中控DCS基礎(chǔ)知識(shí)

1、DCS基礎(chǔ)知識(shí),孟慶浩 2015年03月,內(nèi)容提要,DCS系統(tǒng)概述及特點(diǎn) DCS系統(tǒng)發(fā)展歷史 DCS基礎(chǔ)知識(shí) 聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí) 簡單控制系統(tǒng) 復(fù)雜控制系統(tǒng),DCS系統(tǒng)概述及特點(diǎn),DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。 它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便,DCS系統(tǒng)概述及特點(diǎn),高可靠性 由于DC

2、S將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高,DCS系統(tǒng)概述及特點(diǎn),開放性 DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作,DCS系統(tǒng)概述及特點(diǎn),靈活性 通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信

3、號(hào)及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報(bào)警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng),DCS系統(tǒng)概述及特點(diǎn),易于維護(hù) 功能單一的小型或微型專用計(jì)算機(jī)，具有維護(hù)簡單、方便的特點(diǎn)，當(dāng)某一局部或某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以在不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下在線更換，迅速排除故障,DCS系統(tǒng)概述及特點(diǎn),協(xié)調(diào)性 各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理,DCS系統(tǒng)概述及特點(diǎn),控制功能齊全 控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進(jìn)控制，并可方便地加

4、入所需的特殊控制算法,DCS發(fā)展歷史,1975 年美國最大的儀表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的綜合分散控制系統(tǒng)TDC2000 ( Toal Distributed Control-2000),這一系統(tǒng)的發(fā)表,立即引起美國工業(yè)控制界高度評(píng)價(jià)，稱之為“最鼓舞人心的事件”。世界各國的各大公司也紛紛仿效，推出了一個(gè)又一個(gè)集散系統(tǒng)，從此過程控制進(jìn)入了集散系統(tǒng)的新時(shí)期,DCS發(fā)展歷史,第一階段 1975-1980，在這個(gè)時(shí)期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)為： 1）采用微處理器為基礎(chǔ)的控制單元，實(shí)現(xiàn)分散控制，有各種各樣的算法，通過組態(tài)獨(dú)立完成回路控制，具有自診斷功能 2）采用帶CRT顯示器的

5、操作站與過程單元分離，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視，集中操作 3）采用較先進(jìn)的冗余通信系統(tǒng),DCS發(fā)展歷史,第二階段 19801985.，在這個(gè)時(shí)期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)為： 1）微處理器的位數(shù)提高，CRT顯示器的分辨率提高 2）強(qiáng)化的模塊化系統(tǒng) 3）強(qiáng)化了系統(tǒng)信息管理，加強(qiáng)通信功能,DCS發(fā)展歷史,第三階段 1985-2000，集散系統(tǒng)進(jìn)入第三代，其技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)為： 1）采用開放系統(tǒng)管理 2）操作站采用32位微處理器 3）采用實(shí)時(shí)多用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng),DCS發(fā)展歷史,第四階段 2000年以后，DCS系統(tǒng)進(jìn)入第四代，技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為： 體系結(jié)構(gòu)主要分為四層結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場儀表層、控制裝置單元層、工廠（車間）

6、層和企業(yè)管理層。一般DCS廠商主要提供除企業(yè)管理層之外的三層功能，而企業(yè)管理層則通過提供開放的數(shù)據(jù)庫接口，連接第三方的管理軟件平臺(tái)（ERP、CRM、SCM等）。所以說，當(dāng)今DCS主要提供工廠（車間）級(jí)的所有控制和管理功能，并集成全企業(yè)的信息管理功能,DCS發(fā)展歷史,DCS基礎(chǔ)知識(shí),儀表功能標(biāo)志 儀表功能常用字母 附加功能符號(hào)（字母Y） 儀表常用縮寫字母 儀表常用圖形符號(hào) ECS-700流程圖畫面,DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表功能標(biāo)志,儀表功能標(biāo)志組成 儀表功能標(biāo)志由一個(gè)首字母及一個(gè)或二至三個(gè)后繼字母組成。示例如下： 例1 PI-功能標(biāo)志 P-首位字母（表示被測變量類型為壓力） I-后繼字母（表示指示功能

7、） 例2 TIC-功能標(biāo)志 T-首位字母（表示被測變量類型為溫度） IC-后繼字母（表示指示功能+控制功能,DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表功能標(biāo)志,儀表功能標(biāo)志組成 例3 HIC-功能標(biāo)志 H-首位字母（表示手動(dòng)操作） IC-后繼字母（表示指示功能+控制功能） 例4 FFICA-功能標(biāo)志 FF-首位字母（表示被測變量類型為流量+修飾字母功能為比值） ICA-后繼字母（表示指示功能+控制功能+報(bào)警功能,DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表功能標(biāo)志,儀表位號(hào) 儀表位號(hào)由儀表功能標(biāo)志與儀表回路編號(hào)兩部分組成。示例如下： 例1 FIC-1206-儀表位號(hào) FIC-功能標(biāo)志 1206-回路編號(hào) 例2 12TIC1001-儀表位號(hào) T

