中控DCS基礎(chǔ)知識

DCS基礎(chǔ)知識2015年03月2021/6/271內(nèi)容提要DCS系統(tǒng)概述及特點DCS系統(tǒng)發(fā)展歷史DCS基礎(chǔ)知識聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識簡單控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)2021/6/272DCS系統(tǒng)概述及特點DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（DistributedControlSystem），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。2021/6/273DCS系統(tǒng)概述及特點高可靠性由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。2021/6/274DCS系統(tǒng)概述及特點開放性DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。2021/6/275DCS系統(tǒng)概述及特點靈活性通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。2021/6/276DCS系統(tǒng)概述及特點易于維護功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。2021/6/277DCS系統(tǒng)概述及特點協(xié)調(diào)性各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。2021/6/278DCS系統(tǒng)概述及特點控制功能齊全控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。2021/6/279DCS發(fā)展歷史1975年美國最大的儀表控制公司Honeywell首次向世界推出了它的綜合分散控制系統(tǒng)TDC—2000(ToalDistributedControl-2000),這一系統(tǒng)的發(fā)表,立即引起美國工業(yè)控制界高度評價，稱之為“最鼓舞人心的事件”。世界各國的各大公司也紛紛仿效，推出了一個又一個集散系統(tǒng)，從此過程控制進入了集散系統(tǒng)的新時期。2021/6/2710DCS發(fā)展歷史第一階段1975-1980，在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點表現(xiàn)為：1）采用微處理器為基礎(chǔ)的控制單元，實現(xiàn)分散控制，有各種各樣的算法，通過組態(tài)獨立完成回路控制，具有自診斷功能2）采用帶CRT顯示器的操作站與過程單元分離，實現(xiàn)集中監(jiān)視，集中操作3）采用較先進的冗余通信系統(tǒng)2021/6/2711DCS發(fā)展歷史第二階段1980—1985.，在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點表現(xiàn)為：1）微處理器的位數(shù)提高，CRT顯示器的分辨率提高2）強化的模塊化系統(tǒng)3）強化了系統(tǒng)信息管理，加強通信功能2021/6/2712DCS發(fā)展歷史第三階段1985-2000，集散系統(tǒng)進入第三代，其技術(shù)特點表現(xiàn)為：1）采用開放系統(tǒng)管理2）操作站采用32位微處理器3）采用實時多用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)2021/6/2713DCS發(fā)展歷史第四階段2000年以后，DCS系統(tǒng)進入第四代，技術(shù)特點主要表現(xiàn)為：體系結(jié)構(gòu)主要分為四層結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場儀表層、控制裝置單元層、工廠（車間）層和企業(yè)管理層。一般DCS廠商主要提供除企業(yè)管理層之外的三層功能，而企業(yè)管理層則通過提供開放的數(shù)據(jù)庫接口，連接第三方的管理軟件平臺（ERP、CRM、SCM等）。所以說，當今DCS主要提供工廠（車間）級的所有控制和管理功能，并集成全企業(yè)的信息管理功能。2021/6/2714DCS發(fā)展歷史2021/6/2715DCS基礎(chǔ)知識儀表功能標志儀表功能常用字母附加功能符號（字母Y）儀表常用縮寫字母儀表常用圖形符號ECS-700流程圖畫面2021/6/2716DCS基礎(chǔ)知識—儀表功能標志儀表功能標志組成儀表功能標志由一個首字母及一個或二至三個后繼字母組成。示例如下：例1PI------功能標志P-------首位字母（表示被測變量類型為壓力）I--------后繼字母（表示指示功能）例2TIC-----功能標志T--------首位字母（表示被測變量類型為溫度）IC-------后繼字母（表示指示功能+控制功能）2021/6/2717DCS基礎(chǔ)知識—儀表功能標志儀表功能標志組成例3HIC------功能標志H-------首位字母（表示手動操作）IC--------后繼字母（表示指示功能+控制功能）例4FFICA-----功能標志FF--------首位字母（表示被測變量類型為流量+修飾字母功能為比值）ICA-------后繼字母（表示指示功能+控制功能+報警功能）2021/6/2718DCS基礎(chǔ)知識—儀表功能標志儀表位號儀表位號由儀表功能標志與儀表回路編號兩部分組成。示例如下：例1FIC-1206------儀表位號FIC-------功能標志1206---------回路編號例212TIC1001-----儀表位號TIC-------功能標志12+1001----回路編號2021/6/2719DCS基礎(chǔ)知識—儀表功能標志儀表位號回路編號可以用工序號加儀表順序號組成（例1），也可用其他規(guī)定的方法進行編號。示例如下：例1FIC-1206------儀表位號12-------工序號（一般用兩位數(shù)字，也可用三位數(shù)字）

