《集散控制系统》PPT课件.ppt

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1、南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第十四章第十四章 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系内容提要内容提要n概述概述n计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成n计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点n计算机控制系统的发展过程计算机控制系统的发展过程n集散控制系统集散控制系统n集散控制系统的特点集散控制系统的特点n集散控制系统的基本构成集散控制系统的基本构成nCENTUM-CSCENTUM-CS集散控制系统集散控制系统110/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系内容提要内容提要n现场总线控制系统现场总线控制

2、系统n现场总线控制系统的特点现场总线控制系统的特点n现场总线国际标准化现场总线国际标准化n主要的现场总线系统简介主要的现场总线系统简介210/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述n一、计算机控制系统的组成一、计算机控制系统的组成3 计计计计算算算算机机机机控控控控制制制制系系系系统统统统是利用计算机实现工业生产过程的自动控制系统。图14-1 计算机控制系统原理框图计算机控制系统的工作过程工作过程工作过程工作过程：数据采集、控制决策、控制输出。数据采集、控制决策、控制输出。数据采集、控制决策、控制输出。数据采集、控制决策、控制输出。10/27/20

3、22南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述4图14-2 计算机控制系统组成框图10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述n二、计算机控制系统的特点二、计算机控制系统的特点5 计算机采用分时操作，用一台计算机可以代替许多台常规仪表，在一台计算机上操作与监视很方便。计算机控制系统，由于其所实现功能的软件化，复杂控制系统的实现或控制方案的修改可能只需修改程序、重新组态即可实现。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述6计算机控制系统可以通过通信网络而互通信息，实现数据和信

4、息共享，能使操作人员及时了解生产情况，改变生产控制和经营策略，使生产处于最优状态。计算机具有记忆和判断功能，它能够综合生产中各方面的信息，在生产发生异常情况下，及时做出判断，采取适当措施，并提供故障原因的准确指导，缩短系统维修和排除故障时间，提高系统运行的安全性，提高生产效率，这是常规仪表所达不到的。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系n三、计算机控制系统的类型三、计算机控制系统的类型1、按系统的功能分类（1）顺序控制和数值控制（2）直接数字控制（3）计算机监督控制（4）递阶控制2、按系统的结构分类（1）单机控制系统（2）多级计算机控制系统（3）多级分布式计算机

5、控制系统DDC系统框图系统框图SCC系统原理图系统原理图7 第一节第一节 概述概述10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述n四、计算机控制系统的发展过程四、计算机控制系统的发展过程81.1.直接数字控制直接数字控制直接数字控制直接数字控制(DDC)(DDC)由于提供了计算机与过程装置间的接口，实现了“传感器计算机执行器”三者电气信号的直接传递，计算机在配备了传感器、执行器以及相关的电气接口后就可以实现过程的检测、监视、控制和管理。这种用数字控制技术简单地取代模拟控制技术，而不改变原有的控制功能。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子

6、工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述9本质本质用一台计算机取代一组模拟控制器，构成闭环控制回路。优点优点优点优点计算灵活，它不仅能实现典型的DDC控制规律，而且能方便地对传统的PID算法进行改进或实现其他的控制算法。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述102.2.2.2.集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统图14-3 集中型计算机控制系统原理图10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系优越性：优越性：从表面上看从表面上看信息集中，集中型计算机控制可以实信息集中，集中型计

7、算机控制可以实现先进控制、联锁控制等各种更复杂控制功能；便于实现先进控制、联锁控制等各种更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。现优化控制和优化生产。问问 题：题：由于当时计算机总体性能低，运算速度慢，容量小，利由于当时计算机总体性能低，运算速度慢，容量小，利用一台计算机控制成很多个回路用一台计算机控制成很多个回路容易出现负荷过载容易出现负荷过载，而，而且控制的集中也直接导致且控制的集中也直接导致危险的集中危险的集中，高度的集中使系，高度的集中使系统变得十分统变得十分“脆弱脆弱”。在当时，集中型计算机控制系统不仅没有给工业生产带来明在当时，集中型计算机控制系统不仅没有给工业生产带来明显的好

