集散控制系统

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1、计算机集散控制系统 Distributed Control System,计算机集散控制系统,1,10. 7-,Ethernet,企业实时历史数据库服务器,以太主干网,空分,DCS FOXbro I/A S,醋酸、 气化、 净化甲醇,隔离光纤,DCS Honeywell PlantScape,循环水 及硫回收,DCS 中自 PCC800,输煤,Siemens S7 PLC,防火墙,污水处理,隔离光纤,Modicon Quntum PLC,各车间工作站,公司文档、OA 数据库服务器,公司通用SQL 数据库服务器,公司财务SQL 数据库服务器,以太主干网,部门工作站,公司WEB数据 发布服务器,企

2、业级防火墙,公司远程办公,公司移动办公,公司领导、购销存、调度工作站,部门级防火墙,PlantScape OPC DAS服务器,国泰管控一体化企业网拓扑结构,本章主要内容,DCS (计算机集散控制系统)概念（重点） DCS的体系结构（重点） DCS的基本控制器（难点） DCS中的软件技术（难点） DCS典型 产品,第十章 计算机集散控制系统,3,7.1 集散控制系统(DCS)概念 主要内容,DCS的整体概念 DCS的特点 DCS的发展及典型产品,第十章 计算机集散控制系统,4,内容回顾,先回顾第一章有关计算机控制系统原理及 按计算机参与应用的特点和控制目标（解决方案）分类的知识： DAS，Da

3、ta Acquisition System OGC，Operation Guide Control DDC，Direct Digital Control SCC，Supervisory Computer Control DCS，Distributed Control System FCS，Fieldbus Control System,第十章 计算机集散控制系统,5,图1-1常规仪表控制系统框图,图1-2计算机控制系统原理图,图1-3计算机控制系统硬件组成框图,图1-4计算机软件分类,图1-5数据采集系统,图1-6操作指导控制系统,图1-7直接数字控制系统,图1-8监督计算机控制系统的两种结构

4、形式,7-1-1 DCS的整体概念,计算机集散控制系统，简称“集散系统”，是一种为满足大型工业生产复杂控制要求，利用计算机网络实现集中操作管理、分散控制的多计算机协同工作的计算机控制系统。“集散系统”，也即DCS（Distributed Control System），直译为分布式计算机控制系统，又称分散型控制系统，是随着现代微型计算机、通信、CRT图形显示和控制技术（简称“4C”技术）的发展而不断发展的。,2018/10/16,第十章 计算机集散控制系统,14,7-1-2 DCS的特点, 集中分散型结构 分散性：分散控制、设备地域分散、功能分散-危险分散；具体表现为： 硬件积木化，软件模块化

5、。分层分子系统。 集中性：集中监视、集中操作、集中管理。表现为采用实时通信网络和分布式数据库。 分级递阶控制功能 DCS控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体; 可实现前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制和优化控制; 并支持开发特殊应用软件，实现综合自动化和管控一体化。,第十章 计算机集散控制系统,15,7-1-2 DCS的特点, 可靠性高实时性好适应性强系统分散控制的结构、冗余技术、自诊断自恢复技术、抗干扰技术和高性能的元件， 适应各种规模、环境、功能需求 界面友好，维护方便专用人机接口，控制系统用组态方法生成，几乎不编程 开放系统标准化、系列化设计，可移植性、互操作性、可得

6、到性,第十章 计算机集散控制系统,16,第一阶段（1975年1980年） DCS的开创期 DCS的组成 现场控制站，8位微机4-8回路1-2S 现场监测站， 8位 CRT操作站，16 位 数据高速公路，几十kbps,几十米, 监控计算机 典型产品 TDC2000，CENTUM，SPECTRUM，NETWORK90,7-1-3 DCS的发展及典型产品,第十章 计算机集散控制系统,17,7-1-3 DCS的发展及典型产品,第二代DCS基本结构示意图,第十章 计算机集散控制系统,18,7-1-3 DCS的发展及典型产品,第二阶段（80年代 ） DCS的成长与完善时期 以局部网络LAN为主干 其它各单

7、元都是挂在它上面的网络节点工作站 主要组成部分 局部网络、多功能现场控制站、增强型操作站、通用型操作站、网关（可联结第一代DCS、PLS系统）、系统管理模块、主计算机 用16-32位微机，0.5-1S，16-32回路，彩色，在线组态，CPU及电源在线热备份 典型产品 TDC3000，CNTUM-XL，I/A S，INFI-90,第十章 计算机集散控制系统,19,7-1-3 DCS的发展及典型产品,第三代DCS基本结构示意图,第十章 计算机集散控制系统,20,7-1-3 DCS的发展及典型产品,第三阶段（90年代前后） DCS的更新发展期 DCS向计算机网络控制扩展，在硬件上采用了开放的工作站，

8、采用了Client/Server的结构，控制站采用多CPU结构，各类模块网络全面冗余，在网络结构上增加了工厂信息网，并可与互联网联网，构建管控一体化系统，在软件上采用WINDOWS、UNIX环境X-Windows的图形用户界面，各类DBMS，一些优化和管理良好的界面的软件被开发并移植到DCS中，从而克服了自动化孤岛问题 典型产品有： Honeywell公司的TPS控制系统 日本横河公司的Centum-CS控制系统 Foxboro公司的I/A S50/51系统 Rosemount公司的Delta V； 国内有浙江中控的JX-300XP，和利时公司的HOLLiASMACS系统,第十章 计算机集散控

