DCS集散控制系统学习教程.doc
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《DCS集散控制系统学习教程.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《DCS集散控制系统学习教程.doc(22页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、幻灯片1第二章 集散控制系统 (DCS)幻灯片22.1 DCS的形成、发展和特点2.1.1 DCS的概念 集散控制系统(Distributed Control System)亦称分布式控制系统(简称DCS),是结合多种先进技术而形成的,对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种控制技术,是随着现代大型工业生产自动化的不断发展和过程控制要求的日益复杂应运而生的一种综合控制系统,是完成过程控制、过程管理的现代化设备。 幻灯片3 国外称集散控制系统是4C 技术的产物。这4C 就是指控制技术(Control)、计算机技术(Computer)、通信技术(Communication)、和CRT(C
2、athode Ray Tube)技术。DCS既不同于分散的仪表控制,又不同于集中式计算机控制系统,是4C 技术相互渗透发展而产生的 。幻灯片42.1.2 DCS的发展情况 过程控制设备的发展历史,大概有以下几个阶段:30年代机械式仪表现场操作;40年代大型气动式仪表控制室操作;50年代气动单元组合仪表控制室操作;60年代电动单元组合仪表;70年代集散控制系统。即经过了就地分散控制模拟仪表集中控制计算机集中控制计算机分散控制(DCS)几个阶段。 集散控制系统从诞生之日起,已经历了三代,目前的第四代正在发展之中。 幻灯片5l DCS开创期:19751980年l 代表产品:Honeywell,TDC
3、2000l FOXBORO,Spectruml Baily,N-90l 恒河,CENTUM这些第一代的集散控制系统以微处理器为基础的过程控制单元,实现多种控制功能算法,并实现分散控制;采用带显示器的操作站,与过程控制单元分离,实现集中监视、集中操作、信息综合管理;采用较先进的冗余通信系统、用同轴电缆作为传输媒质,实现控制单元与操作站的通信,已具有DCS的基本特点(即分散控制,集中管理),是DCS的雏形。 幻灯片6l DCS成长过渡期:19801985年 l 代表产品:未变l 第二代的主要特点是在原来产品的基础上进行改进,进一步提高可靠性并扩展和增强了功能。l 其特点是采用模块化、标准化设计,数
4、据通信向标准化迁移,板级模块化,单元结构化,使之具有更强适应性和可扩充性;新开发的多功能过程控制站、增强型操作站采用了16位CPU及高分辨率CRT技术;通信系统已采用局域网络(从主从式的星形变为总线网络或环网通信),使系统通信范围扩大,同时数据传输速率也大大提高;控制功能更加完善,它能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制功能。其基本结构由六部分组成,即局域网络、多功能现场控制站、增强型操作站、主计算机、网络连接器和系统管理站等。 幻灯片7l DCS完善期:80年代中后期 l 代表产品:Honeywell,TDC3000l FOXBORO,I/A SERIESl Baily,INFI-90
5、l Moore ,PACS 这阶段的特点是向开放式、标准化方向发展:实现了开放式的系统通信, 向上能与 MAP 和 Ethernet 接口,或者通过网间连接器与其它网络联系,构成复合管理系统,并与不同制造商的产品能进行数据通信;向下支持现场总线,它使得过程控制或车间的智能变送器、执行器和本地控制器之间能实现可靠的实时数据通信。 幻灯片8l 开放系统是第三代集散控制系统主要特征。根据X/OPEN协会的定义,以规范化与实际存在的接口标准为依据而建立的计算机系统、网络系统及相关的通信系统,这些标准可为各种应用系统的标准平台提供软件的可移植性、系统的互操作性、信息资源管理的灵活性和更大的可选择性。l
