仪表自动化专业基础知识

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1、仪表工基础知识-DCS 等名词解释 点击次数：2575 发布时间：2010-5-1一、DCS-分布式控制系统1、什么是DCS? DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System）,在国内自控行业又称之为集散控制系统。2、DCS有什么特点？ DCS是 计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。 DCS 通常采用若干个控制器（过程站） 对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操 作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS 的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。 3、 DC

2、S 的结构是怎样的？上图是一 个较为全面的DCS系统结构图，从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级 主要由过程控制站、 I/O 单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包 括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS 系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。4、DCS的 控制程序是由谁执行的？ DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控 制站执行的。5、过程控制站的组成如何?DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要 由电源、CPU （中央处理器）、网络接口和I/O组成

3、6、什么是DCS的开放性？ DCS的开放性 是指 DCS 能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接，并获取其信息的性能。这种 连接主要是通过网络实现的，采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS开放 性的保障。 7、什么是系统冗余？在一些对系统可靠性要求很高的应用中， DCS 的设计需要 考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份 当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保 证了系统不间断工作。通常设计的冗余方式包括： CPU 冗余、网络冗余、电源冗余。在极端 情况下，一些系统会考虑全系统冗余，即还包括I/

4、O冗余。8、什么是I/O余量？与冗余不 同， I/O 余量只是系统中 I/O 数量大于应用的要求，这种余量只是数量上的，主要目的是使 系统今后有继续加入控制信号的可能二、DCS在选型中的几个问题工艺流程确定后，控制系 统被控对象也就确定。选用哪种控制系统成为重要问题,这主要根据项目规模和投资预算来 考虑。 DCS 与模拟仪表相比更复杂，技术性能要求更高，除控制硬件外，还涉及通信协议、 监控软件及与其相连的数据存储等。新系统出现后，与互连网 Web 技术相结合，还涉及工 业连接软件和优化控制软件，实时数据库、与工厂关系数据库的连接，传统DCS、PLC的互 操作等问题。 1、按投资预算确定控制系统

5、如控制回路较多，模拟量采集较大，热电阻、热 电偶的采集较多时，应选用DCS。采用哪种DCS，应从以下几方面考虑：目前，正是新老系 统交接时期，DCS软、硬件正由专用走向通用。选比较新型的系统，价格比较低，备品比较 好买，维护费用会大幅度下降。与其他系统互连容易，费用低。系统集成是未来十几年的趋 势,是计算机技术发展的一个新阶段。DCS制造厂家往往对某一领域比较专长。如Honeywell TDC2000、TDC3000、TPS和PKS系统，横河CS1000、CS3000系统主要用于石化部门，因为 其闭环控制回路比较多，模拟量控制比较方便。模拟量和开关量控制是完全分开的，在开关 量的控制方面不如其

6、他DCS方便。BAILEY公司N90、INFI90,西屋 WDPFI、WDPFII、OVATION 系统主要用于电力系统。这两个系统在模拟量和开关量结合方面较好。OVATION系统是新型 软DCS系统，也是现在销售情况最好的系统之一。Fisher-Rosmount公司和西屋被Emerson 收购，老系统PROVOX、RS3大多用于化工系统，其批量、配方等很有特色。现在已经基本 迁移改造到新系统Delta V上，新系统兼容现场总线和Hart协议。不同工艺过程会有一些特 殊要求，如电厂要有电调设备（DEH）和事件顺序记录（SOE）。水泥行业、冶金行业等开关 量与模拟量之比大约是 6： 1，而且纯滞

7、后环节较多，有时需控制补偿等，选型时要考虑这 些因素。有的DCS系统开关量逻辑控制组态不太方便，这时要考虑采用DCS和PLC混合使 用。如电厂锅炉控制采用DCS，输煤程控和水处理、除灰等逻辑控制采用PLC。经济性该从 DCS价格和预计效益角度考虑。同档次中，进口 DCS控制功能强一些。进口产品有一些先进 控制算法，如Smith预估、三维矩阵运算等，因销售时间较长，软件保证体系更完善。国产 DCS 价格低很多，也能满足基本技术要求,因开发较晚，某些技术比国外的还先进一些，如 以太网的应用、导轨式的嵌入式PC为基础的控制器和已经有现场总线接口等。从结构上看， 我国DCS比某些进口 DCS还合理。国

