集散系統(tǒng)基礎知識硬件

第2章集散控制系統(tǒng)根底知識1整理課件

●2.1集散控制系統(tǒng)的體系結構●2.2集散控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)●2.3集散控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)●2.4集散控制系統(tǒng)的根本功能本章主要內(nèi)容2整理課件2.1集散控制系統(tǒng)的體系結構本節(jié)內(nèi)容提要?集散控制系統(tǒng)體系結構的特征●縱向分層●橫向分散●設備分級●網(wǎng)絡分層?按照功能，集散控制系統(tǒng)設備分為四級●現(xiàn)場控制級●過程控制級●過程管理級●經(jīng)營管理級?與四級設備對應的四層網(wǎng)絡●現(xiàn)場網(wǎng)絡●控制網(wǎng)絡●監(jiān)控網(wǎng)絡●管理網(wǎng)絡3整理課件圖2.1集散控制系統(tǒng)的體系結構

現(xiàn)場網(wǎng)絡控制網(wǎng)絡監(jiān)控網(wǎng)絡管理網(wǎng)絡4整理課件1.現(xiàn)場控制級

(1)典型的現(xiàn)場控制級設備●各類傳感器●各類變送器●各類執(zhí)行器(2)現(xiàn)場控制級設備的主要任務●完成過程數(shù)據(jù)采集與處理?！裰苯虞敵霾僮髅?、實現(xiàn)分散控制。●完成與上級設備的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫共享。5整理課件2.過程控制級(1)過程控制級主要設備過程控制站、數(shù)據(jù)采集站、現(xiàn)場總線效勞器①過程控制站●產(chǎn)生控制作用?！窨梢詫崿F(xiàn)反響控制、邏輯控制、順序控制和批量控制等功能。6整理課件②數(shù)據(jù)采集站●接收大量的非控制過程信息；●不直接完成控制功能。③現(xiàn)場總線效勞器●一臺安裝了現(xiàn)場總線接口卡與DCS監(jiān)控網(wǎng)絡接口卡的計算機。7整理課件3.過程管理級〔1〕過程管理級的主要設備①操作站●操作人員與DCS相互交換信息的人機接口設備；●DCS的核心顯示、監(jiān)視、操作和管理裝置。②工程師站●對DCS進行配置、組態(tài)、調試、維護。③監(jiān)控計算機●實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制；●機組運行優(yōu)化和性能計算，先進控制策略的實現(xiàn)等。8整理課件〔2〕過程管理級設備的主要功能●對生產(chǎn)過程進行監(jiān)測和控制；●對DCS進行配置、組態(tài)、調試、維護；●對各種設計文件進行歸類和管理；●實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制，故障檢測和數(shù)據(jù)存檔。9整理課件4.經(jīng)營管理級

〔1〕經(jīng)營管理級的設備廠級管理計算機監(jiān)視企業(yè)各部門的運行情況。生產(chǎn)裝置的管理計算機具有能夠對控制系統(tǒng)做出高速反響的實時操作系統(tǒng)。10整理課件〔2〕經(jīng)營管理級設備的主要功能●監(jiān)視企業(yè)各部門的運行情況；●實時監(jiān)控承擔全廠性能監(jiān)視、運行優(yōu)化、全廠負荷分配和日常運行管理等任務；●日常管理承擔全廠的管理決策、方案管理、行政管理等任務。11整理課件2.2集散控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)本節(jié)內(nèi)容提要?控制站包括現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等?！駲C柜●電源●控制計算機●其他部件?操作站一般分為操作員站和工程師站。●操作臺

●微處理機系統(tǒng)●圖形顯示設備

●操作鍵盤和鼠標

●打印輸出設備等?冗余技術●冗余方式：多重化自動備用和手動備用。●冗余措施：通信網(wǎng)絡冗余、操作站冗余、現(xiàn)場控制站冗余、電源冗余、輸入/輸出模塊冗余。

