集散控制系統(tǒng)(扼要).ppt

1、7 小型分散控制系統(tǒng),7.1 集散控制系統(tǒng)概述,7.3 DCS 現(xiàn)場(chǎng)控制站,7.4 DCS操作站,7.2 DCS通信網(wǎng)絡(luò),7、1概述,一、概念 集散型控制系統(tǒng)是4C技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。 它采用危險(xiǎn)分散，控制分散，而操作和管理集中的設(shè)計(jì)思想，多層分級(jí)、合作自治的結(jié)構(gòu)形式，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和管理的要求。,通信網(wǎng)絡(luò),通信網(wǎng)絡(luò),Control Network,冗余實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò),圖7-1 DCS組成框圖,經(jīng)營管理級(jí),生產(chǎn)管理級(jí),控制管理級(jí),過程控制級(jí),DCS的結(jié)構(gòu)層次,信號(hào)的輸入、變換、運(yùn)算、輸出等控制功能。FCU,對(duì)過程控制級(jí)的集中監(jiān)視與管理 對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)。,全廠（公司）生產(chǎn)的最優(yōu)化。 指揮調(diào)度,市場(chǎng)、營銷

2、、生產(chǎn)信息匯總，全面綜合經(jīng)營管理與決策。,7、1概述,現(xiàn)場(chǎng)控制站:多回路控制器(一個(gè)微控制器8-40個(gè)回路) 獨(dú)立對(duì)生產(chǎn)過程控制。需要工程師站對(duì)其進(jìn)行組態(tài)。 操作員站：集中操作和監(jiān)視功能。 工程師站：進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)生成和維護(hù)功能。 通信總線：信息傳輸與信息共享。按網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行信息傳輸。 網(wǎng)絡(luò)雙總線冗余結(jié)構(gòu)，設(shè)置網(wǎng)關(guān)，與其它系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備（如HART協(xié)議DDZ-III儀表）連接。,DCS三點(diǎn)一線功能,7、1概述,三、DCS的特點(diǎn) 1、松耦合的多處理機(jī)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)硬件積木化 將操作站、現(xiàn)場(chǎng)控制站的多微處理器配置在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上,根據(jù)需要，增減節(jié)點(diǎn)上設(shè)備。,7.1 概述,通信網(wǎng)絡(luò),通信網(wǎng)絡(luò),工程師在操作

3、站上，采用填表方式或功能模塊連接方式進(jìn)行組態(tài)，生成控制系統(tǒng)。,2、軟件模塊化 DCS為用戶提供豐富的功能軟件包。用戶按控制要求選用軟件模塊，對(duì)軟件進(jìn)行組態(tài)，即可生成應(yīng)用程序。,7.1 概述,運(yùn)算控制模塊及控制程序軟件包; 過程監(jiān)視軟件包; 顯示軟件包; 信息檢索軟件包; 網(wǎng)絡(luò)軟件包; 報(bào)表打印程序包等。,3、通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)控制單元、操作員站、工程師站、管理計(jì)算機(jī)等連接起來，實(shí)現(xiàn)整體的最優(yōu)控制和管理。 傳輸介質(zhì)采用同軸電纜、光導(dǎo)纖維。傳輸距離115km，同軸電纜通信速率110Mbps ，光導(dǎo)纖維可高達(dá)32Mbps。,4、可靠性高 工業(yè)級(jí)及以上元器件 電源、通信網(wǎng)絡(luò)、I/O接口等冗

4、余化配置（雙備用） 軟件自診斷技術(shù)、容錯(cuò)設(shè)計(jì) 功能分散、負(fù)荷分散、數(shù)據(jù)庫分散。 工程師站、操作員站設(shè)置操作權(quán)限，保證系統(tǒng)安全。,7、1概述,7、2 通信網(wǎng)絡(luò),（1）星型結(jié)構(gòu)：1對(duì)N,缺點(diǎn)：信息交換均要通過主機(jī)， 主機(jī)出現(xiàn)問題，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。,1、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（節(jié)點(diǎn)連接方式） 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、環(huán)型和星型,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，通信簡單，擴(kuò)展容易。,（2）環(huán)型結(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn),7、2 通信網(wǎng)絡(luò),無主從，結(jié)構(gòu)簡單，增減節(jié)點(diǎn)容易。 接口單元或數(shù)據(jù)通路出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)收到威脅，采用冗余光纖網(wǎng)。,各站無主從，某一節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，其它節(jié)點(diǎn)接收信息時(shí)都檢查地址，對(duì)比地址是否與本站地址相符，相符則接收網(wǎng)上的信息。

