測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)及應(yīng)用 于洋 第4章新

在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：更多課程配套課件資源請(qǐng)?jiān)L問(wèn)在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)1/24/20241第4章網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)控制系統(tǒng)

本章主要內(nèi)容4.1集散過(guò)程控制系統(tǒng)〔DCS〕4.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)〔FCS〕4.3FCS與DCS的分析比較1/24/202424.1集散過(guò)程控制系統(tǒng)〔DCS〕本節(jié)主要內(nèi)容4.1.1DCS系統(tǒng)概述4.1.2現(xiàn)場(chǎng)控制站4.1.3操作員站及工程師站4.1.4DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)1/24/202434.1.1DCS系統(tǒng)概述

1．DCS的體系結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)通常分為三級(jí)：第一級(jí)為分散過(guò)程控制級(jí)；第二級(jí)為集中操作監(jiān)控級(jí)；第三級(jí)為綜合信息管理級(jí)。各級(jí)之間由通信網(wǎng)絡(luò)連接，級(jí)內(nèi)各裝置之間由本級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。其典型的集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖4-1〔下頁(yè)〕所示1/24/202444.1.1DCS系統(tǒng)概述

1/24/202454.1.1DCS系統(tǒng)概述

2．DCS的特點(diǎn)1〕硬件積木化2〕軟件模塊化3〕控制系統(tǒng)組態(tài)4〕通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用5)可靠性高1/24/202464.1.2現(xiàn)場(chǎng)控制站

1．現(xiàn)場(chǎng)控制站的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)控制站由以下5個(gè)局部組成，機(jī)箱〔柜〕電源工業(yè)控制機(jī)通信控制單元手動(dòng)/自動(dòng)顯示操作單元1/24/202474.1.2現(xiàn)場(chǎng)控制站2．現(xiàn)場(chǎng)控制站的功能現(xiàn)場(chǎng)控制站的功能主要有以下6點(diǎn)。⑴數(shù)據(jù)采集功能⑵反響控制功能⑶順序控制功能⑷信號(hào)報(bào)警功能⑸打印報(bào)表功能⑹數(shù)據(jù)通信功能1/24/202484.1.3操作員站及工程師站

1．操作員站操作員站由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)或工作站、工業(yè)鍵盤(pán)、光標(biāo)控制設(shè)備〔鼠標(biāo)或軌跡球〕、大屏幕CRT、操作控制臺(tái)等硬件設(shè)備和軟件組成，是系統(tǒng)與操作人員之間的接口。操作人員通過(guò)操作站了解生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行情況，包括各種過(guò)程參數(shù)的當(dāng)前值、系統(tǒng)是否有異常情況等。在CRT上還可以顯示系統(tǒng)總貌、分組和單元等的數(shù)據(jù)、模擬圖、趨勢(shì)圖，以及各種操作、報(bào)警信息等。操作人員通過(guò)操作員站還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接的調(diào)節(jié)與控制，如對(duì)控制回路進(jìn)行在線調(diào)整；啟動(dòng)或終止某個(gè)回路；手工調(diào)節(jié)某個(gè)回路或控制某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)作。操作員站還具有歷史數(shù)據(jù)的處理功能，可以方便地形成運(yùn)行報(bào)表和歷史趨勢(shì)曲線。1/24/202494.1.3操作員站及工程師站2．工程師站工程師站一般由通用微型計(jì)算機(jī)工作站構(gòu)成，是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行離線配置、組態(tài)和在線監(jiān)督、控制以及維護(hù)的人機(jī)接口?！玻薄诚到y(tǒng)離線配置和組態(tài)功能①硬件配置;②數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài);③回路組態(tài);④顯示畫(huà)面組態(tài)、組態(tài)系統(tǒng)畫(huà)面和過(guò)程操作畫(huà)面.1/24/2024104.1.3操作員站及工程師站〔２〕系統(tǒng)監(jiān)控功能工程師站還具有系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控功能，包括對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)控制站的運(yùn)行狀態(tài)、各操作站的運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)通信情況等的監(jiān)控，以便發(fā)生異常時(shí)，能及時(shí)采取措施進(jìn)行維護(hù)或調(diào)整，不致對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生失控或造成損失。另外，工程師站還具有在線修改功能，如：上下限值的改變、控制參數(shù)的調(diào)整等。1/24/2024114.1.4DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)HS2000是我國(guó)國(guó)內(nèi)研制的一套分層分布式綜合控制系統(tǒng)。它通過(guò)多層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將各種不同的設(shè)備連接在一起，實(shí)現(xiàn)各局部信息共享和協(xié)調(diào)工作，從而完成綜合控制與管理功能。圖4-2〔下頁(yè)〕為HS2000系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。HS2000系統(tǒng)為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，1.管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)MNET2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET3.控制網(wǎng)絡(luò)CNET1/24/2024124.1.4DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