6、开放系统的基本特征如下:l 可移植性(portability)l 互操作性(interoperability)l 可适宜性(scalability) 可得到性(availability) 幻灯片9l DCS管控一体化时期:90年代初至今 l 代表产品:l Honeywell,TPS系统(Total Plant System)l PKS系统(Process knowledge System)l FOXBORO,I/AS 50/51系列控制系统 Invensysl 横河,CENTUMCSl ABB,ADVANT系统OCS开放控制系统当今的 DCS是生产过程控制系统与信息管理系统紧密结合的“管控一体
7、化”的新一代集散型控制系统。由于工厂、企业的信息集成和管理已经提到一定的高度,DCS 系统的功能已不再只局限于生产过程的控制,在整个工厂、集团公司的管理中,DCS 也能发挥相应的作用。 幻灯片10DCS发展趋势: 向上发展:即向计算机集成制造系统(CIMS:Computer Integrated Manufacturing System)、计算机集成过程系统(CIPS:Computer Integrated Production System)等信息化集成化系统发展。 向下发展:即向现场总线控制系统发展(FCS:Fieldbus Control System),把系统控制能力移到现场,使得控制
8、得到最终的分散,减少了输入输出的接口,减少了机柜的空间和附属设备。 幻灯片112.1.3 DCS的特点 DCS集散控制是一个以通信网为纽带的集中显示、操作、管理、控制相对分散的多级计算机网络控制系统,由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成。 DCS 具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等特点。 幻灯片12l 分级递阶系统l 垂直方向:至少分为两级操作管理级和过程控制级。 水平方向:相互谐调的分级,把数据向上传送到管理级,同时接收操作管理级的指令,各个水平分级之间相互进行数据交换。 幻灯片13l 分散控制l
9、 集中:DDC,一旦计算机出现故障,将造成过程操作的全部瘫痪。 分散:不仅是分散控制,还包含其它含义,如人员分散,地域分散,功能分散,设备分散,操作分散等。目的是使危险分散,提高设备的可利用率。 幻灯片14l 自治和谐调性l DCS 上各工作站独立自主地完成分配给自己的规定任务,具有控制功能分散,危险分散的特点,提高了系统的可靠性。各站的容量可扩充,配套软件随时可组态加载,是一个能独立运行的高可靠性子系统。 各自独立的部分通过实时高可靠的工业控制局部网络传送各种信息并协调工作,实现整个系统的信息共享;根据系统的特性对各个工作站进行协调控制,从而完成控制系统的总体功能和优化控制。 幻灯片15l
10、友好性l DCS 的人机接口和软件面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员,操作方便,显示直观,了解生产状况直观。 DCS软件采用实用而简捷的人机会话系统,CRT高分辨率交互图形显示,复合窗口技术,画面丰富,纵观、控制、调整、趋势、流程图、回路一览、批量控制、计量报表、操作指导画面、菜单功能等均具有实时性。平面密封式薄膜操作键盘、触摸式屏幕、鼠标器、跟踪球等操作设备使其更便于操作。 幻灯片16l 适应性、灵活性和可扩充性l DCS 的硬件和软件采用开放式、标准化和模块化设计,系统为积木式结构,具有灵活的配置,可适应不同用户的需要。 当工厂根据生产需要改变生产工艺和流程时,可改变系统的某
