和利時DCS系統(tǒng)結構課件

系統(tǒng)概述及結構HOLLiAS-MACSⅤ系統(tǒng)培訓教程系列

之基礎應用培訓課程(M5A01)11系統(tǒng)概述及結構HOLLiAS-MACSⅤ系統(tǒng)培訓教程系列

之自動控制的相關信息DCS的概念DCS的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的組成結構HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的軟件體系結構思考與練習系統(tǒng)概述及組成結構部分重點內容2自動控制的相關信息系統(tǒng)概述及組成結構部分重點內容21.自動控制的相關信息1、自動控制的概念自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對象(如：機器、設備或生產過程)的某一物理量(或工作狀態(tài))自動地按照預定的規(guī)律運行(或變化)。我們在生產設備上配置一些自動化裝置，代替人的部分直接勞動，使生產在不同程度上自動地進行。這種在無人直接參與的情況下，由自動化儀表和裝置來控制生產過程的辦法就稱為過程自動化。如：化工過程反應塔的控制，水箱的水位控制等。2、實現(xiàn)自動控制的意義

(1)生產過程自動化是科技發(fā)展的必然趨勢，是工業(yè)生產技術的一場革命。

(2)生產過程自動化徹底改變了原始落后的生產狀態(tài)，可以代替人的重復性勞動，擺脫繁重、臟亂的環(huán)境，保障設備及人身安全，減輕勞動強度，改善勞動條件。

(3)生產過程自動化能夠提高產品的質量和產量，使能源合理的使用和分配，降低能源消耗，延長設備使用壽命，從而獲得最好的經(jīng)濟效益。

31.自動控制的相關信息1、自動控制的概念33、生產過程自動化的組成

(1)自動檢測：對反映生產過程運行狀態(tài)的物理量、化學量以及表征設備工作狀況的參數(shù)自動地檢查、測量和監(jiān)視。

(2)自動調節(jié)：為了保證設備安全經(jīng)濟運行，必須要求某些表征設備正常工作的物理量始終維持在某一規(guī)定值或預定范圍內、按預定的規(guī)律來變化，但生產過程中經(jīng)常受到各種外界或內部因素的干擾，使被調量發(fā)生偏離規(guī)定值的傾向時，就需要進行相應的調節(jié)，使之保持或恢復到規(guī)定的范圍內，保證生產過程的穩(wěn)定。自動調節(jié)就是依靠自動調節(jié)設備來實現(xiàn)這種調節(jié)作用的，所以自動調節(jié)設備必須具備檢測、定值、運算、執(zhí)行等功能。

(3)自動保護：設備發(fā)生異常，導致工藝參數(shù)超過允許范圍，甚至發(fā)生事故時，為確保生產的安全，保證產品的質量，需要對某些關鍵性參數(shù)設置信號、聯(lián)鎖裝置，事故發(fā)生前，信號系統(tǒng)能發(fā)出聲、光信號，提醒操作人員采取措施。若工礦已近危險狀態(tài)時，聯(lián)鎖系統(tǒng)采取緊急措施，以防事故發(fā)生或進一步擴大，或保證設備不受損壞，是一種安全裝置。

(4)自動操作(包括遠方控制、程序控制或順序控制)：根據(jù)預先規(guī)定的程序或條件自動地對生產設備進行某種周期性操作，把操作人員從重復性勞動中解放出來。1.自動控制的相關信息43、生產過程自動化的組成1.自動控制的相關信息44、人工控制和自動控制人工控制：在人的直接參與下，使被控量等于給定值。特點：反應不及時，可以處理復雜問題。自動控制：在沒有人的直接參與下，利用控制裝置操縱受控對象，使被控量等于 給定值特點：反應快，按設定的程序控制，必須有模型(或算法)

