工業(yè)自動化儀表及過程控制-DCS與FCS課件

工業(yè)自動化儀表及過程控制(6)IndustrialAutomationInstrumentationsandProcessControlTANGNAN1工業(yè)自動化儀表及過程控制(6)IndustrialAuto第3章DCS與FCS工業(yè)計算機控制系統(tǒng)數(shù)字調節(jié)運算CRT集中監(jiān)視操作常見的計算機控制系統(tǒng)：DCS, DDCFCS, PLCSCADATANGNAN2第3章DCS與FCS工業(yè)計算機控制系統(tǒng)常見的計算機控制系統(tǒng)工業(yè)計算機控制系統(tǒng)原理人工手動控制TANGNAN3工業(yè)計算機控制系統(tǒng)原理人工手動控制TANGNAN3工業(yè)計算機控制系統(tǒng)原理TANGNAN4工業(yè)計算機控制系統(tǒng)原理TANGNAN4長慶第一采氣場天然氣凈化一廠TANGNAN5長慶第一采氣場天然氣凈化一廠TANGNAN5長慶第一采氣場天然氣凈化一廠TANGNAN6長慶第一采氣場天然氣凈化一廠TANGNAN6計算機直接控制系統(tǒng)DDC：ComputerDirectControlSystem

TANGNAN7計算機直接控制系統(tǒng)DDC：ComputerDirectC集散控制系統(tǒng)TANGNAN8集散控制系統(tǒng)TANGNAN8集散控制系統(tǒng)TANGNAN9集散控制系統(tǒng)TANGNAN9集散控制系統(tǒng)特點集中管理，控制分散。這種既集中又分散的控制方式使它具有以下主要優(yōu)點：算法先進、精度高、響應速度快；監(jiān)控操作方便；系統(tǒng)安全可靠、維護方便。TANGNAN10集散控制系統(tǒng)特點集中管理，控制分散。TANGNAN10DCS基本結構結構上是一種分層次的控制裝置；

基本控制器完成現(xiàn)場各子系統(tǒng)的現(xiàn)場直接控制任務；TANGNAN11DCS基本結構結構上是一種分層次的控制裝置；基本控制器完DCS基本結構到過程的動態(tài)優(yōu)化；管理或調度計算機則完成制定生產計劃、產品管理、財務管理、人員管理以及工藝流程管理等一系列來自組織層的任務。監(jiān)控計算機則通過協(xié)調各基本控制器的工作，完成監(jiān)控操作；達TANGNAN12DCS基本結構到過程的動態(tài)優(yōu)化；監(jiān)控計算機則通過協(xié)調各基本PLC組成的DCS系統(tǒng)TANGNAN13PLC組成的DCS系統(tǒng)TANGNAN13DCS系統(tǒng)結構的三個主要部分分散的過程控制裝置集中的操作管理裝置數(shù)字通信網(wǎng)絡TANGNAN14DCS系統(tǒng)結構的三個主要部分分散的過程控制裝置TANGNA主要DCS生產商HoneywellElsagBailayABBYokogawaFoxboro-EckardtFisher-RosemountYamatakeHoneywellSiemensCegelec/AEGAutomationSystem(ATT)WestinghouseTANGNAN15主要DCS生產商HoneywellTANGNAN15CENTUM系統(tǒng)Yokogawa的DCS產品；主要組成部分：現(xiàn)場控制站、現(xiàn)場監(jiān)視站、操作站及高速通信總線；（圖3-1）

TANGNAN16CENTUM系統(tǒng)Yokogawa的DCS產品；TANGNAN控制站(FCS)基本控制站：代替模擬調節(jié)器工作，可以有多個控制回路。采用功能模塊組件組裝式的總線結構。除了進行基本的PID控制，還可進行位式控制、串級控制、選擇性控制及順序控制等數(shù)據(jù)采集站：過程中的非控制變量專門設置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它不但能完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集及預處理，而且還能對實時數(shù)據(jù)進一步加工處理。TANGNAN17控制站(FCS)基本控制站：代替模擬調節(jié)器工作，可以有多個控控制站基本組成CPU電源通信接口I/O通道TANGNAN18控制站基本組成CPUTANGNAN18控制站基本功能通信功能報警功能反饋控制功能順序控制功能算術運算功能

