1.2 DCS(計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng))ppt課件

1、課前提問1、什么是、什么是DCS？以多臺微處理器為核心，采用控制功能分散、顯示操作集中，兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)原則設(shè)計(jì)的新一代儀表控制系統(tǒng)即：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。2、DCS的產(chǎn)生共經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？的產(chǎn)生共經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？集中型計(jì)算機(jī)控制階段；計(jì)算機(jī)與模擬儀表混合式分散控制階段；第一代集散系統(tǒng)；第二代集散系統(tǒng)；第三代集散系統(tǒng)。1;.集散控制系統(tǒng)2;.第1章 分散控制系統(tǒng)概論1.1 分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生1.2 分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.3 分散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.4 分散控制系統(tǒng)的分散方式1.5 分散控制系統(tǒng)的發(fā)展3;.4;.1.2 分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.2.1功能層次結(jié)構(gòu)功能層次結(jié)構(gòu)1、管理級、管理

2、級經(jīng)營管理級：經(jīng)營管理級：市場和用戶分析，訂貨銷售統(tǒng)計(jì)、制造協(xié)調(diào)、合同人、財(cái)、檔案。生產(chǎn)管理級生產(chǎn)管理級 ：生產(chǎn)監(jiān)視、報(bào)告，規(guī)劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模。（上位機(jī)，協(xié)調(diào)各單元之間的參數(shù)設(shè)定。值長、分場級）過程管理級過程管理級 ：過程操作，裝之間協(xié)調(diào)，優(yōu)化過程控制，錯(cuò)誤檢測、數(shù)據(jù)存檔等。內(nèi)容：發(fā)電廠的廠級管理計(jì)算機(jī)或若干個(gè)機(jī)組的管理計(jì)算機(jī)。 5;.使用者使用者：廠長，經(jīng)理，總工程師，值長任務(wù)任務(wù)：監(jiān)測企業(yè)各部分的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況，從全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)。要求要求：能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；大量數(shù)據(jù)的高速處理與存儲；

3、能夠連續(xù)運(yùn)行，高可靠性系統(tǒng)；能長期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)；并且具有優(yōu)良的、高性能的、方便的人機(jī)接口；豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件，過程數(shù)據(jù)收集軟件，人機(jī)接口軟件，以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成的工具軟件。實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集成化。6;.2、監(jiān)控級：、監(jiān)控級：內(nèi)容：內(nèi)容：運(yùn)行員操作站， 工程師工作站，計(jì)算站 安裝在中央控制室 電子設(shè)備室工程師站：工程師站：為了控制工程師對DCS進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作站，并對各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè)計(jì)文件，例如各種圖紙，表格。要求：一般由PC機(jī)配置一定數(shù)量的外部設(shè)備所組成，例如打印機(jī)，繪圖機(jī)等。7;.運(yùn)行員操作站：運(yùn)行員操作站：運(yùn)行員與DCS相互交換

4、信息的人機(jī)接口設(shè)備，據(jù)此來監(jiān)視和控制整個(gè)生產(chǎn)過程。通過觀察生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，讀出每一個(gè)過程變量的數(shù)值和狀態(tài)，判斷每個(gè)回路是否正常工作。并且可以隨時(shí)進(jìn)行手動/自動方式的切換，修改給定值，調(diào)整控制量，操作現(xiàn)場設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的干預(yù)。另外還可以打印各種報(bào)表，拷貝屏幕畫面和曲線等。要求：要求：一臺具有較強(qiáng)功能的微型機(jī)，CRT顯示器，大屏幕顯示裝置（選件），打印機(jī)，拷貝機(jī)，鍵盤，鼠標(biāo)。8;.計(jì)算站：計(jì)算站：實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制，例如機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和性能運(yùn)算，先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)等。主要完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算功能，要求要求具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力和速度，一般用超級微型機(jī)或小型機(jī)構(gòu)成。9;.3、控制級、

