集散控制系統(tǒng)ppt12 DCS

1、課前提問 1、什么是、什么是DCS？ 以多臺微處理器為核心，采用控制功能分散、顯示操作集中，兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)原則設計的新一代儀表控制系統(tǒng)即：計算機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。 2、DCS的產(chǎn)生共經(jīng)歷了哪幾個階段？的產(chǎn)生共經(jīng)歷了哪幾個階段？ 集中型計算機控制階段； 計算機與模擬儀表混合式分散控制階段； 第一代集散系統(tǒng)； 第二代集散系統(tǒng)； 第三代集散系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)第1章 分散控制系統(tǒng)概論 1.1 分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生 1.2 分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.3 分散控制系統(tǒng)的特點 1.4 分散控制系統(tǒng)的分散方式 1.5 分散控制系統(tǒng)的發(fā)展1.2 分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.2.1功能層次結(jié)構(gòu)功能層次結(jié)構(gòu) 1、管理級

2、、管理級 經(jīng)營管理級：經(jīng)營管理級：市場和用戶分析，訂貨銷售統(tǒng)計、制造協(xié)調(diào)、合同人、財、檔案。 生產(chǎn)管理級生產(chǎn)管理級 ：生產(chǎn)監(jiān)視、報告，規(guī)劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模。（上位機，協(xié)調(diào)各單元之間的參數(shù)設定。值長、分場級） 過程管理級過程管理級 ：過程操作，裝之間協(xié)調(diào)，優(yōu)化過程控制，錯誤檢測、數(shù)據(jù)存檔等。 內(nèi)容：發(fā)電廠的廠級管理計算機或若干個機組的管理計算機。 使用者使用者：廠長，經(jīng)理，總工程師，值長 任務任務：監(jiān)測企業(yè)各部分的運行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)預測可能發(fā)生的各種情況，從全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進行決策，幫助企業(yè)實現(xiàn)規(guī)劃目標。 要求要求： 能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應的實時操作系統(tǒng)； 大量數(shù)據(jù)的

3、高速處理與存儲； 能夠連續(xù)運行，高可靠性系統(tǒng)； 能長期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)； 并且具有優(yōu)良的、高性能的、方便的人機接口； 豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件，過程數(shù)據(jù)收集軟件，人機接口軟件，以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成的工具軟件。 實現(xiàn)整個工廠的網(wǎng)絡化和計算機的集成化。 2、監(jiān)控級：、監(jiān)控級： 內(nèi)容：內(nèi)容：運行員操作站， 工程師工作站，計算站 安裝在中央控制室 電子設備室 工程師站：工程師站： 為了控制工程師對DCS進行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護所設置的工作站，并對各種設計文件進行歸類和管理，形成各種設計文件，例如各種圖紙，表格。 要求： 一般由PC機配置一定數(shù)量的外部設備所組成，例如打印機，繪圖機等。 運行員操作站：運行員操

4、作站： 運行員與DCS相互交換信息的人機接口設備，據(jù)此來監(jiān)視和控制整個生產(chǎn)過程。 通過觀察生產(chǎn)過程的運行情況，讀出每一個過程變量的數(shù)值和狀態(tài)，判斷每個回路是否正常工作。 并且可以隨時進行手動/自動方式的切換，修改給定值，調(diào)整控制量，操作現(xiàn)場設備，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的干預。 另外還可以打印各種報表，拷貝屏幕畫面和曲線等。 要求：要求： 一臺具有較強功能的微型機，CRT顯示器，大屏幕顯示裝置（選件），打印機，拷貝機，鍵盤，鼠標。 計算站：計算站： 實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制，例如機組運行優(yōu)化和性能運算，先進控制策略的實現(xiàn)等。主要完成復雜的數(shù)據(jù)處理和運算功能， 要求要求 具有較強的運算能力和速度，一般用

5、超級微型機或小型機構(gòu)成。 3、控制級、控制級 設備：過程控制站，數(shù)據(jù)采集站 安裝在主控室后的電子設備室中 過程控制站：過程控制站： 接收由現(xiàn)場設備，如傳感器，變送器來的信號，按照一定的控制策略計算出所需的控制量，并送回現(xiàn)場的執(zhí)行器中去。可以同時完成連續(xù)控制順序控制或邏輯控制，也可能僅完成其中的一種 。 數(shù)據(jù)采集站：數(shù)據(jù)采集站： 接收有現(xiàn)場設備送來的信號，并對其進行一些必要的轉(zhuǎn)換和處理之后送到DCS的其它部分去。主要是監(jiān)控級設備，它接收大量的過程信息，并通過監(jiān)控級設備傳遞給運行人員。 數(shù)據(jù)采集站并不直接完成控制功能數(shù)據(jù)采集站并不直接完成控制功能 現(xiàn)場級：現(xiàn)場級： 一般位于被控生產(chǎn)過程附近，典型設