12整理課件2.2.1現(xiàn)場控制站?主要設備：現(xiàn)場控制單元。?主要任務：進行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實施閉環(huán)反響控制、順序控制和批量控制。?用戶可以根據(jù)不同的應用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元以構成現(xiàn)場控制站。●以面向連續(xù)生產(chǎn)的過程控制為主，順序邏輯控制為輔，構成一個可以實現(xiàn)多種復雜控制方案的現(xiàn)場控制站;●以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主的現(xiàn)場控制站；●構成對大批量過程信號進行總體信息采集的現(xiàn)場控制站。13整理課件1.機柜

現(xiàn)場控制站機柜機柜間機柜組有了現(xiàn)場控制站，生產(chǎn)過程控制的平安性和可靠性都很容易得到保證中央控制室機柜間14整理課件現(xiàn)場控制單元多層I/O卡件箱電源單元通信接口接線端子板機柜正面〔前面〕機柜反面〔后面〕現(xiàn)場控制站機柜15整理課件2.電源〔1〕電源系統(tǒng)的可靠性措施●每一個現(xiàn)場控制站均采用雙電源供電，互為冗余?！癫捎贸壐綦x變壓器，將其初級、次級線圈間的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響。●采用交流電子調壓器，快速穩(wěn)定供電電壓?！衽溆胁婚g斷供電電源UPS，以保證供電的連續(xù)性。?現(xiàn)場控制站內(nèi)各功能模塊所需直流電源一般為±5V、±15V(或±12V)、以及+24V。16整理課件〔2〕增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性措施●給主機供電與給現(xiàn)場設備供電的電源要在電氣上隔離，以減少相互間的干擾。●采用冗余的雙電源方式給各功能模塊供電?！褚话阌山y(tǒng)一的主電源單元將交流電變?yōu)?4V直流電供給柜內(nèi)的直流母線，然后通過DC-DC轉換方式將24V直流電源變換為子電源所需的電壓?！裰麟娫匆话悴捎?:1冗余配置，而子電源一般采用N:1冗余配置。17整理課件新疆獨山子石化目前使用的P+FPS1550

容錯型直流電源。18整理課件報警監(jiān)視——所有關鍵部位均有自動報警監(jiān)視，通過LED顯示報警信息并可通過報警繼電器觸點輸出。19整理課件1550/TB-IN交流輸入端子模塊帶2路獨立的相互隔離的電源輸入端子和報警輸出端子20整理課件21整理課件22整理課件23整理課件內(nèi)置冷卻風扇

三個內(nèi)置散熱風扇，均帶LED指示，內(nèi)部統(tǒng)一報警監(jiān)視。24整理課件所有模塊均支持在線熱插拔功能容錯性:

交流輸入和直流24V輸出都可配置成N+1模塊冗余25整理課件3.控制計算機

控制器電源單元I/O卡件現(xiàn)場總線接口卡件導軌控制計算機26整理課件?控制計算機一般是由CPU、存儲器、輸入/輸出通道等根本局部組成。(1)CPU●用以實現(xiàn)算術運算和邏輯運算。●可以執(zhí)行復雜的先進控制算法，如自動整定、預測控制、模糊控制和自適應控制等。27整理課件(2)存儲器●控制計算機的存儲器分為RAM和ROM。●在控制計算機中ROM占有較大的比例。●由于控制計算機在正常工作時運行的是一套固定的程序，DCS中大都采用了程序固化的方法?！裨谌哂嗫刂朴嬎銠C系統(tǒng)中，還特別設有雙端口隨機存儲器RAM，其中存放有過程輸入輸出數(shù)據(jù)、設定值和PID參數(shù)等。28整理課件(3)總線

●總線是將現(xiàn)場控制站內(nèi)部各單元連接起來的通信介質。(4)輸入/輸出通道

●模擬量輸入/輸出(AI/AO)●開關量輸入/輸出(SI/SO)●脈沖量輸入通道(PI)29整理課件①模擬量輸入輸出通道(AI/AO)

●模擬量輸入通道(AI)?模擬量輸入通道(AI)將來自在線檢測儀表和變送器的連續(xù)性模擬電信號轉換成數(shù)字信號，送給CPU進行處理?！衲M量輸出通道(AO)

