dcs課件 第2章 DCS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu).ppt

1、0:45336017，第二章DCS的架構(gòu)，0:45336017，2.1 DCS的架構(gòu)，在2.2 DCS的分層結(jié)構(gòu)中各層的功能2.3 DCS的構(gòu)成和導(dǎo)致2.4 DCS的架構(gòu)的技術(shù)特征2.5 DCS弧0336045336017，2.1 DCS的架構(gòu)形成，2.1.1中央補(bǔ)正機(jī)集中控制系統(tǒng)的形成2.1.2 DCS階層架構(gòu)的形成2.1.3 DCS的階層架構(gòu)，0:45336017，2圖2.1專用補(bǔ)正機(jī)控制系統(tǒng)圖2 (2)數(shù)據(jù)收集。 (3)警報(bào)和記錄。 (4)數(shù)據(jù)存檔。 (5)數(shù)據(jù)處理。 (6)過程控制。0:45336017、2.1.2DCS分層架構(gòu)的形成，對于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其兩大應(yīng)用指標(biāo)是中央計(jì)算

2、機(jī)的處理速度和計(jì)算機(jī)自身的可靠性，存在以下問題： 計(jì)算機(jī)的處理速度問題。 系統(tǒng)的復(fù)雜性問題。 系統(tǒng)的修理改造問題。 03:45:17，根據(jù)這種情況，需要更可靠的計(jì)算機(jī)自動化控制系統(tǒng)。 那個(gè)方案不限于以下兩種。 (1)使計(jì)算機(jī)本身更可靠。 (2)引進(jìn)功能上可替代的集散型控制技術(shù)，改善系統(tǒng)的可靠性。03:45:17、20世紀(jì)60年代末到70年代初，由于低成本集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了小型、微型計(jì)算機(jī)，小型、微型計(jì)算機(jī)的功能更完備，且價(jià)格便宜，使這臺小型計(jì)算機(jī)成為中央計(jì)算機(jī)使用其周圍裝置的過程監(jiān)視和該小型修正機(jī)代替中央修正機(jī)的局部工作，進(jìn)行其周圍裝置的過程監(jiān)視和控制，將這些小型修正機(jī)稱為一級修正機(jī)。

3、 中央僅處理中心自動化問題和管理方面的問題，二級自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2.3所示，0:45336017，圖2.3二級自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，0:45336017，圖2.4具有三層結(jié)構(gòu)模式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 產(chǎn)生033:17的2.1.3 DCS的層次結(jié)構(gòu)、圖2.5 DCS的層次結(jié)構(gòu)、DCS的功能層次結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了其分散控制和集中管理的設(shè)定修正思想，DCS從下到上依次分為直接控制層、操作監(jiān)視、生產(chǎn)管理層和決定管理層，如圖2.5所示。0:45336017、集散控制系統(tǒng)的典型配置圖、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)、0:45336017、1 .現(xiàn)場設(shè)備管理層直接控制層(過程控制層) 2、流程管

4、理層03:45:17、2.2dcs層次結(jié)構(gòu)中各層的功能、2.2.1直接控制級別2.2.2流程管理級別2.2.3生產(chǎn)管理級別2.2.4工廠經(jīng)營管理級別， 03:45:17可以將制造中的各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號或數(shù)字信號(現(xiàn)場總線振蕩器)，或者將控制站的輸出信號(4-20mA電信號或數(shù)字信號)轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移，并且驅(qū)動致動器以驅(qū)動生產(chǎn)過程的2.2.1直接控制電平(現(xiàn)場控制電平)、03:45:17、現(xiàn)場電平的信息傳輸有a、以往的4-20mA (或其他類型的模擬信號)模擬傳輸方式3種方式。b .現(xiàn)場總線的全數(shù)字量傳輸方式4-2 隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)延伸到現(xiàn)場，形成基于現(xiàn)場總線的全數(shù)字智能裝