例如：水箱水位的控制人工控制人在完成水箱水位的控制任務所經(jīng)歷的過程眼睛→觀察

大腦→分析決策、預期目標手→調節(jié)閥→執(zhí)行

水箱→受控對象自動控制控制裝置在完成水箱水位的控制任務所經(jīng)歷的過程測量變送單元→觀察

調節(jié)器→分析決策、給定值調節(jié)器給出的指令→調節(jié)閥→執(zhí)行

水箱→受控對象1.自動控制的相關信息54、人工控制和自動控制1.自動控制的相關信息52.DCS的概念

DCS即集散型控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem)。它的主要基礎是4C技術，即:

計算機－Computer

控制－Control

通信－CommunicationCRT顯示技術。

DCS系統(tǒng)通過某種通信網(wǎng)絡將分布在工業(yè)現(xiàn)場附近的現(xiàn)場控制站和控制中心的操作員站及工程師站等連接起來，以完成對現(xiàn)場生產設備的分散控制和集中操作管理。返回

DCS自1975年問世以來已經(jīng)歷了近三十年的時間，其可靠性、實用性不斷提高，功能日益增強。如控制器的處理能力、網(wǎng)絡通訊能力、控制算法、畫面顯示及綜合管理能力等。DCS系統(tǒng)過去只應用在少數(shù)大型企業(yè)的控制系統(tǒng)中，但隨著4C技術及軟件技術的迅猛發(fā)展，到目前已經(jīng)在電力、石油、化工、制藥、冶金、建材等眾多行業(yè)得到了廣泛的應用，特別是電力、石化這樣的行業(yè)。62.DCS的概念DCS即集散型控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)DCS概念圖DCS俗稱為“工業(yè)大腦”。7DCS概念圖DCS俗稱為“工業(yè)大腦”。7下圖以一個水位信號調節(jié)的例子簡單地說明DCS系統(tǒng)在實際生產中的應用過程：被控對象(過程):工藝生產設備(如反應釜，換熱器，汽包、水箱等)，從傳感器(測量變送單元)到執(zhí)行器之間。被控量：表征被控對象工作狀態(tài)的物理量，如液位，溫度，壓力等。測量變送:對被控量進行測量(轉換成標準信號)的裝置。調節(jié)器：把測定值和設定值進行比較的裝置。執(zhí)行器(調節(jié)閥):把調節(jié)器的指令成比例地轉換為直線或角位移地裝置。調節(jié)器執(zhí)行器被控對象測量變送測定值/過程值設定值水箱調節(jié)閥PID調節(jié)器變送器2.DCS的概念8下圖以一個水位信號調節(jié)的例子簡單地說明DCS系統(tǒng)在實際生產中我們可以把上述過程引申如下：2.DCS的概念9我們可以把上述過程引申如下：2.DCS的概念93.DCS系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢經(jīng)歷了二十幾年的發(fā)展，DCS有了很大的變化。這種變化來自兩方面的動力：用戶需求的不斷提高和電子與信息技術的快速發(fā)展。用戶的需求已經(jīng)不再滿足于應用DCS代替常規(guī)的儀表控制和簡單的數(shù)據(jù)檢測，同時隨著電子與信息技術的進步使得DCS應用的構成元件(電子元器件、處理器、軟件、網(wǎng)絡等)性能大大提高且價格大幅度下降，特別是各種板級OEM部件和HMI軟件的發(fā)展進一步簡化了DCS的開發(fā)難度并降低了開發(fā)成本。目前，一套使用戶滿意的DCS系統(tǒng)應該具備以下特點：1.系統(tǒng)具備開放的體系結構，可以提供多層的開放數(shù)據(jù)接口；2.系統(tǒng)應具備強大的處理功能，并提供方便的組態(tài)復雜控制系統(tǒng)的能力與用戶自主開發(fā)專用高級控制算法的支持能力；3.系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線標準以便適應未來的擴充需要；4.系統(tǒng)應高可靠、維修方便、工藝先進、價格合理。返回改造前改造后103.DCS系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢經(jīng)歷了二十幾年的發(fā)展，D4.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的組成結構

