《集散控制系统》
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扩展期的典型DCS系统有Honeywell的TDC-3000UCN、Yokogawa的 CENTUM-XL和XL、Bailey公司的INFI-90系统、Westing House的WDPF Ⅱ系统等。
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《计算机控制技术》
9.2 集散控制系统的体系结构
集散控制系统的体系结构通常为三级。第一级为分散 过程控制级;第二级为集中操作监控级;第三级为综合信 息管理级。各级之间由通信网络连接,级内各装置之间由 本级的通信网络进行通信联系。
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《计算机控制技术》
9.1 集散控制系统的发展过程与概念
直接数字控制系统的不足
最初的计算机控制系统是替代常规控制仪表的直 接数字控制系统(DDC),它容易进行信息通信,实现 集中控制、显示和操作,控制精度高,使生产过程综 合控制水平得到提高。但是,在大型工厂或装置中, 一台计算机往往要集中控制几十甚至几百个回路,事 故发生的危险性高度集中,一旦计算机控制系统出现 故障,控制、监视和操作都无法进行,给生产带来很 大影响,甚至造成全局性的重大事故。集中控制的固 有缺陷使DDC未能得到普及推广。
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2- DCS的集中操作监控级
显示操作站的构成
– ⑴ 监控计算机 – ⑵ 键盘 – ⑶ CRT显示器 – ⑷ 打印机
显示操作站的功能
– 显示操作站主要是和操作员以ຫໍສະໝຸດ Baidu工程师有关的 系统的功能;操作员在运转整个系统时必要的 操作功能,工程师为了进行系统的生成和维护 时必要的工程师功能。
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1- DCS的分散过程控制级
智能调节器
– 以微处理器技术为基础的智能调节器(如单回路、 多回路智能调节器)由于具有数据通信功能,因此 在DCS的分散过程控制级也得到了广泛的应用。
– 智能调节器是一种数字化的过程控制仪表,其外表 类似于一般的盘装仪表 。
– 智能调节器不仅可接受4~20mA,DC电流信号输 入的设定值,还具有异步通信接口RS-422/485、 RS-232等,可与上位机连成主从式通信网络,接 受上位机下传的控制参数,并上报各种过程参数。
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3-DCS的综合信息管理级
MIS的组成
–⑴ MIS的硬件组成
• DCS中主要由管理计算机、办公自动化服务系 统、工厂自动化服务系统构成综合信息管理级, 这些部分也就是MIS的硬件组成
–⑵ MIS的软件组成
• 企业MIS可粗略地分为市场经营管理、生产管 理、财务管理和人事管理四个于系统。
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1-DCS的分散过程控制级
现场控制站
– 现场控制站的构成
• ①机箱(柜) • ②电源 • ③PC总线工业控制机 • ④通信控制单元 • ⑤手动、自动显示操作单元
– 现场控制站的功能
• 现场控制站的功能主要有6种,即数据采集功能、 DDC控制功能、顺序控制功能、信号报警功能、 打印报表功能、数据通信功能。
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9.2 DCS体系结构
从DCS的层次结构考察硬件构成,最低级是与生产 过程直接相连的过程控制级。在不同的DCS中,过程控 制级所采用的装置结构形式大致相同,但名称各异,如 过程控制单元、现场控制站、过程监测站、基本控制器、 过程接口单元等,在这里,我们统称现场控制单元FCU。
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9.1 集散控制系统的发展过程与概念
(1) 第一阶段(初创期) 1975-1980年是初创阶段。世界各大公司纷纷推出自己
的集散型控制系统,这一时期典型的DCS系统除了 Honeywell的TDC-2000系统外,还有Foxboro的Spectrum系 统、Yokogawa(横河)的CENTUM系统、Bailey公司的 Network-90系统、Siemens的Teleperm M系统和肯特公司的 P4000等。
