集散控制系统讲座台州

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1、1000 MW超超临界火电厂集散控制系统第一章 概论第一节 机组生产过程的特点与自动化 要求信息集中显示要求：自动监视系统l数据采集系统（DAS)安全要求：自动保护系统锅炉侧：锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）汽机侧：危机遮断保护系统（ ETS)稳定经济运行要求：自动调节系统l协调控制系统 (CCS）l模拟量调节系统（MCS）l汽轮机电液调节系统（DEH)设备系统启停功能要求：l机组级顺控(APS)l功能组级顺序控制系统 (SCS)；l设备级控制（含机组保护、联锁 ）l炉膛安全监控系统；燃烧器自启停系统(BMS)顺控系统控制级示意图1-机组级；2-功能组级；3-设备级；4-生 产过程第二节 计算

2、机控制系统的组成l硬件组成l软件组成硬件组成计算机控制系统硬件一般包括：主机-CPU RAMROM系统总线 常规外部设备-输入/输出设备、外存储器等过程输入输出通道AI、AO、DI、DO操作台CRT、LED、LCD 等通信设备交换机、modem、集线器等图 1-1所示硬件组成框图图1-1 计算机控制系统硬件组成框图 链接动画*过程到计算机的连接设备-测量装置1. 测量变送器单元l温度变送器；l压力变送器；l流量变送器；l液位变送器；目前还有智能型变送器测量变送器的质量指标 l仪表的精度等级l基本误差l变差l线性度l重复性l灵敏度l不灵敏区l漂移l反映时间2. 位置测量反馈l阀位行程；l挡板开度

3、3.状态设备l泵的状态；l风机的状态；l两位置阀门的状态；l两位置挡板的状态；4. 开关测量l压力开关；l温度开关；l液位开关；*计算机到过程的连接设备-执行机构执行机构是自动控制系统中的重要组成部分， 它将控制器送来的控制信号转换成执行动作 ，从而操纵驱动调节机构进入设备的能量， 将被控变量维持在所要求的数值上或一定的 范围内。执行机构种类l自动调节阀门-最常见l自动电压调节器l自动电流调节器l控制电机等自动调节阀按照工作所用能源形式可分为：q电动调节阀：电源配备方便，信号传输快、损失小，可远距离传输；但推力较小。q气动调节阀：结构简单，可靠，维护方便，防火防爆；但气源配备不方便。q液动调节

4、阀：用液压传递动力，推力最大；但安装、维护麻烦，一般用于汽轮机电液控制系统。调节阀的特性要求（阀位-流量特性）l线性度要好；l最大流量是额定流量的1.11.2倍；l漏流量要小；l死行程要小；l饱和区要小；l变差流量要小。数字量输入通道l包括滤波、光电隔离等环节模拟量输出通道l核心部件D/A转换器l精度要求达到12bits数字量输出通道软件组成硬件仅为计算机控制系统的躯体。要使计算机正确地运行 解决各种问题，必须为它编制软件。所谓软件是指完成各种功能的计算机程序的总和，它是计 算机控制系统的神经中枢，整个系统的动作都是在软件程 序指挥下协调工作的。软件通常分为系统软件和应用软件两大类；系统软件一

5、般 由计算机厂家提供，专门用来使用和管理计算机本身的程 序；应用软件是用户针对生产过程要求而编制的各种应用 程序。应用软件l监视软件: 数据处理和报警软件等；冷端输入补偿过程点传感器/限位检验过程点报警处理过程点转换为工程单位过程点数据库存储就地和远程I/O接口l控制软件：控制算法软件：连续（PID）控制布尔逻辑 先进控制策略特殊逻辑和定时功能第三节 计算机控制系统的基本类型 n1 数据采集系统（DAS）n2 直接数字控制系统（DDC）n3 分散控制系统（DCS）数据采集系统（DAS）数据采集系统(Data Acquisition System)-是计算机应用于生产过程控制最早 、也是最基本的

6、一种类型，如图1-5所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变 送仪表发送和A/D通道或DI通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分 析和处理，并按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警。 链接动画计算机生产过程显示打印机报警操作台）ID，D/A（入输程过）OD，A/D（出输程过图1-3 直接数字控制系统 链接动画直接数字控制系统（DDC）DDC系统-是用一台计算机不仅完成对多个被控参数的数据采集，而且能按一定的控制规律进行实时决策，并通过过程输出通道发出控制信号，实现对生产过程的闭环控制，为了操作方便，DDC系统还配置一个包括给定、显示、报警等功能的操作控制台。DDC系统中的一台

