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文檔簡介
1、7 小型分散控制系統(tǒng),7.1 集散控制系統(tǒng)概述,7.3 DCS 現(xiàn)場控制站,7.4 DCS操作站,7.2 DCS通信網(wǎng)絡,7、1概述,一、概念 集散型控制系統(tǒng)是4C技術發(fā)展的產(chǎn)物。 它采用危險分散,控制分散,而操作和管理集中的設計思想,多層分級、合作自治的結構形式,適應現(xiàn)代化生產(chǎn)和管理的要求。,通信網(wǎng)絡,通信網(wǎng)絡,Control Network,冗余實時通訊網(wǎng)絡,圖7-1 DCS組成框圖,經(jīng)營管理級,生產(chǎn)管理級,控制管理級,過程控制級,DCS的結構層次,信號的輸入、變換、運算、輸出等控制功能。FCU,對過程控制級的集中監(jiān)視與管理 對系統(tǒng)的組態(tài)。,全廠(公司)生產(chǎn)的最優(yōu)化。 指揮調(diào)度,市場、營銷
2、、生產(chǎn)信息匯總,全面綜合經(jīng)營管理與決策。,7、1概述,現(xiàn)場控制站:多回路控制器(一個微控制器8-40個回路) 獨立對生產(chǎn)過程控制。需要工程師站對其進行組態(tài)。 操作員站:集中操作和監(jiān)視功能。 工程師站:進行系統(tǒng)組態(tài)生成和維護功能。 通信總線:信息傳輸與信息共享。按網(wǎng)絡通信協(xié)議進行信息傳輸。 網(wǎng)絡雙總線冗余結構,設置網(wǎng)關,與其它系統(tǒng)網(wǎng)絡及設備(如HART協(xié)議DDZ-III儀表)連接。,DCS三點一線功能,7、1概述,三、DCS的特點 1、松耦合的多處理機系統(tǒng),實現(xiàn)硬件積木化 將操作站、現(xiàn)場控制站的多微處理器配置在網(wǎng)絡節(jié)點上,根據(jù)需要,增減節(jié)點上設備。,7.1 概述,通信網(wǎng)絡,通信網(wǎng)絡,工程師在操作
3、站上,采用填表方式或功能模塊連接方式進行組態(tài),生成控制系統(tǒng)。,2、軟件模塊化 DCS為用戶提供豐富的功能軟件包。用戶按控制要求選用軟件模塊,對軟件進行組態(tài),即可生成應用程序。,7.1 概述,運算控制模塊及控制程序軟件包; 過程監(jiān)視軟件包; 顯示軟件包; 信息檢索軟件包; 網(wǎng)絡軟件包; 報表打印程序包等。,3、通信網(wǎng)絡的應用 通信網(wǎng)絡將現(xiàn)場控制單元、操作員站、工程師站、管理計算機等連接起來,實現(xiàn)整體的最優(yōu)控制和管理。 傳輸介質(zhì)采用同軸電纜、光導纖維。傳輸距離115km,同軸電纜通信速率110Mbps ,光導纖維可高達32Mbps。,4、可靠性高 工業(yè)級及以上元器件 電源、通信網(wǎng)絡、I/O接口等冗
4、余化配置(雙備用) 軟件自診斷技術、容錯設計 功能分散、負荷分散、數(shù)據(jù)庫分散。 工程師站、操作員站設置操作權限,保證系統(tǒng)安全。,7、1概述,7、2 通信網(wǎng)絡,(1)星型結構:1對N,缺點:信息交換均要通過主機, 主機出現(xiàn)問題,會導致系統(tǒng)癱瘓。,1、網(wǎng)絡拓撲結構(節(jié)點連接方式) 網(wǎng)絡拓撲結構有總線型、環(huán)型和星型,優(yōu)點:結構簡單,通信簡單,擴展容易。,(2)環(huán)型結構:點對點,7、2 通信網(wǎng)絡,無主從,結構簡單,增減節(jié)點容易。 接口單元或數(shù)據(jù)通路出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)會收到威脅,采用冗余光纖網(wǎng)。,各站無主從,某一節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù),其它節(jié)點接收信息時都檢查地址,對比地址是否與本站地址相符,相符則接收網(wǎng)上的信息。
5、,7.2 通信網(wǎng)絡,環(huán)形總線網(wǎng),總線網(wǎng),(3)總線網(wǎng)(DCS采用),2、網(wǎng)絡訪問的數(shù)據(jù)存取控制技術 發(fā)送接收數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)合理的存取控制方法。 (1)輪詢(Poll) 一主多從結構星型結構。 (2)令牌(Token Passing) DCS控制網(wǎng)絡(小數(shù)據(jù)包) (3)帶有碰撞檢測的載波偵聽多重訪問(CSMA/CD) DCS 管理網(wǎng)絡(較大數(shù)據(jù)包),7.2 通信網(wǎng)絡,(1)輪詢(Poll) 1對N的控制方式,主站輪詢從站,根據(jù)查詢到站的應答信息,確定該站是否要發(fā)信,并確定是否讓其發(fā)信。經(jīng)過主站轉(zhuǎn)發(fā)后到目的地后,再繼續(xù)查詢。(帶主站的星型網(wǎng)等),7.2 通信網(wǎng)絡,(2)令牌(Token Passing
6、) 環(huán)型總線網(wǎng)。 令牌:特定的二進制數(shù)碼的信息段。令牌沿環(huán)中各節(jié)點依次傳送,有空和忙兩種狀態(tài)。,1,2,3,N,4,源節(jié)點加載信息令牌置忙,目的節(jié)點讀取數(shù)據(jù),撤消信息包令牌置空,7.2 通信網(wǎng)絡,發(fā)送信息、源節(jié)點和目的節(jié)點地址,(3)帶有碰撞檢測的載波偵聽多重訪問(CSMA) 適用于數(shù)據(jù)包較大總線管理網(wǎng)絡。 特點是“先聽后講”及“邊講邊聽”。,7.2 通信網(wǎng)絡,CSMA/CD的控制策略:競爭發(fā)送、廣播式傳輸、載波偵聽、碰撞檢測、等待時機、再試發(fā)送。, 節(jié)點1發(fā)送站,偵聽網(wǎng)絡無數(shù)據(jù)發(fā)送,延時發(fā)送信息。, 節(jié)點1邊發(fā)邊偵聽網(wǎng)絡,發(fā)送與偵聽數(shù)據(jù)一致否。發(fā)送完畢一致,結束。,發(fā)送與偵聽數(shù)據(jù)不一致。停止