8、处，反而可能严重影响正常生产，因此这种危险集中的系显的好处，反而可能严重影响正常生产，因此这种危险集中的系统结构很难为生产过程所接受，曾一度陷入困境。统结构很难为生产过程所接受，曾一度陷入困境。11 第一节第一节 概述概述10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述123.3.集散控制系统集散控制系统 集集集集散散散散控控控控制制制制系系系系统统统统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。特点特点集中管理和分散控制 10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概

9、述134.4.现场总线控制系统现场总线控制系统 现场总线是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。本质本质本质本质全数字式的，取消了原来DCS系统中独立的控制器，避免了反复进行AD、DA的转换。特点特点特点特点双向数据通信能力；把控制任务下移到智能现场设备，以实现测量控制一体化，从而提高系统固有可靠性。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系传统计算机控制系统的结构示意图传统计算机控制系统的结构示意图朴素意义上的朴素意义上的 FCS FCS结构示意图结构示意图 14 第一节第一节 概述概述10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子

10、工程系电子工程系计算机控制系统的发展特征计算机控制系统的发展特征随着局域网、随着局域网、InternetInternet、ITIT技术迅速发展，计算技术迅速发展，计算机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化发展成为一种趋势发展成为一种趋势 系统结构系统结构向网络化、网络扁平化方向发展向网络化、网络扁平化方向发展 系统功能系统功能向综合化方向发展向综合化方向发展 系统设备系统设备向多样化方向发展向多样化方向发展 15 第一节第一节 概述概述10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系概述概述 集集散散控控制制系系统统DCSDCS是

11、是随随着着现现代代大大型型工工业业生生产产自自动动化化的的不不断断兴兴起起和和过过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。D D D Distributed istributed C C C Control ontrol S S S SystemystemDCSDCSDCSDCSDCSDCS可直译为可直译为“分布式控制系统分布式控制系统”“集散控制系统集散控制系统”是按中国人习惯理解而称谓的。是按中国人习惯理解而称谓的。DCSDCS的主要特征是它的的主要特征是它的集中管理集中管理集中管理集中管理和和分散控制分散控制分散控制分散控制它它采采用用危危

12、险险分分散散、控控制制分分散散，而而操操作作和和管管理理集集中中的的基基本本设设计计思思想想，多层分级、合作自治的结构形式多层分级、合作自治的结构形式DCSDCS在在电电力力、冶冶金金、石石油油、化化工工、制制药药等等各各种种领领域域都都得得到到了了极极其其广广泛的应用。泛的应用。第二节第二节 集散控制系统集散控制系统1610/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系特征特征 经营管理级经营管理级生产管理级生产管理级控制管理级控制管理级过程控制级过程控制级根本：根本：根本：根本：管理集中和控制分散管理集中和控制分散管理集中和控制分散管理集中和控制分散具体表现在：分级递阶结构

13、现场仪表，各种检测仪表、执行器现场仪表，各种检测仪表、执行器DCSDCS必不可少的两级必不可少的两级必不可少的两级必不可少的两级17第二节第二节 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系向开放式系统发展向开放式系统发展智能变送器、远程智能变送器、远程I/O和现场总线的发展，进一步使现场测控和现场总线的发展，进一步使现场测控功能下移分散功能下移分散DCS、PLC、PCCS相互渗透融合，形成数字化、模块化、网相互渗透融合，形成数字化、模块化、网络化的分布式控制系统络化的分布式控制系统现场总线集成于现场总线集成于DCS系统是现阶段控制网络的发展趋势系

