DCS系統(tǒng)介紹課件.ppt

DCS系統(tǒng)簡介 張鵬宇 目錄 什么是DCS系統(tǒng)DCS系統(tǒng)產(chǎn)生的背景DCS系統(tǒng)的組成DCS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)DCS系統(tǒng)的軟件組態(tài)DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識SIS系統(tǒng)知識拓展 TCP IP協(xié)議 觀看本次講解 一 什么是DCS系統(tǒng) DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫 DistributedControlSystem 在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng) 是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展 演變而來的 DCS系統(tǒng)通過某種通信網(wǎng)絡(luò)將分布在工業(yè)現(xiàn)場附近的現(xiàn)場控制站和控制中心的操作員站及工程師站等連接起來 以完成對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的分散控制和集中操作管理 DCS系統(tǒng)是工業(yè)流程關(guān)鍵的控制設(shè)備 被形象的稱為過程工業(yè)的 大腦 和 眼睛 二 DCS產(chǎn)生的背景 上世紀(jì)三四十年代第三次科技革命開始后上世紀(jì)七十年代上世紀(jì)九十年代以后 2 11930 1940年 上世紀(jì)三四十年代 工業(yè)自動化裝置采用的是分散性控制系統(tǒng) 也就是所有設(shè)備都是獨(dú)立運(yùn)行 不聯(lián)網(wǎng)控制 操作員根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行計(jì)算后 將獨(dú)立設(shè)備的特性調(diào)節(jié)到適合的程度 然后就開始工作 之后采用了氣動 電動模擬儀表組成過程控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了一定程度上的集中監(jiān)視 操作和分散控制 2 21940 1970年 第三次科技革命開始后 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 人們開始嘗試將計(jì)算機(jī)用于過程控制 但當(dāng)時采用的辦法是用一臺計(jì)算機(jī)控制幾十甚至上百個回路 這樣做的危險性很高 如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障 會導(dǎo)致很嚴(yán)重的后果 這造成了危險集中 2 31970 1990年 直到上世紀(jì)70年代 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日漸成熟 人們才開始將危險分散 就是原來靠一臺大計(jì)算機(jī)完成的任務(wù) 現(xiàn)在用幾十臺微處理器來完成 從而大大降低了危險系數(shù) 至此DCS就誕生了 2 41990 進(jìn)入九十年代以后 計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn) 更多新技術(shù)被應(yīng)用到了DCS之中 PLC是一種針對順序邏輯控制發(fā)展起來的電子設(shè)備 它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯 2 5霍尼韋爾DCS發(fā)展 三 DCS系統(tǒng)的組成 3 1硬件組成分類 控制器 I O模塊 操作站 通訊網(wǎng)絡(luò) 圖形及編輯軟件3 2管理級別分類 現(xiàn)場控制級 過程控制級 過程管理級 經(jīng)營管理級3 3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類 一級網(wǎng)絡(luò) 二級網(wǎng)絡(luò) 三級網(wǎng)絡(luò) 3 1硬件組成 3 2 1現(xiàn)場控制級 又稱數(shù)據(jù)采集裝置 主要是將過程非控變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理 而且對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工處理 供操作站顯示和打印 從而實(shí)現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視 并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計(jì)算機(jī) 輸出裝置在有上位機(jī)的情況下 能以開關(guān)量或者模擬量信號的方式 向終端元件輸出計(jì)算機(jī)控制命令 這一個級別直接面對現(xiàn)場 跟現(xiàn)場過程相連 比如閥門 電機(jī) 各類傳感器 變送器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等 3 2 2過程控制級 又稱現(xiàn)場控制單元或基本控制器 是DCS系統(tǒng)中的核心部分 生產(chǎn)工藝的調(diào)節(jié)都是靠它來實(shí)現(xiàn) 比如閥門的開閉調(diào)節(jié) 順序控制 連續(xù)控制等等 3 2 3過程管理級 DCS的人機(jī)接口裝置 普遍配有高分辨率 大屏幕的色彩CRT 操作者鍵盤 打印機(jī) 大容量儲存器等 