5、控制級設(shè)備：過程控制站，數(shù)據(jù)采集站 安裝在主控室后的電子設(shè)備室中過程控制站：過程控制站：接收由現(xiàn)場設(shè)備，如傳感器，變送器來的信號，按照一定的控制策略計(jì)算出所需的控制量，并送回現(xiàn)場的執(zhí)行器中去?？梢酝瑫r(shí)完成連續(xù)控制順序控制或邏輯控制，也可能僅完成其中的一種 。數(shù)據(jù)采集站：數(shù)據(jù)采集站：接收有現(xiàn)場設(shè)備送來的信號，并對其進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)換和處理之后送到DCS的其它部分去。主要是監(jiān)控級設(shè)備，它接收大量的過程信息，并通過監(jiān)控級設(shè)備傳遞給運(yùn)行人員。數(shù)據(jù)采集站并不直接完成控制功能數(shù)據(jù)采集站并不直接完成控制功能10;.現(xiàn)場級：現(xiàn)場級：一般位于被控生產(chǎn)過程附近，典型設(shè)備為各類傳感器，變送器，執(zhí)行器。它們將生產(chǎn)過程

6、中各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號，送往控制站或者數(shù)據(jù)采集站，或者將控制站輸出的控制量轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，帶動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制?，F(xiàn)場級信息的傳遞方式：現(xiàn)場級信息的傳遞方式：1、傳統(tǒng)的420毫安模擬量信號傳輸方式2、現(xiàn)場總線的全數(shù)字量傳輸方式3、420毫安模擬量信號基礎(chǔ)上，疊加調(diào)制后的數(shù)字量信號的混合傳輸方式。11;.1.2.2硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)通常由過程控制單元、過程接口單元、CRT顯示操作站、管理計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等五個(gè)主要部分組成其基本結(jié)構(gòu)。 12;.過程控制單元：過程控制單元：亦稱現(xiàn)場控制單元或基本控制器，可以控制一個(gè)或多個(gè)回路。過程接口單元：亦稱數(shù)據(jù)采集裝置，是采集

7、非控制變量，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。CRTCRT操作站：操作站：是集散系統(tǒng)的人機(jī)接口裝置。一般配有高分辨力大屏幕的彩色CRT、操作者鍵盤、工程師鍵盤、打印機(jī)、硬拷貝機(jī)和大容量存貯器。操作站操作站除了執(zhí)行對過程的監(jiān)控操作外，系統(tǒng)的組態(tài)、編程工作也在操作站上進(jìn)行。為了使操作直觀方便，一般都有動態(tài)流程圖顯示功能，操作站還可完成部分的生產(chǎn)管理工作，如打印班/日報(bào)表和用戶自己設(shè)計(jì)的工藝報(bào)表等。管理計(jì)算機(jī)管理計(jì)算機(jī)：習(xí)慣上稱為上位機(jī)。它綜合監(jiān)控全系統(tǒng)的各單元，管理全系統(tǒng)的所有信息，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制和全廠的優(yōu)化管理。13;.1.3 分散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3.1 適應(yīng)性和擴(kuò)展性適應(yīng)性和擴(kuò)展性DCS在結(jié)構(gòu)上采用了常規(guī)

8、擴(kuò)展系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)方法，無論硬件還是軟件都可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要去靈活的組合。小規(guī)模生產(chǎn)：12個(gè)過程控制站和數(shù)據(jù)采集站，簡單的人機(jī)接口設(shè)備。大規(guī)模生產(chǎn)：幾十個(gè)或上百個(gè)過程控制站和數(shù)據(jù)采集站，外加高層計(jì)算站，運(yùn)行員操作站，工程師站等人機(jī)接口設(shè)備。模塊化設(shè)計(jì)決定了它的易擴(kuò)展性，可以根據(jù)生產(chǎn)過程的發(fā)展，逐漸擴(kuò)充系統(tǒng)的硬件和軟件。14;.1.3.2 控制功能完善控制功能完善常規(guī)控制系統(tǒng)功能 硬件實(shí)現(xiàn) 改變或升級功能即改變硬件配置DCS 軟件實(shí)現(xiàn) 具有高度靈活性和完善的控制能力 改變或升級功能只需改變軟件設(shè)計(jì)現(xiàn)代DCS控制單元具有連續(xù)、離散、批量控制功能，實(shí)現(xiàn)高級控制。高級控制串級調(diào)節(jié)系統(tǒng) 自適應(yīng)控制系

