工厂化工DCS系统

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1、DCS 集散控制系统(Distributed Control System)是 20 世纪 70 年代中期发展起 来的以微处理器为基础的分散型计算机制系统。它是控制技术（Control） 、计算 机技术（Computer） 、通信技术（Communication） 、图形显示(Display)相结合的 产物该装置是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散制 的一种全新的分布式计算机控制系统。 DCS 的基本结构 DCS 控制系统包括分散过程控制装置、操作管理装装置、数据通信系统。 分散过程控制装置 是集散控制系统与生产过程间的界面，生产过程的各种变量通过分散控制装 置转化为操作监

2、视的数据，而操作的各种信息也通过分散控制装置送到执行机 构。在分散控制站装置内，进行模拟量与数字量的相互转换，完成控制算法的各 种运算，对输入量与输出量进行有关的软件滤波及其他的一些运算。 操作管理装置 是操作人员与集散控制系统间的界面，操作人员通过操作管理装置了解生产 过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产系统。生产过程的各种参数在操 作管理装置上显示，以便于操作人员监视和操作。 包括操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。以及工厂管理信息系统 （MIS 系统） ，这是 DCS 更高层次的应用。 数据通信系统 完成分散控制装置与操作管理装置之间的数据传递与交换，使之连成一个整 体。通讯

3、网络有几种不同的结构行式。如总线式、环形和星形。总线形在逻辑上 也是环形的。星形的只适用于小系统。不论是环形还是总线形，一般都采用广播 式。其它一些协议方式已用的较少。通讯网络的速率在 10M 和 100M 左右。 有的集散控制系统在分散控制装置内又增加了现场级的控制装置和现场总 线的通信系统； 有的集散控制系统在操作管理装置内增加了综合级的控制装置和 相应的通信系统。但从总的结构来看，都是由这三部分组成的。 DCS 集散控制系统的硬件构成 1、控制站 控制站包括现场控制站和数据采集站等。由机柜、电源、控制计算机、其他 部件组成。 现场控制单元的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环

4、反馈 控制、顺序控制和批量控制。 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元以构成现场控 制站。以面向连续生产的过程控制为主，顺序逻辑控制为辅，构成一个可以实现 多种复杂控制方案的现场控制站； 以顺序控制、 联锁控制功能为主的现场控制站； 构成对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。 2、操作站 DCS 操作站一般分为操作员站和工程师站两种。 工程师站主要是技术人员与控制系统的人机接口，可以对应用系统进行监 视。工程师站为用户提供了一个灵活的、功能齐全的工作平台，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 DCS 的工程师站可以用一个操作员 站代替。 操作站的主要

5、设备有操作台、微处理机系统、外部存储设备、图形显示设备、 操作键盘和鼠标、 DCS 的软件系统 包括组态软件、控制层软件和监控软件 （1）组态软件： 安装于工程师站。完成系统控制层软件和监控软件的组态功能。 根据实际生产过程控制的需要，预先将 DCS 所提供的硬件设备和软件功能 模块组织起来，以完成特定的任务。要做的组态主要包括：硬件配置、数据库组 态、控制算法组态、流程显示及操作画面组态、报表组态、编译和下装 （2）控制层软件： 特指运行于现场控制站的控制器中的软件，针对控制对象，完成控制功能。 其基本功能：I/O 数据的采集、数据预处理、数据组织管理、控制运算及 I/O 数据的输出。 （3

6、）监控软件 指操作员站或工程师站上的软件，主要完成操作人员所发出的各个命令的执 行、 图形与画面的显示、 报警信息的显示处理、 对现场各类检测数据的集中处理。 当下化工生产特点明显：易燃、易爆、易中毒，高温、高压，有腐蚀等。 因而，有更大的危险性。 化工生产有四个特点： (1)化工生产使用的原料、半成品和成品种类繁多， 绝大部分是易燃、易爆、有毒害、有腐蚀的危险化学品。 (2)化工生产要求的工 艺条件苛刻。有些化学反应在高温、高压下进行，有的要在低温、高真空度下进 行。 (3)生产规模大型化. 化工生产采用大型装置可以明显降低单位产品的建设 投资和生产成本，提高劳动生产能力，降低能耗。同时大型

