DCS集散控制系统-ppt课件.ppt
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1、第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/271第2章集散控制系统基 础 知 识第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/272 集散控制系统的体系结构集散控制系统的体系结构 集散控制系统的硬件结构集散控制系统的硬件结构 集散控制系统的软件体系集散控制系统的软件体系 集散控制系统的基本功能集散控制系统的基本功能 数据通信技术数据通信技术本章主要内容本章主要内容精品资料第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识 你怎么称呼老师? 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点,你是否会认为老师的教学方法需要改进? 你所经历的课堂,是讲座
2、式还是讨论式? 教师的教鞭 “不怕太阳晒,也不怕那风雨狂,只怕先生骂我笨,没有学问无颜见爹娘 ” “太阳当空照,花儿对我笑,小鸟说早早早”第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2752.1 2.1 集散控系统的体系结构集散控系统的体系结构本节内容提要本节内容提要集散控制系集散控制系统体系结构统体系结构的的特征特征纵向分层纵向分层横向分散横向分散设备分级设备分级网络分层网络分层按照功能,集散按照功能,集散控制系统设备分控制系统设备分为四级为四级现场控制级现场控制级过程控制级过程控制级过程管理级过程管理级经营管理级经营管理级与四级设备与四级设备对应的四层对应的四层网
3、络网络现场网络现场网络控制网络控制网络监控网络监控网络管理网络管理网络第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/276图图2.1 集散控制系统的体系结构集散控制系统的体系结构 现场网络现场网络控制网络控制网络监控网络监控网络管理网络管理网络第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2771.现场控制级 典型的现场控制级设备典型的现场控制级设备各类各类传感器传感器各类各类变送器变送器各类各类执行器执行器现场控制级设备的主要任务现场控制级设备的主要任务完成过程完成过程数据采集与处理。数据采集与处理。直接输出操作命令、直接输出操作命令、实现分散
4、控制。实现分散控制。完成与上级设备的完成与上级设备的数据通信数据通信,实现网络数据库共享。,实现网络数据库共享。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2782.过程控制级过程控制级主要设备:过程控制级主要设备:过程控制站、数据采集站和现场总过程控制站、数据采集站和现场总线服务器线服务器等。等。过程控制站过程控制站产生控制作用。产生控制作用。可以实现可以实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制等功等功能。能。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/279数据采集站数据采集站接收大量的非控制过程信
5、息;接收大量的非控制过程信息;不直接完成控制功能。不直接完成控制功能。现场总线服务器现场总线服务器一台安装了一台安装了现场总线接口卡与现场总线接口卡与DCS监控网络接口卡监控网络接口卡的计算的计算机。机。过程控制级设备的主要功能采集过程数据,进行采集过程数据,进行数据转换与处理;数据转换与处理;对生产过程进行对生产过程进行监测和控制;监测和控制;现场设备及现场设备及 I/O I/O 卡件的卡件的自诊断;自诊断;与过程管理级进行与过程管理级进行数据通信。数据通信。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/27103.过程管理级过程管理级的主要设备:过程管理级的主要设备
6、:操作站、工程师站和监控计操作站、工程师站和监控计算机算机等。等。操作站操作站操作人员与操作人员与DCS相互交换信息的相互交换信息的人机接口设备;人机接口设备;DCS的核心的核心显示、监视、操作和管理显示、监视、操作和管理装置。装置。工程师站工程师站对对DCS进行进行配置、组态、调试、维护配置、组态、调试、维护。监控计算机监控计算机实现实现对生产过程的监督控制;对生产过程的监督控制;机组机组运行优化和性能计算,先进控制策略的实现等。运行优化和性能计算,先进控制策略的实现等。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2711过程管理级设备的主要功能对生产过程进行对生产