5、置，現(xiàn)場信息已經(jīng)成為整個(gè)系統(tǒng)信息中不可缺少的部分。 現(xiàn)場控制水平通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)智能現(xiàn)場設(shè)備和控制系統(tǒng)對數(shù)字、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信，實(shí)現(xiàn)真正的分布式數(shù)控系統(tǒng)。、03:45:17、現(xiàn)場控制級別的功能主要表現(xiàn)： (1)收集現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和處理；(2)從智能現(xiàn)場裝置直接輸出過程操作命令；(3)實(shí)現(xiàn)真正的分布式控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)開放式因特網(wǎng)，完成與控制級及過程操作管理級的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享，實(shí)現(xiàn)智能現(xiàn)場裝置的配置；(5)對現(xiàn)場控制級設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測和診斷。 (1)進(jìn)行過程數(shù)據(jù)收集：快速收集受控設(shè)備中的各過程量和狀態(tài)信息，獲得進(jìn)行數(shù)字控制、開環(huán)控制、設(shè)備監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告

6、的過程等所需的輸入信息。 (2)直接進(jìn)行數(shù)字過程控制：通過控制配置數(shù)據(jù)庫、控制算法模塊實(shí)施實(shí)時(shí)過程量(例如開關(guān)量、模擬量等)的控制。直接控制層是集散型控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，其主要任務(wù)是：03:45:17，(3)設(shè)備監(jiān)控和系統(tǒng)測試，診斷：提取過程變量和狀態(tài)信息后，分析是否可以接受和允許高層傳輸。 進(jìn)而判定是否對被控制裝置實(shí)施調(diào)整的步驟，并且根據(jù)狀態(tài)信息判斷修正計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和控制面板的性能(功能)，根據(jù)需要實(shí)施警報(bào)、錯(cuò)誤或診斷報(bào)告等措施。 (4)實(shí)施安全性、冗馀性措施：修訂機(jī)系統(tǒng)的硬件或控制板發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，立即實(shí)施備件切換，保證系統(tǒng)整體的安全運(yùn)行。0:45336017、2.2.2過程管理級別、在這個(gè)

7、級別可以達(dá)到的功能是： (1)根據(jù)過程的數(shù)學(xué)模型和給定的控制對象進(jìn)行，優(yōu)化控制只能在確保優(yōu)化執(zhí)行條件的條件下達(dá)到，在不同的戰(zhàn)略條件下也能夠?qū)崿F(xiàn)控制過程的優(yōu)化如果現(xiàn)場條件發(fā)生變化，經(jīng)過過程管理層的校正計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理得到新的設(shè)定值和調(diào)整值，調(diào)整值被直接傳送到過程控制層。 (3)優(yōu)化并緊密配合單元內(nèi)各裝置：這主要是根據(jù)單元內(nèi)的產(chǎn)品、原材料、庫存及能源使用情況，以優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整相互關(guān)系。 (4)通過直接取得控制層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行單元內(nèi)的活動監(jiān)視、故障檢測存檔、歷史數(shù)據(jù)的存檔、狀態(tài)報(bào)告、備用。 0:45336017、2.2.3具有能夠?qū)刂葡到y(tǒng)高速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(2)能夠高速處理并存儲大量的數(shù)據(jù)(3

8、)具有能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的冗馀性高的高可靠性系統(tǒng)(4)生產(chǎn)擁有高性能、方便的人機(jī)界面；(5)豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件、過程數(shù)據(jù)采集軟件、人機(jī)界面軟件以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成等工具軟件，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集成化03:45:17、2.2.4工廠經(jīng)營管理級位于經(jīng)營管理層，其典型功能有： (1)市場分析。 (2)用戶信息的收集。 (3)訂單統(tǒng)訂分析。 (四)銷售和產(chǎn)品修訂計(jì)劃。 (五)合同事項(xiàng)。 (六)訂單和期限監(jiān)測。 (7)產(chǎn)品制造協(xié)調(diào)。 (8)價(jià)格修訂計(jì)算。 (九)生產(chǎn)能力與訂單的平衡。 (十)發(fā)放訂單。 (十一)生產(chǎn)和交貨期的監(jiān)測。 (十二)生產(chǎn)、訂貨和合同的報(bào)告。 (十三)財(cái)政方面的報(bào)告等。0