TANGNAN19控制站基本功能通信功能TANGNAN19現(xiàn)場控制單元：FCU電池單元外部接口單元處理卡供電單元RIO/FIOBUS接口卡風扇單元BUS接口單元電池單元TANGNAN20現(xiàn)場控制單元：FCU電池單元外部接口單元處理卡供電單元RIO現(xiàn)場控制站：CFCD2FieldControlStationinSENTUMSystemFCSCardBoxTANGNAN21現(xiàn)場控制站：CFCD2FieldControlStatiCFCD2插件箱電源插件通信插件I/O插件TANGNAN22CFCD2插件箱電源插件通信插件I/O插件TANGNAN22CENTUM系統(tǒng)現(xiàn)場控制站I/O插卡MAC2 控制用多路模擬I/O卡PAC 控制用多路脈沖輸入模擬輸出卡VM1 16路模擬電壓輸入卡VM2 8I/8O模擬電路接口卡PM1 16路脈沖輸入卡 ST2 16I/16O狀態(tài)量卡ST3 32路狀態(tài)輸出卡 ST4 32路狀態(tài)輸出卡PB5 16路按鈕信號輸入卡 LCS：回路通信TANGNAN23CENTUM系統(tǒng)現(xiàn)場控制站I/O插卡MAC2 控制用多路模擬MAC2和ST2TANGNAN24MAC2和ST2TANGNAN24提高現(xiàn)場控制站可靠性措施雙重化冗余備用：處理器冗余電源冗余通信冗余I/O冗余雙重化方法：雙機熱備一熱一備表決系統(tǒng)TANGNAN25提高現(xiàn)場控制站可靠性措施雙重化冗余備用：雙重化方法：TANG雙重化冗余備用提高系統(tǒng)可靠性的措施：TANGNAN26雙重化冗余備用提高系統(tǒng)可靠性的措施：TANGNAN26CFCD2硬件配置例TANGNAN27CFCD2硬件配置例TANGNAN27DCS操作站集散系統(tǒng)的人－機接口裝置，除了執(zhí)行對過程的監(jiān)控操作外系統(tǒng)的組態(tài)、編程也可在操作站上進行。還應該具有打印輸出功能，可以完成部分的生產管理工作。TANGNAN28DCS操作站集散系統(tǒng)的人－機接口裝置，TANGNAN28DCS操作站基本功能工程功能操作功能通信功能TANGNAN29DCS操作站基本功能工程功能TANGNAN29DCS操作站操作鍵盤TANGNAN30DCS操作站操作鍵盤TANGNAN30DCS的高速數(shù)據(jù)通道集散系統(tǒng)的特征之一是系統(tǒng)中采用多處理機結構，是一個分層遞階的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)的通信功能由系統(tǒng)中的數(shù)字通信網(wǎng)絡完成（LAN）。TANGNAN31DCS的高速數(shù)據(jù)通道集散系統(tǒng)的特征之一是系統(tǒng)中采用多處理機結DCS的數(shù)字通信網(wǎng)絡通信網(wǎng)絡包括傳輸電纜和通信模塊兩部分。通信電纜有同軸電纜、屏蔽雙絞線、光纜等多種型式。通信模塊中主要含有調制解調器、網(wǎng)絡適配器等主要部分。TANGNAN32DCS的數(shù)字通信網(wǎng)絡通信網(wǎng)絡包括傳輸電纜和通信模塊兩部分。T分層遞階的工業(yè)計算機網(wǎng)絡TANGNAN33分層遞階的工業(yè)計算機網(wǎng)絡TANGNAN33操作站監(jiān)控畫面例1TANGNAN34操作站監(jiān)控畫面例1TANGNAN34操作站監(jiān)控畫面例2TANGNAN35操作站監(jiān)控畫面例2TANGNAN35操作站監(jiān)控畫面例3TANGNAN36操作站監(jiān)控畫面例3TANGNAN36操作站監(jiān)控畫面例4TANGNAN37操作站監(jiān)控畫面例4TANGNAN37操作站監(jiān)控畫面例5TANGNAN38操作站監(jiān)控畫面例5TANGNAN38操作站監(jiān)控畫面例6TANGNAN39操作站監(jiān)控畫面例6TANGNAN39DCS的生成開發(fā)系統(tǒng)組態(tài)畫面生成控制回路組態(tài)儀表組態(tài)數(shù)據(jù)生成報表生成TANGNAN40DCS的生成開發(fā)TANGNAN40操作站組態(tài)(Configuration)畫面TANGNAN41操作站組態(tài)(Configuration)畫面TANGNAN4回路組態(tài)例：圖形式編程：模塊連接TANGNAN42回路組態(tài)例：圖形式編程：模塊連接TANGNAN42回路組態(tài)例：符號式編程：POL語言LD x2LD k2+LD x3LD k3+÷LD x19 ?10 √ˉ11 LD k112 ?13 PIDST y1ENDTANGNAN43回路組態(tài)例：符號式編程：POL語言LD x29 ?TANGN儀表組態(tài)例：表格式（填表）控制站號： 01回路號： 16工位號：FIC103 補償運算：YES功能：PID 溫度輸入：T105輸入處理：NO 溫度設定：15°C量程下限：0 采樣周期：1s量程上限：50 P：120%下限報警：YES I：120s上限報警：NO D：45s正反動作：R 輸出跟蹤：YESTANGNAN44儀表組態(tài)例：表格式（填表）控制站號： 01TANGNAN44控制站反饋控制功能控制站反饋控制功能主要時由被稱為內部儀表的軟件模塊完成的（表3－2）。例：基本控制單元7DC-D5TANGNAN45控制站反饋控制功能控制站反饋控制功能主要時由被稱為內部儀表的控制站運算功能例：三選一單元：7SS-S-H,7SS-S-M,7SS-S-L高選：OUT=max(IN1,IN2,IN3)中選：OUT=med(IN1,IN2,IN3)低選：OUT=min(IN1,IN2,IN3)TANGNAN46控制站運算功能例：三選一單元：7SS-S-H,7SS-S-控制站反饋應用例緩沖罐選擇控制TANGNAN47控制站反饋應用例緩沖罐選擇控制TANGNAN47控制站反饋應用例緩沖罐選擇控制回路連接TANGNAN48控制站反饋應用例緩沖罐選擇控制回路連接TANGNAN48控制站反饋應用例緩沖罐選擇控制內部儀表連接TANGNAN49控制站反饋應用例緩沖罐選擇控制內部儀表連接TANGNAN4控制站反饋應用例軟件硬件的對應關系TANGNAN50控制站反饋應用例軟件硬件的對應關系TANGNAN50控制站順序應用例冷卻罐順序控制PB01: 啟動按鈕 V001:注入閥V002:排出閥 V003:冷卻閥TA01:溫度開關 LA01:上限液位開關LA02:下限液位開關順序控制流程圖3－10TANGNAN51控制站順序應用例冷卻罐順序控制TANGNAN51控制站順序應用例順序表TANGNAN52控制站順序應用例順序表TANGNAN52CL語言順序控制程序Honywell系統(tǒng)例：SEQUECEABSIMCPM;POINTSIMLTEXTERNALLI105,FVL106,TIC101SETTIC101.SV=150WAITLI105.PV<10CLOSEFVL106IFABS(LI105.SP-TIC101.PV)<=2.0