6、備為各類傳感器，變送器，執(zhí)行器。它們將生產(chǎn)過程中各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號，送往控制站或者數(shù)據(jù)采集站，或者將控制站輸出的控制量轉(zhuǎn)換成機械位移，帶動調(diào)節(jié)機構(gòu)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。 現(xiàn)場級信息的傳遞方式：現(xiàn)場級信息的傳遞方式： 1、傳統(tǒng)的420毫安模擬量信號傳輸方式 2、現(xiàn)場總線的全數(shù)字量傳輸方式 3、420毫安模擬量信號基礎上，疊加調(diào)制后的數(shù)字量信號的混合傳輸方式。 1.2.2硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 集散控制系統(tǒng)通常由過程控制單元、過程接口單元、CRT顯示操作站、管理計算機以及計算機網(wǎng)絡等五個主要部分組成其基本結(jié)構(gòu)。 過程控制單元：過程控制單元：亦稱現(xiàn)場控制單元或基本控制器，可以控制一個或多個回

7、路。過程接口單元：亦稱數(shù)據(jù)采集裝置，是采集非控制變量，進行數(shù)據(jù)處理。 CRTCRT操作站：操作站：是集散系統(tǒng)的人機接口裝置。一般配有高分辨力大屏幕的彩色CRT、操作者鍵盤、工程師鍵盤、打印機、硬拷貝機和大容量存貯器。 操作站操作站除了執(zhí)行對過程的監(jiān)控操作外，系統(tǒng)的組態(tài)、編程工作也在操作站上進行。為了使操作直觀方便，一般都有動態(tài)流程圖顯示功能，操作站還可完成部分的生產(chǎn)管理工作，如打印班/日報表和用戶自己設計的工藝報表等。 管理計算機管理計算機：習慣上稱為上位機。它綜合監(jiān)控全系統(tǒng)的各單元，管理全系統(tǒng)的所有信息，實現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制和全廠的優(yōu)化管理。1.3 分散控制系統(tǒng)的特點 1.3.1 適應性和擴

8、展性適應性和擴展性 DCS在結(jié)構(gòu)上采用了常規(guī)擴展系統(tǒng)的模塊化設計方法，無論硬件還是軟件都可以根據(jù)實際應用需要去靈活的組合。 小規(guī)模生產(chǎn)：12個過程控制站和數(shù)據(jù)采集站，簡單的人機接口設備。 大規(guī)模生產(chǎn)：幾十個或上百個過程控制站和數(shù)據(jù)采集站，外加高層計算站，運行員操作站，工程師站等人機接口設備。 模塊化設計決定了它的易擴展性，可以根據(jù)生產(chǎn)過程的發(fā)展，逐漸擴充系統(tǒng)的硬件和軟件。 1.3.2 控制功能完善控制功能完善 常規(guī)控制系統(tǒng)功能 硬件實現(xiàn) 改變或升級功能即改變硬件配置 DCS 軟件實現(xiàn) 具有高度靈活性和完善的控制能力 改變或升級功能只需改變軟件設計 現(xiàn)代DCS控制單元具有連續(xù)、離散、批量控制功能

9、，實現(xiàn)高級控制。 高級控制 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng) 自適應控制系統(tǒng) 前饋-反饋復合調(diào)節(jié)器 多變量解耦系統(tǒng) SMITH預估器 1.3.3 人機聯(lián)系手段人機聯(lián)系手段窗口功能豐富窗口功能豐富 DCS人機聯(lián)系手段：采用了CRT圖形顯示和鍵盤操作。 常規(guī)控制系統(tǒng)： 人 過程：運行員通過各種操作器、定值器、開關(guān)、按鈕等實現(xiàn)。 過程 人：各種顯示儀表，記錄儀表，報警信號燈，通過它們了解生產(chǎn)過程運行情況 。 DCS： 人 過程：鍵盤 過程 人：信息直接顯示在CRT屏幕上。 1.3.4 系統(tǒng)可靠性高系統(tǒng)可靠性高 1、由于系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個過程站僅控制少數(shù)幾個回路，個別回路或者單元故障不影響全局。而且元件的高度集成化