8、外传统DCS厂家的控制器差别不大，但操作站区别较 大。分以PC机和小型机为基础两类。小型机价格比PC机高很多,且许多机型已停产。PC机 操作系统用NT,稳定性虽没UNIX好，但作为操作站使用足够。小型机接口用SCSI，传输速 率理论上是串行20倍之多。以NT操作系统作为操作站，如采用串行连接，点数（标签数） 能少一些，这与硬件配置有关。有时由于硬件与软件配合不好，会频繁死机。国产PC机更 便宜，采用PC机操作站，可以采用最新机型和监控软件，与计算机技术的发展基本同步。 现场技术人员对软件的安装、调试、联网和开发也更熟悉。监控软件分专用和通用，通用监 控软件开放性能好，能在以太网中用DDE、或O

9、PC方式交换数据。专用监控软件脚本不丰 富，不能与第三方设备连接，所以目前快要退出市场，但病毒、黑客难以侵入;致命的缺点 是开放性能差。传统DCS即将退出市场，新型系统可以是集成的，也可以由DCS厂家作为 系统供应的。对于集成系统可以是操作站采用通用的，控制器有许多接口，与PLC，Web连 用。用户可以通过工程公司集成，应按照项目的规模大小和预算资金来选择使用。由于有通 用的监控软件，符合IEC61131-3标准的编程软件、可以选用嵌入式系统或软DCS系统，集 成的控制系统有可能达到最高的性价比。系统规模主要由系统的输入输出点数确定。其中包 括连锁、特殊控制要求所需的输入输出点数。选择DCS的

10、型号要看资金确定和维护的工作 量，有的 DCS 除操作站需要维护以外，控制部分基本不需维护。在选型时，要考虑是否需 要冗余。新型DCS的通讯网络是冗余的，结点之间距离和DCS网络总长度以及各结点地理 配置有关。通用以太网，网卡等价格很低，而专用网络接口很贵。经济性涉及很多因素，最 好联系国内类似单位，进行技术培训，或请教有经验的专家解决有关困难。工程承包方的技 术力量。要选择技术力量较强单位作总体方案，而具体编程或组态可分别完成。国外 DCS 厂商技术人员不可能大批来我国服务，不熟悉我们应用情况，更不可能什么系统都很清楚， 所以具体实施还是国内技术人员较好。如采用进口 DCS，可得到国外一些开

11、发工业连接软件 公司的技术支持，能把系统做好一些。我国技术人员也得到提高。虽然我国技术与国外相比 有一定距离，但国内技术人员对国内情况比较了解，在国外大公司支持下，做的工程会达到 更好性能。售后服务。国外厂商通常配品、备件供应价格高，且不能及时提供。用户应选择 厂商实力雄厚，技术力量强、境内技术支持好的厂家。厂家会不断更新产品，新旧产品兼容 性要好。国内 DCS 厂家配品、备件供应较及时，售后服务做的比较好，许多第三方厂家也 开发了许多价廉物美的产品，用户都可选用。技术的先进性。计算机技术发展很快，而DCS 发展相对稳定，这涉及新技术的应用。要注意：有些国外厂家为抢占市场，经常把不太成熟 的产

12、品推到第三世界。国产 DCS 销售时间还不够长，对一些软件的测试条件不够完善，在 一些极特殊情况下，是否会产生问题没有足够证据，所以有时发生故障会有解释不清的情况。 系统集成已成熟，为节约资金，可采用。应该向ABB公司学习，它的工业IT,就是集成了 许多家的产品。用类似的办法，不仅能集成出好的系统，还能培养技术队伍。综上，选型不 但要考虑项目规模和投资预算，还要考虑一系列其它因素。系统集成是以后的方向，不仅满 足控制要求，而且性能好、资金省。 2、按输入/输出点数确定操作站控制器的型号和台数 控制器和处理I/O点数的能力系统首先要决定采用多少控制器和人机界面。回路控制器组成 的系统是比较单一，

