第3章_DCS的硬件结构

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1、第3章 DCS硬件系统,3.1 DCS硬件系统概述,3.1.1 系统概述,3.1.2 系统的各层功能,1.现场控制级,设备:控制器、变送器、传感器、执行器,网络结构:星形、树形、总线形,2.过程装置控制级,设备:过程控制装置、I/O模块,3.车间管理级,设备:中央控制室操作站(人机界面),4.优化和调度管理级,作用:,3.2 DCS过程控制级,DCS的基本构成:过程控制装置;操作与监控装置;通信部分,3.2.1 过程装置控制级的特征,(1)适应恶劣的工业生产环境;,(2)分散控制;,(3)实时性;,(4)独立性;,3.2.2 智能调节器和可编程控制器,以计算机为核心,用于现场控制的数字控制器;

2、 控制规律可编程(组态)。,典型面板,常见智能控制器分类:,2.可编程控制器,3.3 现场控制站的结构,3.3.1 现场控制站的构成,层次:现场最底层。 作用:现场信号的输入与处理、实时控制与输出。 构成:功能组件、电源、接线端子、机柜、机械部件。,基本结构:总线底板+插件(电源模块、主控模块、I/O模块),主模块:,I/O模板,I/O功能板+信号调理板,插槽的使用:,每个模板配2个插槽。 左插槽插入CPU或I/O功能板,右插槽插入信号调理板。,组件配置方法(冗余结构为例):,端子板作用:信号转接,信号传递过程,机柜图,卡件实例图,机柜图,3.3.2 现场控制站的功能与可靠性维护,1.现场控制

3、站的功能,现场控制站是集散控制系统的核心,1)采集、控制功能,2)信号的采集与转换功能,3)控制策略的实现,4)通信功能,(1)系统级通信,(2)站内通信,(3)与其它智能单元的通信,2.现场控制站技术性能,3.现场控制站的可靠性,(2)系统单元级可靠性措施,(3)系统的冗余措施,(4)系统故障的隔离措施,(5)故障迅速排除措施,3.4 DCS操作员站和工程师站,3.4.1中心计算机站,作用:显示、记录来自控制单元的过程数据; 构成:本体+键盘; 分类:按结构分:台式、立式;安容量分:基本型、扩展型、高级型; 功能:操作、监视、数据处理、系统诊断、打印记录等。,(1)台式操作站与立式操作站,(

4、2)操作与监视功能,(3)多种功能键,(4)多种数据处理功能,趋势图,记录图,报表,(5)系统诊断功能,3.操作站的硬件构成,(1)操作站本体,(2)操作员键盘,(3)工程师键盘,3.4.2操作站的功能,1.功能体系,2.画面体系,3种类型画面,标准画面; 用户画面; 信息画面。,1)总貌画面,2)控制分组画面,控制分组画面作用:对相关工位进行参数调整,完成对工艺过程的操作与监视。,3)趋势记录画面,(1)实时趋势图短时、动态的趋势显示方式,在画面中显示多个随时间变化的趋势曲线。作用:对工艺过程的特性和参数进行“在线”分析,如记录过渡过程曲线和PID参数调整等。,(1)历史趋势图系统保存一段时

5、间内各变量的变化趋势曲线,4)报警一览画面,5)流程图画面,6)报表,3.操作和监视,1)系统的画面显示特点,(1)画面访问方法,通过画面目录访问,在用户定义的画面目录表上访问,用鼠标在目录表中选择所需画面,从而切换的某一工艺流程画面。,通过控制总貌画面访问,在控制总貌画面上列出控制回路列表,用鼠标或键盘选择所需控制回路画面。,所有操作员的操作活动,都记录在事件数据库中,且具有该操作员的标记,通过密码设置来限制操作员权限,使指定的操作人员获得授权,防止其他无授权人员误操作,3.4.3 工程师站的功能,工程师站:在DCS系统中是承担系统开发与系统维护的工作站,工程师站的构成,工作站主要任务,系统

6、配置,控制回路组态,下装目标系统到系统设备中,1.工程师站基本的硬件配置,CPU Pentium4以上,内存:256MB以上,硬盘:40GB,USB盘接口,VGA显卡,彩色显示器,标准键盘,打印机,2.工程师站的功能,3.5 DCS的输入输出设备及原理,3.5.1 主控制器,机架、网络通信模件、控制器模件、冗余模件,应用场合:连续控制、批量控制、开关量控制、机械设备控制,1.典型控制器结构,电源:120/240V AC或 24V DC,允许冗余配置,控制器处理器:PowerPC 603E ,8MB RAM 4MB Flash,带锂电池后备,ControlNet接口:与服务器连接,实现控制器与其

7、他设备交换信息,Ethernet模件:与服务器连接,实现控制器与其他设备交换信息,冗余模件:冗余控制器与主控制器同步;无缝切换;指定控制器切换;输出保持;对电源故障做出反应;故障诊断与隔离;在线更换,现场总线接口模件:基金会现场总线;可与第三方基金会现场总线仪表设备互联互操作,IO链接口模件:,3.5.2 输入输出设备,1.输入输出子系统,A系列机架型I/O,A系列导轨型I/O,2.输入输出模板,3.输入输出模板的作用,模拟量输入模板,作用:接收现场设备提供的模拟信号,模拟量输入模板常见标准信号规格:,420mA DC 01V DC 05V DC 010V DC 15V,2)热电阻输入模板,3

8、)热电偶输入模板,4)数字量输入模板,接受现场设备的开关量输入信号,5)模拟量输出模板,作用:发出模拟量控制信号,传送到现场设备中,常见模拟量标准输出值:420mA 1050mA DC 05V DC010V DC 15V,6)数字量输出模板,输出开关量,供给现场开关量设备,3.5.3 人机接口设备,人机界面最简单的定义是,在人员与机器之间,透过某种界面,人能够对机器下达指令,机器则能够透过此界面,将执行状况与系统状况回报给使用者,换言之,正确的在人机之间传达讯息以及指令,就是人机界面的主要定义。,人机界面的界面图形在PC机上开发组态。开发完成后下载到人机界面的机器上。,人机接口是DCS系统的有机构成,

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