1.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)是由以太網(wǎng)和使用現(xiàn)場總線技術的控制網(wǎng)絡連接的各工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站、通訊控制站、數(shù)據(jù)服務器組成的綜合自動化系統(tǒng)，完成大型、中型分布式控制系統(tǒng)(DCS)、大型數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)功能。2.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)硬件由工程師站、操作站、現(xiàn)場控制站(包括主控單元設備和I/O單元設備)、通訊控制站、系統(tǒng)服務器、系統(tǒng)網(wǎng)絡、監(jiān)控網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡等組成。3.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)軟件包括：工程師站組態(tài)軟件；操作員站在線軟件；現(xiàn)場控制器運行軟件；服務器軟件等。返回操作員站現(xiàn)場控制站工程師站114.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的組成結構

1.HOLLi5.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結構和利時公司在成功地開發(fā)并應用了HS-DCS-1000系統(tǒng)和HS2000系統(tǒng)之后，在系統(tǒng)地總結了各行業(yè)用戶的意見和建議，充分調查了計算機技術、網(wǎng)絡技術、應用軟件技術、信號處理技術等最新發(fā)展動態(tài)的情況下，基于當今最先進的技術，采用成熟的先進控制算法，推出了公司的第四代DCS系統(tǒng)HOLLiAS—MACS系統(tǒng)。