7、过程进行监测和控制;监测和控制;对对DCSDCS进行进行配置、组态、调试、维护配置、组态、调试、维护 ;对各种设计文件进行对各种设计文件进行归类和管理归类和管理 。实现对生产过程的实现对生产过程的监督控制,故障检测和数据存档。监督控制,故障检测和数据存档。 第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/27124.经营管理级 经营管理级的设备可能是经营管理级的设备可能是厂级管理计算机厂级管理计算机,也可能是,也可能是若干个若干个生产装置的管理计算机生产装置的管理计算机。厂级管理系统厂级管理系统的主要功能是的主要功能是监视企业各部门的运行情监视企业各部门的运行情况。况。管
8、理计算机管理计算机的要求是的要求是具有能够对控制系统做出高速反具有能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统。应的实时操作系统。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2713经营管理级设备的主要功能经营管理级设备的主要功能监视监视企业各部门的运行情况企业各部门的运行情况 ;实时监控实时监控承担全厂性能监视、运行优化、全厂负荷分承担全厂性能监视、运行优化、全厂负荷分配和日常运行管理等任务配和日常运行管理等任务 ;日常管理日常管理承担全厂的管理决策、计划管理、行政管理承担全厂的管理决策、计划管理、行政管理等任务等任务 。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基
9、础知识2020/12/27142.2 集散控制系统的硬件结构本节内容提要本节内容提要控制站控制站包括包括现场控制站现场控制站和数据采集和数据采集站等。站等。机柜机柜电源电源控制计算机控制计算机其他部件其他部件操作站操作站一般分为一般分为操作员站和工程操作员站和工程师站师站 。操作台操作台 微处理机系统微处理机系统图形显示设备图形显示设备 操作键盘和鼠标操作键盘和鼠标 打印输出设备等打印输出设备等冗余技术冗余技术冗余方式冗余方式:多重化多重化自动备用和手动备自动备用和手动备用。用。 冗余措施冗余措施:通信网通信网络冗余、操作站冗络冗余、操作站冗余、现场控制站冗余、现场控制站冗余、电源冗余、输余、
10、电源冗余、输入入/ /输出模块冗余。输出模块冗余。 第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/27152.2.1 2.2.1 现场控制站现场控制站主要设备:主要设备:现场控制单元。现场控制单元。主要任务:主要任务:进行数据采集及处理,对被控对象实施闭环反馈进行数据采集及处理,对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。控制、顺序控制和批量控制。用户可以用户可以根据不同的应用需求,选择配置不同的现场控制单根据不同的应用需求,选择配置不同的现场控制单元元以构成现场控制站。以构成现场控制站。以面向连续生产的以面向连续生产的过程控制为主,顺序逻辑控制为辅过程控制为主,顺
11、序逻辑控制为辅,构成,构成一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站; 以顺序控制、联锁控制功能为主以顺序控制、联锁控制功能为主的现场控制站;的现场控制站;构成对构成对大批量过程信号进行总体信息采集大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。的现场控制站。 第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/27161.机柜 现场控制站机柜中央控制室机柜间机柜间机柜组有了现场控制站,生产过程控制的安全性和可靠性都很容易得到保证第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2717现场控制单元多层I/O卡件箱电源单元
12、通信接口接线端子板机柜正面(前面)机柜背面(后面)现场控制站机柜第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/27182.电源电源系统的可靠性措施电源系统的可靠性措施每一个现场控制站均采用每一个现场控制站均采用双电源供电,互为冗余双电源供电,互为冗余。 采用采用超级隔离变压器超级隔离变压器,将其初级、次级线圈间的屏蔽,将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接地,以克服共模干扰的影响。层可靠接地,以克服共模干扰的影响。采用采用交流电子调压器交流电子调压器,快速稳定供电电压。,快速稳定供电电压。配有配有不间断供电电源不间断供电电源 UPS,以保证供电的连续性。,以保证供电的连续性
