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1、DCS及应用,2007.6,讲课内容,一,DCS的发展和特点; 二,DCS功能,结构以及操作站,控制站,网络通讯的功能，组态方法以及实际工程上的要求等; 三,DCS的可靠性,抗干扰问题以及调试和维护工作 四,国内外最新DCS系统组成和功能; 五,DCS应用实例石化,电力及全厂DCS系统,MAV概念; 六,DCS选型及项目实施,一,DCS的发展及特点,DCS 是英文 Distributed Control System 的缩写，本意是分布式控制系统或分散型控制系统。国内称之集散控制系统，是从其功能来考虑的。既有管理、操作和监视的集中性，又有控制和危险的分散性。 自从1975年美国HONEYWEL
2、L公司推出了世界上第一套DCS后，至今已有四代DCS问世，经历了四个发展阶段。 第一代主要包括过程控制站、现场监视站、CRT操作站和数据高速公路组成，功能比较简单。代表产品有：HONEYWELL公司的TDC-2000、 YOKOGAWA公司的 CENTUM、FOXBORO公司的SPECTRUM 等 。为了进行集中的监视和操作，有的系统还配备上层的监督控制计算机。,一,DCS发展及特点-2,80年代中期，第二代产品问世。它配置了多功能的过程控制站、增强型的操作站、局部网络和系统管理模件，其特点是采用了标准化和模块化设计、实现了更彻底的分散控制，增强了抗干扰的能力，通用性、安全性和可靠性提高，功能
3、更加丰富。尤其值得一提的是，这一代系统在系统的建立和生成中，最先引入了组态的概念，设计人员和工程人员再不必为编程而烦恼，大大提高了工程化的程度和工作效率。这一代的产品有：HONEYWELL公司的 TDC-3000、 YOKOGAWA 公司的 CENTUN-V、FISHER公司的PROVOX、 TAYLOR公司的MOD300 等。,一,DCS发展及特点-3,由于微处理机技术的飞速发展和企业对信息的迫切需要，第三代DCS在80年代末应运而生，并迅速发展和完善。硬件采用32位高档微处理机和表面安装技术，缩小了体积、提高了可靠性；在软件方面：控制软件更加丰富、先进和灵活，对过程的反应更迅速；提高和增加
4、了图型显示、窗口技术和触屏功能，简化了操作；采用了CAD设计组态，简化了组态工作、节约了时间；特别是通讯的开放性，向上能与上位机或更高一级的管理系统相连，向下能与其他过程监控设备相连。称之为综合控制系统 。这一代的产品有：YOKOGAWA 公司的CENTUM-CS、HONEYWELL公司的TDC-3000X/HPM、FOXBORO公司的I/A Series和BAILEY公司的 INFI-90 Open等。,一,DCS发展及特点-4,90年代计算机网络技术飞速发展，现场总线技术逐渐成熟，智能仪表和现场总线仪表相继问世，企业对信息集成要求更加迫切。为了适应这种形势的发展， DCS进入了第四代，也就
5、是目前所用的DCS，其特点如下： （1）开放性。所使用的设备采用通用产品，特别是计算机和网络。高性能的工业微机、工作站被大量使用，通用网络产品取代了专用网络，网络通信规约向得到普遍承认的国际或行业标准靠拢。 （2）分散化和智能化。智能仪表、智能电子设备及现场总线仪表被大量采用，DCS体系结构进一步走向分散化，直接数字控制深入到每一个控制回路、现场设备和工位点。,DCS特点-5,（3）系统构成的多样化。现在几乎看不到传统意义上的DCS了，目前所说的DCS是一种广义的概念，其中包括了传统DCS制造厂家推出的新一代系统，也包括了PLC、高速总线网和专业厂家的组态软件所构成的系统，在不同的应用领域的构
