【文章內(nèi)容簡介】 化的 DCS產(chǎn)品類型和結(jié)構(gòu) 熱工自動(dòng)化 61 DCS的產(chǎn)生順應(yīng)生產(chǎn)規(guī)模與自動(dòng)化控制水平發(fā)展的需要 ? 生產(chǎn)規(guī)模的大型化、復(fù)雜化對自動(dòng)化水平的要求更高 ? 對生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制的危險(xiǎn)性必須要進(jìn)一步分散 ? 對生產(chǎn)過程的操作監(jiān)視方式要求進(jìn)一步集中化 這迫使控制儀表和設(shè)備要改型換代 4C技術(shù)的出現(xiàn)為改型換代提供了技術(shù)依托 C計(jì)算機(jī)（ puter） C通訊（ munication） C控制（ control） CCRT顯示 DCS是 4C技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物 DCS產(chǎn)生的技術(shù)背景 熱工自動(dòng)化 62 管理和操作監(jiān)視 集中 ，控制和危險(xiǎn) 分散 所謂“集中”： 是將全部信息集中到集控室，使操作人員將運(yùn)行的操作與監(jiān)視顯示集中起來，從而實(shí)現(xiàn)集中管理。 所謂“分散”包含兩個(gè)方面： 一是強(qiáng)調(diào)各種被控的工藝過程的地理位置是分散的， DCS系統(tǒng)相應(yīng)的控制設(shè)備也應(yīng)在地理位置上分散布置； 二是指 DCS系統(tǒng)所具有的功能是分散的，即數(shù)據(jù)采集、過程控制、運(yùn)行顯示、監(jiān)控操作等按功能進(jìn)行分散，特別是控制功能的分散，它是由軟件組態(tài)實(shí)現(xiàn)，代替儀表的硬接線。這種位置上和功能上的分散同時(shí)意味著整個(gè)系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分散。 DCS系統(tǒng)的基本思想 熱工自動(dòng)化 63 操作員站 工程師站 過程控制單元（過程控制站、現(xiàn)場控制站） 網(wǎng)間接口 系 統(tǒng) 網(wǎng) 絡(luò) DCS的體系結(jié)構(gòu) 熱工自動(dòng)化 64 DCS的結(jié)構(gòu)體系 結(jié)構(gòu)體系組成：三點(diǎn)一線 三點(diǎn)：操作員站（ OS站） 工程師站（ EWS） 過程控制站或現(xiàn)場控制站（ PCU或 DPU） 一線： DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（ SNET） 一線是骨架，三點(diǎn)是核心 ,通過一線串聯(lián)三點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享， 由三點(diǎn)完成系統(tǒng)的監(jiān)控功能 功能作用： DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（ SNET） ：對下聯(lián)系著現(xiàn)場過程控制站，完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、處理；對上聯(lián)系著人機(jī)接口裝置，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的上傳、顯示、操作。 DCS系統(tǒng)最本質(zhì)的功能是通過DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來體現(xiàn)的 熱工自動(dòng)化 65 DCS的結(jié)構(gòu)體系 功能作用： 過程控制站或現(xiàn)場控制站（ PCU或 DPU）：現(xiàn)場過程控制站是最基層 (直接控制級 )的自動(dòng)化設(shè)備，它接受來自現(xiàn)場的各種 檢測 儀表 (如各種傳感器和變送器 )傳送的過程信號，對過程信號進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、噪聲濾除、補(bǔ)償運(yùn)算、非線性校正、標(biāo)度變換等處理，并可按要求進(jìn)行累積量的計(jì)算、上下限報(bào)警以及測量值和報(bào)警值向通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸。同時(shí)，它也用來接受 上層通信網(wǎng)絡(luò) 傳來的控制指令 ?，F(xiàn)場過程控制站可根據(jù)過程控制的要求進(jìn)行 控制運(yùn)算 ，輸出驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種控制信號，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制，滿足生產(chǎn)過程中連續(xù)控制、邏輯控制、順序控制等的需要。 熱工自動(dòng)化 66 功能作用： 工程師站（ EWS）：工程師工作站 (EWS)是 DCS中用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作站。它的主要功能是為系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師提供各種軟件設(shè)計(jì)工具，使工程師利用它們來組合、調(diào)用 DCS的各種資源，完成 DCS系統(tǒng)的組態(tài)。 