14、统是现阶段控制网络的发展趋势 现场总线于现场总线于DCS系统系统I/O总线上的集成总线上的集成 现场总线于现场总线于DCS系统网络层的集成系统网络层的集成 现场总线通过网关与现场总线通过网关与DCS系统并行集成系统并行集成 发展趋势 18第二节第二节 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 DCSDCS的层次结构中，最低级是与生产过程直接相连的过程控制级。的层次结构中，最低级是与生产过程直接相连的过程控制级。的层次结构中，最低级是与生产过程直接相连的过程控制级。的层次结构中，最低级是与生产过程直接相连的过程控制级。在在在在不不不不同同同同的的

15、的的DCSDCS中中中中，过过过过程程程程控控控控制制制制级级级级所所所所采采采采用用用用的的的的装装装装置置置置结结结结构构构构形形形形式式式式大大大大致致致致相相相相同同同同，但但但但名名名名称称称称各各各各异异异异，如如如如过过过过程程程程控控控控制制制制单单单单元元元元、现现现现场场场场控控控控制制制制站站站站、过过过过程程程程监监监监测测测测站站站站、基基基基本本本本控控控控制制制制器器器器、过程接口单元等，在这里，我们统称过程接口单元等，在这里，我们统称过程接口单元等，在这里，我们统称过程接口单元等，在这里，我们统称现场控制单元现场控制单元现场控制单元现场控制单元FCU(FCU(或

16、控制站）或控制站）或控制站）或控制站）。过过过过程程程程管管管管理理理理级级级级由由由由工工工工程程程程师师师师站站站站、操操操操作作作作员员员员站站站站、管管管管理理理理计计计计算算算算机机机机和和和和显显显显示示示示装装装装置置置置组组组组成成成成直直直直接接接接完成对过程控制级的集中监视和管理，通常称为完成对过程控制级的集中监视和管理，通常称为完成对过程控制级的集中监视和管理，通常称为完成对过程控制级的集中监视和管理，通常称为操作站操作站操作站操作站。DCSDCS的的的的生生生生产产产产管管管管理理理理级级级级、经经经经营营营营管管管管理理理理级级级级是是是是由由由由功功功功能能能能强强

17、强强大大大大的的的的计计计计算算算算机机机机来来来来实实实实现现现现，没没没没有有有有更多的硬件构成，这里不作阐述。更多的硬件构成，这里不作阐述。更多的硬件构成，这里不作阐述。更多的硬件构成，这里不作阐述。n一、集散控制系统的基本组成一、集散控制系统的基本组成DCSDCS的硬件系统的硬件系统的硬件系统的硬件系统20第二节第二节 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系21图14-4 集散控制系统基本构成图图14-5 CENTUM-CS系统外观图第二节第二节 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程

18、系系统系统系统系统软件软件软件软件现场控制站现场控制站现场控制站现场控制站应用软件应用软件应用软件应用软件报警检测、输入、输出报警检测、输入、输出报警检测、输入、输出报警检测、输入、输出操作站操作站操作站操作站应用软件应用软件应用软件应用软件人机接口人机接口人机接口人机接口报表打印和管理报表打印和管理报表打印和管理报表打印和管理过程画面显示和管理过程画面显示和管理过程画面显示和管理过程画面显示和管理历史数据存储历史数据存储历史数据存储历史数据存储顺序控制顺序控制顺序控制顺序控制连续过程控制连续过程控制连续过程控制连续过程控制实时数据库实时数据库实时数据库实时数据库DCSDCSDCSDCS软件软

19、件软件软件系统系统系统系统DCSDCSDCSDCS软件系统软件系统软件系统软件系统应用应用应用应用软件软件软件软件通信通信通信通信软件软件软件软件组态组态组态组态软件软件软件软件DCSDCS的软件系统的软件系统的软件系统的软件系统22第二节第二节 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系23图14-6 集散型控制系统的体系结构 操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散系统各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制的关键。小结小结小结小结第二节第二节 集散控制系统集散控制系统10/27/