10、和嚴格篩選有效的保證了系統(tǒng)的可靠性。 2、DCS廣泛采用各種冗余技術(shù)（電源、通信系統(tǒng)、過程控制站）。常規(guī)系統(tǒng)雖然采用冗余措施，但是故障判斷和系統(tǒng)切換都不易實現(xiàn)。DCS采用計算機技術(shù)，這一問題得到了解決。 3、DCS 采用軟件模塊組態(tài)的方法形成各種控制方案，取消了常規(guī)系統(tǒng)中各模塊之間的連接導線，因此大大減少了有連接導線和連接端子所造成的故障。 4、各單元都具有自診斷、自檢查、自修理功能，出現(xiàn)故障可以自動報警。 1.3.5 可維修性可維修性 模塊更換較方便 具有完善的在線故障診斷技術(shù)，可以準確定位至模件級，通過人機接口，能夠迅速發(fā)現(xiàn)設備故障的性質(zhì)和地點，并且可以在不中斷被控過程的情況下更換故障模件

11、。 1.3.6 安裝費用安裝費用 安裝費用包括：電纜、導線的安裝敷設費用，控制室電子室的建筑費用。 DCS過程控制站可以采用地理分散的方式安裝在被控過程附近，這樣就減少了變送器、傳感器、執(zhí)行器與控制系統(tǒng)之間的連接電纜，節(jié)省了導線電纜的安裝費用，減少了控制系統(tǒng)在中央控制室所占用的空間。 DCS安裝工作量僅為常規(guī)控制系統(tǒng)的30%50%。 DCS所需控制室的面積僅為常規(guī)控制系統(tǒng)的60%。 1.3.7 網(wǎng)絡通信技術(shù)先進網(wǎng)絡通信技術(shù)先進 都采用了工業(yè)局部網(wǎng)絡技術(shù)進行通信； 信道傳輸率多在510Mbps，甚至更高，響應時間僅數(shù)百微秒； 誤碼率低于10-8,一般可達10-10。 采用了光纖傳輸媒質(zhì)，使通信的

12、安全性大大提高。 通信協(xié)議也在向標準化方向前進，與MAP兼容已是一種發(fā)展潮流。 1.3.8 管理功能強管理功能強 實現(xiàn)所謂“4A”目標： 生產(chǎn)過程自動化(PA：Production Automation)； 過程監(jiān)督、節(jié)能控制、安全監(jiān)督、環(huán)境監(jiān)視及生產(chǎn)計劃管理等等 工廠自動化 (FA：Factory Automation)； 實現(xiàn)加工、裝配、檢查、挑選、倉庫搬運控制，設備診斷，工程過程和產(chǎn)品質(zhì)量管理 實驗室自動化 (LA：Laboratory Automation)； 辦公室業(yè)務自動化(OA: Office Automation)。EDPFNT分散控制系統(tǒng) EDPFNT系統(tǒng)是由北京國電智深控制

13、技術(shù)有限公司研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，在國內(nèi)控制領域獲得廣泛應用的分散控制系統(tǒng)。 北京國電智深控制技術(shù)有限公司是具有獨立法人資格的現(xiàn)代化高新技術(shù)企業(yè)。北京國電智深控制技術(shù)有限公司是中國電力科學研究院和國電科技環(huán)保集團有限公司共同投資、組建的股份制企業(yè)，專門從事工業(yè)自動化系統(tǒng)開發(fā)、制造、設計與工程服務，技、工、貿(mào)一體化，提供全面的自動化解決方案。公司嚴格貫徹GB/T190012000ISO9001：2000質(zhì)量體系。系統(tǒng)簡介 EDPFNT系統(tǒng)是一個融計算機、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫和自動控制技術(shù)為一體的工業(yè)自動化產(chǎn)品，完全實現(xiàn)控制與信息一體化設計，具有開放式結(jié)構(gòu)和良好的硬件兼容性和軟件的可擴展性。可應用于火

14、電站、水電站、冶金、化工、造紙等行業(yè)的分散控制和過程自動化控制和信息監(jiān)視與管理。 EDPF-NT系統(tǒng)是在1989年開始研發(fā)的EDPF系列分散控制系統(tǒng)基礎上發(fā)展而來，于1999年投入使用，并經(jīng)不斷升級完善，已經(jīng)成功應用在大連莊河超臨界、河北龍山亞臨界直接空冷、河南伊川、福建南埔、太原第一熱電廠、豐鎮(zhèn)、漳澤、河南新安等電廠的600MW、300MW、200MW、450T/H循環(huán)流化床等大型機組上。系統(tǒng)功能 EDPF-NT系統(tǒng)適用于大型、復雜的工業(yè)過程控制應用，通過裁減，也非常適用于小規(guī)模應用的要求，可綜合或單獨實現(xiàn)下述功能： 數(shù)據(jù)采集處理和生產(chǎn)過程的監(jiān)視（數(shù)據(jù)采集處理和生產(chǎn)過程的監(jiān)視（DAS）；）；

