《DCS控制系统》PPT课件.ppt
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1、集散控制系统原理及装置第第3章章 第第1部分部分3.1 3.1 集散控制系统(集散控制系统(DCSDCS)发展及其组成)发展及其组成了解了解DCSDCS的基本概念及组成的基本概念及组成3.2 DCS3.2 DCS现场控制站的功能现场控制站的功能现场操作站的组成及主要模块原理现场操作站的组成及主要模块原理3.3 DCS3.3 DCS操作站的功能操作站的功能功能简述及操作界面功能简述及操作界面3.4 DCS3.4 DCS控制系统的通信及现场总线控制系统的通信及现场总线CENTUMCENTUM系统的系统的HFHF及其它现场总线及其它现场总线3.5 3.5 现场总线系统的管理现场总线系统的管理组态管理
2、软件的应用及组态管理软件的应用及FCSFCS知识更新知识更新第3章 集散控制系统与现场总线系统3.1 3.1 集散控制系统的发展及其组成集散控制系统的发展及其组成 n发展过程发展过程n分散控制方式:仪表间相距过远、仪表盘尺寸过大、无法全面了解信息分散控制方式:仪表间相距过远、仪表盘尺寸过大、无法全面了解信息及操作;及操作;n集中控制方式:危险过于集中,计算机出现故障时整个生产装置瘫痪;集中控制方式:危险过于集中,计算机出现故障时整个生产装置瘫痪;n集散控制方式:控制功能分散、操作管理集中集散控制方式:控制功能分散、操作管理集中-DCS-DCS。n集散控制中危险分散的方法:将控制功能分散到多台计
3、算机上,采取双集散控制中危险分散的方法:将控制功能分散到多台计算机上,采取双重化冗余措施。重化冗余措施。集散控制系统的组成现场控制站危险分散的设计原则n(以日本横河CENTUM集散控制系统为例)n1 1、站内一个微处理器控制、站内一个微处理器控制8 84040个回路;个回路;n2 2、自带程序存储器和数据库,能脱离操作站(上位机)独立控制生产、自带程序存储器和数据库,能脱离操作站(上位机)独立控制生产过程;过程;n3 3、可以多个现场操作站组合控制一个大型生产过程,某站故障时只影、可以多个现场操作站组合控制一个大型生产过程,某站故障时只影响所控制的回路。响所控制的回路。n集散控制可能涉及的问题
4、集散控制可能涉及的问题nCPUCPU控制回路的数量与实际要求的关系控制回路的数量与实际要求的关系-生产装置中联系紧密的控制回生产装置中联系紧密的控制回路数目约为路数目约为8 84040个,状态量约为个,状态量约为100100500500个,集中在一个站内可省去通个,集中在一个站内可省去通信过程,实时性好。信过程,实时性好。横河公司:横河公司:CENTUM ACENTUM A型集散控制系统型集散控制系统 配有配有YEWCOM 7000YEWCOM 7000小型机作为上位机,小型机作为上位机,包括现场控制站包括现场控制站CFCD2CFCD2、操作站、操作站COPSVCOPSVCOPCVCOPCV、
5、数据通讯母线、数据通讯母线HF-HF-BUSBUS等构成。等构成。上位机可以连接数个终端和其它外上位机可以连接数个终端和其它外设。现场控制站设。现场控制站CFCD2CFCD2用作直接控制,用作直接控制,操作站操作站COPSVCOPSVCOPCVCOPCV完成操作和现完成操作和现场监视,现场控制站和操作站通过场监视,现场控制站和操作站通过HF-BUSHF-BUS相连接。相连接。1 1、控制站内关键部件都采用双重化冗余;、控制站内关键部件都采用双重化冗余;2 2、冗余备用设备始终处于热备用待机方式;、冗余备用设备始终处于热备用待机方式;3 3、设备自诊断监视,发现故障无间断平滑切换。、设备自诊断监
6、视,发现故障无间断平滑切换。双重化(热备用)详细原理双重化(热备用)详细原理 P120 RF-FIG3-2 P120 RF-FIG3-2、3-33-3核心问题:主要部件采用双配置。核心问题:主要部件采用双配置。双配置部件包括:(双配置部件包括:(1 1)运算控制部件、()运算控制部件、(2 2)供电电源、()供电电源、(3 3)总线及)总线及通信耦合器等。通信耦合器等。双重化切换原理:两个运算控制插件并联相接,某一运算控制插件有双重化切换原理:两个运算控制插件并联相接,某一运算控制插件有故障时相互切换,同时保证切换时无扰动。故障时相互切换,同时保证切换时无扰动。站内集中控制危险的防范措施双重化