20、2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统n二、集散控制系统的特点二、集散控制系统的特点19 控制功能丰富 监视操作方便 信息和数据共享 系统扩展灵活 安装维护方便 系统可靠性高 10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统n三、三、CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统241.1.1.1.CENTUM-CSCENTUM-CS系统的构成系统的构成系统的构成系统的构成图14-7 CENTUM-CS系统构成10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节

21、集散控制系统集散控制系统252.2.基本操作方法基本操作方法基本操作方法基本操作方法（1 1 1 1）画面的调出）画面的调出）画面的调出）画面的调出 操作站的画面有三大类：操作画面、应用画面和组态画面。调出的方法调出的方法调出的方法调出的方法 利用画面名称调出。利用功能键调出。利用画面选择键或操作员应用功能键调出。利用画面展开调出。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统26画面类别画面类别画面类别画面类别画面名称画面名称画面名称画面名称画面类别画面类别画面类别画面类别画面名称画面名称画面名称画面名称综观画面综观画面OV 趋势点画

22、面趋势点画面TP 分组画面分组画面CG 流程图画面流程图画面GR 报警画面报警画面AL 过程报警画面过程报警画面 PR操作指导信操作指导信息画面息画面OG 操作应用画面操作应用画面OU趋势组画面趋势组画面TG 系统维护画面系统维护画面SM表14-1 CENTUMCS系统10种监视画面名称注：表示页面号10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统27（2 2 2 2）参数及控制方式的调整）参数及控制方式的调整）参数及控制方式的调整）参数及控制方式的调整 控制方式的调整 DCS控制系统一般有几种控制方式，在操作过程中，可以调整。调出要进行

23、操作的控制系统对应的仪表图，根据仪表图下的软键号调整对应控制键上的手动、自动按键。图14-8 控制方式更改确认窗口10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统28 改变阀位输出值（MV）仅在手动方式时能操作。改变设定值（SV）在自动方式下操作同；数据录入a.按压ITEM数据类型键来确定更改数据类型。但在流程图上利用光标调出字符输入区时例外。b.按压DATA更改后的数字。c.输入错误可用BS键进行修改。d.数据输入后或控制方式更改后，按确认键数据真正进入内部仪表。最后用CL键关闭录入窗口。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电

24、子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统293.3.3.3.显示画面及操作显示画面及操作显示画面及操作显示画面及操作 CENTUM-CS系统的操作站主要有种类型的画面用于系统的监视和操作，它们分别是综综观观画画面面、分分组组画画面面、调调整整画画面面、报报警警画画面面、操操作作指指导导信信息息画画面面、流程图画面流程图画面、趋势画面趋势画面、用户屏幕用户屏幕及信息屏幕信息屏幕。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统（1 1 1 1）仪表图）仪表图）仪表图）仪表图l 仪表图是系统显示的主要内容，也是操作的关键。l

25、仪表图没有单独的显示画面，但在大部分显示画面中都可调出。l 仪表图显示由工位号说明、工程单位、数字显示、方式状态显示、模拟显示和工位号几部分组成。3010/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统31图14-9 主要的仪表图（一）10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统32图14-9 主要的仪表图（二）10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统33（2 2）综观显示画面）综观显示画面）综观显示画面）综观显示画面作

26、用作用 把反馈控制系统、顺序控制系统、各种操作画面定义在一个个显示块中，以便了解过程系统的综合概貌。若发生报警时，可用声光通知操作人员进行确认。利用光标的操作，也可以从综观画面转移到其他画面上。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统34图14-10 综观显示画面10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统35（3 3 3 3）分组显示画面）分组显示画面）分组显示画面）分组显示画面图14-11 分组显示画面10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系

27、第二节第二节 集散控制系统集散控制系统36（4 4 4 4）调整画面）调整画面）调整画面）调整画面主主主主要要要要显显显显示示示示 一个工位号反馈控制的内部仪表或顺序控制的顺序元素的各种设定参数、控制参数、点调整趋势图和仪表图。主主主主要要要要内内内内容容容容 包括工位号标记、工位号、工位号说明、该工位号的设定及控制参数、调整趋势图和仪表图。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统37图14-12 调整画面10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统38（5 5 5 5）