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9.1 集散控制系统的发展过程与概念
自从美国霍尼韦尔(Honeywell)公司于1975年首 次向世界范围推出TDC2000集散控制系统以来,DCS的 结构和性能日臻完善,已经在炼油、石油化工、电力、 钢铁、纺织、食品加工等部门得到了广泛的应用,取 得了良好的经济效益。纵观DCS发展过程,大致可分为 三个阶段。
DCS中MIS的功能
–DCS的综合信息管理级主要由MIS来实现生 产管理和经营管理。
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9.2 集散控制系统的体系结构
• ④通信网络系统 • DCS各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持,
根据各级的不同要求,通信网络又分成低速、中速、高速 通信网络。低速网络面向分散过程控制级;中级网络面向 集中操作控制级;高速网络面向高速通信网络管理级。
– PLC一般均带有RS-422标准的异步通信接口, 可与上位机连成主从式总线型网络,构成DCS。
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9.2 集散控制系统的体系结构
• ②集中操作监控级 • 集中操作监控级的主要功能是过程操作、监视、优化过程
控制和数据存档等。该级是面向操作员和控制系统工程师 的,因此配有技术手段齐备、功能强的计算机系统及各类 外部装置,特别是CRT显示器和键盘,一级需要较大存储 容量的硬盘或软盘支持;另外还需要功能强的软件支持, 确保工程师和操作员对系统进行组态、监视和操作,对生 产过程实行高级控制策略、故障诊断、质量评估。其具体 组成包括:监控计算机;工程师显示操作站;操作员显示 操作站。
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9.2 集散控制系统的体系结构
• ③综合信息管理级
• 这一级由管理计算机、办公自动化系统、工厂自动化服务系统构 成,从而实现整个企业的综合信息管理。综合信息管理主要包括 生产管理和经营管理。
• 生产管理级可根据订货、库存和能源等情况来规划产品结构和生 产规模,并可根据市场情况重新规划和随机更改产品结构。此外, 还可对全厂状况进行观察、产品数量和质量进行监视,并能根据 与经营管理级互相传递数据、报表等。
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9.1 集散控制系统的发展过程与概念
DCS英文直译为“分散控制系统”。“集散控制系 统”是按中国人习惯理解而称谓的,集散控制系统的 主要特征是它的集中管理和分散控制。
它采用危险分散、控制分散,而操作和管理集中 的基本设计思想,多层分级、合作自治的结构形式, 同时也为正在发展的先进过程控制系统提供了必要的 工具和手段。
• 经营管理级的管理范围包括:工程技术、商业事务、人事管理及 其他方面,这些功能集成在软件系统中。在经营管理级中,通过 与公司的经理部、市场部、规划部和人事部等进行对市场的分析、 用户信息收集、订货系统分析、合同、接收订货与期限监督、产 品制造协调、价格计算、生产与交货期限监督等,以便实现整个 制造系统的最优良管理。
经营管理级
生产管理级
控制管理级 过程控制级 图 DCS的结构层次
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9.2 集散控制系统的体系结构
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《计算机控制技术》
9.2 集散控制系统的体系结构
• ①分散过程控制级 • 过程控制级是集散控制系统的基础,是实现生产过程分散
控制的关键。它与生产过程直接联系,完成生产过程实时 信号采集、变换、处理、输入、输出、运算和控制。其主 要硬件有过程控制单元、过程输入输出单元、信号处理与 变换单元和备用盘装仪表等。其主要任务是进行数据采集、 直接数字控制;对设备进行监测和自诊断;以及实施安全 化、冗余化措施等。
第9章 集散控制系统
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主要内容
《计算机控制技术》
• 集散控制系统的发展过程 • 集散控制系统的概念 • 集散控制系统的体系结构 • 集散控制系统的功能特点 • 集散控制系统的发展趋势 • 典型的集散控制系统
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《计算机控制技术》
9.1 集散控制系统的发展过程与概念
