一些不重要的功能，進(jìn)行互相備用。53（2）簡易的手動備用方式●采用手動操作方式實(shí)現(xiàn)對自動控制方式的備用。●當(dāng)自動方式發(fā)生故障時，通過切換成手動工作方式，來保持系統(tǒng)的控制功能。54●操作站的冗余：采用工作冗余的方式?！瘳F(xiàn)場控制站的冗余：有的采用1:1冗余，也有的采用N:1冗余。采用無中斷自動切換方式?！耠娫吹娜哂啵撼?20V交流供電外，還采用了鎳鎘電池、