11、些配置和控制方案,通过组态软件,进行一些填写表格式的操作即可实现。 幻灯片17l 在线性与实时性 通过人机接口和I/O 接口,DCS 对过程对象的数据进行实时采集、处理、记录、监视、操作控制,并包括对系统结构和组态回路的在线修改、局部故障的在线维护等,提高了系统的可用性。 幻灯片18l 可靠性 高可靠性、高效率和高可用性是DCS的生命力所在,系统在设计阶段就采用了一系列可靠性设计技术。如:容错设计、冗余设计(硬件双重化)、在线故障排除设计以及一系列抗干扰措施,使系统的可靠性得到了全面的提高。 幻灯片192.1.4 国内DCS的发展情况 DCS问世于1975年,生产厂家主要集中在美、日、德等国。
12、我国从70年代中后期起,首先以大型进口设备成套引入国外的DCS,首批有化纤、乙烯、化肥等项目。当时,我国主要行业(如电力、石化、建材和冶金等)的DCS基本全部进口。80年代初期在引进、消化和吸收的同时,开始了研制国产化DCS的技术攻关。 幻灯片20 近十几年来,特别是“九五”以来,我国DCS系统研发和生产发展很快,崛起了一批优秀企业,但国外DCS产品在国内市场中占有率还较高,其中主要是Honeywell和恒河公司的产品。今后几年,DCS作为自动化仪表行业主要产品的地位不会动摇。幻灯片212.2 DCS的体系结构2.2.1 DCS的体系结构概述 DCS的结构是一个分布式系统,从整体逻辑结构上讲,
13、是一个分支树结构。其纵向结构分为过程控制级、控制管理级和生产管理级三级递阶结构。整个系统由3 部分构成,即集中管理部分、分散控制监测部分和网络通信部分。 幻灯片22DCS体系结构示意图 :幻灯片23 DCS系统层次化结构的形成,经历了20世纪60年代的中央计算机集中控制,20世纪70年代的两级自动化控制结构和其后的三层计算机控制系统三个阶段。右图为三级计算机控制系统图。 幻灯片24 DCS系统的体系结构按功能通常分为四级,第一级为直接控制级,第二级为过程管理级,第三级为产品管理级,第四级为经营管理级。各级之间通过通信网络相连,各级内部各站或单元由本级的通信网络进行通信联系。 幻灯片25DCS系
14、统的功能分层图 :幻灯片262.2.2 DCS体系结构的各层功能 DCS体系结构的各级功能,总体上可用下图表示: 幻灯片27l 直接控制级(过程控制级) 在这一级上,过程控制计算机直接与现场各类装置(变送器、执行器、记录仪等)相连,对所连接的装置实施检测与控制,同时接收上层来的管理信息,并向上层传递装置的特性数据和采集到的实时数据。 幻灯片28 直接过程控制级是集散控制系统的基础,其主要功能有: (1)进行过程数据采集:现场检测模拟量、数字量和脉冲量的输入/输出并进行转换处理,控制运算结果的直接输出。 (2)进行直接的数字过程控制:根据控制组态数据库中的控制算法模块,各种控制回路的运算(回路调
15、节、逻辑运算等等),来实施对实时过程量的控制。 (3)进行设备监测和系统的测试和诊断:把过程变量和状态信息提取后,分析是否可以接受以及是否允许向高层传输,进而确定是否对被控装置实施调节 ;必要时实施报警、错误或诊断报告等措施。 (4)实施安全性、冗余化方面的措施:一旦发现故障,就立即实施备用件的切换 。 幻灯片29l 过程管理级l 在这一级上的过程管理计算机主要有监控计算机、操作站、工程师站。它综合监视过程各站的所有信息,集中显示操作,控制回路组态和参数修改,优化过程处理等。这一层的具体功能有:l 优化过程控制 l 自适应回路控制 l 优化单元内各装置 幻灯片30 工程师站:负责系统的管理、控
16、制组态、系统的生成与下装; 操作员站:是人机接口,由PC机系统(含CRT、键盘、打印机)负责生产工艺的操作控制、过程状态显示、报警状态显示、实时数据和历史数据的显示、打印等; 上位机:即管理计算机,它实现生产调度管理、优化计算、生产经营管理与分析决策等层次的管理和计算。 幻灯片31l 产品管理级(生产管理级)l 在这一级上的管理计算机根据产品各部件的特点,协调各单元级的参数设定,是产品的总体协同员和控制器,负责厂级的生产调度和优化。 要求根据用户的订货情况、库存情况、能源情况来规划各单元中的产品结构和规模,并可对产品重新计划,随时更改产品结构。对于综合全厂生产和产品监视,以及产品报告也都在这一