随着大规模集成电路的问世,微处理器的诞生, 控制技术、显示技术、计算机技术、通信技术等的进 一步发展,人们开始将计算机应用于仪表产品和控制 系统中。
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《计算机控制技术》
9.1 集散控制系统的发展过程与概念
进入20世纪70年代后,为了进一步提高控制系统 的安全性和可靠性,开发研制了新型的集散控制系统 (Distributed Control System,简称DCS)。所谓集 散控制系统就是以微处理器为基础的集中分散型控制 系统。该控制系统实现了控制分散、危险分散,并将 操作、监视和管理集中,克服了常规仪表控制系统功 能单一和计算机控制系统危险集中的局限性,能够实 现连续控制、间歇(批量)控制、顺序控制、数据采 集处理和先进控制,将操作、管理和生产过程密切结 合。
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《计算机控制技术》
9.2 集散控制系统的体系结构
例:TDC-3000网络系统
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《计算机控制技术》
9.2 集散控制系统的体系结构
• TDC-3000有三种通信网络:工厂控制网络(PCN)、局部控制网络 (LCN)、通用控制网络(UCN)和高速数据通道(Data Hiway)。 前三者均为局域网,通信特性相同。后者用来支持设备间点对点的通 信及资源共享。局部控制网络用两条冗余的同轴电缆作为传输介质。 通信协议采用IEEE802标准,介质存取方式为令牌总线,信息以帧方 式传递。采用循环冗余校验码和重发纠错技术,以确保信息的安全传 送。每个网络最多可接64个设备,信息在64个设备上传送的时间最长 约为0.42s,最短为1.8ms,每个设备占用介质发送时间为30s。每个设 备都有两个网络接口,对两条同轴电缆发送和接收信息,互为冗余。 发送与接收电路采用变压器隔离方式。所采用的硬件和软件措施可保 证网络通信的高速、可靠和安全。
典型的DCS产品类型有: Honeywell的TDC-3000、Taylor 公司的MOD300、ABB公司的MASTER、LEEDS&NORTHROP公司的 MAXⅠ等。
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9.1 集散控制系统的发展过程与概念
(3) 第三阶段(扩展期)
1985年至今为DCS扩展期。这一阶段,DCS系统把过程控制、监督 控制、管理调度有机地结合起来,并继续加强逻辑控制功能。这一时 期DCS的特点是系统功能综合化和系统网络开放性水平不断提高。功能 综合化体现在DCS的管理功能增强,包括原材料进厂到生产设计、计划 进度、质量检查、成品包装、出厂及供销等一系列信息的管理调度; 另一方面是DCS的控制功能增强,实现DCS的过程自动化与顺序控制、 机电控制相结合的综合控制。而DCS开放性改变了过去各个DCS自成系 统的封闭结构,形成了连接规则标准化的开放通信网络,在一定程度 上实现了不同厂家设备的网络兼容。新一代DCS采用微型无引线元器件 和软印制线路板、表面贴装技术新工艺,体积小、可靠性高;除使用 本公司软件外,还能使用C、Fortran、Pascal、Basic等高级语言作为 编程工具。
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1- DCS的分散过程控制级
可编程序控制器(PLC)
– PLC与智能调节器最大的不同点是:它主要配制 的是开关量输入、输出通道,用于执行顺序控制 功能。PLC主要用于生产过程中按时间顺序控制 或逻辑控制的场合,以取代复杂的继电器控制装 置。
– 在较新型的PLC中,也提供了模拟量控制模块, 其输入输出的模拟量标准与智能调节器相同。同 时也提供了PID等控制算法 。
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9.1 集散控制系统的发展过程与概念
(2) 第二阶段(成熟期)
1980-1985年的第二阶段是DCS的成熟期。这期间随着各种 高新技术,特别是信息处理技术和计算机网络技术的飞速发展, 一方面是硬件和软件技术不断更新,例如现场控制的CPU由16 位向32位过渡,现场控制站的功能大为增强;操作站采用高分 辨率的CRT和掩模式控制盘;系统软件水平不断提高,系统自 检功能增强,开发了各类大、中、小型具有数、模混合顺序控 制功能的集散系统。另一方面,开发了高层次的综合信息管理 系统,以适应企业发展的需要。由于系统技术不断成熟,通过 众多厂家参与竞争,DCS价格开始下降,DCS的应用更加广泛。