.…

.….ENDABSIMTANGNAN53CL語言順序控制程序Honywell系統(tǒng)例：.….ENDA第3章DCS與FCS練習：下列哪幾項為DCS操作站的基本功能？A工程功能 B操作功能 C反饋控制功能D通信功能E順序控制功能TANGNAN54第3章DCS與FCS練習：下列哪幾項為DCS操作站的基本第3章DCS與FCS練習：下列哪幾項為DCS操作站的基本功能？A工程功能（系統(tǒng)生成維護等）

B操作功能（監(jiān)視運行記錄等）

C反饋控制功能（控制站功能）D通信功能（與控制站上位機等）E順序控制功能（控制站功能）答：AB

DTANGNAN55第3章DCS與FCS練習：下列哪幾項為DCS操作站的基本工業(yè)自動化儀表及過程控制(6)IndustrialAutomationInstrumentationsandProcessControlTANGNAN56工業(yè)自動化儀表及過程控制(6)IndustrialAuto第3章DCS與FCS工業(yè)計算機控制系統(tǒng)數(shù)字調節(jié)運算CRT集中監(jiān)視操作常見的計算機控制系統(tǒng)：DCS, DDCFCS, PLCSCADATANGNAN57第3章DCS與FCS工業(yè)計算機控制系統(tǒng)常見的計算機控制系統(tǒng)工業(yè)計算機控制系統(tǒng)原理人工手動控制TANGNAN58工業(yè)計算機控制系統(tǒng)原理人工手動控制TANGNAN3工業(yè)計算機控制系統(tǒng)原理TANGNAN59工業(yè)計算機控制系統(tǒng)原理TANGNAN4長慶第一采氣場天然氣凈化一廠TANGNAN60長慶第一采氣場天然氣凈化一廠TANGNAN5長慶第一采氣場天然氣凈化一廠TANGNAN61長慶第一采氣場天然氣凈化一廠TANGNAN6計算機直接控制系統(tǒng)DDC：ComputerDirectControlSystem

