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1、2020/7/3,1,第9章 集散控制系统,2020/7/3,2,主要内容,集散控制系统的发展过程 集散控制系统的概念 集散控制系统的体系结构 集散控制系统的功能特点 集散控制系统的发展趋势 典型的集散控制系统,2020/7/3,3,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,随着大规模集成电路的问世，微处理器的诞生，控制技术、显示技术、计算机技术、通信技术等的进一步发展，人们开始将计算机应用于仪表产品和控制系统中。,2020/7/3,4,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,最初的计算机控制系统是替代常规控制仪表的直接数字控制系统（DDC），它容易进行信息通信，实现集中控制、显示和操作，控制精度高
2、，使生产过程综合控制水平得到提高。但是，在大型工厂或装置中，一台计算机往往要集中控制几十甚至几百个回路，事故发生的危险性高度集中，一旦计算机控制系统出现故障，控制、监视和操作都无法进行，给生产带来很大影响，甚至造成全局性的重大事故。集中控制的固有缺陷使DDC未能得到普及推广。,直接数字控制系统的不足,2020/7/3,6,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,DCS英文直译为“分散控制系统”。“集散控制系统”是按中国人习惯理解而称谓的，集散控制系统的主要特征是它的集中管理和分散控制。 它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式，同时也为正在发展的先进
3、过程控制系统提供了必要的工具和手段。,2020/7/3,7,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,自从美国霍尼韦尔（Honeywell）公司于1975年首次向世界范围推出TDC2000集散控制系统以来，DCS的结构和性能日臻完善，已经在炼油、石油化工、电力、钢铁、纺织、食品加工等部门得到了广泛的应用，取得了良好的经济效益。纵观DCS发展过程，大致可分为三个阶段。,2020/7/3,8,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,（1） 第一阶段（初创期） 1975-1980年是初创阶段。世界各大公司纷纷推出自己的集散型控制系统，这一时期典型的DCS系统除了Honeywell的TDC-2000系统外，
4、还有Foxboro的Spectrum系统、Yokogawa（横河）的CENTUM系统、Bailey公司的Network-90系统、Siemens的Teleperm M系统和肯特公司的P4000等。,2020/7/3,9,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,（2） 第二阶段（成熟期） 1980-1985年的第二阶段是DCS的成熟期。这期间随着各种高新技术，特别是信息处理技术和计算机网络技术的飞速发展，一方面是硬件和软件技术不断更新，例如现场控制的CPU由16位向32位过渡，现场控制站的功能大为增强；操作站采用高分辨率的CRT和掩模式控制盘；系统软件水平不断提高，系统自检功能增强，开发了各类大、
5、中、小型具有数、模混合顺序控制功能的集散系统。另一方面，开发了高层次的综合信息管理系统，以适应企业发展的需要。由于系统技术不断成熟，通过众多厂家参与竞争，DCS价格开始下降，DCS的应用更加广泛。 典型的DCS产品类型有： Honeywell的TDC-3000、Taylor公司的MOD300、ABB公司的MASTER、LEEDS (2)支持实时的状态显示。可实时显示本模块的运行状态和通讯状态; (3)支持带电插拔; (4)周期性的故障检测。定期检测模块自身CPU的工作状态。一旦CPU出现故障，在保证安全的前提下，WATCHDOG电路可使模块复位。 (5)具备较完备的保护功能。这些保护功能包括：
6、通道电流过载保护、DC24V反压保护、通讯线钳压保护、通道过压保护。,2020/7/3,70,现场控制站I/O单元底座,2020/7/3,71,现场控制站I/O单元底座,2020/7/3,72,现场控制站I/O单元 FM143,2020/7/3,73,现场控制站I/O单元 FM143,说明： V+为模块供电电源的+24V；GN为供电电源的地； C+、C-为通讯的正、负信号； En、Sn和Cn分别表示热电阻的EXCITE、SENSE和COM端(n=07)； NC表示不用的端子。,2020/7/3,74,现场控制站I/O单元 FM143,FM143任一路输入信号的连接（n07）,2020/7/3,