5、,7.2 通信網(wǎng)絡(luò),環(huán)形總線網(wǎng),總線網(wǎng),（3）總線網(wǎng)（DCS采用）,2、網(wǎng)絡(luò)訪問的數(shù)據(jù)存取控制技術(shù) 發(fā)送接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)合理的存取控制方法。 （1）輪詢(Poll） 一主多從結(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)。 （2）令牌（Token Passing） DCS控制網(wǎng)絡(luò)（小數(shù)據(jù)包） （3）帶有碰撞檢測(cè)的載波偵聽多重訪問（CSMA/CD） DCS 管理網(wǎng)絡(luò)（較大數(shù)據(jù)包）,7.2 通信網(wǎng)絡(luò),（1）輪詢(Poll） 1對(duì)N的控制方式，主站輪詢從站，根據(jù)查詢到站的應(yīng)答信息，確定該站是否要發(fā)信，并確定是否讓其發(fā)信。經(jīng)過主站轉(zhuǎn)發(fā)后到目的地后，再繼續(xù)查詢。（帶主站的星型網(wǎng)等）,7.2 通信網(wǎng)絡(luò),（2）令牌（Token Passing

6、） 環(huán)型總線網(wǎng)。 令牌：特定的二進(jìn)制數(shù)碼的信息段。令牌沿環(huán)中各節(jié)點(diǎn)依次傳送，有空和忙兩種狀態(tài)。,1,2,3,N,4,源節(jié)點(diǎn)加載信息令牌置忙,目的節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù),撤消信息包令牌置空,7.2 通信網(wǎng)絡(luò),發(fā)送信息、源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)地址,（3）帶有碰撞檢測(cè)的載波偵聽多重訪問（CSMA） 適用于數(shù)據(jù)包較大總線管理網(wǎng)絡(luò)。 特點(diǎn)是“先聽后講”及“邊講邊聽”。,7.2 通信網(wǎng)絡(luò),CSMA/CD的控制策略：競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送、廣播式傳輸、載波偵聽、碰撞檢測(cè)、等待時(shí)機(jī)、再試發(fā)送。, 節(jié)點(diǎn)1發(fā)送站，偵聽網(wǎng)絡(luò)無數(shù)據(jù)發(fā)送，延時(shí)發(fā)送信息。, 節(jié)點(diǎn)1邊發(fā)邊偵聽網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送與偵聽數(shù)據(jù)一致否。發(fā)送完畢一致，結(jié)束。,發(fā)送與偵聽數(shù)據(jù)不一致。停止

7、碰撞標(biāo)志，延時(shí)再發(fā)。,圖 7-2 DCS的現(xiàn)場(chǎng)控制站功能框圖,7.3 現(xiàn)場(chǎng)控制站,1、現(xiàn)場(chǎng)控制站的功能,圖7-3 現(xiàn)場(chǎng)控制單元模件結(jié)構(gòu),7.3 現(xiàn)場(chǎng)控制站,2、現(xiàn)場(chǎng)控制站的硬件配置,功能分散的插板（卡）按照一定的順序安裝在插板箱中。 卡與卡通過總線連接。,XDPS-400分散控制單元結(jié)構(gòu) Distrbuted Process Unit Architecture,冗余處理器 Redundant DPU,電源分配盤 Power Distribution,輸入/輸出卡件 I/O Cards,冗余電源組 Redundant Power Supply,標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜 Standard Cabinet,冗余I/