不同的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)不同層次和規(guī)模的控制與管理任務(wù)，這種分層結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的整體可靠性和靈活性。每層網(wǎng)絡(luò)的功能如下：

1/24/2024134.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)〔FCS〕

1/24/2024144.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念

現(xiàn)場(chǎng)總線作為生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、制造工業(yè)自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域中智能設(shè)備之間的互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)，溝通了生產(chǎn)過(guò)程與現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系，為消除自動(dòng)化系統(tǒng)的信息孤島創(chuàng)造了條件。因此，在這些領(lǐng)域中具有廣泛的開(kāi)展和應(yīng)用前景。1/24/2024154.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念1/24/2024161．現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以下圖為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的比較圖。圖中AI、AO和PID分別代表針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模擬量輸入、模擬量輸出和PID控制的輸出。1/24/202417由于現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、到投入正常生產(chǎn)運(yùn)行以及其后的檢修維護(hù)中，都表達(dá)出極大的優(yōu)越性。其主要原因有：⑴高精度、高可靠性⑵一次性硬件投資⑶工程現(xiàn)場(chǎng)安裝費(fèi)⑷日常維護(hù)費(fèi)用1/24/2024181/24/2024194.2.3現(xiàn)場(chǎng)總線的根本設(shè)備

以現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)〔FF〕的FCS為例，用于過(guò)程自動(dòng)化構(gòu)成FCS的根本設(shè)備如下：1〕變送器2〕執(zhí)行器3〕效勞器和網(wǎng)橋4〕輔助設(shè)備5〕監(jiān)控設(shè)備1/24/2024204.2.4現(xiàn)場(chǎng)總線的未來(lái)趨勢(shì)

1/24/2024214.2.5以現(xiàn)場(chǎng)總線為根底的控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在控制方案的選擇上與普通控制系統(tǒng)根本相同。下面將以鍋爐汽包水位的三沖量系統(tǒng)為例，介紹現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行方面的特色，以及如何一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。1/24/2024224.2.5以現(xiàn)場(chǎng)總線為根底的控制系統(tǒng)1．根據(jù)控制方面的需要選擇必須的智能儀表一個(gè)經(jīng)典的三沖量水位控制系統(tǒng)需要一個(gè)液位變送器、蒸汽流量和給水流量?jī)蓚€(gè)流量變送器、一個(gè)給水調(diào)節(jié)閥。

1/24/2024234.2.5以現(xiàn)場(chǎng)總線為根底的控制系統(tǒng)2．選擇計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)配件圖〔a〕為現(xiàn)場(chǎng)總線根本硬件構(gòu)成圖。圖中兩臺(tái)配置相同的工業(yè)PC機(jī)主要是為系統(tǒng)的平安冗余而設(shè)置的。圖中所表示的現(xiàn)場(chǎng)總線PCI接口卡具有4個(gè)通道，每個(gè)PCI接口卡可與4條總線網(wǎng)段連接。

圖〔b〕表示另一種流行的硬件配置方法，其一側(cè)與現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段連接，另一側(cè)按通常采用的PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)方式，通過(guò)以太網(wǎng)方式，采用TCP／IP通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)BIOS協(xié)議，完成現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與PC機(jī)之間的信息交換。1/24/2024244.3FCS與DCS的分析比較1/24/2024254.3FCS與DCS的分析比較1/24/2024261/24/2024271/24/2024281/24/2024291/24/2024301/24/202431饞死1/24/2024321/24/2024331/24/2024341/24/2024351/24/