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第第9章章 计算机限制系统计算机限制系统v工业过程中广泛应用的计算机限制系统:v集散限制系统(DCS)v是70年头中期发展起来的以微处理器为基础的计算机综合系统。v现场总线限制系统（FCS）v是一种基于现场总线技术的新型计算机限制系统，它接受现场总线把传感器、变送器、执行器和限制器集成在一起，形成真正的开放式互连系统结构。v可编程限制器系统 9.1 集散型限制系统（Total Distributed Control System，DCS）v以多台微型计算机为基础，接受以多台微型计算机为基础，接受数据通信和数据通信和CRT显示技术，应用限显示技术，应用限制理论，对生产过程进行分散限制、制理论，对生产过程进行分散限制、集中操作、分级管理、分而自治和集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的系统。综合协调的系统。v DCS的特点v硬件积木化 v硬件接受积木化组装结构，系统配置敏捷，可以便利的构成多级限制体统。v软件模块化v为用户供应了丰富的功能软件，主要包括限制软件包、操作显示软件包、报表显示软件包等，用户只需按要求选用即可。v限制组态化 v具有常用的运算和限制模块，限制工程师只需依据系统的限制方案，选择模块，并以填表方式来定义这些软功能模块，进行限制系统的组态。v通信网络化v通信网络是分散限制系统的神经中枢，它将物理上分散的多台计算机装置有机地联系起来，实现了相互协调、资源共享的集中管理。v高牢靠性vDCS的牢靠性高体现在系统结构、冗余技术、自诊断功能、抗干扰措施，高性能的元件等方面。DCS的发展及典型产品的发展及典型产品vvDCS的开创期的开创期(1975年年1980年年)vvDCS的组成的组成vv现场限制站现场限制站vv现场监测站现场监测站vvCRT操作站操作站vv数据高速马路数据高速马路vv监控计算机监控计算机vv基基本本上上体体现现了了集集中中管管理理、分分散散限限制制的的特特点点 CRTCRT操作站操作站操作站操作站 监控计算机监控计算机监控计算机监控计算机 数数数数 据据据据 高高高高 速速速速 公公公公 路路路路 HWHW现场监测站现场监测站现场监测站现场监测站 现场控制站现场控制站现场控制站现场控制站第一代第一代第一代第一代DCSDCS基本结构基本结构基本结构基本结构 DCS的发展及典型产品的发展及典型产品vvDCSDCS的成长与完善时期的成长与完善时期的成长与完善时期的成长与完善时期(1980(1980年年年年19851985年年年年)vv特点：特点：特点：特点：vv限限限限制制制制功功功功能能能能扩扩扩扩充充充充，常常常常规规规规限限限限制制制制、逻逻逻逻辑辑辑辑限限限限制制制制、批批批批量量量量限限限限制制制制；增增增增加加加加了了了了显显显显示示示示功功功功能能能能；以以以以局局局局部部部部网网网网络络络络LANLAN为为为为主主主主干干干干，其其其其它它它它各各各各单单单单元元元元都都都都是是是是挂挂挂挂在在在在它它它它上上上上面面面面的的的的网网网网络络络络节节节节点点点点工工工工作作作作站站站站，通信范围扩大，数据传送速率提高。通信范围扩大，数据传送速率提高。通信范围扩大，数据传送速率提高。通信范围扩大，数据传送速率提高。vv主要组成部分主要组成部分主要组成部分主要组成部分vv局局局局部部部部网网网网络络络络、多多多多功功功功能能能能现现现现场场场场限限限限制制制制站站站站、增增增增加加加加型型型型操操操操作作作作站站站站、通通通通用用用用型型型型操操操操作作作作站站站站、网网网网关关关关、系系系系统统统统管管管管理理理理模模模模块块块块、主主主主计计计计算算算算机机机机DCS的发展及典型产品的发展及典型产品vv其次代其次代其次代其次代DCSDCS基本结构示意图基本结构示意图基本结构示意图基本结构示意图局局局局 部部部部 网网网网 络络络络 LANLAN其其其其它它它它网络网络网络网络D DHHWW网关网关网关网关多功能控制器多功能控制器多功能控制器多功能控制器网关网关网关网关系统管理模块系统管理模块系统管理模块系统管理模块通用操作站通用操作站通用操作站通用操作站主计算机主计算机主计算机主计算机增强型增强型增强型增强型操作站操作站操作站操作站DCS的发展及典型产品的发展及典型产品vvDCSDCS的扩展期（的扩展期（的扩展期（的扩展期（19851985年以后）年以后）年以后）年以后）vv第三代第三代第三代第三代DCSDCS的主要特点是：的主要特点是：的主要特点是：的主要特点是：vv开放式的系统通信，向上能与开放式的系统通信，向上能与开放式的系统通信，向上能与开放式的系统通信，向上能与MAPMAP和和和和EthernetEthernet接口，或接口，或接口，或接口，或者通过网间连接器与其它网络联系，构成综合管理系统；者通过网间连接器与其它网络联系，构成综合管理系统；者通过网间连接器与其它网络联系，构成综合管理系统；者通过网间连接器与其它网络联系，构成综合管理系统；向下支持现场总线。