7、计算机不仅完全取代了多个模拟调节器，而且在各个回路的控制方案上，不改变硬件只通过改变程序就能有效地实现各种各样的复杂控制。分散控制系统（DCS）分散控制系统-是以微处理器为基础，借助于计算机网络对生产过程进行集中管理和分散控制的先进计算机 控制系统。由于早期开发的分散控制系统在体系结构上 具有分散式系统的特征，因此国外将该类系统取名为分 散控制系统，国内也有人将其称为集散型控制系统，或 者是分布式控制系统。分散控制系统简称为DCS。DCS 采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合 协调的设计原则。它的结构组成如图12-1所示。链接动画集散控制系统的特点l硬件集成模件化l软件集成模块化l

8、它是一种以多台微处理器为基础，采用控制 功能分散、显示操作集中，兼顾分而自治和 综合协调设计原则的仪表控制系统 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMl四C技术的结合：computer, control,CRT，communication# 散功能的分散；# 集信息和操作的集中。第二章 集散控制系统的结构与特点 l现场级（现场设备）l控制级（直接控制级）l监控级（过程管理级）l管理级 （生产管理级及经营管理级）l分别由现场网络、控制网络、监控网络和管 理网络把相应的设备连接在一起 ；l网间的连接采用中继器、网桥、路由器和网 关第三章 集散控制系统的主要硬件第一节 过程控制设备 l

9、主要由过程控制站和数据采集站构成。l主要由机柜、处理器模件、电源模件、通信 模件以及各种总线和端子单元等组成 功能模件 A）CPU+只读存储器ROM +随机存储器RAM ;B）模件总线; C ) 通信接口 ;过程（I/O）模件 1）模拟量输入模件2）模拟量输出模件3）开关量输入模件4）开关量输出模件第二节 人机接口设备 l操作员站；生产过程信息集中显示，集 中 操作；l工程师站：专门用于系统设计、开发、组态 、调试、维护和监视的工具；l功能仪表第三节 系统通信设备l它将生产过程的监测、监视、控制、操作、 管理等各种功能有机的组成一个完整实体 数据通信介质l双绞线l同轴电缆l光缆第四章 集散控制

10、系统的主要软件第一节 概述 l一、分散操作系统目前使用最多的是UNIX为基础的操作系统 二、DCS的分布式数据库基本控制单元的数据库；工作站的数据库；基本控制单元的数据库l在DCS工作时，从现场测点采集来的，或从 数据通讯网络上其他节点传送过来的数据， 均被存放在实时数据库中，基本控制单元的 其他应用软件（如控制算法软件）需要数据 时，可以不直接从硬件上去取，而是直接从 实时数据库中去取用，运算的中间结果或状 态也被存放在实时数据库中。 工作站的数据库 l工作站的实时数据库也有点记录组成，即每 一个点（现场测点或经计算机处理后的点） 是实时数据库中的一个点记录。这种记录也 有若干项组成，但记录

11、的项通常很少，只有 点的数值、状态、单位、点名等，凡是操作 员站要用到的点，都包括在该数据库中。 三、现场控制单元软件系统l它可实现对几千个现场测点（模拟量、开关 量、脉冲量等测点）的数据采集和处理，以 及上百个控制回路（模拟控制回路顺序控制 回路）的计算和控制输出，甚至可实现一些 诸如自适应控制、专家系统等高级控制功能 。 1. 现场控制单元的软件结构 控制策略的执行方式l周期性：周期激活方式，用于正常运行时的 调节、机组启停功能等；l随机性：中断激活方式，用于突发性事件， 和保护功能等2 周期性软件的执行过程3 输入、输出软件 l开关量的输入；l开关量的输出 ；l模拟量输入处理 ；l模拟量

12、输出处理 ；4 过程控制软件l常规PID控制算法：5. 闭环调节回路调节器调节阀被控对象测量装置r -扰动Dyeu模块组态生成控制策略四 操作站软件l过程图形显示系统l报警管理系统l点信息l点查询l趋势（实时和历史的）l操作员事件信息l点浏览器五、工程师站软件系统l系统硬件组成的总体组态；l系统的硬件I/O的组态；l数据库组态；l控制逻辑组态；l人机接口站组态；l文件组态；l系统运行之后的维护管理基本方法。 第五章 分散控制系统的通信星型结构:将分布于各处的多个站(S1Sn)连到处于 中心位置的中央节点(N)上，任何两个站的通 信都要通过中央节点。l环型结构每个站都是通过节点(或称中继器)连接到 环形网上，所有的节点共享一条物理通道， 信息沿单方向围绕环路进行循环，按点对点 方式传输。l总线型结构网上所有节点通过硬件接口直接连到一条 公共通信线路上，任何站都可随机发送信息 ，并能被其他站所接收。网络控制方法l网络控制方法就是研究在通信网络中，信息 如何从源站迅速、正确地传递到目的站。网 络控制方法与所使用的网络拓扑结构有关， 常用的有：查询、令牌传送、CSMA/CD、 时间片寄存器输入、存储转发第六章 1000MW机组集散控制系 统配置结 束