計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課件第6章

第6章集散控制系統(tǒng)二五四6.1集散控制系統(tǒng)概述6.2集散控制系統(tǒng)的組成6.3集散控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信概要6.4DCS在火電廠中的應(yīng)用6.1集散控制系統(tǒng)概述

集散控制系統(tǒng)DCS(DistributedControlSystem)也稱(chēng)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或分散計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是一種綜合了控制（Control）、計(jì)算機(jī)（Computer）、通信（Communication）、終端顯示（CRT）或人機(jī)界面會(huì)話（Conversation）技術(shù)即4C技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新型控制系統(tǒng)。一集散控制系統(tǒng)的發(fā)展1、第一代產(chǎn)品主要由過(guò)程控制單元PCU（ProcessControlUnit）、數(shù)據(jù)采集裝置DAU（DataAcquisitionUnit）、CRT操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)高速公路（HW——Highway）五部分組成。這個(gè)時(shí)期的主要技術(shù)特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了分散控制，從而使危險(xiǎn)分散；引入了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了集中管理，分散控制。

2、第二代集散控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)一個(gè)是系統(tǒng)的功能擴(kuò)大或者增強(qiáng)，例如，控制算法的擴(kuò)充，常規(guī)控制與邏輯控制、批量控制相結(jié)合；過(guò)程操作管理范圍擴(kuò)大，功能增強(qiáng)等。另一個(gè)是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的發(fā)展，從主從式的星形網(wǎng)絡(luò)通信改變?yōu)閷?duì)等式的總線網(wǎng)絡(luò)通信或環(huán)網(wǎng)通信。3、第三代DCS向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制擴(kuò)展，將過(guò)程控制、監(jiān)督控制和管理調(diào)度進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，并且加強(qiáng)斷續(xù)系統(tǒng)功能，采用專(zhuān)家系統(tǒng)和以開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型為基礎(chǔ)的制造自動(dòng)化協(xié)議MAP（ManufactureAutomationProtocol）標(biāo)準(zhǔn)，以及硬件上的諸多新技術(shù)，從而克服了自動(dòng)化孤島問(wèn)題。開(kāi)放系統(tǒng)是第三代集散控制系統(tǒng)的主要特征。

二DCS的特點(diǎn)1、系統(tǒng)具有極高的可靠性2、軟件模塊化3、控制系統(tǒng)用組態(tài)方法生成4、通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用6.2集散控制系統(tǒng)的組成圖6-1DCS的體系結(jié)構(gòu)一DCS的分散過(guò)程控制級(jí)1、DCS的分散過(guò)程控制級(jí)，直接與生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器(熱電偶、熱電阻)、變送器(溫度、壓力、液位、流量變送器等)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥、電磁閥等)、電氣開(kāi)關(guān)(觸點(diǎn)輸入輸出)相連接，完成生產(chǎn)過(guò)程控制，并能與集中操作監(jiān)控級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收顯示操作站下傳加載的參數(shù)和作業(yè)命令，以及將現(xiàn)場(chǎng)工作情況信息整理后向顯示操作站報(bào)告。2、分散過(guò)程控制級(jí)有許多類(lèi)型的測(cè)控裝置，但最常用的類(lèi)型有三種，即現(xiàn)場(chǎng)控制站、可編程序控制器(PLC)、智能調(diào)節(jié)器。二DCS的集中操作監(jiān)控級(jí)

DCS的集中操作監(jiān)控級(jí)主要是顯示操作站，它完成顯示、操作、記錄、報(bào)警等功能。它把過(guò)程參量的信息集中化，把各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)配置的控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并通過(guò)簡(jiǎn)單的操作，進(jìn)行過(guò)程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢(shì)曲線的顯示以及改變過(guò)程參數(shù)，如設(shè)定值、控制參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息，這就是它的顯示操作功能。三DCS的綜合信息管理級(jí)

綜合信息管理級(jí)在DCS中用來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)（或工廠）的綜合信息管理，主要執(zhí)行生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)管理功能。DCS的綜合信息管理級(jí)實(shí)際上是一個(gè)管理信息系統(tǒng)(ManagementInformationSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)MIS)，MIS是借助于自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理手段進(jìn)行管理的系統(tǒng)。MIS由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、各種規(guī)程和人共同組成。6.3集散控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信概要

