第9章-計算機控制系統(tǒng)

第9章計算機限制系統(tǒng)

工業(yè)過程中廣泛應(yīng)用的計算機限制系統(tǒng):集散限制系統(tǒng)(DCS)是70年頭中期發(fā)展起來的以微處理器為基礎(chǔ)的計算機綜合系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線限制系統(tǒng)（FCS）是一種基于現(xiàn)場總線技術(shù)的新型計算機限制系統(tǒng)，它接受現(xiàn)場總線把傳感器、變送器、執(zhí)行器和限制器集成在一起，形成真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？删幊滔拗破飨到y(tǒng)9.1集散型限制系統(tǒng)

（TotalDistributedControlSystem，DCS）以多臺微型計算機為基礎(chǔ)，接受數(shù)據(jù)通信和CRT顯示技術(shù)，應(yīng)用限制理論，對生產(chǎn)過程進行分散限制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。

DCS的特點硬件積木化硬件接受積木化組裝結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置敏捷，可以便利的構(gòu)成多級限制體統(tǒng)。軟件模塊化為用戶供應(yīng)了豐富的功能軟件，主要包括限制軟件包、操作顯示軟件包、報表顯示軟件包等，用戶只需按要求選用即可。限制組態(tài)化具有常用的運算和限制模塊，限制工程師只需依據(jù)系統(tǒng)的限制方案，選擇模塊，并以填表方式來定義這些軟功能模塊，進行限制系統(tǒng)的組態(tài)。通信網(wǎng)絡(luò)化通信網(wǎng)絡(luò)是分散限制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它將物理上分散的多臺計算機裝置有機地聯(lián)系起來，實現(xiàn)了相互協(xié)調(diào)、資源共享的集中管理。高牢靠性DCS的牢靠性高體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、冗余技術(shù)、自診斷功能、抗干擾措施，高性能的元件等方面。DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品DCS的開創(chuàng)期(1975年~1980年)DCS的組成現(xiàn)場限制站現(xiàn)場監(jiān)測站CRT操作站數(shù)據(jù)高速馬路監(jiān)控計算機基本上體現(xiàn)了集中管理、分散限制的特點

CRT操作站

監(jiān)控計算機

數(shù)據(jù)高速公路HW現(xiàn)場監(jiān)測站

現(xiàn)場控制站第一代DCS基本結(jié)構(gòu)