TANGNAN62計算機直接控制系統(tǒng)DDC：ComputerDirectC集散控制系統(tǒng)TANGNAN63集散控制系統(tǒng)TANGNAN8集散控制系統(tǒng)TANGNAN64集散控制系統(tǒng)TANGNAN9集散控制系統(tǒng)特點集中管理，控制分散。這種既集中又分散的控制方式使它具有以下主要優(yōu)點：算法先進、精度高、響應速度快；監(jiān)控操作方便；系統(tǒng)安全可靠、維護方便。TANGNAN65集散控制系統(tǒng)特點集中管理，控制分散。TANGNAN10DCS基本結構結構上是一種分層次的控制裝置；

基本控制器完成現(xiàn)場各子系統(tǒng)的現(xiàn)場直接控制任務；TANGNAN66DCS基本結構結構上是一種分層次的控制裝置；基本控制器完DCS基本結構到過程的動態(tài)優(yōu)化；管理或調度計算機則完成制定生產計劃、產品管理、財務管理、人員管理以及工藝流程管理等一系列來自組織層的任務。監(jiān)控計算機則通過協(xié)調各基本控制器的工作，完成監(jiān)控操作；達TANGNAN67DCS基本結構到過程的動態(tài)優(yōu)化；監(jiān)控計算機則通過協(xié)調各基本PLC組成的DCS系統(tǒng)TANGNAN68PLC組成的DCS系統(tǒng)TANGNAN13DCS系統(tǒng)結構的三個主要部分分散的過程控制裝置集中的操作管理裝置數(shù)字通信網(wǎng)絡TANGNAN69DCS系統(tǒng)結構的三個主要部分分散的過程控制裝置TANGNA主要DCS生產商HoneywellElsagBailayABBYokogawaFoxboro-EckardtFisher-RosemountYamatakeHoneywellSiemensCegelec/AEGAutomationSystem(ATT)WestinghouseTANGNAN70主要DCS生產商HoneywellTANGNAN15CENTUM系統(tǒng)Yokogawa的DCS產品；主要組成部分：現(xiàn)場控制站、現(xiàn)場監(jiān)視站、操作站及高速通信總線；（圖3-1）

TANGNAN71CENTUM系統(tǒng)Yokogawa的DCS產品；TANGNAN控制站(FCS)基本控制站：代替模擬調節(jié)器工作，可以有多個控制回路。采用功能模塊組件組裝式的總線結構。除了進行基本的PID控制，還可進行位式控制、串級控制、選擇性控制及順序控制等數(shù)據(jù)采集站：過程中的非控制變量專門設置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它不但能完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集及預處理，而且還能對實時數(shù)據(jù)進一步加工處理。TANGNAN72控制站(FCS)基本控制站：代替模擬調節(jié)器工作，可以有多個控控制站基本組成CPU電源通信接口I/O通道TANGNAN73控制站基本組成CPUTANGNAN18控制站基本功能通信功能報警功能反饋控制功能順序控制功能算術運算功能

