集散控制系統(tǒng)第1章

1.1

集散控制系統(tǒng)的基本概念1.2集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.3

集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.4

集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1.5

集散控制系統(tǒng)的軟件體系1.6

集散控制系統(tǒng)的操作方式和顯示1.7

習(xí)題第1章集散型控制系統(tǒng)1.1集散控制系統(tǒng)的基本概念

集散型控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)

(Computer)、通信技術(shù)(Communication)、圖形顯示技術(shù)

(CRT)、控制技術(shù)(Control)(簡稱4C技術(shù))相融合的產(chǎn)物。 它是通過某種通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師 站聯(lián)系起來，共同完成分級控制、集中管理的綜合控制系 統(tǒng)。它的基本設(shè)計(jì)思想是危險(xiǎn)分散、控制功能分散、而操 作和管理集中。美國HoneyWell公司于1975年11月成功推出了第一套DCS——TDC2000型集散控制系統(tǒng)。

1.2集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

1.2.1現(xiàn)場級現(xiàn)場級設(shè)備一般位于被控生產(chǎn)過程的附近。典型的現(xiàn)場級設(shè)備是各類傳感器、變送器和執(zhí)行器。它們將生產(chǎn)過程中的各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號，例如將4~20mA的電信號(一般變送器)或符合現(xiàn)場總線協(xié)議的數(shù)字信號(現(xiàn)場總線變送器)，送往控制站或數(shù)據(jù)采集站；或者將控制站輸出的控制器信號(4~20mA的電信號或現(xiàn)場總線數(shù)字信號)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，帶動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。1.2.2控制級控制級主要由過程控制站和數(shù)據(jù)采集站構(gòu)成。一般在實(shí)際應(yīng)用中，把過程控制站和數(shù)據(jù)采集站集中安裝在位于主控室后的電子設(shè)備室中。過程控制站接收由現(xiàn)場設(shè)備，如傳感器、變送器來的信號，按照一定的控制策略計(jì)算出所需的控制量，并送回到現(xiàn)場的執(zhí)行器中去。過程控制站可以同時(shí)完成連續(xù)控制、順序控制或邏輯控制功能，也可能僅完成其中的一種控制功能。