7、化会带来重大的潜在 危险性。 (4)生产的高度自动化与连续化。 化工行业鲜明的特点决定了它向着更高的自动化发展。这就离不开 DCS 的 发展。DCS 的出现改变了化工原来的生产状况，让生产变得更安全，让工作变 得更轻松，让化工生产不再是高劳动密集型产业。以往谈到化工厂，人们想的便 是燥热的厂房，烟雾缭绕的厂区，震耳欲聋的机器声，刺鼻难闻的化工产品的气 味，还有化工生产的危险性。 “高高兴兴上班，平平安安下班”常常作为化工厂 的标语。DCS 的出现改变了这一切，现在来到化工厂，有鸟语有花香，工人们 在干净整洁的中控室进行操作，通过 DCS 系统对化工生产进行控制，不再需要 任何事情都要去化工生产

8、区域。 化工生产和 DCS 的结合重要的体现：1. 控制。以前任意一个阀门都要人去 现场开，既要时间又要精力，现在只要在 DCS 画面上点动一个阀门控制按钮， 阀门就可以按照要求动作。2. 数据。作为化工生产最关键的参数，现在 DCS 上 可以清楚的看到目前生产过程中操作人员需要了解的数据信息， 可以方便化工操 作。3. 安全。化工生产存在着一定危险性，在发现安全问题时，以前都是人为 去解决这类问题，这样很难对问题处理人员提供安全保障，现在就可以直接在 DCS 针对流量、压力、温度等参数出现的情况进行调整。4.操作。以前化工用 二次表来显示控制，它只能满足简单的阀门开关、数据显示，而现在通过

9、DCS 内的模块我们可以实现高度的自动化，比如液位高了自动关闭阀门，压力高了自 动打开阀门，流量到了自动停止加料等等诸多操作，甚至能让连续化生产的产品 只要按一个按钮就能实现完全自动生产。 5.分析。 以前化工总是通过不断的实践， 多次的尝试才能对产品生产带来提高， 现在有了 DCS 它对生产过程每时每刻都在 监控记录，而这些记录数据完整地提供产品原料消耗、产品收率等数据，工艺上 就能根据这些数据做出相应调整。 系统的硬件、软件均采用国际知名品牌，集中操作，保证系统的安全、可 靠、连续运行。自动控制中枢由 1 台操作员站（OS）,1 台工程师站(ES)，系统 达到先进、可靠、稳定运行的目的。

10、选用西门子自动化 PLC 控制系统，该控制系统对生产工艺过程的流量、液 位、温度、压力、电机速度工艺参数检测和控制，其中流量检测控制 67 点，液 位检测控制 50 点，直流电机速度检测控制 51 点：在流量控制方面，要求流量定 值控制，DCS 能自动控制流量值，操作人员在控制室操作能实时操作控制，CRT 准确显示实时流量和累计流量；在液位控制方面，DCS 能按工艺对各储槽液位控 制要求自动控制，能自动对液位高报警及高高液位联锁。对直流电机速度控制采 用手动/自动选择方式控制，在自动控制状态下，由 DCS 按工艺要求准确监控直 流电机转速；操作人员可根据需要将自动控制状态切换到手动状态，操作人

11、员依 据现场转速表显示速度数值直接调整电位器改变电机转速， 以达到现场测试流量 数值与相对应的电机转速。 AI-8*8 Pt100-8*7 AO-4*2 DI-16*20 DO-16*20 118 56 118 320 64 实际配置 I/O 点数有 15的余量。 1.1.1 操作员站 操作员站实现集中操作和统一调度。其具体的功能为： 监控系统的状态和生产的过程，完成控制方案的具体实现。 生成系统数据库，用户画面和报告。 检测和诊断故障，维护设备。 管理信息，并实现通讯方案。 该系统设置 1 台操作员站，研华工控机配置 H61 Intel 主板，双通道支持 16G 内存， 硬盘 500GB，