13、。现场控制站内各现场控制站内各功能模块所需直流电源功能模块所需直流电源一般为一般为5V、15V(或或12 V)、以及、以及+24V。 第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2719增加直流电源系统的稳定性措施增加直流电源系统的稳定性措施给主机供电与给现场设备供电的电源要在给主机供电与给现场设备供电的电源要在电气上隔离电气上隔离,以,以减少相互间的干扰减少相互间的干扰 。 采用采用冗余的双电源方式冗余的双电源方式给各功能模块供电。给各功能模块供电。一般由统一的主电源单元将交流电变为一般由统一的主电源单元将交流电变为 24V 直流电供给柜直流电供给柜内的直流母线,然
14、后内的直流母线,然后通过通过 DC-DC 转换方式将转换方式将 24V 直流电直流电源变换为子电源所需的电压。源变换为子电源所需的电压。主电源一般采用主电源一般采用 1:1 冗余配冗余配 置,置,而子电源一般采用而子电源一般采用 N:1 冗冗余配置。余配置。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/27203.控制计算机 控制器电源单元I/O卡件现场总线接口卡件导轨控制计算机控制计算机第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2721控制计算机一般是由控制计算机一般是由 CPUCPU、存储器、输入、存储器、输入 / / 输出通道输出通道等
15、基本部分组成。等基本部分组成。(1)CPU(1)CPU 用以实现用以实现算术运算和逻辑运算算术运算和逻辑运算。可以可以执行复杂的先进控制算法执行复杂的先进控制算法,如自动整定、预测控,如自动整定、预测控制、模糊控制和自适应控制等。制、模糊控制和自适应控制等。 第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2722(2)(2)存储器存储器 控制计算机的存储器分为控制计算机的存储器分为RAMRAM和和ROMROM。在控制计算机中在控制计算机中 ROM ROM 占有较大的比例占有较大的比例。由于控制计算机在正常工作时运行的是一套固定的程由于控制计算机在正常工作时运行的是一套固
16、定的程序,序,DCS中大都采用了中大都采用了程序固化的办法。程序固化的办法。在冗余控制计算机系统中,还特别设有在冗余控制计算机系统中,还特别设有双端口随机存双端口随机存储器储器RAM RAM ,其中存放有,其中存放有过程输入输出数据、设定值和过程输入输出数据、设定值和PIDPID参数等参数等。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2723(3)总线 总线是总线是将现场控制站内部各单元连接起来将现场控制站内部各单元连接起来的通信介质。的通信介质。 (4)输入/输出通道 模拟量输入模拟量输入/输出输出(AI/AO)开关量输入开关量输入/输出输出(SI/SO)数字量输
17、入数字量输入/输出输出(DI/DO)脉冲量输入通道脉冲量输入通道 (PI) 第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2724模拟量输入输出通道模拟量输入输出通道(AI/AO)(AI/AO) 模拟量输入通道模拟量输入通道(AI)(AI)模拟量输入通道模拟量输入通道(AI)(AI)将来自在线检测仪表和变送器的将来自在线检测仪表和变送器的连续性模拟电信号转换成数字信号连续性模拟电信号转换成数字信号,送给送给CPUCPU进行处理。进行处理。模拟量输出通道模拟量输出通道(AO)(AO) 模拟量输出通道模拟量输出通道(AO)(AO)一般一般将计算机输出的数字信号转将计算机输出
18、的数字信号转换为换为4-20mADC(4-20mADC(或或1-5VDC) 1-5VDC) 的连续直流信号的连续直流信号,用于,用于控制各种执行机构。控制各种执行机构。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2725开关量输入开关量输入/ /输出通道输出通道(SI/SO)(SI/SO) 开关量输入通道开关量输入通道(SI)(SI)主要用来采集各种主要用来采集各种限位开关、限位开关、继电器继电器 或电磁阀连动触点的开、关状态或电磁阀连动触点的开、关状态,并输入至计,并输入至计算机。算机。开关量输出通道开关量输出通道(SO)(SO)主要用于控制主要用于控制电磁阀、继电
19、器、电磁阀、继电器、指示灯、声光报警器指示灯、声光报警器等只具有开、关两种状态的设备。等只具有开、关两种状态的设备。脉冲输入通道脉冲输入通道(PI)(PI) 脉冲输入通道脉冲输入通道(PI)(PI)将将现场仪表(如涡轮流量计现场仪表(如涡轮流量计等)输出的为脉冲信号等)输出的为脉冲信号处理后送入计算机。处理后送入计算机。 第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/27262.2.2 2.2.2 操作站操作站嵌入型台式操作站 桌面型操作站信息报警站工程师站 控制站 显示器 标准键盘 主机 操作站主机柜 工作台 中央控制室设备中央控制室设备第第2 2章集散控制系统基础知