?模擬量輸出通道(AO)一般將計算機輸出的數(shù)字信號轉換為4~20mADC(或1~5VDC)的連續(xù)直流信號，用于控制各種執(zhí)行機構。30整理課件②開關量輸入/輸出通道(SI/SO)●開關量輸入通道(SI)主要用來采集各種限位開關、繼電器或電磁閥連動觸點的開、關狀態(tài)，并輸入至計算機?！耖_關量輸出通道(SO)主要用于控制電磁閥、繼電器、指示燈、聲光報警器等只具有開、關兩種狀態(tài)的設備。31整理課件③脈沖輸入通道(PI)脈沖輸入通道(PI)將現(xiàn)場儀表〔如渦輪流量計等〕輸出的脈沖信號處理后送入計算機。32整理課件2.2.2操作站嵌入型臺式操作站

桌面型操作站信息報警站工程師站控制站顯示器標準鍵盤

主機操作站主機柜

工作臺中央控制室設備33整理課件

●操作臺

●微處理機系統(tǒng)

●外部存儲設備

●圖形顯示設備

●操作鍵盤和鼠標

●打印輸出設備DCS操作站主要設備操作站設備34整理課件辦公桌式操作臺打印機顯示器鍵盤計算機系統(tǒng)

操作臺做成一臺桌子形式，桌臺面上放置顯示器和操作鍵盤，而處理機系統(tǒng)放在桌下或桌上。35整理課件集成式操作臺

操作臺是一個金屬整體，將處理機系統(tǒng)、顯示器和操作鍵盤等嵌在其內(nèi)。36整理課件雙屏操作臺上屏下屏操作鍵盤

在一個操作臺內(nèi)嵌有上、下兩個屏幕，雙屏幕用一個處理機系統(tǒng)和一個操作鍵盤控制。37整理課件處理機——高性能的工業(yè)控制機38整理課件DCS專用薄膜鍵盤系列39整理課件JX-300X的操作員鍵盤40整理課件工程師站畫面一41整理課件工程師站畫面二42整理課件儀外表板顯示畫面操作員站畫面一43整理課件時間范圍前翻半頁后翻半頁當前顯示在數(shù)據(jù)庫中位置本頁時間本頁描述時間軸時間軸指示時間顯示全部曲線消隱全部曲線趨勢曲線顯示畫面操作員站畫面二44整理課件報警顯示畫面操作員站畫面三45整理課件故障診斷畫面操作員站畫面四46整理課件調整畫面操作員站畫面五47整理課件典型DCS控制室布局48整理課件2.2.3冗余技術1.冗余方式冗余技術多重化自動備用簡易的手動備用后退運轉同步運轉待機運轉49整理課件〔1〕多重化自動備用雙重化配置輸入輸出輸入輸出三重化配置50整理課件①同步運轉方式●讓兩臺或兩臺以上的設備或部件同步運行，進行相同的處理，并將其輸出進行核對。●兩臺設備同步運行，只有當它們的輸出一致時，才作為正確的輸出，這種系統(tǒng)稱為“雙重化系統(tǒng)〞(DualSystem)?！袢_設備同步運行，將三臺設備的輸出信號進行比較，取兩個相等的輸出作為正確的輸出值，這就是設備的三重化設置。51整理課件②待機運轉方式●同時配備兩臺設備，使一臺設備處于待機備用狀態(tài)?！癞敼ぷ髟O備發(fā)生故障時，啟動待機設備來保證系統(tǒng)正常運行。這種方式稱為1:1的備用方式?！駥τ贜臺同樣設備，采用一臺待機設備的備用方式就稱為N:1備用?！翊龣C運行方式是DCS中主要采用的冗余技術。52整理課件③后退運轉方式●使用多臺設備，在正常運行時，各自分擔各種功能運行?！癞斊渲兄话l(fā)生故障時，其他設備放棄其中一些不重要的功能，進行互相備用。53整理課件〔2〕簡易的手動備用方式●采用手動操作方式實現(xiàn)對自動控制方式的備用?！癞斪詣臃绞桨l(fā)生故障時，通過切換成手開工作方式，來保持系統(tǒng)的控制功能。54整理課件2.冗余措施●操作站的冗余：采用工作冗余的方式。●現(xiàn)場控制站的冗余：有的采用

1:1冗余，也有的采用N:1冗余。采用無中斷自動切換方式?！耠娫吹娜哂啵撼?20V交流供電外