操作員站（ OS站）： OS站是一個(gè)集中的操作員工作臺(tái)，它設(shè)置在單元機(jī)組的集控室內(nèi)，是運(yùn)行操作人員與生產(chǎn)過程之間的一個(gè)交互窗口，它把系統(tǒng)的絕大多數(shù)顯示和操作內(nèi)容集中在 CRT的不同畫面和操作鍵盤上，實(shí)現(xiàn) DCS系統(tǒng)運(yùn)行操作和監(jiān)視的集中 DCS的結(jié)構(gòu)體系 熱工自動(dòng)化 67 DCS的物理位置 OS OS EWS PCU PCU PCU 集控室 馬達(dá)控制中心 電子設(shè)備間 現(xiàn)場 現(xiàn)場一次儀表（變送器、執(zhí)行器、開關(guān)、電磁閥等） SNET 熱工自動(dòng)化 68 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的擴(kuò)展 — 擴(kuò)展 PLC 熱工自動(dòng)化 69 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的擴(kuò)展 — 擴(kuò)展 PLC 物理連接 : 通過串行通訊方式實(shí)現(xiàn) PLC與 DCS系統(tǒng)的連接 由 PLC接口卡實(shí)現(xiàn) PLC與 DCS系統(tǒng)的連接 PLC直接連接至 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（ SNET） 軟件連接 DDE（ Dynamic Data Exchange ） OPC方法（ OLE for Process Control ） 熱工自動(dòng)化 70 PLC的結(jié)構(gòu)： 微處理器存儲(chǔ)器C P U 模塊輸入模塊輸出模塊電 源 模 塊編程設(shè)備外部設(shè)備外部設(shè)備? 編寫用戶程序 ? 調(diào)試用戶程序 ? 監(jiān)控用戶程序 ? 系統(tǒng)自診斷 ? 執(zhí)行用戶程序 ? 數(shù)據(jù)通訊 將 PLC內(nèi)部的指令 以一定的形式反饋 到現(xiàn)場 采集現(xiàn)場的輸入 信號，進(jìn)行信號 轉(zhuǎn)換 PLC 熱工自動(dòng)化 71 PLC 首先 … 使用向?qū)Ъ皢螚l MSG 指令就非常簡單地實(shí)現(xiàn)信息交換 省時(shí) CIP CIP 加工 包裝 EtherNet/IP ControlNet SERCOS DeviceNet Fieldbus H1 ControlNet 優(yōu)勢 :NetLinx通訊允許數(shù)據(jù)在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)無縫地路由 … 節(jié)省時(shí)間與金錢 其次 … 在多種網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)無縫地信息交換 省時(shí) CIP 再次 …從任意一點(diǎn)就可以訪問整個(gè)控制系統(tǒng) 時(shí)間就是金錢 CIP CIP 倉庫 熱工自動(dòng)化 72 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的擴(kuò)展 — 擴(kuò)展 FCS FCS： field bus control system 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線：一種用于智能化現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式，數(shù)字化，雙向串行，多節(jié)點(diǎn)的通信總線。是連接智能化現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置或儀表。 智能變送器 智能執(zhí)行器 智能控制器 模擬儀表接口 現(xiàn) 場 總 線 現(xiàn)場 熱工自動(dòng)化 73 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的擴(kuò)展 — 擴(kuò)展 FCS FCS系統(tǒng)與 DCS的物理連接 : 通過現(xiàn)場控制站的 FCS模塊實(shí)現(xiàn)連接 直接與 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接 FCS與 DCS的軟件連接： 組態(tài)軟件 通訊協(xié)議軟件 熱工自動(dòng)化 74 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的擴(kuò)展 — 擴(kuò)展 FCS 現(xiàn)場總線的應(yīng)用前景 現(xiàn)場總線能大大簡化 DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而在功能上又不遜于 DCS，因此 FCS系統(tǒng)替代 DCS系統(tǒng)而成為控制系統(tǒng)的主流只是時(shí)間的問題，目前 FCS由于受制于智能化儀表的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一制約，它僅僅是結(jié)合在 DCS里使用，成為一種專用的 FCS系統(tǒng)。 