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1、集散系统原理及应用,主讲：陈国平,Tel：13396085923,email：,（自动化）,课程性质与任务,1、课程性质,2、课程任务,专业、选修课,了解计算机网络基础知识。 了解集散系统的产生与发展。 了解集散系统的构成 了解集散系统的功能和特点。 了解集散系统的评估体系。 了解集散系统的工程设计方法。,第一章概述,第二章集散系统的构成,第三章集散系统性能指标的评估,第四章集散系统的控制算法,第五章集散系统的工程设计,内容安排,第六章集散系统的人机界面,第七章集散系统的数据通讯,第八章集散系统工程应用实例,结束,第一章 概述,1. 集散系统的基本概念 集散系统的发展历史 集散系统的基本结构（
2、3部分） 2. 集散系统的特点 分级递阶控制、分散控制 信息管理与集成、自治和协调 开放性 3. 集散系统的展望 信息化集成系统 现场总线控制系统,返回,第二章 集散系统的构成,1. 集散系统的构成方式 集散系统的各层功能及基本构成 2. 集散系统的构成要素 集散系统的结构特征 集散系统的结构分类 集散系统实例 TPS系统 SUPCON系统 4. 集散系统应用实例,返回,DCS的发展,工业生产技术的发展,计算机技术的发展,返回,网络技术及微型计算机的发展,自动控制技术的发展,图形显示技术的发展：友好的人机界面。,冗余技术的发展,DCS已发展到了第五代,第一代 第二代 第三代 第四代 第五代,D
3、CS系统的基本结构,打印机,操作站,操作站,数据输入/输出,控制器,生产过程,操作管理,监控计算机,控制器,数据输入/输出,通讯网络,过程控制,系统特点,过程装置,操作装置,调度系统,经营系统,分级、分散、自治协调,DCS的展望,信息化集成系统,系统硬件 系统软件,现场总线控制系统,集散系统向信息化、网络连接标准化及多样化、信息存储分散化、安全程度更高、标准化及开放化,现场总线,一、集散系统的各层功能,3.车间管理级：操作站、历史站、应用站,2.过程装置级：DCS的控制站,4.全厂调度级：调度站,1.现场控制级：现场总线,二、集散系统的基本构成,1.对过程控制装置的要求：控制分散、自治性、适应
4、工业环境、实时性,2.对操作站、管理站的要求：信息存储量大、处理量大、操作简便、响应快、容错性好,3.对通信系统的要求：传输量、开放性,一、集散系统的结构特征,3、冗余化结构,同步方式、待机方式、冷备方式：电源、现场站 后退方式：操作站 多级操作方式：控制站,2、分散控制结构,包括：组织人事分散、地域分散、功能分散、负荷分散,1、递阶控制结构,分为：多层结构、多级结构、多重结构 递阶控制优点,二、集散系统的结构分类,1、产品结构类型,模块化控制站宽带局域网综合信息管理系统 过程控制站局域网信息管理系统 过程控制站数据公路操作站上位机 PLC低速通信操作管理站 单回路控制器低速通信操作管理站,2
5、、实际应用类型,工控机通信系统操作管理站 单回路控制器通信系统工控机 PLC通信系统工控机 工控机通信系统工控机 智能仪表通信系统工控机,三、集散系统实例,三、集散系统实例,一、TPS系统,PIN,NG,NIM,DH,UCN,HG,LCN,NG,LCN,PIN（工厂信息网）,PHD,APP,局部控制网络(LCN),PLNM,NG,AXM,NT,VAX,TPS,UNIX,AXP,UXS,LCN（局域控制网）,AM,US,CLM,HM,NIM,EPLCG,NG,其它公司的PLC或计算机,TDC3000BASIC,PIN,HG,SAM,WS,UCN,HG,NIM,DH（数据高速公路）,DH,HG,T