8、IC-功能標(biāo)志 12+1001-回路編號(hào),DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表功能標(biāo)志,儀表位號(hào) 回路編號(hào)可以用工序號(hào)加儀表順序號(hào)組成（例1），也可用其他規(guī)定的方法進(jìn)行編號(hào)。示例如下： 例1 FIC-1206-儀表位號(hào) 12-工序號(hào)（一般用兩位數(shù)字，也可用三位數(shù)字） 06-儀表順序號(hào)（一般用兩位數(shù)字，也可用三位數(shù)字） 例2 12TIC1001-儀表位號(hào) 12-工序號(hào) 1001-儀表順序號(hào),DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表常用字母,功能字母代號(hào),DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表常用字母,功能字母代號(hào),DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表常用字母,常用組合字母表,DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表常用字母,常用組合字母表,DCS基礎(chǔ)知識(shí)附加功能符號(hào)（字母Y,附加功能符號(hào)（字母

9、Y）HG/T 20505-2000,DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表常用縮寫字母,儀表常用縮寫字母,DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表常用縮寫字母,儀表常用縮寫字母,DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表常用圖形符號(hào),儀表常用圖形符號(hào) 常規(guī)儀表圖形為細(xì)實(shí)線圓圈，圖例如下： DCS圖形由細(xì)實(shí)線正方形與內(nèi)切圓組成，圖例如下： 可編程邏輯控制器圖形由細(xì)實(shí)線正方形與內(nèi)接四邊形組成，圖例如下： 聯(lián)鎖系統(tǒng)圖形為細(xì)實(shí)線菱形，菱形中標(biāo)注“I”（Interlock縮寫），在局部聯(lián)鎖系統(tǒng)多時(shí)，應(yīng)將聯(lián)鎖系統(tǒng)編號(hào)，圖例如下,I,I,xxx,DCS基礎(chǔ)知識(shí)儀表常用圖形符號(hào),DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,監(jiān)控界面簡介 工

10、具欄 鼠標(biāo)放至圖標(biāo)上方對(duì)應(yīng)畫面名稱即有提示 工具欄可實(shí)現(xiàn)畫面選擇、切換、操作、設(shè)置等。 信息欄,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,HMI控制臺(tái)右上角的編輯框用于顯示系統(tǒng)當(dāng)前位號(hào)，編輯框右邊的按鈕和下拉菜單用于進(jìn)行對(duì)當(dāng)前位號(hào)的操作,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,報(bào)警確認(rèn)： 點(diǎn)擊后確認(rèn)當(dāng)前報(bào)警（當(dāng)前顯示的報(bào)警中被選中的那一個(gè)報(bào)警），當(dāng)前用戶有確認(rèn)權(quán)限的才能進(jìn)行確認(rèn)。 取消報(bào)警選中： 點(diǎn)擊后釋放選中狀態(tài)（即當(dāng)前顯示的報(bào)警中被選中的那一個(gè)報(bào)警取消選中）。 過程報(bào)警：

11、彈出過程報(bào)警表，顯示當(dāng)前操作小組下的所有過程報(bào)警信息。 系統(tǒng)報(bào)警： 彈出系統(tǒng)報(bào)警表，若產(chǎn)生了系統(tǒng)報(bào)警則按鈕背景顯示紅色，若有未確認(rèn)的系統(tǒng)報(bào)警，則背景紅色閃爍。 狀態(tài)表： 彈出各狀態(tài)表（強(qiáng)制表、OOS表、故障安全、故障恢復(fù)、報(bào)警屏蔽表、抖動(dòng)開關(guān)量表、超量程表、仿真表）?？娠@示各種狀態(tài)的實(shí)時(shí)和歷史記錄,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,報(bào)警確認(rèn)： 點(diǎn)擊后確認(rèn)當(dāng)前報(bào)警（當(dāng)前顯示的報(bào)警中被選中的那一個(gè)報(bào)警），當(dāng)前用戶有確認(rèn)權(quán)限的才能進(jìn)行確認(rèn)。 取消報(bào)警選中： 點(diǎn)擊后釋放選中狀態(tài)（即當(dāng)前顯示的報(bào)警中被選中的那一個(gè)報(bào)警取消選中）。 過程報(bào)警： 彈出過程報(bào)警表，顯示當(dāng)前操作小組下的所有過程報(bào)警信息。

12、系統(tǒng)報(bào)警： 彈出系統(tǒng)報(bào)警表，若產(chǎn)生了系統(tǒng)報(bào)警則按鈕背景顯示紅色，若有未確認(rèn)的系統(tǒng)報(bào)警，則背景紅色閃爍。 狀態(tài)表： 彈出各狀態(tài)表（強(qiáng)制表、OOS表、故障安全、故障恢復(fù)、報(bào)警屏蔽表、抖動(dòng)開關(guān)量表、超量程表、仿真表）。可顯示各種狀態(tài)的實(shí)時(shí)和歷史記錄,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,AI位號(hào)儀表面板及說明,AO位號(hào)儀表面板及說明,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,DI位號(hào)儀表面板及說明,DO位號(hào)儀表面板及說明,DCS基礎(chǔ)知識(shí)ECS-700流程圖畫面,每個(gè)儀表面板中都有四個(gè)跳轉(zhuǎn)按鈕， 其功能分別打開與位號(hào)關(guān)聯(lián)的各個(gè)畫面,流程圖,趨勢圖,歷史報(bào)警,調(diào)整畫面,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí),程序概述 編程語