9、統(tǒng)前饋-反饋復(fù)合調(diào)節(jié)器 多變量解耦系統(tǒng)SMITH預(yù)估器15;.1.3.3 人機(jī)聯(lián)系手段人機(jī)聯(lián)系手段窗口功能豐富窗口功能豐富DCS人機(jī)聯(lián)系手段：采用了CRT圖形顯示和鍵盤操作。常規(guī)控制系統(tǒng)：人 過程：運(yùn)行員通過各種操作器、定值器、開關(guān)、按鈕等實(shí)現(xiàn)。過程 人：各種顯示儀表，記錄儀表，報(bào)警信號燈，通過它們了解生產(chǎn)過程運(yùn)行情況 。DCS：人 過程：鍵盤過程 人：信息直接顯示在CRT屏幕上。16;.1.3.4 系統(tǒng)可靠性高系統(tǒng)可靠性高1、由于系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)過程站僅控制少數(shù)幾個(gè)回路，個(gè)別回路或者單元故障不影響全局。而且元件的高度集成化和嚴(yán)格篩選有效的保證了系統(tǒng)的可靠性。2、DCS廣泛采用各種冗余

10、技術(shù)（電源、通信系統(tǒng)、過程控制站）。常規(guī)系統(tǒng)雖然采用冗余措施，但是故障判斷和系統(tǒng)切換都不易實(shí)現(xiàn)。DCS采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，這一問題得到了解決。3、DCS 采用軟件模塊組態(tài)的方法形成各種控制方案，取消了常規(guī)系統(tǒng)中各模塊之間的連接導(dǎo)線，因此大大減少了有連接導(dǎo)線和連接端子所造成的故障。4、各單元都具有自診斷、自檢查、自修理功能，出現(xiàn)故障可以自動報(bào)警。17;.1.3.5 可維修性可維修性模塊更換較方便具有完善的在線故障診斷技術(shù)，可以準(zhǔn)確定位至模件級，通過人機(jī)接口，能夠迅速發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障的性質(zhì)和地點(diǎn)，并且可以在不中斷被控過程的情況下更換故障模件。18;.1.3.6 安裝費(fèi)用安裝費(fèi)用安裝費(fèi)用包括：電纜、導(dǎo)線的安

11、裝敷設(shè)費(fèi)用，控制室電子室的建筑費(fèi)用。DCS過程控制站可以采用地理分散的方式安裝在被控過程附近，這樣就減少了變送器、傳感器、執(zhí)行器與控制系統(tǒng)之間的連接電纜，節(jié)省了導(dǎo)線電纜的安裝費(fèi)用，減少了控制系統(tǒng)在中央控制室所占用的空間。DCS安裝工作量僅為常規(guī)控制系統(tǒng)的30%50%。DCS所需控制室的面積僅為常規(guī)控制系統(tǒng)的60%。19;.1.3.7 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)先進(jìn)都采用了工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行通信；信道傳輸率多在510Mbps，甚至更高，響應(yīng)時(shí)間僅數(shù)百微秒；誤碼率低于10-8,一般可達(dá)10-10。采用了光纖傳輸媒質(zhì)，使通信的安全性大大提高。通信協(xié)議也在向標(biāo)準(zhǔn)化方向前進(jìn)，與MAP兼容已是一種發(fā)展

