測控系統(tǒng)網絡化技術及應用第4章課件

1、4.1 集散過程控制系統(tǒng)（DCS） 本節(jié)主要內容 4.1.1 DCS系統(tǒng)概述 4.1.2 現(xiàn)場控制站 4.1.3 操作員站及工程師站 4.1.4 DCS系統(tǒng)網絡4.1.1 DCS系統(tǒng)概述1DCS的體系結構 集散控制系統(tǒng)的體系結構通常分為三級： 第一級為分散過程控制級； 第二級為集中操作監(jiān)控級； 第三級為綜合信息管理級。 各級之間由通信網絡連接，級內各裝置之間由本級的通信網絡進行通信聯(lián)系。 其典型的集散控制系統(tǒng)體系結構如圖4-1（下頁）所示 4.1.1 DCS系統(tǒng)概述4.1.1 DCS系統(tǒng)概述2DCS的特點 1）硬件積木化 2）軟件模塊化 3）控制系統(tǒng)組態(tài) 4）通信網絡的應用 5) 可靠性高4.

2、1.2 現(xiàn)場控制站1現(xiàn)場控制站的結構現(xiàn)場控制站由以下5個部分組成， 機箱（柜） 電源 工業(yè)控制機 通信控制單元 手動/自動顯示操作單元4.1.2 現(xiàn)場控制站2現(xiàn)場控制站的功能現(xiàn)場控制站的功能主要有以下6點。 數(shù)據采集功能 反饋控制功能 順序控制功能 信號報警功能 打印報表功能 數(shù)據通信功能4.1.3 操作員站及工程師站1操作員站 操作員站由工業(yè)微型計算機或工作站、工業(yè)鍵盤、光標控制設備（鼠標或軌跡球）、大屏幕CRT、操作控制臺等硬件設備和軟件組成，是系統(tǒng)與操作人員之間的接口。操作人員通過操作站了解生產過程的運行情況，包括各種過程參數(shù)的當前值、系統(tǒng)是否有異常情況等。在CRT上還可以顯示系統(tǒng)總貌、

3、分組和單元等的數(shù)據、模擬圖、趨勢圖，以及各種操作、報警信息等。 操作人員通過操作員站還可以對現(xiàn)場進行直接的調節(jié)與控制，如對控制回路進行在線調整；啟動或終止某個回路；手工調節(jié)某個回路或控制某個現(xiàn)場設備的動作。操作員站還具有歷史數(shù)據的處理功能，可以方便地形成運行報表和歷史趨勢曲線。4.1.3 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算機工作站構成，是對系統(tǒng)進行離線配置、組態(tài)和在線監(jiān)督、控制以及維護的人機接口。（）系統(tǒng)離線配置和組態(tài)功能硬件配置;數(shù)據庫組態(tài);回路組態(tài);顯示畫面組態(tài)、組態(tài)系統(tǒng)畫面和過程操 作畫面.4.1.3 操作員站及工程師站（）系統(tǒng)監(jiān)控功能工程師站還具有系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)

4、控功能，包括對各現(xiàn)場控制站的運行狀態(tài)、各操作站的運行情況、網絡通信情況等的監(jiān)控，以便發(fā)生異常時，能及時采取措施進行維護或調整，不致對生產過程產生失控或造成損失。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)的調整等。4.1.4 DCS系統(tǒng)網絡HS2000是我國國內研制的一套分層分布式綜合控制系統(tǒng)。它通過多層數(shù)據網絡將各種不同的設備連接在一起，實現(xiàn)各部分信息共享和協(xié)調工作，從而完成綜合控制與管理功能。圖4-2（下頁）為HS2000系統(tǒng)的總體結構。HS2000系統(tǒng)為三層網絡結構， 1.管理協(xié)調網絡MNET 2.系統(tǒng)網絡SNET 3.控制網絡CNET4.1.4 DCS系統(tǒng)網絡 不同的

5、網絡適應不同層次和規(guī)模的控制與管理任務，這種分層結構提高了系統(tǒng)的整體可靠性和靈活性。每層網絡的功能如下： 4.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS） 本節(jié)主要內容 4.2.1 現(xiàn)場總線的概念 4.2.2 現(xiàn)場總線的結構和技術特點 4.2.3 現(xiàn)場總線的基本設備 4.2.4 現(xiàn)場總線的未來趨勢4.2.1 現(xiàn)場總線的概念現(xiàn)場總線作為生產過程自動化、制造工業(yè)自動化、樓宇自動化等領域中智能設備之間的互聯(lián)通信網絡，溝通了生產過程與現(xiàn)場控制設備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系，為消除自動化系統(tǒng)的信息孤島創(chuàng)造了條件。因此，在這些領域中具有廣泛的發(fā)展和應用前景。4.2.1 現(xiàn)場總線的概念現(xiàn)場總線技術與傳統(tǒng)測控儀表技