當(dāng)前： DCS+PLC+FCS的共存局面是控制系統(tǒng)的主流，且 PLC與FCS相互交融，隨著功能的不斷完善，必將取代 DCS 熱工自動(dòng)化 75 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的擴(kuò)展 — 擴(kuò)展 MIS系統(tǒng) EWSOSPCU生產(chǎn)過程SNETMNETM i s 系統(tǒng)D C S 基本結(jié)構(gòu)網(wǎng)關(guān)集中式連接虛線表示為分散式連接動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換服務(wù)器 實(shí)現(xiàn)管理與控制層數(shù)據(jù)交換需保證： ?單向數(shù)據(jù)傳輸 ?安全 物理連接方式： ?分散式連接 ?集中式連接 熱工自動(dòng)化 76 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù) 發(fā)展趨勢 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化要求情況下提出與發(fā)展起來的，與計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。他使過程控制設(shè)備發(fā)展為 三大控制系統(tǒng)并存，未來趨勢為 FCS 集散控制（ DCS） 可編程控制（ PLC） 現(xiàn)場總線控制（ FCS） 工業(yè)以太網(wǎng)（在 DCS\PLC\FCS基礎(chǔ)上形成）， DCS\PLC在底層沿襲傳統(tǒng)的模擬信號傳輸制，我們稱之為傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，而 FCS真正把數(shù)字化信號傳輸帶給現(xiàn)場底層 熱工自動(dòng)化 77 思考題 簡述 DCS的結(jié)構(gòu)，并分別說明各結(jié)構(gòu)的功能 一般為什么把過程控制站布置在專門的電子室中 FCS系統(tǒng)與 DCS在信號傳遞的最大區(qū)別 PLC的結(jié)構(gòu)組成如何，它的組態(tài)方法有那些 熱工自動(dòng)化 78 現(xiàn)場工藝過程一般按照功能劃分為若干個(gè)子功能區(qū)域，每個(gè)功能區(qū)域有許多參數(shù)需要控制，這些參數(shù)控制由 DCS中的過程控制單元完成，由于 DCS是計(jì)算機(jī)控制裝置，所以過程控制單元是通過軟件來組成各工藝參數(shù)的控制系統(tǒng)，從而形成 DCS應(yīng)用系統(tǒng)。 過程控制單元 過程控制單元上位計(jì)算機(jī)C R T 顯示操作站網(wǎng)間連接器生產(chǎn)過程非本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展接口高速數(shù)據(jù)通道DCS應(yīng)用系統(tǒng) MCS 熱工自動(dòng)化 79 電網(wǎng)調(diào)度中心 EMS （ ） R T U D C S 系統(tǒng) M C S 系統(tǒng) 微波通道 DI DI AI DO DO AO AGC請求 AGC解除 調(diào)度負(fù)荷指令（ ADS） AGC投入 協(xié)調(diào)控制方式 機(jī)組實(shí)際功率 電廠端 EDC（經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制）+ACE（區(qū)域控制偏差） = ADS指令 AGC示意 單 元 機(jī) 組 DCS應(yīng)用系統(tǒng) MCS 熱工自動(dòng)化 80 ?MCS系統(tǒng)的架構(gòu) 鍋爐子控制系統(tǒng) 汽機(jī)子控制系統(tǒng) 負(fù)荷控制回路 負(fù)荷指令限制回路 負(fù)荷指令運(yùn)算回路 AGC來的 ADS指令 A △ f MB MT p0 pT NE N0 NS 主控系統(tǒng) 負(fù)荷指令處理 （ LMCC） 協(xié)調(diào)控制級 基礎(chǔ)控制級 ?最大最小負(fù)荷限制 ?負(fù)荷返回（ RB） ?負(fù)荷指令閉鎖增減（ BI/BD） ?負(fù)荷迫升迫降（ RU/RD） ?負(fù)荷快速切斷（ FCB） DCS應(yīng)用系統(tǒng) MCS 熱工自動(dòng)化 81 DCS應(yīng)用系統(tǒng) MCS ?MCS系統(tǒng)的組成 MCS 系統(tǒng) 主控 系統(tǒng) 子控制 系統(tǒng) 負(fù)荷指令處理（ LMCC） 負(fù)荷控制回路 負(fù)荷指令運(yùn)算 負(fù)荷指令限制 鍋爐子 控制系統(tǒng) 汽機(jī)子 控制系統(tǒng) 給水控制 燃燒控制 汽溫控制 除氧器水位、壓力 高、低加水位 DEH控制 熱工自動(dòng)化 82 DCS應(yīng)用系統(tǒng) MCS主控系統(tǒng) 2目標(biāo)負(fù)荷指令 Ns的形成原理 A/MTTRACKIT∑V≯ADSf△F(x)Tf 00%AN S熱工自動(dòng)化 83 DCS應(yīng)用系統(tǒng) MCS主控系統(tǒng) 負(fù)荷指令限制 作用 對主輔機(jī)和設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視，一旦發(fā)生故障就要對目標(biāo)負(fù)荷指令 NS進(jìn)行必要的限制，以形成單元機(jī)組的實(shí)際目標(biāo)負(fù)荷指令 N0 主輔設(shè)備不同，故障類型不同， 采用的限制方法不同 單元機(jī)組主輔機(jī)故障類型 I類故障：跳閘或切除 （來源明確，根據(jù)切投狀況直接確定） II類故障：設(shè)備工作異常 （無法直接確定，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)的偏差間接確定） 單元機(jī)組負(fù)荷指令限制 ?最大最小負(fù)荷限制 （是最