12、潮流。 20;.1.3.8 管理功能強(qiáng)管理功能強(qiáng)實(shí)現(xiàn)所謂“4A”目標(biāo)：生產(chǎn)過程自動化(PA：Production Automation)；過程監(jiān)督、節(jié)能控制、安全監(jiān)督、環(huán)境監(jiān)視及生產(chǎn)計(jì)劃管理等等工廠自動化 (FA：Factory Automation)；實(shí)現(xiàn)加工、裝配、檢查、挑選、倉庫搬運(yùn)控制，設(shè)備診斷，工程過程和產(chǎn)品質(zhì)量管理實(shí)驗(yàn)室自動化 (LA：Laboratory Automation)；辦公室業(yè)務(wù)自動化(OA: Office Automation)。21;.EDPFNT分散控制系統(tǒng)EDPFNT系統(tǒng)是由北京國電智深控制技術(shù)有限公司研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，在國內(nèi)控制領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的分散控

13、制系統(tǒng)。北京國電智深控制技術(shù)有限公司是具有獨(dú)立法人資格的現(xiàn)代化高新技術(shù)企業(yè)。北京國電智深控制技術(shù)有限公司是中國電力科學(xué)研究院和國電科技環(huán)保集團(tuán)有限公司共同投資、組建的股份制企業(yè)，專門從事工業(yè)自動化系統(tǒng)開發(fā)、制造、設(shè)計(jì)與工程服務(wù)，技、工、貿(mào)一體化，提供全面的自動化解決方案。公司嚴(yán)格貫徹GB/T190012000ISO9001：2000質(zhì)量體系。22;.系統(tǒng)簡介EDPFNT系統(tǒng)是一個(gè)融計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和自動控制技術(shù)為一體的工業(yè)自動化產(chǎn)品，完全實(shí)現(xiàn)控制與信息一體化設(shè)計(jì)，具有開放式結(jié)構(gòu)和良好的硬件兼容性和軟件的可擴(kuò)展性。可應(yīng)用于火電站、水電站、冶金、化工、造紙等行業(yè)的分散控制和過程自動化控制和信息

14、監(jiān)視與管理。 EDPF-NT系統(tǒng)是在1989年開始研發(fā)的EDPF系列分散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，于1999年投入使用，并經(jīng)不斷升級完善，已經(jīng)成功應(yīng)用在大連莊河超臨界、河北龍山亞臨界直接空冷、河南伊川、福建南埔、太原第一熱電廠、豐鎮(zhèn)、漳澤、河南新安等電廠的600MW、300MW、200MW、450T/H循環(huán)流化床等大型機(jī)組上。23;.系統(tǒng)功能 EDPF-NT系統(tǒng)適用于大型、復(fù)雜的工業(yè)過程控制應(yīng)用，通過裁減，也非常適用于小規(guī)模應(yīng)用的要求，可綜合或單獨(dú)實(shí)現(xiàn)下述功能：數(shù)據(jù)采集處理和生產(chǎn)過程的監(jiān)視（數(shù)據(jù)采集處理和生產(chǎn)過程的監(jiān)視（DAS）；）；生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)控制生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)控制(MCS）；）；生產(chǎn)過程開關(guān)量

15、控制或邏輯順序控制生產(chǎn)過程開關(guān)量控制或邏輯順序控制(SCS)；爐膛燃燒安全監(jiān)控系統(tǒng)爐膛燃燒安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS）；）；電氣控制系統(tǒng)（電氣控制系統(tǒng)（ECS）汽機(jī)旁路控制系統(tǒng)（汽機(jī)旁路控制系統(tǒng)（BPS）汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)；汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）輔助車間集中控制輔助車間集中控制24;.系統(tǒng)主要特點(diǎn)系統(tǒng)主要特點(diǎn)系統(tǒng)無通訊管理器，實(shí)現(xiàn)物理、邏輯上的完全冗余，達(dá)到了多重化冗余，任何故障都將被限制在有限范圍內(nèi)，決不會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，真正實(shí)現(xiàn)了功能分散、危險(xiǎn)分散。系統(tǒng)面向廠區(qū)級、多廣播域設(shè)計(jì)，在不增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的情況下可靈活實(shí)現(xiàn)多域系統(tǒng)控制。為電廠公