返回125.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結構和利時公司在成是系統(tǒng)結構中的一個組成環(huán)節(jié)是物理上的一套獨立設備是網(wǎng)絡中的一個通信節(jié)點在系統(tǒng)功能中完成某一類特定的處理任務HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中“站”的概念5.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-“站”的概念13是系統(tǒng)結構中的一個組成環(huán)節(jié)HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中“站5.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-“站”的概念HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中的“站”包括工程師站操作員站(站號為50～79)通訊站服務器(站號為0)現(xiàn)場控制站(站號為10～49)為方便系統(tǒng)各站的識別，對各站進行了站號的編制，如上。145.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-“站”的概念5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-工程師站的功能HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中各“站”的功能工程師站組態(tài)：是為實現(xiàn)系統(tǒng)對生產過程自動控制的目的，使用軟件完成工程中某一具體任務的過程。組態(tài)工作包括：設備組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、控制算法組態(tài)、圖形組態(tài)、報表組態(tài)。下裝：是將通過組態(tài)完成的工程文件下傳到系統(tǒng)各站的過程。下裝包括：下裝到服務器、下裝到操作員站、下裝到現(xiàn)場控制站155.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-工程師站的功5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-操作員站的功能HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中各“站”的功能操作員站流程圖顯示及工藝生產監(jiān)控功能報警監(jiān)視趨勢分析報表及日志165.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-操作員站的功5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-通訊站的功能HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中各“站”的功能通訊站和其它設備通訊175.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-通訊站的功能5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-服務器的功能HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中各“站”的功能服務器計算實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)文件存取185.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-服務器的功能5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-現(xiàn)場控制站的功能HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中各“站”的功能現(xiàn)場控制站信號采集和輸出數(shù)據(jù)轉換控制運算195.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-現(xiàn)場控制站的5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-各“站”的功能匯總工程師站工程師站運行相應的組態(tài)管理程序，對整個系統(tǒng)進行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能：組態(tài)(包括系統(tǒng)硬件設備、數(shù)據(jù)庫、控制算法、圖形、報表)和相關系統(tǒng)參數(shù)的設置?，F(xiàn)場控制站的下裝和在線調試，服務器、操作員站的下裝。在工程師站上運行操作員站實時監(jiān)控程序后，可以把工程師站作為操作員站使用。操作員站操作員站運行相應的實時監(jiān)控程序，對整個系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制。操作員站主要完成以下功能：各種監(jiān)視信息的顯示、查詢和打印，主要有工藝流程圖顯示、趨勢顯示、參數(shù)列表顯示、報警監(jiān)視、日志查詢、系統(tǒng)設備監(jiān)視等。通過鍵盤、鼠標或觸摸屏等人機設備，通過命令和參數(shù)的修改，實現(xiàn)對系統(tǒng)的人工干預，如在線參數(shù)修改、控制調節(jié)等。205.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-各“站”的功服務器服務器運行相應的管理程序，對整個系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行管理。現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站運行相應的實時控制程序，對現(xiàn)場進行控制和管理。現(xiàn)場控制站主要運行工程師站所下裝的控制程序，進行工程單位變換、數(shù)據(jù)采集和控制輸出、控制運算等。5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-各“站”的功能匯總21服務器5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-各“站5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-“網(wǎng)絡”HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中的“網(wǎng)絡”包括監(jiān)控網(wǎng)絡MNET系統(tǒng)網(wǎng)絡SNET控制網(wǎng)絡CNET225.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-“網(wǎng)絡”HO5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-監(jiān)控網(wǎng)絡HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中的“網(wǎng)絡”監(jiān)控網(wǎng)絡MNET冗余高速以太網(wǎng)鏈路使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通訊節(jié)點連接到中心交換機上節(jié)點有工程師站、操作員站、服務站采用TCP/IP通訊協(xié)議235.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-監(jiān)控網(wǎng)絡HO操作員站50操作員站51操作員站52操作員站n(工程師站)服務站A機服務站B機130網(wǎng)段130.0.0.50130.0.0.51130.0.0.52130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2131網(wǎng)段131.0.0.50131.0.0.51131.0.0.52131.0.0.n131.0.0.1131.0.0.25.