6、DC-4500,EC,MC,AMC,PIU,EOS,BOS,TDC3000BASIC,LCN,EOS,BOS,UCN（万能控制网络）,LCN,NIM,PM,APM,LM,HPM,FSC,UCN,PM（过程管理器）,UCN,通讯接口,控制处理,I/O接口,I/O处理器,I/O处理器,16路高电平模入,8路低电平模入,32路低电平转换开关,16路智能变送器接口,8路模出,能处理的数据点类型,PMM,最多40个,I/O处理器类型,数字复合点,逻辑点,过程模块点,常规PV点,常规控制点,16路开关量出,8路脉冲输入,32路开关量入,SUPCON JX-300,1、JX-300系统的组成及特性,2、JX
7、-300系统的组态,JX-300系统的总体构成,JX-300 信息管理网,JX-300 过程监控网,JX-300 过程控制网,返回,3、JX-300系统的操作,硬件组态,常规控制组态,操作组态,自定义操作组态,自定义控制组态,JX-300 硬件构成,JX-300系统,OS,OS,ES,HS,管理计算机,管理计算机,数据服务器,管理网,操作网,控制网,返回,控制机箱,输入/输出机箱,输入/输出机箱,Ethernet管理网,连接设备：操作站、工程师站、数据服务器、管理计算机,网络：双绞线、星形结构、IEEE802.3（令牌协议）、100Mbps、最多500个站点、最大距离2.5公里。,功能：支持大
8、型数据库，将控制网的信息直接连入企业管理网。实现工厂级的综合管理、调度、统计、决策等。,返回,SCnet操作网,连接设备：操作站、工程师站、控制站,网络：同轴线、总线、IEEE802.3（令牌协议）、2.5Mbps、最多255个站点、最大距离600m、1：1冗余。,功能：用于过程实时数据、操作信息、诊断信息及组态信息等的传输。,返回,SBUS控制网,连接设备：控制卡、数据转发卡、I/O卡,网络：RS485双绞线、总线结构、令牌协议、1Mbps、最多16个站点、最大距离1.2公里、1：1冗余。,SBUS,主控制卡,主控制卡,冗余,返回,功能：过程数据采集、控制运算,JX300系统硬件构成,机架构
9、成,SCnet网卡（SP021）：用于操作站、工程师站。是SCnet的接口。,主控制卡（SP241）：三个CPU协同完成数据采集、控制、通讯等功能。,数据转发卡（SP231）：用于主控制卡及I/O卡之间的数据交换。,JX300系统硬件构成,所有卡件均支持冗余配置及带电插拔。模拟量卡件的精度为12位。,万能模拟输入卡（SP311）：用于将热电阻、热电偶、电压、电流等模拟量信号转换为数字量。每卡2点，可独立配置输入信号类型。,电流输入卡（SP313）：4路电流输入卡。,电压输入卡（SP314）：4路热电偶（电压）输入卡。,模拟量输出卡（SP322）：4路电流输入卡。,数字量处理卡（SP331）：4
10、路数字量输入/输出卡。可独立组态为输入或输出。,继电器输出卡（SP332）：4路继电器输出卡。,返回,第三章 集散系统性能指标的评估,返回,3.1 招标文件的编制,3.2 集散系统的可靠性,3.3 集散系统的易操作性,3.4 集散系统的可组态性,3.5 集散系统的其它性能指标,3.6 集散系统的评估与选型,1、编制前的准备工作,必要性论证,生产调度管理：数据存储量大、报表复杂、装置间关系密切,企业技术条件：工艺技术人员对过程特性的了解和掌握程度；操作人员对系统操作的适应性（经过培训能否熟练地掌握）；系统维护技术力量；系统应用能力（组态及算法设计）,技术经济指标：系统规模；控制功能的复杂性；能源
11、、原材料的降低；产品产量的提高、质量的稳定；有资金投入,工艺过程特性：流程长、规模大；过程操作复杂、高级控制系统多；安全联锁可靠性高。,可行性论证,材料准备：,基本的监控数据表 分级操作要求 控制站布局要求 控制和运算功能 输入/输出信号分类统计 流程画面统计 历史数据存储要求 调度及管理需求 开放性要求,评估小组人员的组成：,工艺操作人员-操作人员是系统的最终用户。他们的意见供参考。,工艺工程师-集散系统为工艺生产服务，在功能确定时需要与他们沟通和协调。,计算机人员-集散系统本身是一个计算机网络系统，应用和维护时需要计算机人员的配合。特别是软件编程及与信息管理系统联系等方面的评估，他们的意见
