集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二5.1概述一、集散控制系統(tǒng)的基本概念集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）集中管理和分散控制危險分散、控制分散操作和管理集中多層分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二二、集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1、分級遞階結(jié)構(gòu)過程控制級控制管理級生產(chǎn)管理級經(jīng)營管理第一級為過程控制，根據(jù)上層決策直接控制生產(chǎn)過程，具體承擔(dān)信號的變換、輸入、運(yùn)算和輸出的分散控制任務(wù)；第二級為控制管理級，對生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)集中操作和統(tǒng)一管理；第三級為生產(chǎn)管理級，承擔(dān)全廠或全公司的最優(yōu)化；第四級為經(jīng)營管理級，根據(jù)市場需求、各種與經(jīng)營有關(guān)的信息因素和生產(chǎn)管理的信息，做出全面的綜合性經(jīng)營管理和決策。第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二2、采用微機(jī)智能技術(shù)現(xiàn)場控制單元，過程輸入輸出接口，顯示操作站和數(shù)據(jù)通信裝置等均采用微處理器，有記憶、邏輯判斷和數(shù)據(jù)運(yùn)輸功能，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)、自診斷和自檢測等“智能”3、采用局部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行通信，傳輸實(shí)時控制信息，進(jìn)行全系統(tǒng)信息綜合管理，并對分散的現(xiàn)場控制單元、人機(jī)接口進(jìn)行控制和操作管理。4、豐富的功能軟件包提供控制算法模塊、控制程序軟件包、過程監(jiān)視軟件包、顯示軟件包、報表打印和信息檢索程序包等，并提供至少一種控制語言，供用戶開發(fā)高級的應(yīng)用軟件第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二5、采用高可靠性技術(shù)主要是硬件的工藝結(jié)構(gòu)可靠，廣泛采用表面安裝技術(shù)與專用集成電路（ASIC），同時對每一個元件、部件進(jìn)行一系列可靠性測試與設(shè)計等采用冗余技術(shù)。集散控制系統(tǒng)各級人機(jī)接口、控制單元、過程接口、電源和控制用I/O接口插件均可采用冗余配置；信息處理器、通信接口、內(nèi)部通信總線和系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)均采用冗余措施在軟件設(shè)計上，采用容錯技術(shù)、故障的智能化自檢和自診斷技術(shù)等第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二三、集散控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢傳統(tǒng)的DCS基于模擬儀表，而模擬儀表的單一功能，使得與工業(yè)生產(chǎn)過程打交道的過程監(jiān)控站仍是集中的；現(xiàn)場信號的檢測、傳輸與控制還是保留了與常規(guī)儀表相同的方式，即通過傳感器或變送器檢測物理信號并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的420mA信號以模擬方式進(jìn)行傳輸。這種方式在檢測環(huán)節(jié)存在的問題是精度低、動態(tài)補(bǔ)償能力差、無自診斷功能；同時由于各DCS開發(fā)商生產(chǎn)自己的專用平臺，使得不同廠商的DCS之間不兼容、互操作性差。1、向開放式系統(tǒng)發(fā)展2、智能變送器、遠(yuǎn)程I/O和現(xiàn)場總線的發(fā)展，進(jìn)一步使現(xiàn)場測控功能下移分散3、DCS、PLC、PCCS相互滲透融合，形成數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的分布式控制系統(tǒng)4、現(xiàn)場總線集成于DCS系統(tǒng)是現(xiàn)階段控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二①現(xiàn)場總線于DCS系統(tǒng)I/O總線上的集成通過一個現(xiàn)場總線接口卡掛在DCS的I/O總線上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息映射成原有的DCS的I/O總線上相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，如基本測量值、報警值或工藝設(shè)定值等，使得在DCS控制器所看到的現(xiàn)場總線來的信息就如同來自一個傳統(tǒng)的DCS設(shè)備卡一樣。②現(xiàn)場總線于DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的集成現(xiàn)場總線控制執(zhí)行信息、測量以及現(xiàn)場儀表的控制功能均可在DCS操作站進(jìn)行瀏覽并修改。