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-監(jiān)控網(wǎng)絡監(jiān)控網(wǎng)絡上各個節(jié)點用固定分配的IP地址進行標識。為實現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡的冗余，網(wǎng)中每個節(jié)點的主機都配有兩塊以太網(wǎng)卡，一般在工程上將兩塊以太網(wǎng)卡分別連接到130網(wǎng)段和131網(wǎng)段的交換機上。監(jiān)控網(wǎng)絡的前兩位IP地址分別為130.0和131.0，后兩位則可以自行定義。對于工程師站和操作員站的計算機，我們把它看作同一類計算機，進行統(tǒng)一編號。工程上編號的慣例為：24操作員站50操作員站51操作員站52操作員站n(工程師站)服5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-系統(tǒng)網(wǎng)絡HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中的“網(wǎng)絡”系統(tǒng)網(wǎng)絡SNET冗余高速工業(yè)以太網(wǎng)采用HSIE通訊協(xié)議使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通訊節(jié)點連接到中心交換機上節(jié)點有服務站、現(xiàn)場控制站255.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-系統(tǒng)網(wǎng)絡HO5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-系統(tǒng)網(wǎng)絡工業(yè)以太網(wǎng)：實時性：確定性實時以太網(wǎng)通訊協(xié)議令牌調度算法保證了通訊的確定性實時。開放性：兼容TCP/IP協(xié)議(走非實時通道)。安全性：防止"沖擊波"等網(wǎng)絡病毒對現(xiàn)場控制站的影響。穩(wěn)定性：單網(wǎng)網(wǎng)絡風暴不影響通信，雙網(wǎng)網(wǎng)絡風暴不影響現(xiàn)場控制站控制。易維護性：使用標準以太網(wǎng)硬件，降低維護人員培訓成本、備品備件成本。265.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-系統(tǒng)網(wǎng)絡工業(yè)5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-控制網(wǎng)絡HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中的“網(wǎng)絡”控制網(wǎng)絡CNET位于現(xiàn)場控制站內部Profibus-DP現(xiàn)場總線采用帶屏蔽的雙絞銅線連接節(jié)點主要有DP主站(主控單元)和DP從站(智能I/O單元)完成實時輸入/輸出數(shù)據(jù)和從站設備診斷信息的傳送站地址為0-125275.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-控制網(wǎng)絡HOProfibus-DP現(xiàn)場總線：Profibus是作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準prEN50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。Porfibus支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發(fā)送信息。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點對點通信。主站可采取對所有站點廣播(不要求應答),或有選擇地向一組站點廣播。HOLLiAS-MACS系統(tǒng)使用Profibus–DP協(xié)議。Profibus-DP的特性：傳輸技術：RS-485雙絞線電纜或光纜；波特率9.6Kbps-12Mbps；總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳送主站與從站間數(shù)據(jù)傳送；支持單主和多主系統(tǒng)；主-從設備總線上最多站點數(shù)126；通信：點對點用戶數(shù)據(jù)發(fā)送或廣播控制指令；循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳送；5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-控制網(wǎng)絡28Profibus-DP現(xiàn)場總線：5.HOLLiAS-MACSProfibus-DP現(xiàn)場總線：系統(tǒng)I/O站總線采用了先進的現(xiàn)場總線技術ProfiBus-DP總線，I/O站的主控單元如FM801為ProfiBus-DP主站，I/O輸入/輸出模塊如FM系列模塊為ProfiBus-DP從站。主/從站及他們之間的連接件構成了完整的ProfiBus-DP總線網(wǎng)絡。網(wǎng)絡配置(包括主/從站數(shù)量傳輸數(shù)率傳輸距離等)的優(yōu)化，在保證系統(tǒng)的正確、快速工作的前提下，可大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構-控制網(wǎng)絡29Profibus-DP現(xiàn)場總線：5.HOLLiAS-MACS工程師站和現(xiàn)場控制站的網(wǎng)絡連接。工程師站下裝數(shù)據(jù)時通過此連接實現(xiàn)。5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構30工程師站和現(xiàn)場控制站的網(wǎng)絡連接。工程師站下裝數(shù)據(jù)時通過此連接#10站主控單元#11站主控單元#12站主控單元#n站主控單元A機128網(wǎng)段128.0.0.10128.0.0.11128.0.0.12128.0.0.n129網(wǎng)段129.0.0.10129.0.0.11129.0.0.12129.0.0.nB機128網(wǎng)段128.0.0.138128.0.0.139128.0.0.140128.0.0.(128+n)129網(wǎng)段129.0.0.138129.0.0.139129.0.0.140129.0.0.(128+n)5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結構由于工程師站下裝現(xiàn)場控制站是通過TCP/IP協(xié)議進行，因此現(xiàn)場控制站需要設置IP地址。一般我們將一個現(xiàn)場控制站里相互冗余的兩個主控單元分別稱為A機、B機。它們的IP地址設置是通過一對撥碼開關來實現(xiàn)的，具體設置方法詳見硬件產品介紹中的機籠FM301背面撥碼開關設置部分。設置后的現(xiàn)場控制站中系統(tǒng)網(wǎng)卡的IP地址如下表所示。工程師站下裝現(xiàn)場控制站時需要在組態(tài)軟件設置此地址，具體設置方法詳見軟件介紹中的控制器算法組態(tài)。31#10站主控單元#11站主控單元#12站主控單元#n站主控單

操作員站50/工程師站操作員站n服務站A機服務站B機現(xiàn)場控制站10現(xiàn)場控制站nA機B機A機B機監(jiān)控網(wǎng)A網(wǎng)130.0.0.50130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2監(jiān)控網(wǎng)B網(wǎng)131.0.0.50131.0.0.n131.0.0.1131.0.0.2系統(tǒng)網(wǎng)A網(wǎng)/下裝A128.0.0.50HSIEProtocolHSIEProtocolHSIEProtocol/128.0.0.10HSIEProtocol/

128.0.0.138

HSIEProtocol/128.0.0.nHSIEProtocol/128.0.0.(128+n)系統(tǒng)網(wǎng)B網(wǎng)/下裝B129.0.0.50HSI