6、成也各有不同。 （4）综合自动化。DCS系统不能是孤立的过程控制系统，它的功能更为丰富，它的应用范围更为扩大，它能够实现企业信息集成的要求，有相应的硬件和软件支撑。而且，它能够与Internet和Intranet进行集成。,一,DCS发展及特点-6,（5）标准化。在开放的同时，必然更注重标准的使用。无论是操作系统，还是计算机硬件，以及网络通信和接口，趋于更通用、更一致。代表产品FISHER-ROSEMONT公司的PLANT WEB DeltaV、 HONEYWELL公司的TPS、YOKOGAWA 公司的CS-3000 FOXBORO公司的I/A S (CP60)。 国内从70年代开始，在DCS
7、的研究和产品开发方面，始终紧跟世界潮流，也有一些不俗的成绩。但是，由于各种条件的限制，国产化的产品无法与国外一流产品抗衡。,一,DCS发展及特点-7,。90年代以来，我国在这个方面已经取得了突破性的发展，不但可靠性有了很大的提高，某些性能也达到国外第四代DCS的水平，因此，应用的领域不断扩大，由过去为数不多的小装置应用逐渐向中等及大型装置发展，形成了与国外产品竞争的局面。主要产品有：浙大中控自动化有限公司的JX-300X、北京和利时系统工程股份有限公司的HS-2000，MACS以及上海新华控制工程有限公司的XDPS-400等。,二,DCS系统功能,1,具有开放性网络结构、高可靠性、支持OPC开
8、放标准、取得了ISO9000认证的； 2,实用、实时、准确、全面的监测、控制功能； 3,全面维修信息； 4,实时和历史数据库； 5,能进行稳态和动态控制； 6,可自由组态各种显示； 7,具有报警功能； 8,能运用MS Office和VB（VC）软件的自由格式编程（进入数据库），做报表和任何其他应用； 9,具有打印功能；,DCS功能-2,10,提供计算工具； 11,具有逻辑控制功能； 12,支持用户建立图形画面和报表； 13,提供管理信息系统的接口； 14,能进行工程单位的修正； 15,具有线性化功能； 16,具有自整定功能； 17,能与ESD系统、可燃气体/有毒气体检测报警系统、火灾报警系统、
9、压缩机控制系统以及其它成套设备控制系统通信； 18,满足装置正常、连续、无故障、最优化运行所必须的功能。,三,DCS的结构,1，DCS的组成:,OP,EP,LCN,FCS,I/O接仪表信号,2，硬件,操作站，工程师站-人机界面； 通信总线； 控制站； I/O卡 电源，机柜等；,3,DCS软件,(1)监控软件; (2)控制站软件; (3)组态软件; (4)通信软件; (5)系统软件等.,4,DCS的规模,根据工艺流程要求,DCS设有三种规模: (1)小规模DCS:100-I/O点左右; (2)中规模DCS:1000-I/O点-几千点;(装置级) (3)大规模DCS:全厂性的DCS系统,有多套DC
10、S通过网络组成全厂DCS系统. (后面有实例详细说明),乙烯,炼油等大型工程项目的DCS一般就有30000个I/O点或3000个控制回路以上.属大规模DCS控制系统. 主自动化供货商(MAV)应有能力提供大规模DCS控制系统并有大规模DCS控制系统开车的经验. 主自动化供货商(MAV)至少有承包过二套以上规模为30000个I/O的DCS的业绩.,5,DCS配置的实例,现以一套石化或电站的DCS为例,说明DCS硬件及软件的配置: (1)操作站-DELL 2600 -2套 (2)软件-数据库软件1套,100个工艺点软件3套;冗余软件;监控软件;网络通信软件及软件许可证等; (3)网络设备和打印机;
11、 (4)控制站-C-200控制器4套;各种带HART协议的I/O卡; (5)工程师站-1套; (6)机柜电源,安全删柜等,DCS控制系统应具有高可靠性,目前,DCS控制系统发展迅速,各大公司不断推出新的控制系统. 新的控制系统技术先进,但必须成熟、可靠. 主自动化供货商(MAV)在国内外应用同规模的DCS系统应不少于5套. 乙烯,炼油等联合大型工程是我国大型工业生产装置,因此,要求DCS应是成熟的控制系统,而且,DCS高可靠性是第一位的,以保证乙烯,炼油等联合大型工厂开车成功.,6,DCS操作站,（1）操作站是具有高可靠性的工控机及外部设备组成，安装在操作台上。 （2）它具有操作显示功能，工程