15、 生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)控制生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)控制(MCS）；）； 生產(chǎn)過程開關(guān)量控制或邏輯順序控制生產(chǎn)過程開關(guān)量控制或邏輯順序控制(SCS)； 爐膛燃燒安全監(jiān)控系統(tǒng)爐膛燃燒安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS）；）； 電氣控制系統(tǒng)（電氣控制系統(tǒng)（ECS） 汽機旁路控制系統(tǒng)（汽機旁路控制系統(tǒng)（BPS） 汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)； 汽機緊急跳閘系統(tǒng)（汽機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS） 輔助車間集中控制輔助車間集中控制系統(tǒng)主要特點系統(tǒng)主要特點 系統(tǒng)無通訊管理器，實現(xiàn)物理、邏輯上的完全冗余，達到了多重化冗余，任何故障都將被限制在有限范圍內(nèi)，決不會導致系統(tǒng)崩潰，真正實現(xiàn)了功能分散、危險分散。 系統(tǒng)面向廠區(qū)

16、級、多廣播域設計，在不增加網(wǎng)絡負荷的情況下可靈活實現(xiàn)多域系統(tǒng)控制。為電廠公用系統(tǒng)和輔助車間集中監(jiān)控提供了獨到的解決方案。 以優(yōu)秀的操作系統(tǒng)Windows 2000為平臺開發(fā)的人機界面，運用OLE技術(shù)、Active X技術(shù)以及多線程處理機制等使人機界面更加豐富多彩、易學易用、操作流暢。 便捷的全圖形化組態(tài)，支持自定義算法。高性能歷史站，性能優(yōu)越，工作穩(wěn)定。在收集4萬點的歷史數(shù)據(jù)時，仍然能夠快速響應多用戶的并發(fā)查詢。通過“卷”管理功能，借助外部存儲介質(zhì)，可以輕松地保存幾年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。具有完整的分層自診斷功能，可診斷網(wǎng)絡、站、I/O卡件直至I/O點。獨有的體積小巧模塊式DPU控制器，運行更加可靠，維

17、護更加簡便。I/O采用全分散型智能測控裝置，功能和危險更分散?？蓪崿F(xiàn)脈沖式調(diào)節(jié)，去掉了精度低、故障高的伺放裝置，具有更高的控制可靠性和控制精度?？芍苯硬杉吞幚砀鞣N類型信號：電流、電壓、各型熱電偶、各型熱電阻、頻率及脈沖、電氣PT和CT等信號。強化的結(jié)構(gòu)設計，所有I/O模塊和電源模塊采用全封閉結(jié)構(gòu)，防塵、防靜電、抗電磁干擾。所有I/O采用光電隔離技術(shù)實現(xiàn)與外部的電氣隔離和各通道的電氣隔離。模擬量輸入模件經(jīng)過精心設計容許信號類型混排，電壓信號，熱電偶信號、變送器信號可接入同一模件，模件還可為變送器提供電源，為設計和施工帶來了方便。各級供電電源均采用冗余配置。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本構(gòu)成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本構(gòu)成

18、EDPF-NT系統(tǒng)是吸取國際上眾多同類系統(tǒng)的先進思想，并結(jié)合我國國情而設計開發(fā)的一套分散控制系統(tǒng)。EDPF-NT系統(tǒng)以網(wǎng)絡通訊為基礎，以面向功能和對象而實現(xiàn)的“站”為基本單元，專門設計的分布式動態(tài)實時數(shù)據(jù)庫用于管理分布在各站的系統(tǒng)運行所需的全部數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)網(wǎng)絡可采用星型、環(huán)行或樹形結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)物理、邏輯上的完全冗余，達到了多重化冗余；網(wǎng)絡服務軟件同網(wǎng)絡硬件共同實現(xiàn)站與站之間的通訊并通過分布式實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)全局信息共享。 系統(tǒng)各站劃分以功能相對自治為原則，不同的功能用不同的站來實現(xiàn)。EDPF-NT系統(tǒng)由七種站組成：ENG站、OPR站、DPU站、HSR站、LOG站、CAC站、GATEWAY站。 人機界面 EDPF-NT的人機界面采用WindowsNT/2000操作系統(tǒng)平臺，結(jié)合操作系統(tǒng)特點開發(fā)的人機界面充分吸收其它系統(tǒng)的長處并結(jié)合國內(nèi)運行實際情況，實用美觀、易學易用。畫面調(diào)出和操作通過靈活的鼠標或鍵盤快捷方式實現(xiàn)。 多窗口顯示方式 趨勢顯示與成組顯示 趨勢顯示分為調(diào)整趨勢和固定趨勢，臨時趨勢用于運行員根據(jù)需要隨時組成的趨勢畫面，而固定趨勢則是預先設定好的趨勢畫面。另外，用戶在自己的畫面中也可以隨意安排趨勢顯示。 成組顯示畫面的定義非常方便,用戶可以根