6、術上的區(qū)別是：1）現(xiàn)場總線將專用的微處理器置入測量控制儀表中，使這些測控儀表各自都具有數(shù)字計算、邏輯判斷和數(shù)字通信能力；2）采用多種規(guī)格的傳輸導線作為總線介質，把多個測量控制儀表連接成網絡系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議；3）在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設備之間以及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據傳輸、信息交換、遠程登錄、遠程訪問，形成滿足各種實際需要的自動控制系統(tǒng)。4.2.2 現(xiàn)場總線的結構和技術特點1現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結構 下圖為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結構的比較圖。圖中AI、AO和PID分別代表針對現(xiàn)場設備的模擬量輸入、模擬量輸出和PID控制的輸出。 由于現(xiàn)場總線的特點，特別是現(xiàn)

7、場總線系統(tǒng)結構的簡化，使控制系統(tǒng)從設計、安裝、到投入正常生產運行以及其后的檢修維護中，都體現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。其主要原因有： 高精度、高可靠性 一次性硬件投資 工程現(xiàn)場安裝費 日常維護費用4.2.2 現(xiàn)場總線的結構和技術特點4.2.2 現(xiàn)場總線的結構和技術特點2現(xiàn)場總線的技術特點 全數(shù)字化 開放性 智能化 互換性 風險分散性 4.2.3 現(xiàn)場總線的基本設備 以現(xiàn)場總線基金會（FF）的FCS為例，用于過程自動化構成FCS的基本設備如下：1）變送器 2）執(zhí)行器 3）服務器和網橋 4）輔助設備 5）監(jiān)控設備 4.2.4 現(xiàn)場總線的未來趨勢 現(xiàn)場信號的數(shù)字化為實現(xiàn)復雜的控測應用提供了條件。但不同廠商所提

8、供的設備之間的通信標準不統(tǒng)一，嚴格束縛了工廠底層網絡的發(fā)展。從用戶到設備制造商都強烈要求形成統(tǒng)一的標準，組成開放互聯(lián)網絡，以便用戶將不同廠商提供的自動化設備互連成測控系統(tǒng)。開放意味著標準是公開的，統(tǒng)一意味著不同廠商共同遵守著同一個技術標準，設備可互聯(lián)為一致通信系統(tǒng)。從這個意義上說，現(xiàn)場總線就使工廠自動化領域的開放互聯(lián)系統(tǒng)。開發(fā)這項技術的先決條件就是首先必須制定相應的統(tǒng)一標準。4.2.5 以現(xiàn)場總線為基礎的控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在控制方案的選擇上與普通控制系統(tǒng)基本相同。下面將以鍋爐汽包水位的三沖量系統(tǒng)為例，介紹現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在設計、安裝、運行方面的特色，以及如何一步實現(xiàn)現(xiàn)場總線

9、控制系統(tǒng)。 4.2.5 以現(xiàn)場總線為基礎的控制系統(tǒng)1根據控制方面的需要選擇必須的智能儀表 一個經典的三沖量水位控制系統(tǒng)需要一個液位變送器、蒸汽流量和給水流量兩個流量變送器、一個給水調節(jié)閥。 4.2.5 以現(xiàn)場總線為基礎的控制系統(tǒng)2選擇計算機與網絡配件 圖（a）為現(xiàn)場總線基本硬件構成圖。圖中兩臺配置相同的工業(yè)PC機主要是為系統(tǒng)的安全冗余而設置的。圖中所表示的現(xiàn)場總線PCI接口卡具有4個通道，每個PCI接口卡可與4條總線網段連接。 圖（b）表示另一種流行的硬件配置辦法，其一側與現(xiàn)場總線網段連接，另一側按通常采用的PC機聯(lián)網方式，通過以太網方式，采用TCPIP通信協(xié)議、網絡BIOS協(xié)議，完成現(xiàn)場總線網段與PC機之間的信息交換。4.3 FCS 與DCS的分析比較 在技術上，F(xiàn)CS與DCS相比，具有以下幾點優(yōu)勢：1）FCS的信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化，從最底層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網絡，逐層向上直至最高層均為通信網絡互連。2）FCS的系統(tǒng)結構是全分散式，F(xiàn)CS廢棄了DCS的輸入輸出單元和控制站，由現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，分散地分配給現(xiàn)場儀表，實現(xiàn)徹底的分散控制.3）FCS的現(xiàn)場設備具有互操作性，不同廠商的現(xiàn)場設備既可互連也可互換，