7、碰撞標志,延時再發(fā)。,圖 7-2 DCS的現(xiàn)場控制站功能框圖,7.3 現(xiàn)場控制站,1、現(xiàn)場控制站的功能,圖7-3 現(xiàn)場控制單元模件結構,7.3 現(xiàn)場控制站,2、現(xiàn)場控制站的硬件配置,功能分散的插板(卡)按照一定的順序安裝在插板箱中。 卡與卡通過總線連接。,XDPS-400分散控制單元結構 Distrbuted Process Unit Architecture,冗余處理器 Redundant DPU,電源分配盤 Power Distribution,輸入/輸出卡件 I/O Cards,冗余電源組 Redundant Power Supply,標準機柜 Standard Cabinet,冗余I/
8、O總線 Redundant I/O Bus,7.3 現(xiàn)場控制站,3、現(xiàn)場控制站的組態(tài),(1)控制回路組態(tài)功能塊語言,完成反饋控制功能的內(nèi)部儀表,如PID調(diào)節(jié)器,輸入指示器,手動操作器等。通過連線連接。參數(shù)填表,圖7-4 PID調(diào)節(jié)器,(2)順序控制組態(tài)順序表,7.3 現(xiàn)場控制站,下道工序,PB01,啟動按鈕,圖7-5簡單冷卻工序圖,7.3 現(xiàn)場控制站,條件信號,操作信號,順序表,7.4 DCS操作站的功能,一、操作站的功能 操作員站: 利用CRT和鍵盤對生產(chǎn)過程進行集中操作和監(jiān)視。 顯示各種畫面。 通過打印機和拷貝機進行操作記錄打印、報警打印和報表打印。,工程師站:,具備操作員站全部功能。 系
9、統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)測試、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)管理。,工藝流程圖和控制畫面,顯示畫面,報警提示畫面(報警時間工位號等),控制回路畫面(控制儀表控制回路工況),過程趨勢畫面過程量的變化曲線顯示記錄,記錄和表格畫面(輸出數(shù)據(jù)表格顯示),(顯示生產(chǎn)工藝流程及其運行的動態(tài)過程),7.4 DCS操作站的功能,1、操作員站,圖7-6 流程圖畫面,7.4 DCS操作站的功能,(1)工藝流程圖 系統(tǒng)模擬圖實時監(jiān)控,實時監(jiān)測生產(chǎn)現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)情況,(2)趨勢畫面 各種過程參數(shù)值的變化趨勢,圖7-7 趨勢畫面,7.4 DCS操作站的功能,7.4 DCS操作站的功能,圖7-8 報警畫面,(3)報警畫面 各個節(jié)點設備異常報警,工程師
10、站: 1、系統(tǒng)組態(tài) 生成與變更操作員站和現(xiàn)場控制站的功能。 現(xiàn)場控制站組態(tài): I/O點數(shù)、端子號、生成與變更站內(nèi)反饋控制功能、順序控制功能和監(jiān)控功能。 操作站組態(tài): 操作站的規(guī)格、信號點數(shù)、各種畫面的定義、功能鍵的定義、報表格式等。,7.4 DCS操作站的功能,圖 7-8 DCS組態(tài),利用組態(tài)工具軟件將工作表顯示在屏幕上,通過填表、連線等方式實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)和功能的變更。,組態(tài)內(nèi)容: 1、系統(tǒng)配置組態(tài)(容易) DCS中工程師站、操作員站、控制站和主機系統(tǒng)的配置、外設的配置。及設備的控制信息。 2、實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)(量大) 控制采集測點的配置組態(tài)、中間計算點的組態(tài)。 3、控制算法的組態(tài)(較難) 4、歷
11、史數(shù)據(jù)庫組態(tài)(量大) 歷史數(shù)據(jù)存儲和管理 5、流程畫面的生成(時間最長) 6、報表組態(tài) 應用領域:冶金、化工、電力、石油、建材、輕工、制藥等。,7.4 DCS操作站的功能,2、系統(tǒng)測試 軟仿真測試系統(tǒng)組態(tài)后的工作情況。檢查反饋回路與順序控制是否正常,測試結果在屏幕上直接顯示。,3、系統(tǒng)維護 對系統(tǒng)定期檢查與更改,生成的組態(tài)文件存儲。 4、系統(tǒng)管理 對系統(tǒng)文件管理。組態(tài)數(shù)據(jù)文件存儲歸檔,對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)文件存儲、歸檔。,7.4 DCS操作站的功能,1、生產(chǎn)工藝人員 熟悉和了解生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)設備,能提出詳細的流程畫面和操作要求。 熟悉操作過程并能提出生產(chǎn)管理方面對生產(chǎn)記錄報表的要求。 2、計算機人員 清楚分析各廠家的技術水
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