TANGNAN74控制站基本功能通信功能TANGNAN19現(xiàn)場控制單元：FCU電池單元外部接口單元處理卡供電單元RIO/FIOBUS接口卡風扇單元BUS接口單元電池單元TANGNAN75現(xiàn)場控制單元：FCU電池單元外部接口單元處理卡供電單元RIO現(xiàn)場控制站：CFCD2FieldControlStationinSENTUMSystemFCSCardBoxTANGNAN76現(xiàn)場控制站：CFCD2FieldControlStatiCFCD2插件箱電源插件通信插件I/O插件TANGNAN77CFCD2插件箱電源插件通信插件I/O插件TANGNAN22CENTUM系統(tǒng)現(xiàn)場控制站I/O插卡MAC2 控制用多路模擬I/O卡PAC 控制用多路脈沖輸入模擬輸出卡VM1 16路模擬電壓輸入卡VM2 8I/8O模擬電路接口卡PM1 16路脈沖輸入卡 ST2 16I/16O狀態(tài)量卡ST3 32路狀態(tài)輸出卡 ST4 32路狀態(tài)輸出卡PB5 16路按鈕信號輸入卡 LCS：回路通信TANGNAN78CENTUM系統(tǒng)現(xiàn)場控制站I/O插卡MAC2 控制用多路模擬MAC2和ST2TANGNAN79MAC2和ST2TANGNAN24提高現(xiàn)場控制站可靠性措施雙重化冗余備用：處理器冗余電源冗余通信冗余I/O冗余雙重化方法：雙機熱備一熱一備表決系統(tǒng)TANGNAN80提高現(xiàn)場控制站可靠性措施雙重化冗余備用：雙重化方法：TANG雙重化冗余備用提高系統(tǒng)可靠性的措施：TANGNAN81雙重化冗余備用提高系統(tǒng)可靠性的措施：TANGNAN26CFCD2硬件配置例TANGNAN82CFCD2硬件配置例TANGNAN27DCS操作站集散系統(tǒng)的人－機接口裝置，除了執(zhí)行對過程的監(jiān)控操作外系統(tǒng)的組態(tài)、編程也可在操作站上進行。還應該具有打印輸出功能，可以完成部分的生產管理工作。TANGNAN83DCS操作站集散系統(tǒng)的人－機接口裝置，TANGNAN28DCS操作站基本功能工程功能操作功能通信功能TANGNAN84DCS操作站基本功能工程功能TANGNAN29DCS操作站操作鍵盤TANGNAN85DCS操作站操作鍵盤TANGNAN30DCS的高速數(shù)據(jù)通道集散系統(tǒng)的特征之一是系統(tǒng)中采用多處理機結構，是一個分層遞階的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)的通信功能由系統(tǒng)中的數(shù)字通信網(wǎng)絡完成（LAN）。TANGNAN86DCS的高速數(shù)據(jù)通道集散系統(tǒng)的特征之一是系統(tǒng)中采用多處理機結DCS的數(shù)字通信網(wǎng)絡通信網(wǎng)絡包括傳輸電纜和通信模塊兩部分。通信電纜有同軸電纜、屏蔽雙絞線、光纜等多種型式。通信模塊中主要含有調制解調器、網(wǎng)絡適配器等主要部分。TANGNAN87DCS的數(shù)字通信網(wǎng)絡通信網(wǎng)絡包括傳輸電纜和通信模塊兩部分。T分層遞階的工業(yè)計算機網(wǎng)絡TANGNAN88分層遞階的工業(yè)計算機網(wǎng)絡TANGNAN33操作站監(jiān)控畫面例1TANGNAN89操作站監(jiān)控畫面例1TANGNAN34操作站監(jiān)控畫面例2TANGNAN90操作站監(jiān)控畫面例2TANGNAN35操作站監(jiān)控畫面例3TANGNAN91操作站監(jiān)控畫面例3TANGNAN36操作站監(jiān)控畫面例4TANGNAN92操作站監(jiān)控畫面例4TANGNAN37操作站監(jiān)控畫面例5TANGNAN93操作站監(jiān)控畫面例5TANGNAN38操作站監(jiān)控畫面例6TANGNAN94操作站監(jiān)控畫面例6TANGNAN39DCS的生成開發(fā)系統(tǒng)組態(tài)畫面生成控制回路組態(tài)儀表組態(tài)數(shù)據(jù)生成報表生成TANGNAN95DCS的生成開發(fā)TANGNAN40操作站組態(tài)(Configuration)畫面TANGNAN96操作站組態(tài)(Configuration)畫面TANGNAN4回路組態(tài)例：圖形式編程：模塊連接TANGNAN97回路組態(tài)例：圖形式編程：模塊連接TANGNAN42回路組態(tài)例：符號式編程：POL語言LD x2LD k2+LD x3LD k3+÷LD x19 ?10 √ˉ11 LD k112 ?13 PIDST y1ENDTANGNAN98回路組態(tài)例：符號式編程：POL語言LD x29 ?TANGN儀表組態(tài)例：表格式（填表）控制站號： 01回路號： 16工位號：FIC103 補償運算：YES功能：PID 溫度輸入：T105輸入處理：NO 溫度設定：15°C量程下限：0 采樣周期：1s量程上限：50 P：120%下限報警：YES I：120s上限報警：NO D：45s正反動作：R 輸出跟蹤：YESTANGNAN99儀表組態(tài)例：表格式（填表）控制站號： 01TANGNAN44控制站反饋控制功能控制站反饋控制功能主要時由被稱為內部儀表的軟件模塊完成的（表3－2）。例：基本控制單元7DC-D5TANGNAN100控制站反饋控制功能控制站反饋控制功能主要時由被稱為內部儀表的控制站運算功能例：三選一單元：7SS-S-H,7SS-S-M,7SS-S-L高選：OUT=max(IN1,IN2,IN3)中選：OUT=med(IN1,IN2,IN3)低選：OUT=min(IN1,IN2,IN3)TANGNAN101控制站運算功能例：三