一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1、星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)星形結(jié)構(gòu)的中心節(jié)點(diǎn)是主節(jié)點(diǎn)，它接受各分散點(diǎn)的信息再轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，具有中繼交換和數(shù)據(jù)處理功能。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是線路可用性強(qiáng)、效率高，便于程序集中研制和資源共享，但是交換控制中心同時(shí)也是最大的危險(xiǎn)集中點(diǎn)，控制中心一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就可能使整個(gè)通信停頓。2、總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)經(jīng)其接口，通過(guò)一條或幾條通信線路與公共總線連接。所有站點(diǎn)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適配器直接掛在總線上。任何一個(gè)通信站發(fā)出的信號(hào)都沿傳輸介質(zhì)向兩個(gè)方向傳播，類(lèi)同于廣播電臺(tái)發(fā)射的電磁波向四周擴(kuò)散一樣，而且能被所有其他站接收?？偩€型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活性較好，可連接多種不同傳輸速度、不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的設(shè)備，可以方便地增加新站或撤除故障站，而不影響網(wǎng)絡(luò)的正常工作。3、樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)樹(shù)形是總線型的復(fù)合形式，形狀像一棵倒置的樹(shù)，根上有分支延伸，每個(gè)分支還可以再延伸出子分支，適合于分級(jí)管理和控制系統(tǒng)。當(dāng)站點(diǎn)發(fā)送信號(hào)時(shí)，根接收該信號(hào)，然后再重新廣播發(fā)送到全網(wǎng)。它具有與總線型相同的優(yōu)缺點(diǎn)，此外，它易于擴(kuò)展和隔離故障，但對(duì)根的依賴(lài)性太大，若根發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。

4、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)通過(guò)環(huán)接口連在一條首尾相連的閉合環(huán)形通信線路中。同一時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)上所有節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)出信息或接收信息。這種鏈路是單向的，即只能在一個(gè)方向上傳輸數(shù)據(jù)，一個(gè)信息從源節(jié)點(diǎn)出發(fā)，必單方向地相繼通過(guò)其他各節(jié)點(diǎn)。這樣，數(shù)據(jù)就在一個(gè)方向上沿著環(huán)進(jìn)行循環(huán)。環(huán)上某站發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的通信。為了提高可靠性，常采用雙向雙環(huán)冗余結(jié)構(gòu)。

圖6-2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)a：星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)b：總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)c：樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)d：環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

二訪問(wèn)控制方式1、沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA/CD)

主要用于總線形和樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該控制方式的工作原理是：當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)要發(fā)送信息時(shí)，首先要偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)中有無(wú)其他節(jié)點(diǎn)正發(fā)送信息，若沒(méi)有則立即發(fā)送；否則，即網(wǎng)絡(luò)中已有某節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息(信道被占用)，該節(jié)點(diǎn)就需等待一段時(shí)間，再偵聽(tīng)，直至信道空閑，開(kāi)始發(fā)送。載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)是指多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同使用同一條線路，任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息前都必須先檢查網(wǎng)絡(luò)的線路是否有信息傳輸。

2、令牌環(huán)(TokenRing)

僅適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。令牌是控制標(biāo)志，網(wǎng)中只設(shè)一張令牌，只有獲得令牌的節(jié)點(diǎn)才能發(fā)送信息，發(fā)送完后，令牌又傳給相鄰的另一節(jié)點(diǎn)。在一個(gè)節(jié)點(diǎn)占令牌期間；其他節(jié)點(diǎn)只能處于接收狀態(tài)。當(dāng)所發(fā)信息繞環(huán)一周，并由發(fā)送節(jié)點(diǎn)清除，“忙”令牌又被置為“空”狀態(tài)，繞環(huán)傳送令牌。當(dāng)下一節(jié)點(diǎn)要發(fā)送信息時(shí)，則下一節(jié)點(diǎn)便得到這一令牌，并可發(fā)送信息。3、令牌總線(TokenPassingBus)

主要用于總線形式或樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。受令牌環(huán)的影響，它把總線或樹(shù)形傳輸介質(zhì)上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)邏輯環(huán)，即人為地給各節(jié)點(diǎn)規(guī)定一個(gè)順序。邏輯環(huán)中的控制方式類(lèi)同于令牌環(huán)。不同的是令牌總線中，信息可以雙向傳送、任何節(jié)點(diǎn)都能“聽(tīng)到”其他節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息。由于只有獲得令牌的節(jié)點(diǎn)才可發(fā)送信息(此時(shí)其他節(jié)點(diǎn)只收不發(fā))，因此該方式不要檢測(cè)沖突就可以避免沖突。

三工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)和選型

1、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)

2、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的選型6.4DCS在火電廠中的應(yīng)用

一DCS信號(hào)流程

根據(jù)安裝位置的不同，過(guò)程控制儀表可以分為現(xiàn)場(chǎng)儀表、架裝儀表與盤(pán)裝儀表。對(duì)應(yīng)用于過(guò)程控制的DCS來(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)變送器與執(zhí)行器為現(xiàn)場(chǎng)儀表，過(guò)