13、言 數(shù)據(jù)類型 變量類型 邏輯運(yùn)算功能,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)程序概述,IEC 61131 - 3是可編程序控制器的編程語言的標(biāo)準(zhǔn)，它將現(xiàn)代軟件的概念和現(xiàn)代軟件工程的機(jī)制與傳統(tǒng)的PLC編程語言成功地結(jié)合，使它在工業(yè)控制領(lǐng)域的影響越出PLC的界限，成為DCS、IPC、PAC、PC控制、運(yùn)動(dòng)控制以及SCADA的編程系統(tǒng)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn),聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)編程語言,圖形化編程語言 功能塊圖（FBD:Function Block Diagram） 梯形圖 （LD ：Ladder Diagram） 順控圖 （SFC：Sequential Function Chart） 文本化編程語言 結(jié)構(gòu)化文本 （ST： Struc

14、tured Text） 指令表 （IL ：Instruction List,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)編程語言,VisualField系統(tǒng)軟件符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，為用戶提供高效的圖形編程環(huán)境。 編輯工具：功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、 順控圖（ SFC ）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)類型,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)變量類型,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)邏輯運(yùn)算功能,與門是對(duì)兩個(gè)BOOL 型的變量進(jìn)行邏輯與運(yùn)算。 邏輯符號(hào) 真值表,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)邏輯運(yùn)算功能,或門是對(duì)兩個(gè)BOOL 型的變量進(jìn)行或運(yùn)算。 邏輯符號(hào) 真值表,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)邏輯運(yùn)算功能,非門是對(duì)輸入BOOL 型的變量進(jìn)行邏輯非運(yùn)算。

15、 邏輯符號(hào) 真值表,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)邏輯運(yùn)算功能,RS觸發(fā)器復(fù)位優(yōu)先型RS 觸發(fā)器是最基本的時(shí)序邏輯裝置，任意時(shí)刻，功能塊的輸出不僅與該時(shí)刻的輸入BOOL 型變量有關(guān)，還與原來的狀態(tài)有關(guān)，是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在RS 觸發(fā)器中，由于輸入信號(hào)的觸發(fā)，它的輸出從一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)，并長期保持，直到下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)來臨，具有記憶功能。 邏輯符號(hào) 真值表,聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)知識(shí)邏輯運(yùn)算功能,SR觸發(fā)器置位優(yōu)先型SR 觸發(fā)器是最基本的時(shí)序邏輯裝置，任意時(shí)刻，功能塊的輸出不僅與該時(shí)刻的輸入BOOL 型變量有關(guān)，還與原來的狀態(tài)有關(guān)，是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在SR 觸發(fā)器中，由于輸入信號(hào)的觸發(fā)，它的輸出從一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換

16、到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)，并長期保持，直到下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)來臨，具有記憶功能。 邏輯符號(hào) 真值表,簡單控制系統(tǒng),概述 簡單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù) 三種控制器的比較,簡單控制系統(tǒng)概述,簡單控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)測量元件、變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)控制閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng),簡單控制系統(tǒng)概述,簡單控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)測量元件、變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)控制閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng),簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù),從上圖中可知簡單控制系統(tǒng)由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象、測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。 被控變量 生產(chǎn)過程中希望借助自動(dòng)控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。 執(zhí)行器

17、 接受控制器的輸出信號(hào),直接控制能量或物料等調(diào)節(jié)介質(zhì)的輸送量,達(dá)到控制溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的目的。 測量變送器 用于檢測各被控變量（如流量、溫度、壓力、液位）工藝參數(shù)各類儀表。 對(duì)象 工藝上所需控制的各類設(shè)備如塔、罐等,簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù),控制器 對(duì)于生產(chǎn)裝置的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量常常要求維持在一定的數(shù)值上，或按一定的規(guī)律變化，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。PID控制器是根據(jù)PID控制原理對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實(shí)際值與工藝要求的預(yù)定值一致。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產(chǎn)過程，必須合理選擇相應(yīng)的控制規(guī)律，否則PID控制器將達(dá)不到預(yù)期的控制效果

18、。 控制器有三種：比例控制器、比例積分控制器、比例積分微分控制器,簡單控制系統(tǒng)三種控制器性能比較表,簡單控制系統(tǒng)流程圖,簡單控制系統(tǒng)功能塊,復(fù)雜控制系統(tǒng),串級(jí)控制系統(tǒng) 分程控制系統(tǒng) 選擇控制系統(tǒng),復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng),串級(jí)控制系統(tǒng)-兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng),復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng),例：加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)控制系統(tǒng),復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng),基本概念即組成結(jié)構(gòu) 串級(jí)控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個(gè)調(diào)節(jié)器，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。 前一個(gè)調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標(biāo)；后一個(gè)調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。 整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成,復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng),串級(jí)控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用 1. 用于克服被控過程較大的容量滯后 2. 用于克服被控過程的純滯