06---------儀表順序號（一般用兩位數(shù)字，也可用三位數(shù)字）例212TIC1001-----儀表位號12-------工序號1001----儀表順序號2021/6/2720DCS基礎(chǔ)知識—儀表常用字母功能字母代號首位字母后繼字母被測變量修飾詞讀出功能輸出功能修飾詞A分析報警C控制D密度差F流量比值H手動高I指示L物位低P壓力2021/6/2721DCS基礎(chǔ)知識—儀表常用字母功能字母代號首位字母后繼字母被測變量修飾詞讀出功能輸出功能修飾詞Q累計S聯(lián)鎖T溫度變送V振動閥門XX軸YY軸Z位置Z軸2021/6/2722DCS基礎(chǔ)知識—儀表常用字母常用組合字母表首位字母后繼字母被測變量讀出功能輸出功能檢測元件E指示I記錄R報警A變送器T控制器C功能Y閥門V聯(lián)鎖SAHAL指示I記錄RSHSLA分析AEAIARAAHAALATAICARCAYAVASHASLD密度DEDIDRDAHDALDTDICDRCDYDVDSHDSLF流量FEFIFRFAHFALFTFICFRCFYFVFSHFSLFF流量比FFEFFIFFRFFAHFFALFFTFFICFFRCFFYFFVFFSHFFSLH手動HICHVL物位LELILRLAHLALLTLICLRCLYLVLSHLSL2021/6/2723DCS基礎(chǔ)知識—儀表常用字母常用組合字母表首位字母后繼字母被測變量讀出功能輸出功能檢測元件E指示I記錄R報警A變送器T控制器C功能Y閥門V聯(lián)鎖SAHAL指示I記錄RSHSLP壓力PEPIPRPAHPALPTPICPRCPYPVPSHPSLPD壓差PDEPDIPDRPDAHPDALPDTPDICPDRCPDYPDVPDSHPDSLT溫度TETITRTAHTALTTTICTRCTYTVTSHTSLV振動VEVIVRVAHVALVTVYVZVSHW質(zhì)量WEWIWRWAHWALWTWICWRCWYWVWSHWSLZ位置ZEZIZRZAHZALZTZICZRCZYZVZSH2021/6/2724DCS基礎(chǔ)知識—附加功能符號（字母Y）附加功能符號（字母Y）HG/T20505-2000序號功能符號數(shù)學方程式說明1和∑M=X1+X2+….Xn輸出等于輸入信號的代數(shù)和2平均值∑/n輸出等于輸入信號的代數(shù)和除以輸入信號的數(shù)目3差ΔM=X1-X2輸出等于輸入信號的代數(shù)差4比值K1:12:1M=Kx輸入與輸入成正比5乘法xM=X1X2輸出等于兩個輸入信號的乘積6除法÷輸出等于兩個輸入信號的商7高選＞M=X1當X1≥X2M=X2當X2≥X1輸出等于幾個輸入信號中最大值8低選＜M=X1當X1≤X2M=X2當X2≤X1輸出等于幾個輸入信號中最小值2021/6/2725DCS基礎(chǔ)知識—儀表常用縮寫字母儀表常用縮寫字母序號縮寫說明1AC交流電2A/M自動/手動3AND“與”門4AVG平均值5DC直流電6FC故障關(guān)7FI故障保持8FO故障開9H高10HH高高2021/6/2726DCS基礎(chǔ)知識—儀表常用縮寫字母儀表常用縮寫字母序號縮寫說明11IA儀表空氣12IN輸入13L低14LL低低15MAX最大16MIN最小17NOT“非”門18OR“或”門19OUT輸出20PID比例積分微分調(diào)節(jié)2021/6/2727DCS基礎(chǔ)知識—儀表常用圖形符號儀表常用圖形符號常規(guī)儀表圖形為細實線圓圈，圖例如下：DCS圖形由細實線正方形與內(nèi)切圓組成，圖例如下：可編程邏輯控制器圖形由細實線正方形與內(nèi)接四邊形組成，圖例如下：聯(lián)鎖系統(tǒng)圖形為細實線菱形，菱形中標注“I”（Interlock縮寫），在局部聯(lián)鎖系統(tǒng)多時，應(yīng)將聯(lián)鎖系統(tǒng)編號，圖例如下：IIxxx2021/6/2728DCS基礎(chǔ)知識—儀表常用圖形符號2021/6/2729DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面2021/6/2730DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面監(jiān)控界面簡介工具欄?鼠標放至圖標上方對應(yīng)畫面名稱即有提示?工具欄可實現(xiàn)畫面選擇、切換、操作、設(shè)置等。