它的優(yōu)點(diǎn)是原先必須由DCS主計算機(jī)完成的一些控制和計算功能，現(xiàn)可下放到現(xiàn)場儀表實(shí)現(xiàn)，并且可以在DCS操作員界面上得到相關(guān)的參數(shù)或數(shù)據(jù)信息；另一優(yōu)點(diǎn)是不需對DCS控制站進(jìn)行修改，對原有系統(tǒng)影響?、郜F(xiàn)場總線通過網(wǎng)關(guān)與DCS系統(tǒng)并行集成現(xiàn)場總線系統(tǒng)與通過網(wǎng)關(guān)而集成在一起的DCS系統(tǒng)相互獨(dú)立第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二5.2SUPCONWebFieldJX-300XDCS一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由控制站、操作站、工程師站和通信網(wǎng)絡(luò)組成控制站是和現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接打交道的單元，完成整個工業(yè)過程的實(shí)時監(jiān)控功能。控制站內(nèi)部以機(jī)籠為單位。機(jī)籠固定在機(jī)柜的多層機(jī)架上。操作站是由工業(yè)PC機(jī)、CRT、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成的人機(jī)系統(tǒng)，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務(wù)的環(huán)境。工程師站是專為專業(yè)工程技術(shù)人員設(shè)計的，內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺和系統(tǒng)維護(hù)工具。通過系統(tǒng)組態(tài)平臺生成適合與生產(chǎn)工藝要求的應(yīng)用系統(tǒng)，具體功能包括：系統(tǒng)生成、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義、操作組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、報表程序編制等；使用系統(tǒng)的維護(hù)工具軟件實(shí)現(xiàn)過程控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、故障診斷、信號調(diào)教等。第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二質(zhì)量管理計算機(jī)倉庫管理計算機(jī)供銷管理計算機(jī)財務(wù)管理計算機(jī)信息管理網(wǎng)Ethernet工程師站操作員站網(wǎng)橋SCnetII現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站通信接口卡SP244智能設(shè)備或PLCRS485/422/232通信接口卡SP244智能儀表RS485/Modibus第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二二、系統(tǒng)硬件1、控制站硬件控制站主要由機(jī)柜、機(jī)籠、供電單元和各類卡件（包括主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和各種信號輸入/輸出卡）組成。主控制卡(SP243X)通常插在過程控制站的最上部機(jī)籠內(nèi)，通過系統(tǒng)內(nèi)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)SBUS總線擴(kuò)充各種功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信號的輸入輸出，同時完成過程控制中的數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制，以及包括優(yōu)化控制等各種控制算法。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡(SP233)是系統(tǒng)I/O機(jī)籠的核心單元，是主控制卡聯(lián)接I/O卡件的中間環(huán)節(jié)，它一方面驅(qū)動SBUS總線，另一方面管理本機(jī)籠的I/O卡件。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，一塊主控制卡可擴(kuò)展1到8個I/O機(jī)籠，即可擴(kuò)展16到128塊不同功能的I/O卡件。I/O卡件插放在I/O機(jī)籠內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場實(shí)時信號的采集和控制信號的輸出?？坎捎昧巳悄芑O(shè)計，實(shí)現(xiàn)可控制站內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞的數(shù)字化。第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二型號