向下支持现场总线。向下支持现场总线。向下支持现场总线。vv限制站运用限制站运用限制站运用限制站运用3232位微处理器，限制功能更强，体积更小，位微处理器，限制功能更强，体积更小，位微处理器，限制功能更强，体积更小，位微处理器，限制功能更强，体积更小，牢靠性更高。牢靠性更高。牢靠性更高。牢靠性更高。vv操作站接受高档微型计算机，增加图形显示功能，多窗操作站接受高档微型计算机，增加图形显示功能，多窗操作站接受高档微型计算机，增加图形显示功能，多窗操作站接受高档微型计算机，增加图形显示功能，多窗口技术和触摸屏技术。口技术和触摸屏技术。口技术和触摸屏技术。口技术和触摸屏技术。vv过程限制组态运用过程限制组态运用过程限制组态运用过程限制组态运用CADCAD方法，更加直观便利；引入专家方法，更加直观便利；引入专家方法，更加直观便利；引入专家方法，更加直观便利；引入专家系统，实现参数自整定。系统，实现参数自整定。系统，实现参数自整定。系统，实现参数自整定。DCS的发展及典型产品的发展及典型产品vv典型产品有典型产品有典型产品有典型产品有Honeywell Honeywell 公司的公司的公司的公司的TDC 3000/PMTDC 3000/PMYOKAGAWA YOKAGAWA 公司的公司的公司的公司的Centum-XLCentum-XLFoxboro Foxboro 公司的公司的公司的公司的I/A SeriesI/A SeriesTAILOR Instruments TAILOR Instruments 公司的公司的公司的公司的Mod 300Mod 300Bailey ControlBailey Control公司的公司的公司的公司的INFI-90INFI-90等等等等DCS的发展及典型产品的发展及典型产品v第四代集散限制系统以管控一体化的形式出现。广泛接受了开放的工作站和客户机服务器结构；增加了工厂信息网。v典型产品有Honeywell公司的TPS，YOKOGAWA公司的CENTUMCS，Foxboro公司的I/A S 50/5l等。集散限制系统的体系结构DCS的结构与功能v其标准体系结构按功能分为三层功能结构：其标准体系结构按功能分为三层功能结构：v管理层主要功能为生产调度管理及厂级优管理层主要功能为生产调度管理及厂级优化；化；v监督限制和协调优化层主要是机组级的集监督限制和协调优化层主要是机组级的集中操作、协调限制和运行优化，这部分可中操作、协调限制和运行优化，这部分可分为运行人员操作站、工程师工作站和监分为运行人员操作站、工程师工作站和监控计算机；控计算机；干脆限制层由分布式多功能处理单干脆限制层由分布式多功能处理单元组成，按功能分为现场限制站、元组成，按功能分为现场限制站、监测站，用于实现地理上分散的回监测站，用于实现地理上分散的回路限制和检测功能。路限制和检测功能。整个整个DCS系统通过通信技术实现限系统通过通信技术实现限制指令及各种信息的传递和数据资制指令及各种信息的传递和数据资源的共享。源的共享。一、分散限制装置一、分散限制装置v分散限制装置包括现场限制站与过程监测分散限制装置包括现场限制站与过程监测站，是集散限制系统与生产过程的接口。站，是集散限制系统与生产过程的接口。v现场限制站（分散处理单元现场限制站（分散处理单元DPU）可以限）可以限制一个或多个回路，具有较强的运算实力制一个或多个回路，具有较强的运算实力和限制实力，是集散限制系统中实现分散和限制实力，是集散限制系统中实现分散限制的关键部分。限制的关键部分。v现场限制站中固化有各种数据处理及限制现场限制站中固化有各种数据处理及限制运算算法模块，通过组态的方法运算算法模块，通过组态的方法 v牢靠性牢靠性：一对一备用、：一对一备用、N对一备用对一备用 vv过程监测站（又称数据采集装置或过程接过程监测站（又称数据采集装置或过程接口单元口单元PIU等）等）vv主要作用：采集过程变量信息，数据处理，主要作用：采集过程变量信息，数据处理，送入数据库，实现综合数据管理。送入数据库，实现综合数据管理。