第八课___DCS控制系统

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1、第四章 DCS限制系统安徽化工学校 陶运道 集散限制系统的英文原名为:Distributed Control System，简称DCS，通常也称为集散限制系统。 集散限制系统的限制功能，主要由计算机技（computer）、限制技术（Control） 、显示技术（CRT）和通信技术（communicate）来完成，一般也称为4C技术，4C技术是DCS系统的四大支柱。DCS中通信技术更为重要，操作员站的操作、工程师站系统的组态以及现场设备信息的交换都依靠通信技术来完成。第一节 集散限制系统的构成一 集散限制系统的构成方式如图是集散限制系统典型结构。功能分层是集散限制系统的体系特征反映了集散限制系统

2、的“分散限制、集中管理”的特点。从功能上看可以分为：四个层次，分别是现场限制级的功能；过程装置限制级；车间操作管理级；全厂优化和调度管理级。从结构看分为：三大块，分别是分散过程限制装置；集中操作和管理系统；通信系统。 图4.1 DCS结构（一） 集散限制系统的各层功能1、 现场限制级的功能（1）微处理器进入现场变送器、传感器和执行器；现场总线的应用。部分或完全完成过程限制级的功能；（2）采集过程数据，对数据进行数据转换；（3）输出过程操作吩咐；（4）进行干脆数字限制；（5）完成与过程装置限制级的数据通信；（6）对现场限制级的设备进行检测和诊断。2、 过程装置限制级的功能过程装置限制级的结构采纳

3、过程限制设备+I/O卡件，其功能是：（1）采集过程数据，进行数据转换和处理；（2）数据的监视和存储；（3）实施连续、批量或依次限制的运算和输出限制作用；（4）数据和设备的自诊断； （5）数据通信。3、车间操作管理级的功能车间操作管理级设备有中心限制室操作站、打印机、拷贝机、工程师站、计算站，能完胜利能是：（1）数据显示与记录（2）过程操作（含组态操作、维护操作）（3）数据存储和压缩归档（4）报警、事务的诊断和处理（5）系统组态、维护和优化处理（6）数据通信；（7）报表打印和画面硬拷贝。4、 全厂优化和调度管理级的功能 （1）从系统的观点：原料到销售进行优化协调，优化限制（2）协调和调度各车间生

4、产安排和各部门的联系；（3）主要数据的显示、存储和打印；数据通信。（二） 集散系统三大基本构成的特征三大块与四层的关系：（1） 分散过程限制装置对应于现场限制级和过程限制装置级；（2） 集中操作和管理系统对应于车间操作管理级和全厂优化调度管理级；（3） 通信系统完成各层之间的通信。1、 分散过程限制装置特点 适应恶劣是生产环境；分散限制；实时性；独立性。 2、集中操作和管理系统特点信息量大；易操作性；容错性好；3、通信系统部分传输速率；误码率；开放性；互操作性二 冗余化的结构 为了提高系统的牢靠性，集散限制系统重要设备、对全局系统有影响的公共设备上常采纳冗余结构。常常采纳的冗余方式有：同步运转

5、方式；待机运转方式；后退运转方式；多级操作方式。1、 同步运转方式让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转，输入相同的信号，进行相同的处理，然后对输出进行比较，假如输出保持一样则系统是正常运行的。双重冗余、“三中取二”（连锁）应用于牢靠性要求极高的场合2、待机运转方式采纳N台同类设备，采纳一台后备设备，平常后备设备处于打算状态，一旦N台设备中某一台设备发生故障，能启动后备设备使其运转。3、后退运转方式正常时，N台设备各自分担各自功能进行运转，当其中一台设备损坏时，其余设备放弃部分不重要的功能，以此来完成损害设备的功能。典型：CRT和操作站（第一台监视、其次台操作、第三台报警）4、多级操作方式

6、纵向冗余的方法。正常操作是从上一层进行的，如该层故障则由下一层完成，这样逐步向下形成对最终元件执行器的限制。例如：功能模块设有手动、自动切换开关三 集散限制系统的结构分类 三大组成部分：分散限制装置+通信系统+集中操作和管理装置（1）工业级微机+通信系统+操作管理机工业级微机用作多功能、多回路的分散限制装置；操作管理机运用PC机，相应软件由软件厂商开发。（2）单回路限制器+通信系统+工业级微机 单回路限制器作为分散限制装置；工业级微机作为操作管理站，通用性强、自行开发软件。适用于中小型企业（集散限制系统）。（3）PLC+通信系统+工业级微机PLC作为分散限制装置；其他同2。在制造业广泛应用的集

7、散限制系统的结构，尤其适用于有大量逻辑依次限制的过程。（4）工业级微机+通信系统+工业级微机 工业级微机既作分散限制装置，也作操作和管理装置。（5）智能前端+通信系统+工业级微机智能前端指用于生产现场的智能限制设备，作为分散限制装置；用于小型集散限制系统。其次节 典型的DCS 结构介绍一 TDC-3000系统构成 TDC-3000是美国Honeywell公司继世界上首套DCS系统TDC-2000之后推出的新的DCS系统，在世界上得到了广泛的应用。图4-2是TDC-2000的基本结构。限制网络采纳单层冗余结构；操作站负责操作与数据存储；不同限制器实现不同过程的限制。虽然TDC200实现了计算机取