12、很重要。,仪表人员-集散系统的日常维护有他们负责。尊重他们的意见。,过程控制工程师-是系统评估的核心人物。需要对工艺过程有一定的了解、具有坚实的控制理论知识和控制系统的设计能力、熟悉计算机硬件和软件、了解仪表的使用和维护要求。最终编写评估报告。给出选型意见，供投资者决策。,返回,2、招标文件的编制,主要内容 1.工程项目简介 2.DCS供货方责任范围 3.DCS监控规模 4.系统功能要求 5.DCS硬件要求 6.技术文件交付 7.技术服务和培训 8.质量保证 9.备品备件 10.工程进度计划,编制原则 1.兼顾技术的先进性和成熟可靠性 2.性能指标尽可能地定量化 3.竞争的公证性 4.语言 准
13、确、规范、简练,3.2 集散系统的可靠性,返回,1 可靠性的基本概念,2 系统的可靠性分析,3 提高系统可靠性的措施,可靠性、可靠度、失效率、修复率、利用率,串联系统、并联系统（热备系统、冷备系统、表决系统）,硬件制作、硬件冗余、自诊断、软件容错,平均寿命（MTTF）或平均故障间隔时间（MTBF）与失效率的关系。,利用率A（t）：设备正在使用的概率。,常用的可靠性指标：,可使用性,可维护性,返回,平均修复时间（MTTR）与修复率的关系。,n1/,失效率（t）,可靠度R（t）,可靠度、失效率浴盆曲线,t,返回,可维护性,修复函数M（t）：经过专业培训的人员使用专用工具，在规定的时间内，被修复的可
14、能性。,t,M(0)=0 M()=1,返回,修复率（t）：在单位时间内修复故障设备的概率。,利用率,A(0)1 A()/(+) m/(n+m),返回,n:1冗余系统的利用率,系统的可靠性,其它并联形式的可靠性,待机热备（待机、工作时的失效率分别为、2）,返回,停机备用（待机时的失效率 0）,冗余技术,返回,常用的冗余形式有1：1及n：1,电源系统：1：1工作冗余。,通讯系统：1：1热备冗余。,控制器：1：1和8：1整体冗余,控制器：1：1卡件冗余,返回,8：1整机冗余,3.3 集散系统的易操作性,返回,操作透明度,易操作性,屏幕显示的信息是否明了、易于理解，操作方式能否被操作人员接受、容易掌握
15、。,提供灵活多样、生动的动态操作画面。,主要操作画面：总貌、分组、回路、流程图、报警一览、报警分组、历史曲线、实时曲线。,操作环境、操作功能、容错技术、安全性,3.4 集散系统的可组态性,返回,组态的目的,组态内容,控制策略组态方式（在线、离线）、语言,使系统完成规定的控制功能对系统进行配置及编程。,硬件组态网络接点类型及数量、卡件及数据类型。,控制策略组态实现控制方案,操作界面组态建立操作界面,填表格法,功能块连接法,步骤记入（程序设计）法,3.5 集散系统的其它性能指标,返回,可扩展性系统自身的可扩展性和开放性,实时性包括控制站控制周期和网络传递周期,环境适应性电气干扰、抗腐蚀,总体经济性
16、考虑整个自动控制工程的投资。,3.6 集散系统的评估与选型,一、集散系统评估的意义和一般准则 1.评估的意义,目前集散系统的制作没有统一的标准，各个厂家的集散系统往往根据自己的特点及优势，针对某些领域的特点开发自己的集散系统。不同厂家、不同型号的集散系统在结构和性能上各有千秋。系统选择的合适与否在一定程度上决定了设计的成功与否。对集散系统评估的结果将作为系统选择的依据。同时对集散系统制造商提供一个反馈信息，以利于厂商改进自己的产品性能。,2.评估的基础,生产过程控制、管理的预期要求。（安全、产量、质量、消耗、优化、调度、经营决策）,3.一般准则 系统控制、操作、管理功能与预期要求的差异 系统的可靠性（部件MTB
