DCS集散控制系統(tǒng)課件_圖文

1、DCS集散控制系統(tǒng)簡介主講人：江小龍DCS系統(tǒng) DCS即分布式控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)），指控制分散、風險分散、操作顯示集中、采用分布式結(jié)構(gòu)的智能網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。它是由計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡技術(shù)、人機接口技術(shù)相互發(fā)展?jié)B透而產(chǎn)生的，既不同于分散的儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式計算機控制系統(tǒng)，它是吸收了兩者的優(yōu)點，在它們的基礎上又發(fā)展起來的一門系統(tǒng)工程技術(shù)，具有顯著的優(yōu)越性。DCS系統(tǒng)在工廠中的應用舉例術(shù)語定義 APC先進過程控制CCS壓縮機控制系統(tǒng)CCTV現(xiàn)場攝像監(jiān)視系統(tǒng)DCS集散控制系統(tǒng)DLP/MPDP大屏幕監(jiān)視系統(tǒng)EWSDCS工程師站FAS火災報警監(jiān)視系統(tǒng)FRR本項目的現(xiàn)

2、場機柜間GDS可燃、有毒氣體報警系統(tǒng)I/O過程輸入/輸出LCR本項目現(xiàn)場控制室MMS機組監(jiān)視系統(tǒng)OPSDCS操作員站PAS在線分析儀系統(tǒng)PLC可編程序控制系統(tǒng)SAT現(xiàn)場驗收SIL/AK安全度等級CCR中央控制室FRR現(xiàn)場機柜間LCR現(xiàn)場機柜間SIS安全儀表系統(tǒng)GDS可燃氣體和有毒氣體檢測的監(jiān)控系統(tǒng)GPS時鐘同步系統(tǒng)OTS動態(tài)仿真系統(tǒng)自控術(shù)語定義 聯(lián)鎖：某一參數(shù)達到規(guī)定值或某一設備啟、?；蜷_、關(guān)時，聯(lián)動或閉鎖對另一設備的控制。 FO：故障狀態(tài)打開的閥門（氣關(guān)閥） FC：故障狀態(tài)關(guān)閉的閥門（氣開閥） 調(diào)節(jié)器正反作用：當給定值不變，被控變量測量值增加時，控制器的輸出也增加，稱為“正方向”；或者當測量

3、值不變，給定值減小時?？刂破鞯妮敵鲈黾臃Q為“正方向”。反之稱為“反方向”。自控術(shù)語定義 AI：模擬量輸入analoginput AO：模擬量輸出analogoutput DI：數(shù)字（開關(guān)）量輸入digitinput DO：數(shù)字（開關(guān)）量輸出digitoutput 兩線制三線制四線制：兩線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表聯(lián)系僅用兩根導線，這兩根線既是電源線，又是信號線。四線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表聯(lián)系有兩根電源線和兩根信號線，三線制是指一根電源線一根信號線一根共用線。自控術(shù)語定義 有源：信號源本身可以輸出信號，不需要負載電源，可直接驅(qū)動阻性負載，例如，四線制的儀表，兩線為電源線，兩線為信號線，信

4、號回路不能再接電源。信號回路需要接電源，否則信號源將無信號輸出，例如，兩線制變送器，需要在信號回路中接入電源。 無源：信號回路需要接電源，否則信號源將無信號輸出，例如，兩線制變送器，需要在信號回路中接入電源。（針對模擬量）自控術(shù)語定義 干接點和濕接點干接點：針對開關(guān)量在工業(yè)控制領(lǐng)域中，是一個標準的名詞。繼電器的干觸點，表示觸點回路的供電由外部電路供應，繼電器僅僅提供一個“結(jié)點（接點）”接通一下電路而已，“其他一概不管”；而濕觸點則與干觸點相對應：除了提供接通回路的觸點之外，還提供觸點回路上所需要的電流。DCS在大美煤炭深加工項目中的應用 甲醇制烯烴（I/O點4919個） 聚乙烯（I/O點163

5、7個） 聚丙烯（I/O點3037個） 公用工程（I/O點2824個）中央控制室DCS在大美尾氣綜合利用項目中的應用甲醇制烯烴現(xiàn)場控制室聚乙烯現(xiàn)場控制室聚丙烯現(xiàn)場控制室回用水現(xiàn)場控制室烯烴循環(huán)水現(xiàn)場控制室空分現(xiàn)場控制室鍋爐裝置現(xiàn)場控制室罐區(qū)現(xiàn)場控制室系系統(tǒng)統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成成例例工程師站操作員站交換機控制器I/O卡件現(xiàn)場儀表DCS控制系統(tǒng)簡圖控制系統(tǒng)簡圖DCS特點介紹特點介紹DCS是分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem)的簡稱，國內(nèi)一般習慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機Computer)、通訊(Commun

6、ication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便，DCS特點如下。高可靠性高可靠性 由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。開放性開放性 DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系

7、統(tǒng)通信網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。靈活性靈活性 通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。易于維護易于維護 功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。協(xié)調(diào)性協(xié)調(diào)性 各工作站之間通過通信網(wǎng)絡傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。控制功能齊全控制功能齊全 控制算法豐富，集連