16、用系統(tǒng)和輔助車間集中監(jiān)控提供了獨(dú)到的解決方案。以優(yōu)秀的操作系統(tǒng)Windows 2000為平臺開發(fā)的人機(jī)界面，運(yùn)用OLE技術(shù)、Active X技術(shù)以及多線程處理機(jī)制等使人機(jī)界面更加豐富多彩、易學(xué)易用、操作流暢。便捷的全圖形化組態(tài)，支持自定義算法。25;.高性能歷史站，性能優(yōu)越，工作穩(wěn)定。在收集4萬點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)時(shí)，仍然能夠快速響應(yīng)多用戶的并發(fā)查詢。通過“卷”管理功能，借助外部存儲介質(zhì)，可以輕松地保存幾年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。具有完整的分層自診斷功能，可診斷網(wǎng)絡(luò)、站、I/O卡件直至I/O點(diǎn)。獨(dú)有的體積小巧模塊式DPU控制器，運(yùn)行更加可靠，維護(hù)更加簡便。I/O采用全分散型智能測控裝置，功能和危險(xiǎn)更分散?？蓪?shí)現(xiàn)脈

17、沖式調(diào)節(jié)，去掉了精度低、故障高的伺放裝置，具有更高的控制可靠性和控制精度。26;.可直接采集和處理各種類型信號：電流、電壓、各型熱電偶、各型熱電阻、頻率及脈沖、電氣PT和CT等信號。強(qiáng)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所有I/O模塊和電源模塊采用全封閉結(jié)構(gòu)，防塵、防靜電、抗電磁干擾。所有I/O采用光電隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)與外部的電氣隔離和各通道的電氣隔離。模擬量輸入模件經(jīng)過精心設(shè)計(jì)容許信號類型混排，電壓信號，熱電偶信號、變送器信號可接入同一模件，模件還可為變送器提供電源，為設(shè)計(jì)和施工帶來了方便。各級供電電源均采用冗余配置。27;.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本構(gòu)成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本構(gòu)成EDPF-NT系統(tǒng)是吸取國際上眾多同類系統(tǒng)的先進(jìn)思想，并

18、結(jié)合我國國情而設(shè)計(jì)開發(fā)的一套分散控制系統(tǒng)。EDPF-NT系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)，以面向功能和對象而實(shí)現(xiàn)的“站”為基本單元，專門設(shè)計(jì)的分布式動態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫用于管理分布在各站的系統(tǒng)運(yùn)行所需的全部數(shù)據(jù)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可采用星型、環(huán)行或樹形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)物理、邏輯上的完全冗余，達(dá)到了多重化冗余；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件同網(wǎng)絡(luò)硬件共同實(shí)現(xiàn)站與站之間的通訊并通過分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)全局信息共享。系統(tǒng)各站劃分以功能相對自治為原則，不同的功能用不同的站來實(shí)現(xiàn)。EDPF-NT系統(tǒng)由七種站組成：ENG站、OPR站、DPU站、HSR站、LOG站、CAC站、GATEWAY站。28;.人機(jī)界面EDPF-NT的人機(jī)界面采用WindowsNT/2000操作系統(tǒng)平臺，結(jié)合操作系統(tǒng)特點(diǎn)開發(fā)的人機(jī)界面充分吸收其它系統(tǒng)的長處并結(jié)合國內(nèi)運(yùn)行實(shí)際情況，實(shí)用美觀、易學(xué)易用。畫面調(diào)出和操作通過靈活的鼠標(biāo)或鍵盤快捷方式實(shí)現(xiàn)。多窗口顯示方式趨勢顯示與成組顯示趨勢顯示分為調(diào)整趨勢和固定趨勢，臨時(shí)趨勢用于運(yùn)行員根據(jù)需要隨時(shí)組成的趨勢畫面，而固定趨勢則是預(yù)先設(shè)定好的趨勢畫面。另外，用戶在自己的畫面中也可以隨意安排趨勢顯示。成組顯示畫面的定義非常方便,用戶可以根據(jù)自己的需求組織成組顯示。29;.30;.