28、趋势组画面）趋势组画面）趋势组画面）趋势组画面根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类：根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类：根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类：根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类：实时趋势实时趋势、历史趋势历史趋势和批量趋势批量趋势三种。实时趋势用于记录控制系统的过渡过程曲线，可以进行PID参数的整定；历史趋势用于记录控制系统的运行状况，以备检查，或将其数据存入硬盘及软盘；批量趋势用于记录批量过程的数据。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统39图14-13 趋势组画面10/27/202

29、2南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统40（6 6 6 6）趋势点画面）趋势点画面）趋势点画面）趋势点画面 趋势点画面显示趋势组画面中某一个数据项，显示两组趋势图：包含所有采样点的总总体体趋趋势势图图和放大的详细趋势图详细趋势图。趋势点画面与趋势组画面相似。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统41（7 7 7 7）流程图画面）流程图画面）流程图画面）流程图画面 流流程程图图画画面面可以用图形、颜色和数据，将设备和控制系统图案化，以满足用户监视和操作的要求。在主显示区显示的内容是用

30、户自己编制的工艺设备、控制系统的显示图案以及仪表图。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统42图14-14 显示画面格式10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统43（8 8 8 8）报警概要画面）报警概要画面）报警概要画面）报警概要画面 报报警警画画面面按报警发生的顺序，依次在主显示区显示20个报警信息。每个报警信息按序号，工位号标记，报警发生的月、日、分、秒，工位号，工位号说明，报警状态这一顺序进行显示。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子

31、工程系第二节第二节 集散控制系统集散控制系统44图14-15 报警概要画面10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统n一、现场总线控制系统的特点一、现场总线控制系统的特点451.1.1.1.现场总线控制系统的结构特点现场总线控制系统的结构特点现场总线控制系统的结构特点现场总线控制系统的结构特点图14-16 传统计算机控制系统结构示意图传统计算机控制系统的缺点传统计算机控制系统的缺点传统计算机控制系统的缺点传统计算机控制系统的缺点 这种传输方式一方面要使用大量的信号线缆；另一方面模拟信号的传输和抗干扰能力低。10/27/202

32、2南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统46 现场总线控制系统FCS是在DCS系统的基础上发展而成的，它继承了DCS的分布式特点，但在各功能子系统之间，尤其是在现场设备和仪表之间的连接上，采用了开放式的现场网络，从而使系统现场设备的连接形式发生了根本的改变，具有自己所特有的性能和特征。现场总线采用数字信号传输取代模拟信号传输。现场总线允许在一条通信线上挂多个现场设备，而不需要AD、DA等IO组件，10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统472.2.2.2.现场总线控制系

33、统的技术特点现场总线控制系统的技术特点现场总线控制系统的技术特点现场总线控制系统的技术特点图14-17 现场总线控制系统结构示意图1、全数字化通信2、开放型的互联网络3、系统的全分散式4、现场设备的智能化 10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统483.3.3.3.现场总线控制系统的优点现场总线控制系统的优点现场总线控制系统的优点现场总线控制系统的优点 节省硬件数量和投资 节省安装费用 节省维护费用 用户具有高度的系统集成主动权 提高系统的准确性与可靠性 对现场环境的适应性 10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电

34、子工程系电子工程系第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统n二、现场总线国际标准化二、现场总线国际标准化49图14-18 IEC61158采用的8种类型 IECIEC标标准准的8种类型是平等的。其中Type2Type8需要对Type1提供接口，而标准本身不要求Type2Type8之间提供接口。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统n三、主要的现场总线系统简介三、主要的现场总线系统简介501.1.HART 总线系统总线系统2.2.Profibus 总线系统总线系统3.3.FF 总线系统总线系统4.4.CAN 总线系统总线系统5.5.Lon Works 总线系统总线系统 10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系5110/27/2022