……

……DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品DCS的成長與完善時期(1980年~1985年)特點：限制功能擴充，常規(guī)限制、邏輯限制、批量限制；增加了顯示功能；以局部網(wǎng)絡(luò)LAN為主干，其它各單元都是掛在它上面的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點工作站，通信范圍擴大，數(shù)據(jù)傳送速率提高。主要組成部分局部網(wǎng)絡(luò)、多功能現(xiàn)場限制站、增加型操作站、通用型操作站、網(wǎng)關(guān)、系統(tǒng)管理模塊、主計算機DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品其次代DCS基本結(jié)構(gòu)示意圖局部網(wǎng)絡(luò)LAN其它網(wǎng)絡(luò)DHW網(wǎng)關(guān)多功能控制器網(wǎng)關(guān)……系統(tǒng)管理模塊通用操作站主計算機增強型操作站……DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品DCS的擴展期（1985年以后）第三代DCS的主要特點是：開放式的系統(tǒng)通信，向上能與MAP和Ethernet接口，或者通過網(wǎng)間連接器與其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，構(gòu)成綜合管理系統(tǒng)；向下支持現(xiàn)場總線。限制站運用32位微處理器，限制功能更強，體積更小，牢靠性更高。操作站接受高檔微型計算機，增加圖形顯示功能，多窗口技術(shù)和觸摸屏技術(shù)。過程限制組態(tài)運用CAD方法，更加直觀便利；引入專家系統(tǒng)，實現(xiàn)參數(shù)自整定。DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TDC3000/PMYOKAGAWA公司的Centum-XLFoxboro公司的I/ASeriesTAILORInstruments公司的Mod300BaileyControl公司的INFI-90等DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品第四代集散限制系統(tǒng)以管控一體化的形式出現(xiàn)。廣泛接受了開放的工作站和客戶機／服務(wù)器結(jié)構(gòu)；增加了工廠信息網(wǎng)。典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TPS，YOKOGAWA公司的CENTUM－CS，F(xiàn)oxboro公司的I/AS50/5l等。集散限制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)DCS的結(jié)構(gòu)與功能其標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)按功能分為三層功能結(jié)構(gòu)：管理層主要功能為生產(chǎn)調(diào)度管理及廠級優(yōu)化；監(jiān)督限制和協(xié)調(diào)優(yōu)化層主要是機組級的集中操作、協(xié)調(diào)限制和運行優(yōu)化，這部分可分為運行人員操作站、工程師工作站和監(jiān)控計算機；干脆限制層由分布式多功能處理單元組成，按功能分為現(xiàn)場限制站、監(jiān)測站，用于實現(xiàn)地理上分散的回路限制和檢測功能。整個DCS系統(tǒng)通過通信技術(shù)實現(xiàn)限制指令及各種信息的傳遞和數(shù)據(jù)資源的共享。一、分散限制裝置分散限制裝置包括現(xiàn)場限制站與過程監(jiān)測站，是集散限制系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的接口?，F(xiàn)場限制站（分散處理單元DPU）可以限制一個或多個回路，具有較強的運算實力和限制實力，是集散限制系統(tǒng)中實現(xiàn)分散限制的關(guān)鍵部分?，F(xiàn)場限制站中固化有各種數(shù)據(jù)處理及限制運算算法模塊，通過組態(tài)的方法牢靠性：一對一備用、N對一備用過程監(jiān)測站（又稱數(shù)據(jù)采集裝置或過程接口單元PIU等）主要作用：采集過程變量信息，數(shù)據(jù)處理，送入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)管理。過程監(jiān)測站除不具備限制功能外，與現(xiàn)場限制站的功能和結(jié)構(gòu)相像。二、操作管理裝置操作管理裝置包括操作員站、工程師站、監(jiān)控計算機等，是操作、管理人員與集散限制系統(tǒng)的接口。完成監(jiān)視、操作、系統(tǒng)組態(tài)、優(yōu)化限制等任務(wù)。圖9-3操作員站結(jié)構(gòu)框圖操作員站CRT顯示器：生產(chǎn)畫面的總貌顯示、分組顯示、單回路細目顯示、流程圖顯示、歷史趨勢顯示和報警概貌顯示等。鍵盤：發(fā)出畫面選擇、功能懇求、數(shù)據(jù)輸入和報警確認等操作指令。打印機：打印時、班、日等報表。數(shù)據(jù)存儲器：保存歷史數(shù)據(jù)微處理器：限制各實時任務(wù)執(zhí)行工程師站完成系統(tǒng)組態(tài)、畫面生成、參數(shù)調(diào)整、文檔管理、系統(tǒng)調(diào)試等工作監(jiān)控計算機通過通信接口，綜合監(jiān)視全系統(tǒng)的各工作站，管理全系統(tǒng)的全部信息，實現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)限制和全廠的優(yōu)化管理。三、通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)即計算機網(wǎng)絡(luò)，它將集散限制系統(tǒng)的各工作站連接起來。集散限制系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)過程限制級生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集與回路限制。如汽包水位限制、機爐協(xié)調(diào)限制及各種依次限制等。過程管理級主要由操作員站、工程師站及監(jiān)控計算機等組成，其主要功能是：數(shù)據(jù)顯示與限制操作；報警顯示與處理；數(shù)據(jù)存儲與壓縮歸檔；性能計算與優(yōu)化限制；制表打?。幌到y(tǒng)組態(tài)。生產(chǎn)管理級由服務(wù)器及工作站組成，主要實現(xiàn)實時限制之外的管理功能。如發(fā)電量的安排。經(jīng)營管理級與辦公自動化連接起來，擔(dān)負起全廠的總體協(xié)調(diào)管理。包括各類經(jīng)營活動、人事管理、財務(wù)管理等。集散限制系統(tǒng)的組態(tài)硬件組態(tài)即系統(tǒng)配置，是依據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模及限制要求而進行的硬件選擇。工程師站的選擇、操作員站的選擇、現(xiàn)場限制站的選擇軟件組態(tài)畫面組態(tài)數(shù)據(jù)組態(tài)報表組態(tài)限制回路組態(tài)典型集散限制系統(tǒng)產(chǎn)品名稱生產(chǎn)廠家I/ASeriesFoxboro（美國）SymphonyABB（瑞士）OvationWestinghouse（美國）MAX1000Leeds&Northrup（美國）HIACS5000/7000Hitachi（日本）TelepermXPSiemens（德國）XDPS-400新華（中國）HOLLiAS-MACS和利時（中國）圖9-5

Symphony系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖9-9

DCS信號流程圖DSC調(diào)試（1）靜態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)還沒有與生產(chǎn)現(xiàn)場相連時的調(diào)試，主要包括：①通電試驗；②I/O卡件性能測試；③組態(tài)軟件編譯下裝；④外加仿真信號對系統(tǒng)進行測試。（2）動態(tài)調(diào)試。動態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場相連時的調(diào)試。由于生產(chǎn)過程已經(jīng)處于運行或試運行階段，此時應(yīng)以視察為主，當(dāng)涉及到必需的系統(tǒng)修改時，應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備及平安措施，以免影響正常生產(chǎn)，更不允許造成系統(tǒng)或設(shè)備故障。DCS調(diào)試動態(tài)調(diào)試一般包括以下內(nèi)容：①視察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機構(gòu)操作是否正常；②檢查限制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當(dāng)時候投入自動運行；③對限制回路進行在線整定；④當(dāng)系統(tǒng)存在較大問題時，如需進行限制結(jié)構(gòu)修改、增加測點等，應(yīng)盡量在停機狀態(tài)下重新組態(tài)下裝。若條件不允許，也可進行在線組態(tài)，但要熟悉在線組態(tài)的各個環(huán)節(jié)并做好應(yīng)急措施。信號類型DASMCSSCSFSSSETSECS合計AI（4～20mA）300280108510188873AI（RTD）1904516512030550AI（TC）11456101820218DI28710143011691207503766PI1035568AO（4～20mA）4170174DO4024790551602301695SO