9、:45336017、圖2.6集散控制系統(tǒng)架構(gòu)的各層功能、0:45336017、2.3dcs的構(gòu)成和聯(lián)系、2.3.1 DCS的基本構(gòu)成2.3.2 DCS的軟件構(gòu)成2.3.3 2.3.1 DCS的基本構(gòu)成、 一個(gè)最基本的DCS應(yīng)該包括四個(gè)大的組成部分：至少一個(gè)現(xiàn)場控制站，至少一個(gè)操作站一個(gè)工程站(也可以用一個(gè)操作站兼作工程站)，一個(gè)典型的硬件配置包括： (1)控制站配置：控制站的類型和規(guī)模、地區(qū)分布各控制站內(nèi)的輸入輸出卡的種類、數(shù)量、電源選擇等。 (2)操作站的配置：操作站的規(guī)模和數(shù)量，即CRT顯示器的大小和是否為2畫面，主機(jī)型號，內(nèi)存配置，磁盤容量的配置，打印機(jī)的臺數(shù)和型號等。 (3)工程站配置

10、：機(jī)型、CRT顯示器尺寸、內(nèi)存、硬盤、打印機(jī)等。 0336045336017，1、控制站、控制站是系統(tǒng)與生產(chǎn)過程之間的接口，位于系統(tǒng)的最下層。 控制站的構(gòu)成(1)CPU (主控制器)卡、(2)輸入輸出卡、(3)通信卡等各種功能單元、(4)電源、(5)輸入輸出端子端子臺、(6) CS3000/CS1000的現(xiàn)場控制單元構(gòu)成、033330 在控制站的功能數(shù)據(jù)收集和控制功能構(gòu)成時(shí)生成的各種控制策略、數(shù)據(jù)庫等，通過下載到各控制站及控制站內(nèi)的各IO卡，能夠進(jìn)行信號收集、工程量轉(zhuǎn)換、控制運(yùn)算、控制信號的輸出、03:45:17、通信功能控制站的通信功能分為三個(gè)部分：一是經(jīng)由控制網(wǎng)絡(luò)與上級操作站及工程師結(jié)構(gòu)站

11、進(jìn)行通信，向操作站發(fā)送各種現(xiàn)場收集信息，同時(shí)操作站從操作站向控制站發(fā)送針對現(xiàn)場的操作指令，第二是contont 第三，控制站與其他智能設(shè)備之間的通信。 03:45:17、控制站的可靠性部件。 構(gòu)成DCS的最小單位是零件。 在執(zhí)行相同功能的設(shè)備中，盡可能選擇MTBF (無平均故障時(shí)間)時(shí)間長的設(shè)備。 盡量選擇高集成度的大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)多個(gè)元器件的功能，減少元器件的數(shù)量。 單元級的可靠性設(shè)定修訂。 系統(tǒng)提高各組單元的內(nèi)在可靠性和系統(tǒng)抵抗外部故障因素的能力。 冗長的措施。 采用了很多冗長的備份措施。 例如，控制站的主控制卡的冗馀佗、通信網(wǎng)的冗馀佗等，03:45:17，故障隔離措施。 在修訂中充分考

12、慮了危險(xiǎn)分散和危險(xiǎn)隔離的原則。 快速故障診斷。 DCS故障是不可避免的，因此，為了將系統(tǒng)故障的影響降到最低，需要將平均故障修復(fù)時(shí)間設(shè)定為最低。 主要方法：自診斷能力系統(tǒng)故障指示(駕駛燈、故障燈、網(wǎng)絡(luò)通信燈等)系統(tǒng)可使用帶電交換卡(全部可插拔帶電)，對系統(tǒng)的工作沒有任何影響。0:45336017、2、操作站和工程站、DCS操作站(工程站)是顯示、記錄來自各控制單元的工藝數(shù)據(jù)、人員和生產(chǎn)工藝的操作界面操作站為用戶提供最佳的操作監(jiān)控界面，控制、管理、監(jiān)控生產(chǎn)過程和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信息處理和生產(chǎn)過程操作的集中化。0:45336017、(1)操作站硬件配置工程PC(IPC )主機(jī)、彩色顯示器、鼠

