仪表DCS集散控制系统介绍优质资料.doc
《仪表DCS集散控制系统介绍优质资料.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《仪表DCS集散控制系统介绍优质资料.doc(45页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、仪表DCS集散控制系统介绍优质资料(可以直接使用,可编辑 优质资料,欢迎下载)仪表DCS集散控制系统介绍集散控制系统(Distributed control system)是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统,简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制,全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控,实现最优化控制,整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点,克服了常规仪表功能单一,人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点,既实现了在管理、操作和显示三方面集中,又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现
2、代化生产过程控制中起着重要的作用。集散控制系统一般有以下四部分组成: 现场控制级:又称数据采集装置,主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理,而且对实时数据进一步加工处理,供CRT操作站显示和打印,从而实现开环监视,并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下,能以开关量或者模拟量信号的方式,向终端元件输出计算机控制命令。 这一个级别直接面对现场,跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。在DCS系统中,这一级别的功能就是服从上位机发来的命令,同时向上位机反馈执行的情况。拿军队来举例的话,可以形容为最底层
3、的士兵。它们只要能准确地服从命令,并且准确地向上级汇报情况即完成使命。至于它与上位机交流,就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰,所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。 过程控制级:又称现场控制单元或基本控制器,是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。 上面说到现场控制级是“士兵”,那么给它发号施令的就是过程控制级了。它接受现场控制级传来的信号,按照工艺要求进行控制规律运算,然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。所以,过程控制级要具备聪明的大脑,能将“士兵”
4、反馈的军情进行分析,然后做出命令,以使“士兵”能打赢“战争”。 这个级别不是最高的,相当于军队里的“中尉”。它也一样必须将现场的情况反馈给更高级别的“上校”也就是下面讲的过程管理级。 过程管理级:DCS的人机接口装置,普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况、 这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程,可以通过屏幕了解到生产运行情况,了解每个过程变量的数字跟状态。这一级别在军队中算是很高的“上校”了。它所掌握的“大权”可以根据需要随时进行手动自
5、动切换、修改设定值,调整控制信号、操纵现场设备,以实现对生产过程的控制。 经营管理级:又称上位机,功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连,综合监视系统各单元,管理全系统的所有信息。 这是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。相当于军队中的“元帅”,他们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。 它的权限很大,可以监视各部门的运行情况,利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况,从企业全局利益出发,帮助企业管理人员进行决策,帮助企业实现其计划目标。 DCS系统的产生背景上世纪三四十年代,工业自动化装置采用的是分散性控制系统。也
6、就是所有设备都是独立运行,不联网控制。操作员根据生产需求进行计算后,将独立设备的特性调节到适合的程度,然后就开始工作。之后采用了气动、电动模拟仪表组成过程控制系统,实现了一定程度上的集中监视、操作和分散控制。较好的适应了工业生产的需求。可是,随着生产规模和复杂程度的不断提高,原有的控制系统显得滞后、笨重、繁冗,因为一台仪表只有一种控制规律,要实现某些复杂的控制就很困难。另外,控制仪表数量越来越多,用原来落后的仪表盘控制的话,控制盘越来越长,看得人眼睛都会花掉。最致命的就是老系统之间不便于实现通信,很难分级控制和综合管理。再一个就是它的系统变更比较麻烦,只有通过更换仪表和变更仪表连线才能实现。
7、第三次科技革命开始后,随着计算机技术的发展,人们开始尝试将计算机用于过程控制。试图利用计算机所具有的功能特点,来克服常规模拟仪表的局限性。但当时采用的办法是用一台计算机控制几十甚至上百个回路,这样做的危险性很高,如果计算机出现故障,会导致很严重的后果,这就是所谓的“危险集中”。若采用双机双工系统,虽可以提高系统的可靠性,但成本太高,如果工厂的生产规模不大,则经济性很差,用户难以接受。 直到上世纪70年代开始,随着计算机技术的日渐成熟,大规模集成电路及微处理器的诞生后,人们开始思考是否能将“危险分散”。就是原来靠一台大计算机完成的“艰巨”任务,能否用几十台微处理来完成?这样的话,即使某一处理器坏
8、了,也不至于会“牵一发而动全身”,从而使危险系数大大降低。答案是肯定的。至此DCS就诞生了。 进入九十年代以后,计算机技术突飞猛进,更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备,它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛,以至于有些人已做出预测:基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。 集散控制系统的特点DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比,具有很显著的特点。 1、系统构成灵活。从总体上看,DCS就是由各个工作站通过网络通信系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求,你
9、可以随时加入或者撤去工作站。系统组态很灵活。 2、操作管理便捷。DCS的人机反馈都是通过CRT跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样,你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。 3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算,通过高精度的微处理器来实现。难道还有什么算法CPU实现不了的吗?! 4、信息资源共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站,只要你在DCS系统中,并且权限够大,你就能了解到你要的任何参数。 5、安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统,那么多的飞线头,一大堆类似头发丝的电线。DCS系统算是很方便了。 6、安全可靠性高。难道现在还有什么东西的可靠性比电脑更高
10、吗!? DCS系统的硬件结构DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来,共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。 现场控制站现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理系统,它的主要任务是进行数据采集及处理,对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求,选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主,辅以顺序逻辑控制,构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站;也可以是以顺序控制、连锁控制功能为