17、层实现,并与上层交换传递数据。具体有:规划产品结构和规模;产品监视;产品报告;工厂生产监视。 幻灯片32l 经营管理级 经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层,负责全厂的总体协调管理,包括工程技术方面、经济方面、商业事务方面、人事活动等等,以达到组合优化的目的 。 幻灯片33这一级的主要功能包括: 市场经济情报:包括情报收集、市场分析、预测、用户反馈、市场趋势等。 销售管理:包括合同管理、定货交货统计、合同履行、材料库存、外购定货管理等。 生产管理:生产定货安排、零部件计划、外协管理、工期管理等。 成本控制:包括制造成本、管理成本、价格核定等。 质量管理:包括零部件、半成品、成品质量、外协部件
18、质量控制的统计、工艺参数分析等。 幻灯片342.2.3 DCS示例霍尼韦尔TDC-3000系统 美国Honeywell公司1975年推出第一套集散控制系统TDC-2000以来,相继推出TDC-3000、TDC-3000*和TPS系统。目前,在世界上应用较广而又具有四层体系结构的首推Honeywell 公司推出的TDC 3000系统,它于1983年10月发布,其宗旨就是要解决过程控制领域内的关键问题过程控制系统与信息管理系统的协调,为实现全厂生产管理提供最佳系统。 而TPS是Total Plant Solution的缩写,它是全厂一体化系统。幻灯片35 在集散控制系统的构成图上,高速数据公路为通
19、信系统的部分是该公司的第一代系统(TDC-2000);以就地控制网(LCN)为通信系统的部分是第二代系统(TDC-3000);以万能控制网(UCN)为过程控制器的通信网络、以UCN为开放式平台的TDC-3000*系统是第三代系统;而TPS系统是以WinNT为开放式平台的新一代系统。 幻灯片36TDC-3000系统分层结构图 幻灯片37l 通信系统 TDC-3000系统的通信网络包括工厂信息网(PIN)、就地控制网(LCN)、万能控制网(UCN)、数据高速公路(DH)和现场总线。幻灯片38 工厂信息网(PIN):信息管理的重要组成部分,通过TPS节点(GUS、PHD),PIN可直接与LCN相连,
20、实现管理信息系统与过程控制系统相连。 局部控制网络(LCN):是TPS系统的主干网,符合IEEE 802.2和IEEE 802.4的载波通信网络,曼彻斯特编码,实时时钟速率12.5kHZ。媒体控制采用令牌存取通信控制方式,符合IEEE802.4(令牌总线访问控制),数据传输速率5Mbit/s,总线型拓扑结构。 幻灯片39 万能控制网络(UCN):是1988年开发的以MAP为基础的双重化实时控制网络,令牌传送载波带(模拟信号)总线网络,数据传输速率为5Mbit/s,支持32个冗余设备。 数据公路(Data Highway):是第一代集散型控制系统的通信系统,采用串行、半双工方式工作,优先存取和定
21、时询问方式控制,传输介质为75同轴电缆,传输速率为250 kBit/s。DH上设置了一个通信指挥器HTD来管理通信,任何DH之间的通信必须由HTD指挥。 幻灯片40l 分散过程控制装置 l Honeywell的TDC-3000系统提供三个不同等级的分散控制:l 以过程控制设备(如PM、LM以及DH上各设备)为基础,并对控制元件进行控制的过程控制级;l 先进控制级,包括比过程控制级更加复杂的控制策略和控制计算,通常称为工厂级; 最高控制级,提供用于高级计算的技术和手段,例如适用于复杂控制的过程模型,过程最优控制及线性规划等,称为联合级。 幻灯片41l TDC-3000系统的操作和管理站l 增强型
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- DCS 集散 控制系统 学习 教程
![提示](https://www.deliwenku.com/images/bang_tan.gif)
限制150内