測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)及應(yīng)用第4章課件

1、4.1 集散過程控制系統(tǒng)（DCS） 本節(jié)主要內(nèi)容 4.1.1 DCS系統(tǒng)概述 4.1.2 現(xiàn)場控制站 4.1.3 操作員站及工程師站 4.1.4 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)4.1.1 DCS系統(tǒng)概述1DCS的體系結(jié)構(gòu) 集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)通常分為三級： 第一級為分散過程控制級； 第二級為集中操作監(jiān)控級； 第三級為綜合信息管理級。 各級之間由通信網(wǎng)絡(luò)連接，級內(nèi)各裝置之間由本級的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。 其典型的集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖4-1（下頁）所示 4.1.1 DCS系統(tǒng)概述4.1.1 DCS系統(tǒng)概述2DCS的特點(diǎn) 1）硬件積木化 2）軟件模塊化 3）控制系統(tǒng)組態(tài) 4）通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 5) 可靠性高4.

2、1.2 現(xiàn)場控制站1現(xiàn)場控制站的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場控制站由以下5個(gè)部分組成， 機(jī)箱（柜） 電源 工業(yè)控制機(jī) 通信控制單元 手動(dòng)/自動(dòng)顯示操作單元4.1.2 現(xiàn)場控制站2現(xiàn)場控制站的功能現(xiàn)場控制站的功能主要有以下6點(diǎn)。 數(shù)據(jù)采集功能 反饋控制功能 順序控制功能 信號報(bào)警功能 打印報(bào)表功能 數(shù)據(jù)通信功能4.1.3 操作員站及工程師站1操作員站 操作員站由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)或工作站、工業(yè)鍵盤、光標(biāo)控制設(shè)備（鼠標(biāo)或軌跡球）、大屏幕CRT、操作控制臺等硬件設(shè)備和軟件組成，是系統(tǒng)與操作人員之間的接口。操作人員通過操作站了解生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，包括各種過程參數(shù)的當(dāng)前值、系統(tǒng)是否有異常情況等。在CRT上還可以顯示系統(tǒng)總貌、

3、分組和單元等的數(shù)據(jù)、模擬圖、趨勢圖，以及各種操作、報(bào)警信息等。 操作人員通過操作員站還可以對現(xiàn)場進(jìn)行直接的調(diào)節(jié)與控制，如對控制回路進(jìn)行在線調(diào)整；啟動(dòng)或終止某個(gè)回路；手工調(diào)節(jié)某個(gè)回路或控制某個(gè)現(xiàn)場設(shè)備的動(dòng)作。操作員站還具有歷史數(shù)據(jù)的處理功能，可以方便地形成運(yùn)行報(bào)表和歷史趨勢曲線。4.1.3 操作員站及工程師站2工程師站 工程師站一般由通用微型計(jì)算機(jī)工作站構(gòu)成，是對系統(tǒng)進(jìn)行離線配置、組態(tài)和在線監(jiān)督、控制以及維護(hù)的人機(jī)接口。（）系統(tǒng)離線配置和組態(tài)功能硬件配置;數(shù)據(jù)庫組態(tài);回路組態(tài);顯示畫面組態(tài)、組態(tài)系統(tǒng)畫面和過程操 作畫面.4.1.3 操作員站及工程師站（）系統(tǒng)監(jiān)控功能工程師站還具有系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)

4、控功能，包括對各現(xiàn)場控制站的運(yùn)行狀態(tài)、各操作站的運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)通信情況等的監(jiān)控，以便發(fā)生異常時(shí)，能及時(shí)采取措施進(jìn)行維護(hù)或調(diào)整，不致對生產(chǎn)過程產(chǎn)生失控或造成損失。另外，工程師站還具有在線修改功能，如：上下限值的改變、控制參數(shù)的調(diào)整等。4.1.4 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)HS2000是我國國內(nèi)研制的一套分層分布式綜合控制系統(tǒng)。它通過多層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將各種不同的設(shè)備連接在一起，實(shí)現(xiàn)各部分信息共享和協(xié)調(diào)工作，從而完成綜合控制與管理功能。圖4-2（下頁）為HS2000系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。HS2000系統(tǒng)為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 1.管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)MNET 2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET 3.控制網(wǎng)絡(luò)CNET4.1.4 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 不同的