1.2.3

監(jiān)控級監(jiān)控級的主要設(shè)備有運(yùn)行員操作站、工程師工作站和計(jì)算站。其中運(yùn)行員操作站安裝在中央控制室，工程師工作站和計(jì)算站一般安裝在電子設(shè)備室。1.2.4管理級管理級包含的內(nèi)容比較廣泛，一般來說，它可能是一個(gè)發(fā)電廠的廠級管理計(jì)算機(jī)，也可能是若干個(gè)機(jī)組的管理計(jì)算機(jī)。它所面向的使用者是廠長、經(jīng)理、總工程師、值長等行政管理或運(yùn)行管理人員。廠級管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測企業(yè)各部分的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo)。1.3集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.3.1適應(yīng)性和擴(kuò)展性集散控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用了常規(guī)控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)方法，無論是硬件還是軟件都可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要去靈活地加以組合。對于小規(guī)模的生產(chǎn)過程，可以只用一、兩個(gè)過程控制站或數(shù)據(jù)采集站，配以簡單的人機(jī)接口裝置，即可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制。模塊化設(shè)計(jì)方法帶來的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的擴(kuò)展性。集散控制系統(tǒng)可以隨著生產(chǎn)過程的不斷發(fā)展，逐漸擴(kuò)充系統(tǒng)的硬件和軟件，以期達(dá)到更大的控制范圍和更高的控制水平。1.3.2控制能力常規(guī)控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件實(shí)現(xiàn)的，因而要改變系統(tǒng)的控制功能，就要改變硬件本身，或者改變硬件之間的連接關(guān)系。在集散控制系統(tǒng)中，控制功能主要是由軟件實(shí)現(xiàn)的，因此它具有高度的靈活性和完善的控制能力。1.3.3人機(jī)聯(lián)系手段集散控制系統(tǒng)具有比常規(guī)控制系統(tǒng)更先進(jìn)的人機(jī)聯(lián)系手段，其中最重要的一點(diǎn)，就是采用了CRT圖形顯示和鍵盤操作。人機(jī)聯(lián)系按照信息的流向分為“人→過程”聯(lián)系和“過程→人”聯(lián)系。在常規(guī)控制系統(tǒng)中，“人→過程”聯(lián)系是通過各種操作器、定值器、開關(guān)和按鈕等設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行人員通過這些設(shè)備調(diào)整和控制生產(chǎn)過程；“過程→人”聯(lián)系是通過各種顯示儀表、記錄儀表、報(bào)警裝置、信號燈等設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行人員通過它們了解生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況。1.3.4可靠性集散控制系統(tǒng)的可靠性比以往任何一種控制系統(tǒng)的可靠性都要高，這主要反映在以下幾方面：由于系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)過程控制站僅控制少數(shù)幾個(gè)控制回路，個(gè)別回路或單元的故障不會影響全局，而且元器件的高度集成化和嚴(yán)格的篩選有效地保證了控制系統(tǒng)的可靠性。集散控制系統(tǒng)廣泛地采用了各種冗余技術(shù)，例如，對電源、通信系統(tǒng)、過程控制站等都采用了冗余技術(shù)。1.4集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)也是采用模塊化的結(jié)構(gòu)。因?yàn)橛布K的選擇與系統(tǒng)的價(jià)格較為密切（特別是對國內(nèi)用戶），加上硬件的配置與現(xiàn)場的要求聯(lián)系較緊，因此硬件的基本配置在合同談判階段就已確定。常見的硬件配置包括下列幾個(gè)方面的內(nèi)容：工程師站的選擇（包括機(jī)型、CRT尺寸、內(nèi)存、硬盤、打印機(jī)等）；操作員站的選擇（包括操作員站的個(gè)數(shù)和操作員站的配置，如CRT尺寸及是否雙屏、主機(jī)型號、內(nèi)存配置、磁盤容量的配置、打印機(jī)的臺數(shù)和型號等）；現(xiàn)場控制站的配置，包括現(xiàn)場控制站的個(gè)數(shù)、地域分布，每個(gè)現(xiàn)場控制站中所配置的各種模板的種類及塊數(shù)，電源的選擇等。1.4.1集散控制系統(tǒng)的過程控制級分散過程控制裝置是集散控制系統(tǒng)與工業(yè)生產(chǎn)過程之間的接口，它是集散控制系統(tǒng)的核心。分析集散過程控制裝置的構(gòu)成，有助于理解集散控制系統(tǒng)的特性。分離式分散過程控制裝置也采用CRT手動備用的冗余結(jié)構(gòu)。當(dāng)控制器故障時(shí)，集散控制系統(tǒng)直接從CRT發(fā)出手動操作指令，經(jīng)手動/自動開關(guān)的手動通路送達(dá)過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在控制器正常運(yùn)行時(shí)，控制器輸出經(jīng)手動/自動開關(guān)的自動通路送達(dá)過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.4.2集散控制系統(tǒng)的操作員和工程師站操作員操作站是運(yùn)行員對過程與系統(tǒng)的接口，常被稱為人機(jī)接口ManMachineInterface(MMI)，或稱為工程師站。在采用集散控制系統(tǒng)以前的單元控制室里，過程信號是直接通過硬接線從現(xiàn)場變送器連接到單元控制室的，如下圖所示：1.5集散控制系統(tǒng)的軟件體系一個(gè)基本的過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件可以分成兩個(gè)部分：系統(tǒng)軟件（又稱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件）和應(yīng)用軟件（又稱過程控制軟件）。集散控制系統(tǒng)的軟件體系中包括了上述兩種軟件，但由于其分布式結(jié)構(gòu)，又增加了諸如通訊管理軟件、組態(tài)生成軟件及診斷軟件等。1.5.1集散控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件一般指通用的、面向計(jì)算機(jī)的軟件。系統(tǒng)軟件是一組支持開發(fā)、生成、測試、運(yùn)行和維護(hù)程序的工具軟件，它與一般應(yīng)用對象無關(guān)。集散控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件一般由以下幾個(gè)主要部分組成：實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，面向過程的編程語言，工具軟件。1.5.2集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件軟件組態(tài)的內(nèi)容比硬件配置還豐富，它一般包括基本配置組態(tài)和應(yīng)用軟件的組態(tài)?；九渲玫慕M態(tài)是給系統(tǒng)一個(gè)配置信息，如系統(tǒng)的各種站的個(gè)數(shù)，它們的索引標(biāo)志，每個(gè)現(xiàn)場控制站的最大點(diǎn)數(shù)，最短執(zhí)行周期，最大內(nèi)存配置，每個(gè)操作員站的內(nèi)存配置信息，磁盤容量信息等。而應(yīng)用軟件的組態(tài)則具有更豐富的內(nèi)容，如數(shù)據(jù)庫的生成、歷史庫（包括趨勢圖）的生成、圖形生成、控制組態(tài)等。1.6集散控制系統(tǒng)的操作方式和顯示無論何種生產(chǎn)過程，操作人員的參與與介入都是通過對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息的觀察、監(jiān)視和操縱來實(shí)現(xiàn)的。在集散控制系統(tǒng)中，這種參與通過兩種途徑進(jìn)行：一種是常規(guī)的儀表盤操作方式，主要用于采用單回路控制器、可編程邏輯控制器等模擬儀表盤的場合；另一種是CRT操作方式，它通過生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視和操作實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的介入。與儀表控制操作方式不同的是集散控制系統(tǒng)通過人機(jī)操作界面不僅可以實(shí)現(xiàn)一般的操作功能，而且還增加了其他功能，例如控制組態(tài)、畫面組態(tài)等工程實(shí)現(xiàn)的功能和自診斷、報(bào)警等維護(hù)修理等功能。此外，畫面方便的切換、參數(shù)改變的簡單等性能，也使集散控制系統(tǒng)的操作得到改善。1.6.1集散控制系統(tǒng)的操作儀表盤操作方式CRT操作方式1.6.2集散控制系統(tǒng)的顯示畫面顯示畫面的分層結(jié)構(gòu)概貌顯示畫面過程顯示畫面儀表面板顯示畫面趨勢顯示畫面報(bào)警顯示畫面系統(tǒng)顯示畫面顯示畫面的