DCS集散控制系统课件

OPC
• OPC是一个工业标准，管理这个标准国际组 织是OPC基金会，OPC基金会现有会员已超 过220家。遍布全球，包括世界上所有主要 的自动化控制系统、仪器仪表及过程控制 系统的公司。基于微软的OLE(现在的Active X)、COM （部件对象模型）和DCOM （分 布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套 接口、属性和方法的标准集，用于过程控 制和制造业自动化系统。
I/O卡件：
AI卡件：模拟量输入卡件
AO卡件：模拟量输出卡件
DI卡件：开关量输入卡件 DO卡件：开关量输出卡件
PI卡件：脉冲输入卡件 温度卡件：温度输入卡件
控制器：
机柜：
工程师站
• 系统维护 • 系统生成 • 测试
组态画面
操作员站
• • • • • 操作和监视功能 过程报告功能 报警和信息输出功能 趋势功能 开放式数据接口功能
开放性
• DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化 设计，系统中各台计算机采用局域网方式 通信，实现信息传输，当需要改变或扩充 系统功能时，可将新增计算机方便地连入 系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影 响系统其他计算机的工作。
灵活性
• 通过组态软件根据不同的流程应用对象进 行软硬件组态，即确定测量与控制信号及 相互间连接关系、从控制算法库选择适用 的控制规律以及从图形库调用基本图形组 成所需的各种监控和报警画面，从而方便 地构成所需的控制系统。
回 用 水 现 场 控 制 室
烯 烃 循 环 水 现 场 控 制 室
空 分 现 场 控 制 室
锅 炉 装 置 现 场 控 制 室
罐 区 现 场 控 制 室
系 统 构 成 例
DCS控制系统简图
工程师站
操作员站
交换机
wenku.baidu.com控制器
I/O卡件
现场仪表
DCS特点介绍
DCS是分布式控制系统(Distributed Control System)的 简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个 由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽 带的多级计算机系统，综合了计算机Computer)、通 讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C 技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管 理、配置灵活、组态方便，DCS特点如下。
自控术语定义
• • • • • AI ： 模拟量输入analoginput AO ： 模拟量输出analogoutput DI ： 数字（开关）量输入digitinput DO ：数字（开关）量输出digitoutput 两线制三线制四线制：两线制是指现场变送器 与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既 是电源线，又是信号线。四线制是指现场变送 器与控制室仪表联系有两根电源线和两根信号 线，三线制是指一根电源线一根信号线一根共 用线。
辅助操作台
• 通过硬接线来显示和操作DCS或SIS系统。
中央控制室
DCS结构
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、 I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操 作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系 统（MES系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内行业应用到这一层的系 统较少。 DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由 过程控制站执行的。 过程控制站的组成： DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理 器）、网络接口和I/O组成 I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般 是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器 （调节阀）。 I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定 数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU 单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。
DCS集散控制系统
简介
主讲人：江小龙
DCS系统
• DCS即分布式控制系统（集散控制系统），指 控制分散、风险分散、操作显示集中、采用分 布式结构的智能网络控制系统。它是由计算机 技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网 络技术、人机接口技术相互发展渗透而产生的， 既不同于分散的仪表控制系统，又不同于集中 式计算机控制系统， 它是吸收了两者的优点，在它们的基础上又发 展起来的一门系统工程技术，具有显著的优越 性。
自控术语定义
• 有源 ： 信号源本身可以输出信号，不需要负 载电源，可直接驱动阻性负载， 例如，四线 制的仪表，两线为电源线，两线为信号线，信 号回路不能再接电源。信号回路需要接电源， 否则信号源将无信号输出，例如，两线制变 送器，需要在信号回路中接入电源。 • 无源 ： 信号回路需要接电源，否则信号源将 无信号输出，例如，两线制变 送器，需要在 信号回路中接入电源。（针对模拟量）
自控术语定义
• 联锁：某一参数达到规定值或某一设备启、停 或开、关时，联动或闭锁对另一设备的控制。 • FO：故障状态打开的阀门（气关阀） • FC：故障状态关闭的阀门（气开阀） • 调节器正反作用：当给定值不变，被控变量测 量值增加时，控制器的输出也增加，称为“正 方向”；或者当测量值不变，给定值减小时。 控制器的输出增加称为“正方向”。反之称为 “反方向”。
DCS系统在工厂中的应用举例
术语定义
• APC－先进过程控制 CCS－压缩机控制系统 CCTV －现场摄像监视系统 DCS－集散控制系统 DLP/MPDP－大屏幕监视系统 EWS－ DCS 工程师站 FAS－火灾报警监视系统 FRR－本项目的现场机柜 间 GDS－可燃、有毒气体报警系统 I/O－过程输 入/输出 LCR－本项目现场控制室 MMS－机组监 视系统 OPS－ DCS 操作员站 PAS－在线分析仪系 统 PLC－可编程序控制系统 SAT－现场验收 SIL/AK －安全度等级 CCR－中央控制室 FRR －现场机柜间 LCR －现场机柜间 SIS－安全仪表系统 GDS－可燃 气体和有毒气体检测的监控系统 GPS－时钟同步系 统 OTS －动态仿真系统
继电器：
继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气 输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入 回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制 电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中 起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
DCS在大美煤炭深加工项目中的应用
• • • • 甲醇制烯烃（I/O点4919个） 聚乙烯（I/O点1637个） 聚丙烯（I/O点3037个） 公用工程（I/O点2824个）
DCS在大美尾气综合利用项目中的应用
中央控制室
甲 醇 制 烯 烃 现 场 控 制 室