13、提供的 IO 点数确定，用满它的 I/O 点和回路数目是可以的（有现场总 线连在控制器上除外）。购买的产品品牌确定后，就要确定PLC或DCS的型号，要购买多少 台控制器、一个控制器需要配多少I/O卡件。这个问题对于最终用户来说是很重要的。硬件 组态。DCS、PLC的型号确定以后，计算各种类型的I/O的卡件数。这称为硬件（或称为硬 件配置）组态。硬件组态有三方面考虑：首先是与控制器位置有关的 I/O 设备位置的确定。 考虑到安装布线费用，远程I/O体系有优势。本地I/O或远程I/O选定以后，就要选模块型 号。通常不会只要一种型号I/O模块。型号选定后，计算每种型号I/O模块数。根据所用的 现场传

14、感器、控制设备工作原理和电压幅值来划分统计。根据（输入/输出）功能、电压、 工作原理，统计接口模块数。软件组态。上述工作完成后，才开始软件组态，即 DCS 采用 功能块组态，PLC编制梯形图。现场安装和调试，最后使系统很好的运转。除了 I/O模块数， 还要考虑控制器逻辑程序所用处理机内存容量，最后还要考虑处理机指令系统。关于 DCS， 控制器I/O点数配置比PLC要复杂一些。因DCS主要考虑模拟量处理，它占的处理机内存容 量更多。所以选型后，还必须确定点数裕量。根据经验，假设实际有100个I/O点，应选用 能识别300-400点I/O的控制器。假设一台DCS控制器能连接64块I/O卡，在实际连

15、接时， 连接20多块I/O卡才合适。每块卡分别是8路或16路。如果都是开关量，块数可适当多一 些;模拟量块数要少一些。如果一台DCS控制器能完成120个PID控制回路任务，在做组态 时最好作40多个回路，再加上部分开关量和模拟量采集，控制器才能正常运转。一定不要 作太满，否则不仅影响控制器运行，还影响 DCS 通讯网络工作。一个系统要用好几台控制 器，各控制器作硬件组态时，相互间负荷要平衡，各控制器输入/输出点数要相当。各控制 器要组态多少PID回路关系不大，只要I/O的点数大约是最大能力的30-40%左右。如两台控 制器输入/输出点数都没超出，但数量差太远，比如一台是 1000 多点，而另一

16、台只有 100 多点，这时通讯网络的工作不太正常。控制器识别I/O点数的能力和推荐的I/O点数。说明 书中控制器宣传的读取I/O能力越大，留的余量就应越大。如宣布一台控制器有12000点的 I/O能力，或有5000点的I/O能力，实际I/O点不能超过1/3,甚至还要少。使用每块卡件， 如8通道输入卡，还要留出1-2个通道， 16路输入卡，要留出2-3个通道，以便调试时更换 通道用。尤其是热电阻或热电偶卡，一定要留富余通道，小信号的模拟量通道更易损坏，调 试时更要小心。厂家会给出一台控制器推荐的I/O点数，根据这个点数留余量，而不是一台 控制器能识别I/O的能力。操作站和标签量。传统DCS的操作站读取I/O点数是有严格规定 的，能显示标签量的多少与下列几个因素有关：作站主机 CPU 的运算速度；操作站主机存 储器的大小；主机与DCS网络接口的连接方式（有串行和SCSI之分）；监控软件所接收I/O 点数。按说明书作操作站组态。根据操作站显示标签数量，决定操作站台数。新型系统由于 主机 CPU 的运算速度和存储容量都能满足要求，标签量可以作的很大，几万个标签都可以 作到。3、关于