13、標(biāo)、鍵盤、專用控制通信網(wǎng)卡、操作鍵盤(工程鍵盤)、打印機(jī)03:45:17、(a )畫面(窗口)操作監(jiān)視功能以生產(chǎn)過程的日常操作和監(jiān)視為主，通過一系列的操作監(jiān)視畫面和窗口，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的運(yùn)行、操作、監(jiān)視、控制、報(bào)告等的運(yùn)營。 操作站的畫面體系有標(biāo)準(zhǔn)畫面、用戶畫面、信息畫面3種。DCS廠商眾多，產(chǎn)品各不相同，但以下畫面對每個(gè)DCS操作站都是必不可少的。0:45336017、主畫面：實(shí)現(xiàn)空間上不同畫面之間的切換，03:45336017、0:45336017、警報(bào)一覽：按警報(bào)發(fā)生的時(shí)間序列顯示各修正器的過程警報(bào)信息。03:45:17、調(diào)整畫面：通過此窗口的操作，實(shí)現(xiàn)電路構(gòu)成殘奧表的修正、PID殘奧表調(diào)

14、整、動作方式的變更等一系列操作。03:45:17、(b )系統(tǒng)操作輔助功能由命名系統(tǒng)、警報(bào)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、操作臺組合和超級窗口、實(shí)時(shí)和歷史報(bào)告等功能構(gòu)成。03:45:17、(c )收集保存數(shù)據(jù)收集和處理功能、各種數(shù)據(jù)信息，并以打印機(jī)或文件輸出。03:45:17、(d )開放數(shù)據(jù)接口功能、DCS支持開放數(shù)據(jù)接口，通過DDE或OPC接口在不具有操作站功能的上級系統(tǒng)和通用應(yīng)用程序畫面上顯示DCS的各種實(shí)時(shí)進(jìn)程協(xié)議、03:45:17、(e )診斷DCS系統(tǒng)和運(yùn)行維護(hù)，始終顯示操作下的系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)的履歷操作履歷和標(biāo)簽操作履歷的閱覽等的系統(tǒng)維護(hù)功能。03:45:17、工程站工程站作為DCS的特殊功能站，

15、其主要作用是應(yīng)用DCS而構(gòu)成。 應(yīng)用組類型是DCS應(yīng)用必不可少的一環(huán)，使DCS成為對于具體的控制應(yīng)用能夠運(yùn)行的控制系統(tǒng)裝置。 標(biāo)準(zhǔn)配置的DCS系統(tǒng)具有專用的工程站。03:45:17、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)： DCS的另一個(gè)重要組成部分是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是連接系統(tǒng)各站的橋梁。 因?yàn)镈CS包含各種不同功能的站，所以這些站之間必須實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，以及實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能，因此系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力與整個(gè)系統(tǒng)性能，特別是網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議有關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信的效率和系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的初始DCS在現(xiàn)場檢測和控制執(zhí)行方面仍采用模擬式糾正器的變換單元和執(zhí)行單元，現(xiàn)場總線出現(xiàn)后，這兩個(gè)部分也將進(jìn)行數(shù)字化，因此DCS完全進(jìn)行數(shù)字化、03:45:17、高層管理網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前DCS已從簡單的低層控制功能發(fā)展為更高級別的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)督控制、生產(chǎn)管理等全廠范圍的控制、管理系統(tǒng)，因此將DCS視為修訂系統(tǒng)不再符合實(shí)際，從當(dāng)前的發(fā)展由于網(wǎng)絡(luò)特別是上級網(wǎng)絡(luò)的靈活性，系統(tǒng)的結(jié)