7、措施示意图运算控制插件说明:n(1)插件可包含多路输入输出,例:MAC2有8路15V输入,8路420mA输出。n(2)必要时需加接隔离电路,例:光隔输入、磁隔输出。n(3)插件实际运算工作在计算机(控制部分RF-FIG-3-2)内完成,插件与计算机之间采用站内通信总线交换数据。双重化(热备用)详细原理 多路模拟量输入输出卡结构示意框图 运算控制工作流程(以其中某一通道为例说明)双重化(冗余)输出控制电路原理双重化(冗余)输出控制电路原理 双重化控制执行电路原理简图双重化控制执行电路原理简图 双重化(冗余)输入控制电路原理双重化(冗余)输入控制电路原理 a.电流双重化输入电流双重化输入 b.电压
8、双重化输入电压双重化输入 3.2 DCS现场控制站的功能现场控制站的功能框图现场控制站的功能框图DCS现场控制站概述说明n概述:控制站支持多回路控制,在加强单回路控制器的基础上增加了顺序控制功能。n特点:反馈控制与顺序控制由同一CPU操纵,容易完成生产现场的工艺组合,能够实现生产全过程的自动化。n说明:补充资料具有相同功能的技术手段-PLC现场控制站原理示意图(配电炉控制彩图)DCS现场控制站的2大功能n反馈控制功能反馈控制功能n反馈控制功能的实现-由内部仪表完成,用功能自程序模块实现单回路控制仪表的功能。n名词解释:内部仪表能够完成不同标准功能的程序模块n顺序控制功能顺序控制功能n用于断续处
9、理,根据控制要求,对时间、状态等条件进行逻辑判断,分步骤完成一系列操作控制。n注:复杂控制中可能在连续控制中含有断续控制,断续控制的某一操作需要加入连续控制。反馈控制功能实例数字调节器单元内涵缓冲罐的选择控制框图反馈控制功能应用实例反馈控制功能应用实例冷却塔的顺序控制顺序控制功能应用实例顺序控制功能应用实例3.3 DCS3.3 DCS监控操作站的功能监控操作站的功能(三大功能)(三大功能)n工程功能工程功能-完成系统生成、系统维护、系统完成系统生成、系统维护、系统测试和系统管理;测试和系统管理;n操作功能操作功能-监视、记录、运行;监视、记录、运行;n通信功能通信功能-完成现场控制站于上位机之
10、间的完成现场控制站于上位机之间的数据交换。数据交换。DCS监控操作站的主要功能n主要介绍操作功能-运行中的操作画面运行中的操作画面(1 1)总貌画面总貌画面反映生产过程总体状况反映生产过程总体状况 P 132(2 2)分组画面分组画面-对应显示各内部仪表状态,在操作中观察其它回路对应显示各内部仪表状态,在操作中观察其它回路的关联变化。的关联变化。P 133(3 3)回路调整画面回路调整画面-细致观测单元仪表的情况,可用于单回路的细致观测单元仪表的情况,可用于单回路的PIDPID整定。整定。P 134 (4 4)报警画面报警画面-按时间顺序排列显示报警(总貌种只显示报警性质按时间顺序排列显示报警
11、(总貌种只显示报警性质和场所),有声光配合。和场所),有声光配合。P 136(5 5)趋势分组画面趋势分组画面-显示过程变化曲线,可出现在总貌画面和趋势显示过程变化曲线,可出现在总貌画面和趋势画面。画面。P 135(6 6)流程子画面流程子画面绘有过程图形的仪表面板。显示在屏幕上,可模绘有过程图形的仪表面板。显示在屏幕上,可模拟原有仪表。拟原有仪表。P 137利用VB开发的一种总貌显示操作界面现场总线技术应用基础第第3章章 第第2部分部分现场总线技术的应用 n采用现场总线的必要性采用现场总线的必要性:4-20mA4-20mA模拟信号传输无法满足开放数字化通信的模拟信号传输无法满足开放数字化通信
12、的要求。要求。n现场总线的基本描述现场总线的基本描述:连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、多节点、多分支结构的通信链路。多节点、多分支结构的通信链路。n总结总结:现场总线是以智能化仪表为基础实现网络化数据传送。现场总线是以智能化仪表为基础实现网络化数据传送。n计算机网络通信的基础计算机网络通信的基础n计算机网络系统的特征:是一种开放网络系统,通过网络实现数据交换和资源共享。计算机网络系统的特征:是一种开放网络系统,通过网络实现数据交换和资源共享。n对开放网络的要求(开放系统互连参考模型对开放网络的要求(开放系统互连参考模型OSIOSI):开放