卡件名稱

性能及輸入/輸出點(diǎn)數(shù)

SP243X

主控制卡

高速、大容量

SP244

RS-232/RS-485通信接口卡

通信驅(qū)動軟件需附加開發(fā)費(fèi)

SP233

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡

SP313

電流信號輸入卡

2路輸入，可配電，分組隔離，可冗余

SP314

電壓信號輸入卡4路輸入，分組隔離，可冗余

SP315

應(yīng)變信號輸入卡2路輸入，點(diǎn)點(diǎn)隔離SP316

熱電阻信號輸入卡2路輸入，點(diǎn)點(diǎn)隔離，可冗余SP317

熱電阻信號輸入卡（小量程）2路輸入，點(diǎn)點(diǎn)隔離SP322

模擬信號輸出卡4路輸出，點(diǎn)點(diǎn)隔離SP323PWM輸出卡四路輸出，分組隔離第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二SP334

SOE卡4路輸入

SP335

脈沖量輸入卡

4路輸入，最高相應(yīng)頻率10kHz

SP361

八點(diǎn)電平型開入

8路輸入，統(tǒng)一隔離

SP362

八點(diǎn)晶體管接點(diǎn)開出

8/7路輸出，統(tǒng)一隔離

SP363

八點(diǎn)觸點(diǎn)型開入

8路輸入，統(tǒng)一隔離

SP364

八點(diǎn)繼電器開出

8/7路輸出，統(tǒng)一隔離

SP341

位置調(diào)節(jié)輸出卡（PAT卡）

1路AI，2路DI，2路輸出

第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二2、操作站、工程師站硬件操作站的基本組成包括：工控PC機(jī)（IPC）、彩色顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、SCnetII網(wǎng)卡、專用操作員鍵盤、操作臺、打印機(jī)等。工程師站的硬件配置與操作站的硬件配置基本一致，而它們的區(qū)別在于系統(tǒng)軟件的配置不同，工程師站除了安裝有操作、監(jiān)視等基本功能的軟件外，還裝有相應(yīng)的系統(tǒng)組態(tài)、維護(hù)等工程師應(yīng)用的工具軟件。第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二三、系統(tǒng)軟件1、SCKey系統(tǒng)組態(tài)軟件：由于DCS系統(tǒng)的通用性和復(fù)雜性，系統(tǒng)的許多功能及匹配參數(shù)需要根據(jù)具體場合由用戶設(shè)定。例如：系統(tǒng)采集什么樣的信號、采用何種控制方案、怎樣控制、操作時需顯示什么數(shù)據(jù)、如何操作等。為適應(yīng)各種特定的需要，集散系統(tǒng)備有豐富的I/O卡件、各種控制模塊及多種操作平臺，用戶一般根據(jù)自身的要求選擇硬件設(shè)備，有關(guān)系統(tǒng)的硬件設(shè)備的配置情況也需用戶提供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)需要與另外系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時，用戶還需要將系統(tǒng)所采用的協(xié)議、使用的端口告訴控制系統(tǒng)。以上需要用戶為系統(tǒng)設(shè)定各項參數(shù)的操作即所謂的“系統(tǒng)組態(tài)”第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二組態(tài)軟件的界面第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二主控卡設(shè)置界面第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二操作站界面第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡界面第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二I/O卡件設(shè)置界面第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二I/O信號設(shè)置第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二模擬量輸入信號點(diǎn)參數(shù)設(shè)置第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二模擬量輸出信號點(diǎn)參數(shù)設(shè)置第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二開關(guān)量輸出信號點(diǎn)參數(shù)設(shè)置第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二2、SCDraw流程圖制作軟件流程圖制作軟件主要用于流程圖的繪制，以及對流程圖上的各類動態(tài)參數(shù)進(jìn)行組態(tài)，這些動態(tài)參數(shù)在實(shí)時監(jiān)控軟件的流程圖畫面中可以進(jìn)行實(shí)時觀察和操作。3、SCForm報表制作軟件在工業(yè)控制系統(tǒng)中，報表是一種重要且常用的數(shù)據(jù)記錄手段。一般用來記錄重要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以供工程技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)檢查或工業(yè)分析。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，報表記錄是由操作員手工完成的。而在以計算機(jī)為核心的自動控制系統(tǒng)中，報表可由計算機(jī)自動實(shí)現(xiàn)。第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二4、SCControl圖形組態(tài)軟件用于編制系統(tǒng)控制方案的圖形編程工具。提供靈活的在線調(diào)試功能，在和控制站聯(lián)機(jī)后，用戶可以查看程序的詳細(xì)運(yùn)行情況。SCControl集成了LD編輯器、FBD編輯器、SFC編輯器、ST語言編輯器，可以根據(jù)需要選擇合適的編程器。5、SCX語言組態(tài)軟件在工程師平臺上完成SCX程序的調(diào)試編輯，并通過工程師平臺將編譯后的可執(zhí)行代碼下載到控制站執(zhí)行。6、AdvanTrol實(shí)時監(jiān)控軟件SCX語言屬于高級語言，語法風(fēng)格類似與標(biāo)準(zhǔn)C語言，除了提供類似C語言的基本元素、表達(dá)式等外，還在控制功能實(shí)現(xiàn)方面作了大量擴(kuò)充。第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二四、通信網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)分三層：第一層網(wǎng)絡(luò)是信息管理網(wǎng)（用戶可選）；第二層網(wǎng)絡(luò)是過程控制網(wǎng)，稱為SCnetII；第三層是控制站內(nèi)部I/O控制總線，稱為SBUS。采用雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)SCnetII作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)。它直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，是傳送過程控制實(shí)時信息的通道，具有很高的實(shí)時性和可靠性；通過掛接網(wǎng)橋，SCnetII可以與上層的信息管理網(wǎng)或其他廠家設(shè)備連接。在其中任何一條通訊線發(fā)生故障的情況下，通訊網(wǎng)絡(luò)仍保持正常的數(shù)據(jù)傳輸。第28頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二第29頁，共30頁，20