信息欄2021/6/2731DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面2021/6/2732DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面2021/6/2733DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面2021/6/2734DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面HMI控制臺右上角的編輯框用于顯示系統(tǒng)當前位號，編輯框右邊的按鈕和下拉菜單用于進行對當前位號的操作。2021/6/2735DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面報警確認：點擊后確認當前報警（當前顯示的報警中被選中的那一個報警），當前用戶有確認權(quán)限的才能進行確認。取消報警選中：點擊后釋放選中狀態(tài)（即當前顯示的報警中被選中的那一個報警取消選中）。過程報警：彈出過程報警表，顯示當前操作小組下的所有過程報警信息。系統(tǒng)報警：彈出系統(tǒng)報警表，若產(chǎn)生了系統(tǒng)報警則按鈕背景顯示紅色，若有未確認的系統(tǒng)報警，則背景紅色閃爍。狀態(tài)表：彈出各狀態(tài)表（強制表、OOS表、故障安全、故障恢復(fù)、報警屏蔽表、抖動開關(guān)量表、超量程表、仿真表）?？娠@示各種狀態(tài)的實時和歷史記錄。2021/6/2736DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面報警確認：點擊后確認當前報警（當前顯示的報警中被選中的那一個報警），當前用戶有確認權(quán)限的才能進行確認。取消報警選中：點擊后釋放選中狀態(tài)（即當前顯示的報警中被選中的那一個報警取消選中）。過程報警：彈出過程報警表，顯示當前操作小組下的所有過程報警信息。系統(tǒng)報警：彈出系統(tǒng)報警表，若產(chǎn)生了系統(tǒng)報警則按鈕背景顯示紅色，若有未確認的系統(tǒng)報警，則背景紅色閃爍。狀態(tài)表：彈出各狀態(tài)表（強制表、OOS表、故障安全、故障恢復(fù)、報警屏蔽表、抖動開關(guān)量表、超量程表、仿真表）?？娠@示各種狀態(tài)的實時和歷史記錄。2021/6/2737DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面AI位號儀表面板及說明AO位號儀表面板及說明2021/6/2738DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面DI位號儀表面板及說明DO位號儀表面板及說明2021/6/2739DCS基礎(chǔ)知識—ECS-700流程圖畫面每個儀表面板中都有四個跳轉(zhuǎn)按鈕，其功能分別打開與位號關(guān)聯(lián)的各個畫面流程圖趨勢圖歷史報警調(diào)整畫面2021/6/2740聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識程序概述編程語言數(shù)據(jù)類型變量類型邏輯運算功能2021/6/2741聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—程序概述IEC61131-3是可編程序控制器的編程語言的標準，它將現(xiàn)代軟件的概念和現(xiàn)代軟件工程的機制與傳統(tǒng)的PLC編程語言成功地結(jié)合，使它在工業(yè)控制領(lǐng)域的影響越出PLC的界限，成為DCS、IPC、PAC、PC控制、運動控制以及SCADA的編程系統(tǒng)事實上的標準。2021/6/2742聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—編程語言圖形化編程語言功能塊圖（FBD:FunctionBlockDiagram）梯形圖（LD：LadderDiagram）順控圖（SFC：SequentialFunctionChart）文本化編程語言結(jié)構(gòu)化文本（ST：StructuredText）指令表（IL：InstructionList）2021/6/2743聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—編程語言VisualField系統(tǒng)軟件符合IEC61131-3標準，為用戶提供高效的圖形編程環(huán)境。編輯工具：功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、