11、主的现场控制站;还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。 现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备,所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等,与一般的计算机系统有所不同。 操作站运行在PC硬件平台、NT操作系统下的通用操作站的出现,给DCS用户带来了许多方便。由于通用操作站的适用面广,相对生产量大,成本下降,因而可以节省用户的经费,维护费用也比较少。 为了实现监视和管理等功能,操作站必须配置以下设备:1、操作台,也就是高档电脑桌;2、微处理机系统,就是高档电脑;3、外部存储设备,简单说就是大容量硬盘;4、图形显示设备,
12、就是电脑显示器;5、操作键盘跟鼠标;6打印输出设备。DCS的基础知识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、 DCS的结构是怎样的?上图是一个较为全面的DCS系统结
13、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6、 I/O是什么?控制系统需要建立信号的输入和输出通道,这就是I/O
14、。DCS中的I/O一般是模块化的,一个I/O模块上有一个或多个I/O通道,用来连接传感器和执行器(调节阀)。7、 什么是I/O单元?通常,一个过程控制站是有几个机架组成,每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元,同一个过程站中只能有一个CPU单元,其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。8、I/O单元和CPU单元是如何连接的?I/O单元与CPU是通过现场总线连接的。9、 什么是现场总线?现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络,它不仅包含有过程控制信息交换,而且还包含设备管理信息的交流。通过现场总线,各种智能设备(智能变送器、调节法、分析仪和分布式I/O单元)可
15、以方便地进行数据交换,过程控制策略可以完全在现场设备层次上实现。目前,使用较多的现场总线主要是FUNDATION fieldbus基金会现场总线(FF总线)和PROFIBUS现场总线。应用现场总线技术可以将各种分布在控制现场的相关智能设备和I/O单元方便的连接在一起,构成控制系统,这种结构已经成为DCS发展的趋势。10、表述网络传输速度的单位是什么?表述网络传输速度一般以波特率(Bps)为单位,其含义是每秒钟传输的二进制数的位数。不同的网络一般波特率不同,相同的网络采用不同的网络电缆也可以达到不同的特率。例如:PROFIBUS现场总线在以双绞线作为网络电缆时通讯速度为1.5KBps,采用光缆时
16、可以12MBps。采用普通双绞线的以太网传输速度为10MBps,采用光缆时可以达到100MBps。另外,传输距离的长短会影响传输速度,一般来说,距离越长,速度越慢。11、什么是组态?通过专用的软件定义系统的过程就是组态(configuration)。定义过程站各模块的排列位置和类型的过程叫过程站硬件组态;定义过程站控制策略和控制程序的过程叫控制策略组态;定义操作员站监控程序的过程叫操作员站组态;定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。12、什么是PLC?PLC就是可编程逻辑控制器。13、PLC能用于过程控制吗?早期的PLC只是用来完成一些电气逻辑控制和开关量,现在的PLC在性能上,特别
17、是对模拟信号的处理能力上已经大大提高,因此现在PLC是可以用于过程控制的。14、什么是模拟量和数字量?模拟量是指连续变化的信号(如420mA,05v);数字量是只有开关状态的信号。15、I/O信号是如何分类的?常用的I/O信号一般分为:AI、AO、DI和DO。AI-模拟量输入信号AO-模拟量输出信号DI-数字量输入信号 DO-数字量输出信号16、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。我公司目前采用的DCS系统有很好的开放性。17
18、、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/O冗余。18、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。DCS具有以下特点:(1)高可靠性 由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现
19、,系统结构采用容错设计,因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外,由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一,可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机,从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。 (2)开放性 DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计,系统中各台计算机采用局域网方式通信,实现信息传输,当需要改变或扩充系统功能时,可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下,几乎不影响系统其他计算机的工作。 (3)灵活性 通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态,即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用
20、基本图形组成所需的各种监控和报警画面,从而方便地构成所需的控制系统。 (4)易于维护 功能单一的小型或微型专用计算机,具有维护简单、方便的特点,当某一局部或某个计算机出现故障时,可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换,迅速排除故障。 (5)协调性 各工作站之间通过通信网络传送各种数据,整个系统信息共享,协调工作,以完成控制系统的总体功能和优化处理。 (6)控制功能齐全 控制算法丰富,集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体,可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。 DCS的构成方式十分灵活,可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控
21、制站和数据采集站等组成,也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。 处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制,并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理,如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展,DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能,如计划调度、仓储管理、能源管理等。 流程工业CIMS是一个复杂的综合自动化系统,处理的对象是整个企业的全部生产活动,DCS作为一种有效的工具和实现手段,在流程工业CIMS中完成重要的基础控制和实时生
22、产数据采集、动态监控等功能。与管理类计算机相比,DCS能够提供更加可靠的生产过程数据,使CIMS系统所作出的优化决策也更加可靠。从功能上看,流程工业CIMS中的生产自动化系统、动态监控系统和在线质量控制都可以由DCS实现。从流程工业CIMS的层次结构看,DCS主要担负过程控制和过程优化任务,有些生产调度和生产管理工作也可在DCS上完成。 PLC、FCS、DCS三大控制系统区别FCS是由DCS与PLC发展而来,FCS不仅具备DCS与PLC的特点,而且跨出了革命的一步,而目前,新型的DCS与新型的PLC都有向对方靠拢的趋势,新型的DCS已有很强的顺序控制功能;而新型的PLC,在处理闭环控制方面也不
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 仪表 DCS 集散 控制系统 介绍 优质 资料
限制150内