12、师站（组态功能,系统维护和诊断功能）及通讯功能，高级语言功能等。操作站的各种功能是在操作系统调度下，通过操作键盘,可实现控制调节,报警管理,趋势显示和报表打印等功能。 (3)显示内容:报警显示;总貌显示;控制分组显示;流程画面显示;趋势;操作指示;控制调节显示,参数;事件显示等。,对操作站的要求(实际应用案例),(1) 主机：CPU: Intel Pentium 4以上；主频2.8GHZ；硬盘73GB(SCSI)；内存512MB。21吋纯平1280x1024CRT双层屏幕彩色显示器、带有图形加速器内存不小于32M的显示驱动卡，工程师键盘、光电鼠标、工作台。 (2) 配备专用操作员键盘。 (3)
13、 操作站的工作台应采用斜柜落地式。 (4) 每个装置至少有一个操作站配置工程师属性，可用于组态维护。 (5) 报警打印机和报表打印机采用点阵式打印机。打印速度: 120字符/秒,60行/分；打印宽度: 132字符/行。 (6) 操作站应具备报表组态和报表打印功能。操作站应能查询至少1个月的历史趋势。,(7) 操作站应能监视5000个以上的过程点。 (8) 历史数据库的容量应该是实际点数的2倍，采样数应该达到10万个。 (9) 流程图软件应支持多窗口显示功能。 (10) 每个装置应提供一套通用操作员仿真培训软件。 (11) 能生成满足用户要求的各种操作画面。 (12) 操作员站界面语言应为中文。
14、,7，工程师站,（1）工程师站是生成控制系统的人机接口,配有组态软件，系统维护软件等,可实现用户的各种控制策略和对应用系统进行监视； （2）组态软件有系统管理；数据库生成系统；功能块图生成系统；梯形图生成系统；计算公式生成系统；历史库生成系统；图形生成系统；报表生成系统等。,(3)对工程师站的要求(实例),1, 每个控制室设置一个工程师站，用于系统管理、组态和维护，并可兼作操作员站。 2, 工程师站配置：主频2.8GHZ；硬盘73GB(SCSI)；内存512MB。21吋纯平1280x1024CRT双层屏幕彩色显示器、带有图形加速器、内存不小于32M的显示驱动卡、专用操作员键盘、工程师键盘、光电
15、鼠标、工作台、彩色激光打印机（A4规格）、配备一台固定读写DVD光盘驱动器和一台USB接口的可移动读写DVD光盘驱动器。 3 ,应能灵活地对控制回路和逻辑进行在线和离线组态。 4 ,工程师站应安装相应的软件以用于自动生成文档资料。,8,DCS控制站,（1）控制站具有信号采集,回路控制,逻辑联锁,顺序控制及本地操作功能。 （2）具多种控制算法；(说明) （3）可配各种I/O卡。(说明) (4) 先进控制策略(说明),对控制站的要求(实例),（1） 控制器应1：1冗余配置，包括电源单元、CPU、通信卡。 （2 ）每个控制器的负荷不应超过60% ，应有控制器的负荷计算表。计算负荷时，I/O点的平均扫
16、描周期按照以下原则考虑： 模拟量为0.5秒，开关量为0.1秒。 （3） 控制器应具有自诊断功能。 （4） 所有的控制功能应能在控制器内进行，包括常见的控制功能：数据采集，PID、PID自整定、比值、自动比值、自动、自动偏置、开/关控制，设置点限制、高低选择器、求和、乘法、除法、平方根、变化率限制、间隙控制、设定点跟踪、顺序控制、逻辑控制、模糊控制等。 （5）标准PID控制回路的可组态的DCS最少响应时间(从输入信号变化到输出信号变化所花的时间)不大于300ms。 （6）所有控制器的型号和配置必须一致，不允许多种型号或规格的控制器混用。 （7）控制器具备数据记忆功能，断电情况下，数据可以保存72小时以上。,I/O卡件的配置(实例),（1） 所有I/O卡必须是隔离型。 （2） 所有AI/AO卡必须是智能卡，支持HART协议，且能兼容非HART 协议仪表。 （3） 调节回路用的AI卡必须1：1冗余，通道数每卡不应多于16通道。 （4） 调节回路用的AO卡必须1：1冗余，通道数每卡不应多于