5、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)不同層次和規(guī)模的控制與管理任務(wù)，這種分層結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的整體可靠性和靈活性。每層網(wǎng)絡(luò)的功能如下： 4.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS） 本節(jié)主要內(nèi)容 4.2.1 現(xiàn)場總線的概念 4.2.2 現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn) 4.2.3 現(xiàn)場總線的基本設(shè)備 4.2.4 現(xiàn)場總線的未來趨勢4.2.1 現(xiàn)場總線的概念現(xiàn)場總線作為生產(chǎn)過程自動(dòng)化、制造工業(yè)自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域中智能設(shè)備之間的互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)，溝通了生產(chǎn)過程與現(xiàn)場控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系，為消除自動(dòng)化系統(tǒng)的信息孤島創(chuàng)造了條件。因此，在這些領(lǐng)域中具有廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景。4.2.1 現(xiàn)場總線的概念現(xiàn)場總線技術(shù)與傳統(tǒng)測控儀表技

6、術(shù)上的區(qū)別是：1）現(xiàn)場總線將專用的微處理器置入測量控制儀表中，使這些測控儀表各自都具有數(shù)字計(jì)算、邏輯判斷和數(shù)字通信能力；2）采用多種規(guī)格的傳輸導(dǎo)線作為總線介質(zhì)，把多個(gè)測量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議；3）在位于現(xiàn)場的多個(gè)微機(jī)化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、信息交換、遠(yuǎn)程登錄、遠(yuǎn)程訪問，形成滿足各種實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。4.2.2 現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)1現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 下圖為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的比較圖。圖中AI、AO和PID分別代表針對現(xiàn)場設(shè)備的模擬量輸入、模擬量輸出和PID控制的輸出。 由于現(xiàn)場總線的特點(diǎn)，特別是現(xiàn)

7、場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、到投入正常生產(chǎn)運(yùn)行以及其后的檢修維護(hù)中，都體現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。其主要原因有： 高精度、高可靠性 一次性硬件投資 工程現(xiàn)場安裝費(fèi) 日常維護(hù)費(fèi)用4.2.2 現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)4.2.2 現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)2現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn) 全數(shù)字化 開放性 智能化 互換性 風(fēng)險(xiǎn)分散性 4.2.3 現(xiàn)場總線的基本設(shè)備 以現(xiàn)場總線基金會（FF）的FCS為例，用于過程自動(dòng)化構(gòu)成FCS的基本設(shè)備如下：1）變送器 2）執(zhí)行器 3）服務(wù)器和網(wǎng)橋 4）輔助設(shè)備 5）監(jiān)控設(shè)備 4.2.4 現(xiàn)場總線的未來趨勢 現(xiàn)場信號的數(shù)字化為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控測應(yīng)用提供了條件。但不同廠商所提

8、供的設(shè)備之間的通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，嚴(yán)格束縛了工廠底層網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。從用戶到設(shè)備制造商都強(qiáng)烈要求形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，組成開放互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以便用戶將不同廠商提供的自動(dòng)化設(shè)備互連成測控系統(tǒng)。開放意味著標(biāo)準(zhǔn)是公開的，統(tǒng)一意味著不同廠商共同遵守著同一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備可互聯(lián)為一致通信系統(tǒng)。從這個(gè)意義上說，現(xiàn)場總線就使工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的開放互聯(lián)系統(tǒng)。開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的先決條件就是首先必須制定相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。4.2.5 以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在控制方案的選擇上與普通控制系統(tǒng)基本相同。下面將以鍋爐汽包水位的三沖量系統(tǒng)為例，介紹現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行方面的特色，以及如何一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線

9、控制系統(tǒng)。 4.2.5 以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)1根據(jù)控制方面的需要選擇必須的智能儀表 一個(gè)經(jīng)典的三沖量水位控制系統(tǒng)需要一個(gè)液位變送器、蒸汽流量和給水流量兩個(gè)流量變送器、一個(gè)給水調(diào)節(jié)閥。 4.2.5 以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)2選擇計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)配件 圖（a）為現(xiàn)場總線基本硬件構(gòu)成圖。圖中兩臺配置相同的工業(yè)PC機(jī)主要是為系統(tǒng)的安全冗余而設(shè)置的。圖中所表示的現(xiàn)場總線PCI接口卡具有4個(gè)通道，每個(gè)PCI接口卡可與4條總線網(wǎng)段連接。 圖（b）表示另一種流行的硬件配置辦法，其一側(cè)與現(xiàn)場總線網(wǎng)段連接，另一側(cè)按通常采用的PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)方式，通過以太網(wǎng)方式，采用TCPIP通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)BIOS協(xié)議，完成現(xiàn)場總線網(wǎng)段與PC機(jī)之間的信息交換。4.3 FCS 與DCS的分析比較 在技術(shù)上，F(xiàn)CS與DCS相比，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：1）FCS的信號傳輸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，從最底層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直至最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互連。2）FCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是全分散式，F(xiàn)CS廢棄了DCS的輸入輸出單元和控制站，由現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，分散地分配給現(xiàn)場儀表，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制.3）FCS的現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性，不同廠商的現(xiàn)場設(shè)備既可互連也可互換，