8 3 分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三

1、國(guó)家級(jí)精品課程計(jì)算機(jī)控制技術(shù),主講教師：丁軍航副教授,青島大學(xué),第32講第8章分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（三）,8.3.1DCS概述,8.3.2DCS的分散過(guò)程控制級(jí),8.3.3DCS的集中操作監(jiān)控級(jí),8.3分布式控制系統(tǒng)(DCS),8.3.4DCS的綜合信息管理級(jí),8.3.1DCS概述,分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem-DCS)也稱(chēng)集散控制系統(tǒng)。DCS綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)技術(shù)、控制(Control)技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信(Communication)技術(shù)即4C技術(shù)，集中了連續(xù)控制、批量控制、邏輯順序控制、數(shù)據(jù)采集等功能。美國(guó)的HoneyWell公司于1

2、975年成功地推出了世界上第一套DCS。,1.DCS的體系結(jié)構(gòu)DCS的體系結(jié)構(gòu)通常為三級(jí):第一級(jí)為分散過(guò)程控制級(jí)；第二級(jí)為集中操作監(jiān)控級(jí)；第三級(jí)為綜合信息管理級(jí)。各級(jí)之間由通訊網(wǎng)絡(luò)連接，級(jí)內(nèi)各裝置之間由本級(jí)的通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。其典型的DCS體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。,8.3.1DCS概述,分布控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu),8.3.1DCS概述,(1)分散過(guò)程控制級(jí)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備：傳感器、變送器和執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的信息傳遞方式：1）傳統(tǒng)的420mA模擬量傳輸方式2）現(xiàn)場(chǎng)總線的全數(shù)字量傳輸方式3）在420mA模擬量信號(hào)上，疊加上調(diào)制后的數(shù)字量信號(hào)的混合傳輸方式現(xiàn)場(chǎng)信息傳遞方式發(fā)展方向：以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字傳輸,8.

3、3.1DCS概述,(1)分散過(guò)程控制級(jí)控制級(jí)：過(guò)程控制站和數(shù)據(jù)采集站1）過(guò)程控制站接收由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如傳感器、變送器）來(lái)的信號(hào)，按照一定的控制策略計(jì)算出所需的控制量，并送回到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器中去。可同時(shí)完成連續(xù)控制、順序控制或邏輯控制功能。2）數(shù)據(jù)采集站接收由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備送來(lái)的信號(hào)，并進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)換和處理之后送到分布式控制系統(tǒng)中的其他部分，如監(jiān)控級(jí)設(shè)備。數(shù)據(jù)采集站接收大量的過(guò)程信息，并通過(guò)監(jiān)控級(jí)設(shè)備傳遞給運(yùn)行人員。不直接完成控制功能，這是它與過(guò)程控制站的主要區(qū)別。,8.3.1DCS概述,（2）集中操作監(jiān)控級(jí)主要設(shè)備：運(yùn)行員操作站、工程師工作站和計(jì)算站；運(yùn)行員操作站安裝在中央控制室；工程師工作站和計(jì)算

4、站一般安裝在電子設(shè)備室。,8.3.1DCS概述,（2）集中操作監(jiān)控級(jí)1)運(yùn)行員操作站運(yùn)行員與分布式控制系統(tǒng)交換信息的人機(jī)接口。運(yùn)行員操作站組成：一臺(tái)具有較強(qiáng)圖形處理功能的微型機(jī)，以及相應(yīng)的外部設(shè)備，一般配有CRT顯示器、大屏幕顯示裝置(選件)、打印機(jī)、拷貝機(jī)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或球標(biāo)。,8.3.1DCS概述,（2）集中操作監(jiān)控級(jí)1)運(yùn)行員操作站運(yùn)行人員通過(guò)運(yùn)行員操作站來(lái)監(jiān)視和控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程(運(yùn)行人員可以在運(yùn)行員操作站上觀察生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行情況，讀出每一個(gè)過(guò)程變量的數(shù)值和狀態(tài)，判斷每個(gè)控制回路是否工作正常，并且可以隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)控制方式的切換，修改給定值，調(diào)整控制量，操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的

5、干預(yù)。另外還可以打印各種報(bào)表，拷貝屏幕上的畫(huà)面和曲線等)。,8.3.1DCS概述,（2）集中操作監(jiān)控級(jí)2）工程師工作站為控制工程師對(duì)分散控制系統(tǒng)進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作站。對(duì)各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類(lèi)和管理，形成各種設(shè)計(jì)文件，例如，各種圖紙、表格等。工程師工作站組成：由PC機(jī)配置一定數(shù)量的外部設(shè)備所組成，如打印機(jī)、繪圖機(jī)等。,8.3.1DCS概述,（2）集中操作監(jiān)控級(jí)3）計(jì)算站對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督控制，例如機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和性能計(jì)算，先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)等。(由于計(jì)算站的主要功能是完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算功能，因此，對(duì)它的要求主要是運(yùn)算能力和運(yùn)算速度。)組成：超級(jí)微型機(jī)或小型機(jī),8.3.1DC