操作員通過操作站選擇各種操作和監(jiān)視生產(chǎn)情況 這個級別是操作人員跟DCS交換信息的平臺 是DCS的核心顯示 操作跟管理裝置 操作人員通過操作站來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程 可以通過屏幕了解到生產(chǎn)運(yùn)行情況 了解每個過程變量的數(shù)字跟狀態(tài) 3 2 4經(jīng)營管理級 又稱上位機(jī) 功能強(qiáng) 速度快 容量大 通過專門的通信接口與高速數(shù)據(jù)通路相連 綜合監(jiān)視系統(tǒng)各單元 管理全系統(tǒng)的所有信息 這是全廠自動化系統(tǒng)的最高一層 只有大規(guī)模的集散控制系統(tǒng)才具備這一級 3 3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 四 DCS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場控制單元 系統(tǒng)柜 輔助柜 輔操臺 操作站 服務(wù)器 工程師站 操作站 4 1 1早期的DCS機(jī)柜 4 1 2系統(tǒng)柜 4 1 3輔助柜 4 1 4輔操臺 4 2操作站 4 3網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 4 4可編程控制器PLC 可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng) 它采用一種可編程的存儲器 在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算 順序控制 定時 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令 通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程 五 DCS系統(tǒng)的軟件組態(tài) 程序組態(tài) 用于組態(tài)控制器上的控制策略 即編寫和監(jiān)控下位機(jī)程序 監(jiān)控畫面組態(tài) 用于組態(tài)上位機(jī)畫面及數(shù)據(jù)顯示 工作站組態(tài) 用于監(jiān)視控制顯示畫面及部分組態(tài)功能 通訊組態(tài) 用于組態(tài)工作站 打印機(jī)及第三方控制器 5 1程序組態(tài) 用于組態(tài)控制器上的控制策略 即編寫和監(jiān)控下位機(jī)程序 5 2監(jiān)控畫面組態(tài) 5 3工作站組態(tài) 用于監(jiān)視控制顯示畫面及部分組態(tài)功能 5 4通訊組態(tài) 用于組態(tài)工作站 打印機(jī)及第三方控制器 六 DCS的基礎(chǔ)知識 I O信號系統(tǒng)冗余DCS系統(tǒng)的特點(diǎn) 6 1IO信號 I O 控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道 這就是I O DCS中的I O一般是模塊化的 一個I O模塊上有一個或多個I O通道 用來連接傳感器和執(zhí)行器 1 DI信號 數(shù)字輸入信號 DigitalInput 2 DO信號 數(shù)字輸出信號 DigitalOutput 3 AI信號 模擬量輸入 AnalogInput 4 AO信號 模擬量輸出 AnalogOutput 6 1 1DI信號典型回路圖 設(shè)備狀態(tài)信號 閥門反饋 盤車開關(guān) 急停按鈕 6 1 2DO信號典型回路圖 電磁閥 泵 壓縮機(jī) 指示燈 6 1 3AI信號典型回路圖 流量 溫度 壓力 液位 6 1 4AO信號典型回路圖 閥門開度 6 2 1服務(wù)器冗余 Experion系統(tǒng)服務(wù)器可選冗余配置 以提供更高級的可靠性 采用一對配置相同的服務(wù)器 以主 備結(jié)構(gòu)方式相互支持 當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障時 備用服務(wù)器自動轉(zhuǎn)換為主服務(wù)器 并從控制器或RTU中采集數(shù)據(jù) 為操作站提供數(shù)據(jù)服務(wù) 主服務(wù)器通過冗余網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)處理信息傳送到備用服務(wù)器 使得主備服務(wù)器之間同步 6 2 2FTE網(wǎng)絡(luò) 容錯以太網(wǎng) FTE 是ExperionPKS的控制網(wǎng)絡(luò) FTE不但提供了容錯的特點(diǎn) 也提供了快速網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng) 及工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)安全性 容錯以太網(wǎng) FTE 是冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 物理 的單網(wǎng) 邏輯 這種冗余的結(jié)構(gòu)是通過Honeywell的FTE驅(qū)動 及商用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的 6 2 2FTE網(wǎng)絡(luò) FTE網(wǎng)絡(luò)包括冗余的交換機(jī)和電纜普通以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間只有1條路徑FTE節(jié)點(diǎn)與普通以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間只有2條路徑FTE節(jié)點(diǎn)之間有4條路徑 