8、續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設備通過網(wǎng)絡連接來實現(xiàn)更高級的集中管理

9、功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。DCSDCS內(nèi)部主要硬件介紹內(nèi)部主要硬件介紹接線端子：接線端子：接線端子就是用于實現(xiàn)電氣連接的一種配件產(chǎn)品，工業(yè)上劃分為連接器的范疇。安全柵：安全柵：安全柵（safety barrier），接在本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間。將供給本質(zhì)安全電路的電壓或電流限制在一定安全范圍內(nèi)的裝置。安全柵又稱安全限能器，是本安系統(tǒng)中的重要組成部分。安全柵主要有齊納式安全柵和隔離式安全柵兩大類。齊納式安全柵的核心元件為齊納二極管，限流電阻及快速熔斷絲。隔離式安全柵不但有限能的功能，還有隔離功能，它主要由回路限能單元，信號和電源隔離單元、信號處理單元組成。安全柵的主要功能

10、為限流限壓，保證現(xiàn)場儀表可得到的能量在安全范圍內(nèi)。繼電器：繼電器：繼電器是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。I/O卡件：卡件：AI卡件：模擬量輸入卡件AO卡件：模擬量輸出卡件DI卡件：開關(guān)量輸入卡件DO卡件：開關(guān)量輸出卡件PI卡件：脈沖輸入卡件溫度卡件：溫度輸入卡件控制器：控制器：機柜：機柜：工程師站 系統(tǒng)維護

11、系統(tǒng)生成 測試組態(tài)畫面操作員站 操作和監(jiān)視功能 過程報告功能 報警和信息輸出功能 趨勢功能 開放式數(shù)據(jù)接口功能儀表控制面板儀表控制面板工位標記回路方式報警狀態(tài)操作標記輸出點工位號工位注釋測量值設定值輸出值量程上限高高限高限設定點低限低低限量程下限方式選擇鑰匙功能鍵窗口調(diào)用鍵操作控制鍵數(shù)據(jù)鍵入鍵其它鍵操作員操作員鍵盤鍵盤 防塵防水平面觸摸鍵，9針RS232接口或USB接口，可發(fā)出7種電子報警音響。輔助操作臺 通過硬接線來顯示和操作DCS或SIS系統(tǒng)。中央控制室DCS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部

12、分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MES系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應用，目前國內(nèi)行業(yè)應用到這一層的系統(tǒng)較少。DCS的控制程序：DCS的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。過程控制站的組成：DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng)，主要由電源、CPU（中央處理器）、網(wǎng)絡接口和I/O組成I/O：控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道，這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的，一個I/O模塊上有一個或多個I/O通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）。I/O單元：通常，一個過程控制站是有幾個機架組成，每個機架可以擺

13、放一定數(shù)量的模塊。CPU所在的機架被稱為CPU單元，同一個過程站中只能有一個CPU單元，其他只用來擺放I/O模塊的機架就是I/O單元。HART協(xié)議 HART，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國ROSEMOUNT公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設備之間的通信協(xié)議。HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應時間的通信，經(jīng)過10多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標準。Modbus通訊協(xié)議 Modbus是由莫迪康（Modicon）（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。 Modbus具

14、有以下幾個特點： （1）標準、開放，用戶可以免費、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產(chǎn)權(quán)。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產(chǎn)品超過600種。 （2）Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。 （3）Modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡單。PROFIBUS PROFIBUS，是一種國際化開放式不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在9.6kbaud12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被

15、設成相同的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案。OPC OPC是一個工業(yè)標準，管理這個標準國際組織是OPC基金會，OPC基金會現(xiàn)有會員已超過220家。遍布全球，包括世界上所有主要的自動化控制系統(tǒng)、儀器儀表及過程控制系統(tǒng)的公司?；谖④浀腛LE(現(xiàn)在的ActiveX)、COM（部件對象模型）和DCOM（分布式部件對象模型）技術(shù)。OPC包括一整套接口、

16、屬性和方法的標準集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。PID控制 當今的自動控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個偏差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應。 在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活（PI、PD、）。 單回路控制：是指由一個測量元件、變送器、

17、一個控制器、一個控制閥、一個被控對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)?；驁?zhí)行器或調(diào)節(jié)器或被控對象測量變送裝置常見的閉環(huán)控制回路：常見的閉環(huán)控制回路：串級控制：兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。 三沖量控制：三沖量控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來說，是一個帶有前饋信號的串級控制系統(tǒng)。 分程控制：將控制器輸出信號全程分割成若干個信號段，每個信號段控制一個控制閥。 比值控制：實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制比值控制系統(tǒng)系統(tǒng)。 順序控制：所謂順序控制就是針對順序控制系統(tǒng)，按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。相關(guān)問答相關(guān)問答1什么是DCS？DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（DistributedControlSystem），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。2DCS有什么特點？DCS是計算機技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產(chǎn)過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡連接并可進行數(shù)據(jù)交換。操作采用計算機操作站，通過網(wǎng)絡與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達操作指令。因此，DCS的主要特點歸結(jié)為一句話就