聚 乙 烯 现 场 控 制 室
聚 丙 烯 现 场 控 制 室
HART协议
• HART，可寻址远程传感器高速通道的开放 通信协议，是美国ROSEMOUNT公司于1985 年推出的一种用于现场智能仪表和控制室 设备之间的通信协议。 HART装置提供具有 相对低的带宽，适度响应时间的通信，经 过10多年的发展，HART技术在国外已经十 分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标 准。
DCS内部主要硬件介绍 接线端子：
接线端子就是用于实现电气连接的一种配件产品，工业上划分为连接器的范 畴。
安全栅：
安全栅（safety barrier），接在本质安全电路和非本质安全电路之间。将 供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内的装置。 安全栅又称安全限能器，是本安系统中的重要组成部分。 安全栅主要有齐纳式安全栅和隔离式安全栅两大类。 齐纳式安全栅的核心元件为齐纳二极管，限流电阻及快速熔断丝。 隔离式安全栅不但有限能的功能，还有隔离功能，它主要由回路限能单元， 信号和电源隔离单元、信号处理单元组成。 安全栅的主要功能为限流限压，保证现场仪表可得到的能量在安全范围内。
PROFIBUS
• PROFIBUS，是一种国际化．开放式．不依赖于 设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速 度可在 9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总 线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该 被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、 流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域 自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间 级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总 线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分 散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工 厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的 解决方案。
高可靠性
• 由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机 上实现，系统结构采用容错设计，因此某 一台计算机出现的故障不会导致系统其它 功能的丧失。此外，由于系统中各台计算 机所承担的任务比较单一，可以针对需要 实现的功能采用具有特定结构和软件的专 用计算机，从而使系统中每台计算机的可 靠性也得到提高。
PID控制
• 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理 论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量 关心的变量，与期望值相比较，用这个偏差纠正调 节控制系统的响应。 • 在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和 微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器） 是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简 单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参 数的选定比较简单等优点；PID控制器是一种最优控 制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有 效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活 （PI、PD、…）。
Modbus通讯协议
• Modbus是由莫迪康（Modicon）（现为施耐德电气公司 的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于 工业现场的总线协议。 • Modbus具有以下几个特点： • （1）标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus 协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目 前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品 超过600种。 • （2）Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、 无线等。 • （3）Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使 用容易，厂商开发简单。
仪表控制面板
工位标记 回路方式 报警状态
工位号 工位注释
测量值 设定值
操作标记
输出值
量程上限 高高限 高限
输出点 设定点 低限 低低限 量程下限
操作员键盘 防尘防水平面触摸键，9针RS232接口或USB接口，可发出7种电子报警音响。
方式选择钥匙 功能键
窗口调用键
数据键入键
操作控制键
其它键
易于维护
• 功能单一的小型或微型专用计算机，具有 维护简单、方便的特点，当某一局部或某 个计算机出现故障时，可以在不影响整个 系统运行的情况下在线更换，迅速排除故 障。
协调性
• 各工作站之间通过通信网络传送各种数据， 整个系统信息共享，协调工作，以完成控 制系统的总体功能和优化处理。
控制功能齐全
• 控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于 一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等 先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS 的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作 员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等 组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程 控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场 控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通 过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级 对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优 化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算 机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机 设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计 划调度、仓储管理、能源管理等。
自控术语定义
• 干接点和湿接点干接点：针对开关量 在工 业控制领域中，是一个标准的名词。继电 器的干触点，表示触点回路的供电由外部 电路供应，继电器仅仅提供一个“结点 （接点）”接通一下电路而已，“其他一 概不管”；而湿触点则与干触点相对应： 除了提供接通回路的触点之外，还提供触 点回路上所需要的电流。