8、O總線 Redundant I/O Bus,7.3 現(xiàn)場(chǎng)控制站,3、現(xiàn)場(chǎng)控制站的組態(tài),（1）控制回路組態(tài)功能塊語言,完成反饋控制功能的內(nèi)部儀表，如PID調(diào)節(jié)器，輸入指示器，手動(dòng)操作器等。通過連線連接。參數(shù)填表,圖7-4 PID調(diào)節(jié)器,（2）順序控制組態(tài)順序表,7.3 現(xiàn)場(chǎng)控制站,下道工序,PB01,啟動(dòng)按鈕,圖7-5簡單冷卻工序圖,7.3 現(xiàn)場(chǎng)控制站,條件信號(hào),操作信號(hào),順序表,7.4 DCS操作站的功能,一、操作站的功能 操作員站： 利用CRT和鍵盤對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中操作和監(jiān)視。 顯示各種畫面。 通過打印機(jī)和拷貝機(jī)進(jìn)行操作記錄打印、報(bào)警打印和報(bào)表打印。,工程師站：,具備操作員站全部功能。 系

9、統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)管理。,工藝流程圖和控制畫面,顯示畫面,報(bào)警提示畫面（報(bào)警時(shí)間工位號(hào)等）,控制回路畫面（控制儀表控制回路工況）,過程趨勢(shì)畫面過程量的變化曲線顯示記錄,記錄和表格畫面（輸出數(shù)據(jù)表格顯示）,（顯示生產(chǎn)工藝流程及其運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過程）,7.4 DCS操作站的功能,1、操作員站,圖7-6 流程圖畫面,7.4 DCS操作站的功能,（1）工藝流程圖 系統(tǒng)模擬圖實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)情況,（2）趨勢(shì)畫面 各種過程參數(shù)值的變化趨勢(shì),圖7-7 趨勢(shì)畫面,7.4 DCS操作站的功能,7.4 DCS操作站的功能,圖7-8 報(bào)警畫面,（3）報(bào)警畫面 各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備異常報(bào)警,工程師

10、站： 1、系統(tǒng)組態(tài) 生成與變更操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站的功能。 現(xiàn)場(chǎng)控制站組態(tài): I/O點(diǎn)數(shù)、端子號(hào)、生成與變更站內(nèi)反饋控制功能、順序控制功能和監(jiān)控功能。 操作站組態(tài)： 操作站的規(guī)格、信號(hào)點(diǎn)數(shù)、各種畫面的定義、功能鍵的定義、報(bào)表格式等。,7.4 DCS操作站的功能,圖 7-8 DCS組態(tài),利用組態(tài)工具軟件將工作表顯示在屏幕上，通過填表、連線等方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)和功能的變更。,組態(tài)內(nèi)容： 1、系統(tǒng)配置組態(tài)（容易） DCS中工程師站、操作員站、控制站和主機(jī)系統(tǒng)的配置、外設(shè)的配置。及設(shè)備的控制信息。 2、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)（量大） 控制采集測(cè)點(diǎn)的配置組態(tài)、中間計(jì)算點(diǎn)的組態(tài)。 3、控制算法的組態(tài)（較難） 4、歷

11、史數(shù)據(jù)庫組態(tài)（量大） 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理 5、流程畫面的生成（時(shí)間最長） 6、報(bào)表組態(tài) 應(yīng)用領(lǐng)域：冶金、化工、電力、石油、建材、輕工、制藥等。,7.4 DCS操作站的功能,2、系統(tǒng)測(cè)試 軟仿真測(cè)試系統(tǒng)組態(tài)后的工作情況。檢查反饋回路與順序控制是否正常，測(cè)試結(jié)果在屏幕上直接顯示。,3、系統(tǒng)維護(hù) 對(duì)系統(tǒng)定期檢查與更改，生成的組態(tài)文件存儲(chǔ)。 4、系統(tǒng)管理 對(duì)系統(tǒng)文件管理。組態(tài)數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)歸檔，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)、歸檔。,7.4 DCS操作站的功能,1、生產(chǎn)工藝人員 熟悉和了解生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備，能提出詳細(xì)的流程畫面和操作要求。 熟悉操作過程并能提出生產(chǎn)管理方面對(duì)生產(chǎn)記錄報(bào)表的要求。 2、計(jì)算機(jī)人員 清楚分析各廠家的技術(shù)水