8、代了传统仪表限制，但不能实现优化限制，限制规模小，仅适合一套生产装置的限制。 PIU-过程接口单元；CB/EC-限制器/增加限制器；AMC-多功能限制器；Data Hiway-通信通道 BOS-基本操作站图4.2 TDC-2000基本结构 TDC-3000系统由LCN网络及其模件、UCN网络及其管理站和DH通信通道及其设备组成，如图4.3所示。图4.3 TDC-3000系统组成 1、局部限制网络（LCN）及其模件 局部限制网络（LCN）及其模件组成七个部分组成。主要完成系统监视、操作、工程管理和维护；先进限制和综合信息处理；供应与过程限制网络之间的连接；实现LCN网络上模件之间的通信、信息处理

9、与存储。 （1）LCN ：局部限制网络，可以连接64个模件，通信速度为5Mbps。 （2）US：万能操作站，可实现操作人员对生产的监视和限制和工程师对系统的组态。 （3）AM：应用模件：完成困难的计算，实现多变量限制功能以提高过程限制及管理水平。 （4）HM：历史模件，是TDC3000存储单元。可以存储过程报警，操作员状态变更、操作员信息、系统维护提示信息、连续过程历史数据等，还存储系统文件、确认点文件及在线维护信息。 （5）PLNM：PLC网络管理。 （6）HG/NIM：高速通道接口/网络接口模块，它们是LCN与数据高速通道（Data Hiway）,万能限制网络（UCN）进行数据通信的接口。

10、 （8）VAX 上位计算机 2、万能限制网络（UN）及其管理站 万能限制网络（UN）用于各过程限制站（PM），平安系统（SM）通信，是实现数据采集与限制功能的过程网络。通过网络接口模件（NIM）与局部网络（LCN）相连，实现用户须要的监视、操作、信息管理和系统维护等功能。 3、数据高速通道及其设备 DHW用来连接基本限制器（BC）、增加限制器（EC）、多功能限制器（MC），先进多功能限制器（AMC）、过程接口单元（PIU），实现生产过程的限制和数据采集。通过高速通道接口（HG）与局部限制网络（LCN）相连，实现用户的监视、操作、信息管理和系统维护等功能。 二 CENTUM-CS集散限制系统 1

11、、系统的构成横河电机CENTUM CS 3000 集散限制系统(DCS)是一个结构真正开放的系统。最小配置包括一个FCS（现场限制站）和一个HIS（操作站）组成。图4.4是一典型的CS3000系统。图4.4 CENTUM CS 系统结构图（1） Human Interface Station (HIS) 操作站 用于运行操作和监视。采纳了微软公司的Windows 2000 或 Windows XP作为操作系统和横河公司指定的工业用高性能计算机。因此系统工作站具有很强的平安性和牢靠性。（2）Field Control Station (FCS) 现场限制器 用于过程信号处理，完成模拟量调整、依次

12、限制、逻辑运算、批量限制等实时限制运算功能。（3）Engineering Station ( EWS) 工程师站 用于设计组态、仿真调试及操作监视。采纳或最新的Windows XP作为操作系统的横河指定的高性能计算机。（4）ESB总线（）用于限制站内，中心主限制器同本地节点之间进行数据传输的双重化实时通讯总线，网络拓扑构成：总线型，通讯速率：，每台限制站可连接4个节点，最大通讯距离2。（5）System Integration OPC Station（SIOS）OPC系统集成网关 用于将系统限制总线V net/IP 与 用于与子系统以太网相连接的网关。（6）V net/IP 限制总线 用于进行

13、操作监视及信息交换的双重化实时限制网络。整个网络采纳心型结构，兼容V-net和TCP/IP协议。通讯速率：G，通讯距离最大，连接站数：站域，站系统。由于增加了限制网络的开放性，更多的非CEMTUM网络设备可以干脆挂接在限制网络上。2、 限制站分类及限制总线 CENTUM CS3000系统对于不同需求有标准型FCS、扩展型FCS和紧凑型FCS。标准型FCS、增加型FCS可进一步分成两类：一类运用RIO（Remote I/O）,由RIO Bus连接；另一类运用FIO（Field Network I/O），由ESB Bus/ER Bus连接。 （1） RIO总线型FCSLFCS 图4.5 RIO总线

14、型FCSRIO BUS（用于RIO型）相关数据 最大连接设备： 8 Node / FCU 传输速率： 2mb/s传输介质： 双绞线、光纤。传输距离： 双绞线 750m 光纤 20Km（2）FIO标准型现场限制站型FCS一个FCU最多连10个NODE，若连接远程NODE，最多不能超过9个。每个NODE单元有12个槽位，左边8个为I/O模件槽位，右边4个是BUS接口模件和供电模件槽位。模件须要冗余配置时，只能是I01-I02，I03-I04，I05-I06，I07-I08相互后备。图4.6 ESB BU总结线型FCSESB BUS （用于FIO型）相关数据 最大连接设备：10 Node / FCU 传输速率： 128mb/s传输介质： 专用电缆YCB301。传输距离： 最大10m。第三节 CS2000 的基础一 CS2000总体结构CS2000是浙江中控公司开发的一种DCS。CS2000是纵向分层，横向分散的大型综合限制系统，它以多层局部网络为依托，将分布在整个企业范围内的各种限制设备和数据处理设备连接在一起，实现各部分的信息共享和协调工作，共同完成各种限制、管理和决策任务。CS2000分为三层：高层