12、CRT 为 24彩显， 操作键盘， 鼠标。 系统供电电源为 220VAC， 15%/50Hz。安装一套西门子 WinCC 或国产 Kingview 运行版软件，操作界面及 菜单为中文。 采用视窗控制中心制作的操作画面，不仅视觉美观，功能也极其强大。其主 要功能包括： 图形设计系统、 各种 WINDOWS 应用程序接口、 数据处理、 生产报表、 报警信息系统、各种生产过程数据的记录和归档等。 过程控制系统的操作员站是过程控制的窗口， 所有的操作与管理人员及维护 工程师都能够在标准、友好和面向工艺的窗口上跟踪过程活动或者参与生产控 制，同时得到报警和操作员提示。 WinCC是西门子公司在自动化领域

13、采用最先进的技术与微软公司共同开发的 居于世界领先地位的工控软件。所以，基于 WinCC 的操作员站是一个强大的全面 开放的监控系统，既可以用来完成小规模的简单过程监控应用，也可以用来完成 复杂的应用。操作员站可以针对任何生产工艺生成美观而便捷的人机对话窗口， 使操作员能够清晰地参与和优化生产过程及报警。 控制系统的每个 CRT 都能综合显示字符和图形信息， 操作人员完全可以利用 鼠标通过 CRT 的画面实现对生产运行过程的操作和监视。 （每幅）画面都能显示过程变量的实时数据和设备的运行状态，这些数据和 状态在规定时间内更新一次。数据或图形的显示随过程状态而变化。棒图和趋势 图可以在任意画面的

14、任意位置显示。 控制系统的所有测点，包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量 输出、中间变量和计算值都可以在画面上显示。对每一个测点，还包括显示其位 号、文字说明、工程单位、高低限值等。 操作员站可提供多种窗口显示。 操作员站软件具备顺控逻辑和步序的模拟图显示功能， 画面的数量是不受限 制的。运行人员可以通过鼠标对画面中的被控装置进行手动控制。画面上的设备 正处于自动程控状态时， 模拟图上显示出设备的最新状态及自动程序目前进行至 哪一步。如果自动程序失败，则有报警并显示出故障出现在哪一步。 操作员站软件为用户提供了丰富的图形和仪表符号图库， 用户还可以建立自 定义的新图库，新建的图库可以

15、被存储和检索。 操作员站的性能直接依赖于 PC 硬件的性能。 采用高性能的 PC 将明显获得高 的性能。画面的数量只受硬盘容量的限制，每幅画面容纳的过程测点数可以达到 500 个以上。 操作员站采用多层显示结构，显示的层数可根据工艺过程和运行要求来确 定，这种多层显示可使运行人员方便地翻页，以获得操作所必须地细节和对特定 地工况进行分析。多层显示包括总貌显示（区级显示）、成组显示和回路显示。 操作员站提供地标准显示画面有报警显示、趋势显示、成组显示等。 系统为模块化结构，能可靠完成顺序控制、过程回路控制和过程参数采集等 功能。 数字量输入/输出模件的输入/输出信号类型为 24VDC。每个数字量

16、模板输入 通道拟采用现场的无源节点信号，每个输出通道均外配继电器来隔离 220VAC 5A 现场信号。 模拟量输入模件（AI）的为 420mA，系统能提供两线制变送器 24VDC 电源， 各通道间隔离。输出模件（AO）为 420mA 的标准信号，各通道间隔离。 输入/输出模件与现场信号间隔离。输入/输出模件通道之间隔离。 1.1.2 工程师站 该系统设置一台工程师站，研华工控机配置 H61 Intel 主板，双通道支持 16G 内存， 硬盘 500GB， CRT 为 24彩显， 操作键盘， 鼠标。 系统供电电源为 220VAC， 15%/50Hz。安装一套西门子 WinCC 或国产 Kingview 开发版、工程师软件包软 件,实现系统全局编程、调试。 现场工程师可在工程师站上进行软件开发、在线编程、在