9、制系统,21,7-1-3 DCS的发展及典型产品,第四阶段（1990年以后）新一代DCSFCS,第十章 计算机集散控制系统,22,7-1-3 DCS的发展及典型产品,第四阶段（1990年以后）新一代DCSFCS 改变前三代没有解决的常规模拟仪表一个测点传输一对信号到控制室的浪费现象。3.5￥/m, 1-1.5 mm2,计算3000点信号电缆费。模拟仪表改数字仪表，用现场总线互联；彻底分散控制，组态构成现场虚拟控制站VCS。,第十章 计算机集散控制系统,23,7.2 DCS体系结构 主要内容,大型DCS的体系结构概述 各层的功能 ?世界上拥有生产DCS/FCS/PLC产品的厂家数量最多的国家前5

10、名是哪些？中国有哪几家。 ？世界知名DCS/FCS/PLC品牌和厂家有哪些？ 5月30日前发邮件至,第十章 计算机集散控制系统,24,7-2 集散控制系统功能分层体系,典型的DCS体系结构分为三层，如下图所示： 第一层为分散过程控制级； 第二层为集中操作监控级； 第三层为综合信息管理级。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,第十章 计算机集散控制系统,25,7-2-2 DCS的体系结构,2018/10/16,第十章 计算机集散控制系统,26,分散控制系统体系结构,1、控制级的功能及其主要装置, 分散过程控制级（面向生产过程） 功能：

11、完成生产过程的数据采集、调节控制等功能 装置：现场控制站（工业控制机）可编程序控制器（PLC）智能调节器其它测控装置,第十章 计算机集散控制系统,1、控制级的功能及其主要装置（续）, 现场控制站 主要由机箱（柜）、电源、总线式工业控制机 、通信控制单元、手动、自动显示操作单元等构成 其功能主要有6种，即数据采集功能、DDC控制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打印报表功能、数据通信功能,第十章 计算机集散控制系统,1、控制级的功能及其主要装置（续）, 智能调节器一种数字化的过程控制仪表，其外表类似于一般的盘装仪表智能调节器不仅可接受420mA，DC电流信号输入的设定值，还具有异步通信接口RS4

12、22485、RS232等，可与上位机连成主从式通信网络，接受上位机下传的控制参数，并上报各种过程参数,第十章 计算机集散控制系统,1、控制级的功能及其主要装置（续）,可编程控制器即PLC与智能调节器最大的不同点是：它主要配制的是开关量输人、输出通道，用于执行顺序控制功能。在新型的PLC中，也提供了模拟量输入输出及PID控制模块，而且均带有通信接口。同智能调节器一样，PLC的高可靠性和不断增强的功能，使它既可以在小型控制系统中担当控制主角，又可以作为大型分散控制系统中最基层的一种控制单元（详见11章）。,第十章 计算机集散控制系统, 集中操作监控级（面向操作员和系统工程师） 功能：以操作监视为主

13、要任务，兼有部分管理功能。配备计算机及外设，以及相应软件，对生产过程实行高级控制策略、故障诊断、质量评估 组成： 监控计算机工程师显示操作站操作员显示操作站,2、集中操作监控级的功能及其主要装置,第十章 计算机集散控制系统, DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人-机界面功能的网络节点，其主要功能就是使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等。并可通过输出设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效、高质。提问运行操作功能如何实现？操作员站的功能实现主要由总貌画面、分组画面、点画面、流程图画面、趋势曲线画面、报警显示画面及操

14、作指导画面等7种显示画面构成（详见第6.3.2 图形显示画面）。配置 多台。,2、集中操作监控级的功能及其主要装置（续）,第十章 计算机集散控制系统, 工程师站功能 (1) 系统组态：组建和变更操作员站和现场控制站的功能 (2) 系统测试：测试系统的逻辑算法是否正确，测试系统的网络的通信是否正常，测试系统外部设备连接是否正常。 (3) 系统维护：对系统定期检查或更改、生成组态文件存储、数据恢复等。 (4) 系统管理：主要对系统文件的管理。如将组态文件加密，备份，对系统运行数据的文件存储、转存、归档管理等。一般配置1-2台。,2、集中操作监控级的功能及其主要装置（续）,第十章 计算机集散控制系统

15、,监控计算机实施先控策略和数据管理的节点 优化控制 应用数学模型或其它形式的模型，结合装置的约束统计和控制目标函数，计算出最优的操作统计，送下一级执行 自适应控制 根据采集到的各种物理量，对系统的模型参数进行在线估计，然后根据自适应算法或自调节算法得出控制给定，送下一级执行 协调控制 根据各部分的关系和运行状态，装置的生产要求，原材料、库存和能耗等数据，以及一些优化数据，产生控制指令，送下一级执行 装置运行数据管理 收集整个装置运行参数、状态，生成实时、历史数据库；制定生产记录报表和报警、故障记录等,2、集中操作监控级的功能及其主要装置（续）,第十章 计算机集散控制系统, 综合信息管理级（面生

16、产管理人员） 功能：实现整个企业的综合信息管理（主要包括生产管理和经营管理） 组成：管理计算机、办公自动化系统、工厂自动化服务系统，应用了MIS、MES、ERP系统,3、综合信息管理级,第十章 计算机集散控制系统, DCS的通信网络系统 通信网络分类 低速、中速、高速 网络拓扑结构 星型、总线型、树型、环型 网络访问控制方式 令牌传送协议、改进CSMA/CD协议 网络访问控制方式 DCS局域网与一般办公系统的局域网络不同，要求实时响应，能适应恶劣的工业环境、具有开发性等，对网络可靠性要求很高。,4、DCS的通信网络系统,4、DCS的通信网络系统（续）,7.3 DCS的基本控制器 本节主要内容,基本控制器的构成 基本控制器的功能 基本控制器的工作原理 基本控制器的可靠性 基本控制器的特征,