6、S概述,（3）綜合信息管理級(jí)廠級(jí)管理計(jì)算機(jī),或是若干個(gè)機(jī)組的管理計(jì)算機(jī)。使用者是廠長(zhǎng)、經(jīng)理、總工程師、值長(zhǎng)等行政管理或運(yùn)行管理人員。主要任務(wù)：監(jiān)測(cè)企業(yè)各部分的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo)。,8.3.1DCS概述,（3）綜合信息管理級(jí)管理級(jí)屬于廠級(jí)，可分成實(shí)時(shí)監(jiān)控和日常管理兩部分。實(shí)時(shí)監(jiān)控是全廠各機(jī)組和公用輔助工藝系統(tǒng)的運(yùn)行管理層，承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化、全廠負(fù)荷分配和日常運(yùn)行管理等任務(wù)，主要為值長(zhǎng)服務(wù)。日常管理承擔(dān)全廠的管理決策、計(jì)劃管理、行政管理等任務(wù)，主要是為廠長(zhǎng)和各管理部門(mén)服務(wù)。,8.3.1

7、DCS概述,（3）綜合信息管理級(jí)對(duì)管理計(jì)算機(jī)的要求：能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。大量數(shù)據(jù)的高速處理與存儲(chǔ)，能夠連續(xù)運(yùn)行可冗余的高可靠性系統(tǒng)，能夠長(zhǎng)期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且具有優(yōu)良的、高性能的、方便的人機(jī)接口，豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，過(guò)程數(shù)據(jù)收集軟件，人機(jī)接口軟件以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成等工具軟件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集成化。,8.3.1DCS概述,(4)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)DCS各級(jí)之間的信息傳輸主要依靠通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)支持。根據(jù)各級(jí)的不同要求，通信網(wǎng)也分成低速、中速、高速通信網(wǎng)絡(luò)。低速網(wǎng)絡(luò)面向分散過(guò)程控制級(jí)；中速網(wǎng)絡(luò)面向集中操作監(jiān)控級(jí)；高速網(wǎng)絡(luò)面向管理級(jí)。,8.3.1DCS概述,2.DC

8、S的特點(diǎn),DCS具有以下幾個(gè)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,8.3.1DCS概述,3.典型的DCS,CENTUM-XL是日本橫河電機(jī)推出的分散型控制系統(tǒng)，如下圖所示。,8.3.1DCS概述,8.3.2DCS的分散過(guò)程控制級(jí),1.現(xiàn)場(chǎng)控制站(1)現(xiàn)場(chǎng)控制站的構(gòu)成機(jī)箱(柜)電源ISA總線工業(yè)控制機(jī)通信控制單元手動(dòng)/自動(dòng)顯示操作單元(2)現(xiàn)場(chǎng)控制站的功能數(shù)據(jù)采集功能DDC控制功能順序控制功能信號(hào)報(bào)警功能打印報(bào)表功能數(shù)據(jù)通信功能,(3)現(xiàn)場(chǎng)控制站的工作方式控制模式：自動(dòng)、軟手動(dòng)、串級(jí)、硬手動(dòng)、上位機(jī)控制模式的優(yōu)先級(jí)是：硬手動(dòng)軟手動(dòng)自動(dòng)串級(jí)上位

9、機(jī)。無(wú)擾動(dòng)切換操作(a)PV跟蹤(PV是測(cè)量值)(b)閥值跟蹤(c)工作模式判定2.智能調(diào)節(jié)器3.可編程序控制器(PLC),8.3.2DCS的分散過(guò)程控制級(jí),8.3.3DCS的集中操作監(jiān)控級(jí),1.顯示操作站的構(gòu)成顯示操作站主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、鍵盤(pán)、CRT顯示器、打印機(jī)等幾部分構(gòu)成。2.顯示操作站的功能(1)操作員功能操作員功能主要是指正常運(yùn)行時(shí)的工藝監(jiān)視和運(yùn)行操作，主要由畫(huà)面指示構(gòu)成。主要包括DDC標(biāo)準(zhǔn)三畫(huà)面、圖形顯示功能、趨勢(shì)曲線畫(huà)面、操作指導(dǎo)畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面。(2)工程師功能工程師功能主要包括系統(tǒng)的組態(tài)功能、系統(tǒng)的控制功能、系統(tǒng)的維護(hù)功能、系統(tǒng)的管理功能等。,8.3.4DCS的綜合信息管理級(jí),

10、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。,Harrington博士提出的CIM概念包括兩各基本觀點(diǎn)：企業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，即從市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營(yíng)管理到售后服務(wù)的全部生產(chǎn)活動(dòng)，彼此是緊密聯(lián)系的，是一個(gè)不可分割的整體，應(yīng)該在企業(yè)整體框架下統(tǒng)一考慮各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)活動(dòng)；整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)數(shù)據(jù)采集、傳遞和加工處理的過(guò)程，最終形成的產(chǎn)品可以看作是“數(shù)據(jù)”的物質(zhì)表現(xiàn)。應(yīng)該說(shuō)，這一概念具有很強(qiáng)的超前意識(shí)，正確地指出了在未來(lái)的計(jì)算機(jī)時(shí)代企業(yè)運(yùn)行管理的最佳模式。1.MIS的基本概念(1)管理管理工作的六個(gè)要素是：目標(biāo)、信息、人員、資金、設(shè)備、物資。(2)信息(3)系統(tǒng),8.3.4DCS的綜合信息管理級(jí),2.MIS的組成(1)MIS的硬件組成主要由管理計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化服務(wù)系統(tǒng)、工廠自動(dòng)化服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成。(2)MIS的軟件組成市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理子系統(tǒng)市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理信息子系統(tǒng)一般由計(jì)劃與市場(chǎng)研究、分配、銷(xiāo)售三個(gè)部分組成。生產(chǎn)管理子系統(tǒng)生產(chǎn)管理的職能包括預(yù)測(cè)、計(jì)劃、控制三部分。財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)人事管理子系統(tǒng),8.3.4DCS的綜合信息管理級(jí),3.DCS中MIS的功能DCS