vv过程监测站除不具备限制功能外，与现场过程监测站除不具备限制功能外，与现场限制站的功能和结构相像。限制站的功能和结构相像。二、操作管理装置v操作管理装置包括操作员站、工程师站、监控计算机等，是操作、管理人员与集散限制系统的接口。v完成监视、操作、系统组态、优化限制等任务。图9-3 操作员站结构框图v操作员站 vCRT显示器：生产画面的总貌显示、分组显示、单回路细目显示、流程图显示、历史趋势显示和报警概貌显示等。v键盘：发出画面选择、功能恳求、数据输入和报警确认等操作指令。v打印机：打印时、班、日等报表。v数据存储器：保存历史数据 v微处理器：限制各实时任务执行v工程师站 v完成系统组态、画面生成、参数调整、文档管理、系统调试等工作 v监控计算机 v通过通信接口，综合监视全系统的各工作站，管理全系统的全部信息，实现全系统的最优限制和全厂的优化管理。三、通信系统v通信系统即计算机网络，它将集散限制系统的各工作站连接起来。集散限制系统的功能结构v过程限制级v生产过程的数据采集与回路限制。如汽包水位限制、机炉协调限制及各种依次限制等。v过程管理级主要由操作员站、工程师站及监控计算机等组成，其主要功能是：v数据显示与限制操作；v报警显示与处理；v数据存储与压缩归档；v性能计算与优化限制；v制表打印；v系统组态。v生产管理级由服务器及工作站组成，主要实现实时限制之外的管理功能。如发电量的安排。v经营管理级与办公自动化连接起来，担负起全厂的总体协调管理。包括各类经营活动、人事管理、财务管理等。集散限制系统的组态 v硬件组态v即系统配置，是依据系统的规模及限制要求而进行的硬件选择。v工程师站的选择、操作员站的选择、现场限制站的选择 v软件组态 v画面组态 v数据组态 v报表组态 v限制回路组态 典型集散限制系统典型集散限制系统 产产品名称品名称生生产产厂家厂家I/A SeriesI/A SeriesFoxboroFoxboro（美国）（美国）SymphonySymphonyABBABB（瑞士）（瑞士）OvationOvationWestinghouseWestinghouse（美国）（美国）MAX 1000MAX 1000Leeds&Northrup Leeds&Northrup（美国）（美国）HIACS 5000/7000HIACS 5000/7000HitachiHitachi（日本）（日本）Teleperm XP Teleperm XP SiemensSiemens（德国）（德国）XDPS-400XDPS-400新新华华（中国）（中国）HOLLiAS-MACSHOLLiAS-MACS和利和利时时（中国）（中国）图9-5 Symphony 系统总体结构图9-9 DCS信号流程图DSC调试（1）静态调试。静态调试是指系统还没有与生产现场相连时的调试，主要包括：通电试验；I/O卡件性能测试；组态软件编译下装；外加仿真信号对系统进行测试。（2）动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以视察为主，当涉及到必需的系统修改时，应做好充分的准备及平安措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设备故障。DCS调试动态调试一般包括以下内容：视察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；检查限制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；对限制回路进行在线整定；当系统存在较大问题时，如需进行限制结构修改、增加测点等，应尽量在停机状态下重新组态下装。若条件不允许，也可进行在线组态，但要熟悉在线组态的各个环节并做好应急措施。信号类型DASMCSSCSFSSSETSECS合计AI（420mA）300280108510188873AI（RTD）1904516512030550AI（TC）11456101820218DI28710143011691207503766PI1035568AO（420mA）4170174DO4024790551602301695SOE15560185400合计11005852465194324314087744表表9-2 9-2 每台每台单单元机元机组组DCSDCS的的I/OI/O信号数量信号数量图9-10 两台600MW机组Symphony系统结构图现场总线限制系统图9-11 现场总线限制回路图9-12现场总线限制系统与传统限制系统结构的比较图9-13 具有两层结构的FCS9-14 具有三层结构的FCS