20、识章集散控制系统基础知识2020/12/2727 DCS DCS 操作站一般分为操作站一般分为操作员站和工程师站操作员站和工程师站两种两种。工程师站主要是工程师站主要是技术人员与控制系统的人机接口技术人员与控制系统的人机接口,可以,可以对应用系统进行监视。对应用系统进行监视。工程师站为用户提供了一个灵活的、功能齐全的工作平工程师站为用户提供了一个灵活的、功能齐全的工作平台,台,通过组态软件来实现用户所要求的各种控制策略通过组态软件来实现用户所要求的各种控制策略。有些小型有些小型DCSDCS的的工程师站可以用一个操作员站代替工程师站可以用一个操作员站代替。 第第2 2章集散控制系统基础知识章集散
21、控制系统基础知识2020/12/2728 操作台操作台 微处理机系统微处理机系统 外部存储设备外部存储设备 图形显示设备图形显示设备 操作键盘和鼠标操作键盘和鼠标 打印输出设备打印输出设备DCS DCS 操作站主要设备操作站主要设备操作站设备操作站设备第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/27292.2.3 2.2.3 冗余技术冗余技术1. 1. 冗余方式冗余方式冗余技术冗余技术多重化自动备用多重化自动备用简易的手动备用简易的手动备用后退运转后退运转同步运转同步运转待机运转待机运转第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2730同同
22、 步步 运运 转转双重化配置双重化配置输入输入输出输出输入输入输出输出三重化配置三重化配置第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2731同步运转方式同步运转方式让两台或两台以上的设备或部件同步运行,进行相同让两台或两台以上的设备或部件同步运行,进行相同的处理,并的处理,并将其输出进行核对将其输出进行核对。两台设备同步运行,两台设备同步运行,只有当它们的输出一致时,才作只有当它们的输出一致时,才作为正确的输出,为正确的输出,这种系统称为这种系统称为“双重化系统双重化系统”(Dual System)。三台设备同步运行,三台设备同步运行,将三台设备的输出信号进行比较,
23、将三台设备的输出信号进行比较,取两个相等的输出作为正确的输出值,取两个相等的输出作为正确的输出值,这就是设备的这就是设备的三重化设置,三重化设置,第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2732待机运转方式待机运转方式同时配备两台设备,同时配备两台设备,使一台设备处于待机备用状态。使一台设备处于待机备用状态。当工作设备发生故障时,启动待机设备来保证系统正当工作设备发生故障时,启动待机设备来保证系统正常运行。这种方式称为常运行。这种方式称为1:1 的备用方式的备用方式。对于对于N台同样设备,采用一台待机设备的备用方式就称台同样设备,采用一台待机设备的备用方式就称为为
24、 N:1 备用备用。待机运行方式是待机运行方式是 DCS 中主要采用的冗余技术中主要采用的冗余技术。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2733后退运转方式后退运转方式使用多台设备,在正常运行时,使用多台设备,在正常运行时,各自分担各种功能运各自分担各种功能运行行。当其中之一发生故障时,其他设备当其中之一发生故障时,其他设备放弃其中一些不重放弃其中一些不重要的功能,进行互相备用要的功能,进行互相备用。第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/2734简易的手动备用方式简易的手动备用方式采用采用手动操作手动操作方式实现对方式实现对自动
25、控制自动控制方式的方式的备用备用。当当自动方式自动方式发生发生故障时故障时,通过,通过切换成手动工作方式切换成手动工作方式,来保持系统的控制功能。来保持系统的控制功能。 第第2 2章集散控制系统基础知识章集散控制系统基础知识2020/12/27352.冗余措施通信网络的冗余:采用通信网络的冗余:采用一备一用一备一用的配置。的配置。操作站的冗余操作站的冗余:采用采用工作冗余工作冗余的方式。的方式。现场控制站的冗余现场控制站的冗余:有的采用有的采用 1:1 冗余冗余,也有的采用,也有的采用N:1 冗余冗余。采用无中断自动切换方式。采用无中断自动切换方式。电源的冗余:除了电源的冗余:除了 220V
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