順控圖（SFC）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）。2021/6/2744聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—數(shù)據(jù)類型2021/6/2745聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—變量類型2021/6/2746聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—邏輯運算功能與門是對兩個BOOL型的變量進行邏輯與運算。邏輯符號真值表輸入A輸入B輸出Y0000101001112021/6/2747聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—邏輯運算功能或門是對兩個BOOL型的變量進行或運算。邏輯符號真值表輸入A輸入B輸出Y0000111011112021/6/2748聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—邏輯運算功能非門是對輸入BOOL型的變量進行邏輯非運算。邏輯符號真值表輸入A輸出Y01102021/6/2749聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—邏輯運算功能RS觸發(fā)器復(fù)位優(yōu)先型RS觸發(fā)器是最基本的時序邏輯裝置，任意時刻，功能塊的輸出不僅與該時刻的輸入BOOL型變量有關(guān)，還與原來的狀態(tài)有關(guān)，是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在RS觸發(fā)器中，由于輸入信號的觸發(fā)，它的輸出從一個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)態(tài)，并長期保持，直到下一個觸發(fā)信號來臨，具有記憶功能。邏輯符號

真值表SRQ11010101000保持2021/6/2750聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識—邏輯運算功能SR觸發(fā)器置位優(yōu)先型SR觸發(fā)器是最基本的時序邏輯裝置，任意時刻，功能塊的輸出不僅與該時刻的輸入BOOL型變量有關(guān)，還與原來的狀態(tài)有關(guān)，是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在SR觸發(fā)器中，由于輸入信號的觸發(fā)，它的輸出從一個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)態(tài)，并長期保持，直到下一個觸發(fā)信號來臨，具有記憶功能。邏輯符號

真值表SRQ11110101000保持2021/6/2751簡單控制系統(tǒng)概述簡單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù)三種控制器的比較2021/6/2752簡單控制系統(tǒng)—概述簡單控制系統(tǒng)通常是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。2021/6/2753簡單控制系統(tǒng)—概述簡單控制系統(tǒng)通常是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。2021/6/2754簡單控制系統(tǒng)—簡單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù)從上圖中可知簡單控制系統(tǒng)由四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象、測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。被控變量生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。執(zhí)行器接受控制器的輸出信號,直接控制能量或物料等調(diào)節(jié)介質(zhì)的輸送量,達到控制溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的目的。測量變送器用于檢測各被控變量（如流量、溫度、壓力、液位）工藝參數(shù)各類儀表。對象工藝上所需控制的各類設(shè)備如塔、罐等。2021/6/2755簡單控制系統(tǒng)—簡單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù)控制器對于生產(chǎn)裝置的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量常常要求維持在一定的數(shù)值上，或按一定的規(guī)律變化，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。PID控制器是根據(jù)PID控制原理對整個控制系統(tǒng)進行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實際值與工藝要求的預(yù)定值一致。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產(chǎn)過程，必須合理選擇相應(yīng)的控制規(guī)律，否則PID控制器將達不到預(yù)期的控制效果?？刂破饔腥N：比例控制器、比例積分控制器、比例積分微分控制器2021/6/2756簡單控制系統(tǒng)—三種控制器性能比較表特點適用于比例控制器控制器的輸出與偏差成比例,閥門位置與偏差之間有一一對應(yīng)關(guān)系。當負荷變化時,比例控制器克服干擾能力強,過渡過程時間短。純比例控制器在過渡過程終了時存在余差。

調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)。

比例積分控制器積分作用使控制器輸出與偏差的積分成比例,過渡過程結(jié)束時無余差。但使穩(wěn)定性降低。

調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。

比例積分微分控制器微分作用使控制器的輸出與偏差變化速度成比例。它對克服容量滯后有顯著效果。在比例的基礎(chǔ)上加上微分作用能提高穩(wěn)定性,再加上積分作用可以消除余差。

容量滯后較大、負荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)

2021/6/2757簡單控制系統(tǒng)—流程圖2021/6/2758簡單控制系統(tǒng)—功能塊2021/6/2759復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)選擇控制系統(tǒng)2021/6/2760復(fù)雜控制系統(tǒng)—串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)-----兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。2021/6/2761復(fù)雜控制系統(tǒng)—串級控制系統(tǒng)例：加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)2021/6/2762復(fù)雜控制系統(tǒng)—串級控制系統(tǒng)基本概念即組成結(jié)構(gòu)串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