7、75,软件组成,ConMaker 控制器软件 负责系统控制站的运行与维护 FacView 人机界面软件 负责系统的在线监视、操作、控制、调试、维护,2020/7/3,76,软件组成ConMaker,开发资源管理器由：1.资源切换、2.工程结构设计、3.程序编辑器、4.库管理器、5.交叉引用表、6.调用树、7.信息窗口七部分组成。,2020/7/3,77,软件组成ConMaker,ConMaker 软件具有六种控制编程语言 （1）结构化文本语言 （2）指令表语言 （3）顺序流程图 （4）梯形图 （5）功能图 （6）自定义功能图,2020/7/3,78,软件组成ConMaker,1、结构化文本语言
8、,2020/7/3,79,软件组成ConMaker,2、指令表语言,2020/7/3,80,软件组成ConMaker,3、顺序流程图,2020/7/3,81,软件组成ConMaker,4、梯形图,2020/7/3,82,软件组成ConMaker,5、功能图,2020/7/3,83,软件组成ConMaker,系统的配置与运行,2020/7/3,84,软件组成FacView,图形制作,2020/7/3,85,软件组成FacView,仪表化的控制界面,2020/7/3,86,软件组成FacView 趋势功能,三类趋势变量 周期类：以一定时间间隔存储 事件类：触发条件存储 周期事件：以一定时间间隔并满
9、足触发条件,2020/7/3,87,软件组成FacView,报警功能,组态报警：用表格的方式将报警的触发条件和参数输入到报警数据库中,包括: 开关量变位报警 带时标的报警：精确到ms时标的报警 模拟量报警：模拟量的高限、高高限、低限、低低限、偏差、速率等报警 事件报警：任意定义InterCode逻辑计算值发生上跳沿变位时的事件触发报警 硬件报警 系统自动地、不间断地、动态地轮询外围设备的状态，将所有出现的故障自动报告给操作员站,2020/7/3,88,软件组成FacView,报表统计功能,报表 Excel格式 RTF(丰富文本格式) TXT（普通ASCII文本） DBF（数据库文件） 统计 系
10、统提供各种来自于各种工业现场实践的统计功能,如最大值、最小值、平均值等,2020/7/3,89,9.7 过程控制的研究热点,当今过程控制领域的三个热点: 现场总线 现场总线技术的广泛应用，要求控制系统 I/O 设计基于现场总线 , 便于智能仪表的接入； 开放标准 -控制系统之间、控制系统于管理层和现场仪表级之间的数据交换日益增加，要求控制系统全面开放； Internet接入,2020/7/3,90,过程控制的热点OPC,需求驱动 一、当大量现场信息由智能仪表直接进入监控计算机或通过现场总线传至监控计算机后，存在着计算机内部应用程序对现场信息的共享与交互问题。由于缺乏统一的连接标准，工控软件往往
11、需要为供应商提供的硬件设备开发专用的驱动程序。这样一旦硬件设备升级换代，就需要对相应的驱动程序进行更改，增加了系统的维护费用。,2020/7/3,91,过程控制的热点OPC,需求驱动 二、现场控制层作为企业整个信息系统的底层部分必然需要与生产过程管理层和经营决策层进行集成。这样也存在着监控计算机如何与其它计算机进行信息沟通和传递的问题。由于控制系统往往是不同厂商开发的专用系统，相互之间兼容性差，与高层的商业管理软件之间又缺乏有效的通信接口，因此通信规范问题成为了制约控制系统突破“信息孤岛”的瓶颈。,2020/7/3,92,过程控制的热点OPC,2020/7/3,93,过程控制的热点OPC,20
12、20/7/3,94,过程控制的热点OPC,应用的益处 硬件和应用软件有效地分离 一、工控硬件厂商 二、工控软件厂商 三、用户,2020/7/3,95,过程控制的热点OPC,发展 1995年成立于0PC工作组 1997年在德国法兰克福成立了0PC基金会下属的OPC欧洲委员会，负责欧洲地区的技术支持、产品兼容浏试等工作：随后成立了0PC日本委员会 我国情况 华控公司 沈阳自动化仪表研究所 浙江大学,2020/7/3,96,过程控制的热点OPC,2020/7/3,97,本章小结,分散控制系统DCS是以微型计算机为基础的集散型综合控制系统。它是为满足大型工业生产的要求，从综合自动化的角度，按控制功能分散、操作管理集中的原则设计。 DCS的特点：硬件积木化、软件模块化、通信网络的应用、可靠性高。 典型的DCS体系结构分为三层：分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级。层间由高速数据通路HW和局域网络LAN两级通信线路相连，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。 典型的DCS产品：Honeywell公司的TDC-3000、Foxboro公司的I/AS、浙大中控的SUPCON JX-300,