6 3DCS系統(tǒng)的特點(diǎn) 高可靠性 開放性 靈活性 易于維護(hù) 協(xié)調(diào)性 控制功能齊全 七 SIS系統(tǒng) SIS系統(tǒng) SafetyInstrumentedSystem安全儀表系統(tǒng) 屬于企業(yè)生產(chǎn)過程自動化范疇 用于保障安全生產(chǎn)的一套系統(tǒng) 安全等級高于DCS的自動化控制系統(tǒng) 當(dāng)自動化生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時 SIS會進(jìn)行干預(yù) 降低事故發(fā)生的可能性 SIS系統(tǒng)以分散控制系統(tǒng)為基礎(chǔ) 采用先進(jìn) 適用 有效的專業(yè)計(jì)算方法 提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性 簡單地說 DCS就是在日常的普通情況下來對整個過程進(jìn)行控制 然而當(dāng)普通的操作不能實(shí)現(xiàn)控制的時候 SIS會進(jìn)行干預(yù) 使得降低事故的發(fā)生可能性 7 1SIS操作畫面 7 2SIS邏輯組態(tài) 八 知識拓展 TCP IP協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)是由節(jié)點(diǎn)和連線構(gòu)成 表示諸多對象及其相互聯(lián)系 TCP IP 網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議 是Internet最基本的協(xié)議 Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) 由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成 TCP IP定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng) 以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn) 通俗而言 TCP負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯栴} 一有問題就發(fā)出信號 要求重新傳輸 直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥康牡?而IP是給因特網(wǎng)的每一臺聯(lián)網(wǎng)設(shè)備規(guī)定一個地址 8TCP IP配置 1 IP地址2 子網(wǎng)掩碼3 默認(rèn)網(wǎng)關(guān)4 DNS 8 1IP地址 IP地址是指互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址 英語 InternetProtocolAddress 又譯為網(wǎng)際協(xié)議地址 是IPAddress的縮寫 IP地址是IP協(xié)議提供的一種統(tǒng)一的地址格式 它為互聯(lián)網(wǎng)上的每一個網(wǎng)絡(luò)和每一臺主機(jī)分配一個邏輯地址 以此來屏蔽物理地址的差異 公有地址 通過它直接訪問因特網(wǎng) 私有地址 專門為組織機(jī)構(gòu)內(nèi)部使用 A類10 0 0 0 10 255 255 255 1 0 0 0 127 255 255 255 B類172 16 0 0 172 31 255 255 128 0 0 0 191 255 255 255 C類192 168 0 0 192 168 255 255 192 0 0 0 223 255 255 255 8 2子網(wǎng)掩碼 子網(wǎng)掩碼不能單獨(dú)存在 它必須結(jié)合IP地址一起使用 子網(wǎng)掩碼只有一個作用 就是將某個IP地址劃分成網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址兩部分 A類地址默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼是255 0 0 0 B類地址默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼是255 255 0 0 C類地址默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼是255 255 255 0 8 3默認(rèn)網(wǎng)關(guān) 一個網(wǎng)絡(luò)連接到另一個網(wǎng)絡(luò)的 關(guān)口 是一個可直接到達(dá)的IP路由器的IP地址 配置默認(rèn)網(wǎng)關(guān)可以在IP路由表中創(chuàng)建一個默認(rèn)路徑 一臺主機(jī)可以有多個網(wǎng)關(guān) 默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的意思是一臺主機(jī)如果找不到可用的網(wǎng)關(guān) 就把數(shù)據(jù)包發(fā)給默認(rèn)指定的網(wǎng)關(guān) 由這個網(wǎng)關(guān)來處理數(shù)據(jù)包 現(xiàn)在主機(jī)使用的網(wǎng)關(guān) 一般指的是默認(rèn)網(wǎng)關(guān) 一臺電腦的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)是不可以隨隨便便指定的 必須正確地指定 否則一臺電腦就會將數(shù)據(jù)包發(fā)