13、系统中各种设备与网络连接):开放系统中各种设备与网络连接必须制定统一的规则。必须制定统一的规则。ISOISO采纳了采纳了OSIOSI通用参考模型作为一个国际标准。通用参考模型作为一个国际标准。OSI Open Systems InterconnectionOpen Systems Interconnection 信息数据包装及传输过程OSIOSI的核心的核心:n将两个终端用户的通讯过程分为将两个终端用户的通讯过程分为7层,每层有自己的功能集。层,每层有自己的功能集。n1 1物理层(物理层(physical layerphysical layer):规定通信介质,完成节点之间原始比特):规定通信
14、介质,完成节点之间原始比特流的传输。流的传输。n2 2数据链路层(数据链路层(data link layer data link layer):发送将用户数据封装成帧,按顺):发送将用户数据封装成帧,按顺序传送各帧。序传送各帧。n3 3网络层(网络层(network layernetwork layer):选择网络节点间信息传送的路径。):选择网络节点间信息传送的路径。n4.4.传输层(传输层(transport layer transport layer):建立、维护和取消传输连接,负责可):建立、维护和取消传输连接,负责可靠地传输数据。靠地传输数据。n5.5.会话层会话层(Session
15、Layer)(Session Layer):调度两个节点间通信任务的启动和停止。:调度两个节点间通信任务的启动和停止。n6.6.表示层(表示层(presentation layer presentation layer):信息格式的转换。):信息格式的转换。n7.7.应用层(应用层(application layer application layer):召唤底层协议为其服务。):召唤底层协议为其服务。HART总线模型及与标准总线模型及与标准OSI对照对照(模拟/数字兼容的过渡形式)HARTHART协议信息结构形式协议信息结构形式 nHARTHART协议信息结构属于协议信息结构属于HDLHDL
16、。数据长度不恒定,最多可包括。数据长度不恒定,最多可包括2525个字节。个字节。HARTHART总线各层功能介绍总线各层功能介绍n概述:概述:对应对应ISO/OSIISO/OSI模型的模型的1 1,2 2,7 7层。层。n物理层:物理层:标准标准BELL202 FSKBELL202 FSK信号加载于信号加载于4 420mA20mA信号上信号上,其中其中1200HZ1200HZ代表代表逻辑逻辑11,2200HZ2200HZ代表逻辑代表逻辑00。n数据链路层:数据链路层:规定完整的通信数据结构。规定完整的通信数据结构。n应用层:应用层:规定规定HARTHART命令命令,命令分为命令分为3 3类。类
17、。n第一类:通用命令第一类:通用命令,读型号、厂名、过程变量及单位等;读型号、厂名、过程变量及单位等;n第二类:普通命令第二类:普通命令,写时间常数、量程标定等;写时间常数、量程标定等;n第三类:专用命令第三类:专用命令,针对个体设备的特殊性。针对个体设备的特殊性。基金会现场总线技术(FFFF)6点n基金会现场总线的主要技术基金会现场总线的主要技术-技术特色及主要内容:技术特色及主要内容:n(1 1)基金会总线的通信技术基金会总线的通信技术-包括通信模型、通信协议、通信控制芯片、通信网络及系统管理包括通信模型、通信协议、通信控制芯片、通信网络及系统管理内容,涉及与网络相关的硬、软件、各种网关、
18、网桥、中继器等。;内容,涉及与网络相关的硬、软件、各种网关、网桥、中继器等。;n(2 2)标准化功能模块与功能应用进程标准化功能模块与功能应用进程na.a.提供一个通用结构,将控制系统中各种功能划分为功能模块,使其公共特征标准化;提供一个通用结构,将控制系统中各种功能划分为功能模块,使其公共特征标准化;nb.b.规定各自的输入、输出、算法、时间、参数及块控制图并将其组成设备中的应用进程;规定各自的输入、输出、算法、时间、参数及块控制图并将其组成设备中的应用进程;nc.c.便于实现不同制造商产品的混合组态与调用。便于实现不同制造商产品的混合组态与调用。n(3 3)设备描述及描述语言设备描述及描述
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