集散控制系統(tǒng)ppt13DCS

1、集散控制系統(tǒng)第1章 分散控制系統(tǒng)概論 1.1 分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生 1.2 分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.3 分散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 1.4 分散控制系統(tǒng)的分散方式 1.5 分散控制系統(tǒng)的發(fā)展1.4 分散控制系統(tǒng)的分散方式 系統(tǒng)的分散包含了三層意思：系統(tǒng)的分散包含了三層意思： 功能分散：功能分散：將一個(gè)主系統(tǒng)的控制功能分解成若干子系統(tǒng)控制功能來(lái)完成。 物理分散：物理分散：整個(gè)系統(tǒng)控制功能由許多不同的物理實(shí)體（硬件）分散實(shí)現(xiàn)。 地理分散：地理分散：基本控制單元安放在就地。 集散系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)集散系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo) ： 應(yīng)是過(guò)程控制單元按地理位置分散于現(xiàn)場(chǎng)，控制一個(gè)或數(shù)個(gè)回路，即：將中央控制室中的控制功能移植到傳

2、感器和執(zhí)行器附近的現(xiàn)場(chǎng)去。各控制單元的信息通過(guò)通信系統(tǒng)集中到中央操作站，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的綜合管理。分散控制的內(nèi)涵包括： 分散智能（DI: Distributed Intelligence） 過(guò)程單元本身都可以與簡(jiǎn)單的本地顯示裝置（或數(shù)據(jù)顯示裝置）接口，中央操作站可以顯示全系統(tǒng)任何一個(gè)分散過(guò)程點(diǎn)全部信息。 分散顯示（DD: Distributed Display） 各個(gè)本地顯示操作站既可以調(diào)用其它各地顯示操作站的信息，又可以調(diào)用中央操作站的信息。 分散數(shù)據(jù)庫(kù)（DDB: Distributed Data Base） 分散通信功能（DC: Distributed Communication） 分散供電（

3、DP: Distributed Power） 分散負(fù)荷功能分散：功能分散： 火電廠的熱力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng) ，常把它劃分為若干個(gè)系統(tǒng)，如：制粉系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)，汽水系統(tǒng)等等。 單元機(jī)組的控制功能縱向可分為4級(jí)，功能分散功能分散 1、單元機(jī)組級(jí)： 主要實(shí)現(xiàn)與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)高層控制任務(wù)有關(guān)的控制功能，例如： 單元機(jī)組主控指令的形成， 單元機(jī)組負(fù)荷給定值的形成和控制， 單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制； 單元機(jī)組的負(fù)荷能力計(jì)算， 機(jī)組自啟停的順序控制。功能分散功能分散 2、功能組級(jí)：主要實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)中較高層次的順序控制和連續(xù)控制。 對(duì)應(yīng)某些子系統(tǒng)： 燃燒系統(tǒng)， 風(fēng)煙系統(tǒng)， 給水系統(tǒng)， 過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)， 再熱蒸汽系統(tǒng)，

4、 高低壓旁路系統(tǒng)， 凝結(jié)水系統(tǒng)。順序控制：在功能組級(jí)形成控制子功能組的啟動(dòng)或停止命令。連續(xù)控制：功能組級(jí)完成某些控制回路的主控任務(wù)，向下一級(jí)控制器發(fā)出主控信號(hào)。功能分散功能分散 3、子功能組級(jí) 主要實(shí)現(xiàn)每個(gè)被控對(duì)象的順序控制與連續(xù)控制，許多基本的控制作用均在這一級(jí)實(shí)現(xiàn)。 4、過(guò)程I/O級(jí) 是分散控制系統(tǒng)與被控生產(chǎn)過(guò)程之間的橋梁，是每一個(gè)模擬量或開關(guān)量的出入口，它們直接與現(xiàn)場(chǎng)的變送器、執(zhí)行器、繼電器、電動(dòng)裝置等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連。物理分散物理分散 物理分散物理分散=控制分散在系統(tǒng)硬件上的反映?？刂品稚⒃谙到y(tǒng)硬件上的反映。 整個(gè)系統(tǒng)所要完成的控制任務(wù)是由許多不同的物理實(shí)體分散的實(shí)現(xiàn)的。 1、層次分散型：

5、、層次分散型： 分為2層或多層，上層控制器用以實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制功能，下層實(shí)現(xiàn)一些基本功能。 層次分散型的特點(diǎn)：層次分散型的特點(diǎn)： 1 硬件結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的功能分散相適應(yīng)，每一部分都有較強(qiáng)的自制性，上層實(shí)效下層仍可維持基本功能。 2 合理的進(jìn)行功能分配，每個(gè)控制器負(fù)荷比較均勻，因而可降低對(duì)硬件技術(shù)指標(biāo)的要求。 3 系統(tǒng)中的通信是多層次的，直接與控制有關(guān)的信息在低層通信總線上高速傳播，監(jiān)視和管理信息在高層通信網(wǎng)絡(luò)傳輸。因此通信系統(tǒng)信息流分布合理，不會(huì)造成通信網(wǎng)絡(luò)上信息擁擠。 水平分散型： 各個(gè)控制器在硬件結(jié)構(gòu)上處于平等地位。 特點(diǎn)： 硬件結(jié)構(gòu)清晰，控制器形式統(tǒng)一，便于維護(hù)和備份。由于沒有多層次的通信系統(tǒng)，

6、所以盡管對(duì)通信系統(tǒng)的速度和容量要求較高，但是結(jié)構(gòu)比層次分散型更簡(jiǎn)單。地理分散 功能分散是由被控生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)所決定的， 物理分散是由控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)所決定的。 DCS的安裝布置方式有兩種： 地理集中式：把所有的基本控制單元集中安裝在中央控制室或附近的電子設(shè)備室內(nèi)； 地理分散式：就是把基本控制單元安裝在被控生產(chǎn)過(guò)程附近，在整個(gè)廠房?jī)?nèi)分散布置。目前大多采用的是地理集中的分布方式。將基本控制單元分別布置在鍋爐房和汽機(jī)房的按機(jī)柜地理分散方式也逐漸推廣應(yīng)用。 DDZ-I、II、III型：型：功能分散+物理分散+地理集中； 組件組裝式：組件組裝式：功能分散+物理分散+地理集中； 計(jì)算機(jī)集中控制式：計(jì)算機(jī)

7、集中控制式：功能集中+物理集中+地理集中； 計(jì)算機(jī)與模擬儀表混合：計(jì)算機(jī)與模擬儀表混合：功能分散、物理分散、地理集中型。 第一、二代第一、二代DCS：功能分散+物理分散+地理集中； 第三代第三代DCS：功能分散+物理分散+地理適度分散或徹底分散國(guó)內(nèi)電廠DCS的應(yīng)用情況 DCS自1975年出現(xiàn)，已經(jīng)歷3代的更新，幾乎每個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都有自己的產(chǎn)品。且2-3年更新一次。型號(hào)、種類難以統(tǒng)計(jì)。 1985年電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院批準(zhǔn)，在望亭電廠300MW機(jī)組，選用美國(guó)西屋WDPF進(jìn)行DCS應(yīng)用試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)DAS和MCS（模擬量控制）功能。同期，華能國(guó)際電力開發(fā)公司在300MW機(jī)組進(jìn)口成套發(fā)電設(shè)備的時(shí)候，也隨主機(jī)進(jìn)口

8、了以DCS為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。幾年的安裝調(diào)試，這些電廠的DCS均隨機(jī)組同時(shí)投運(yùn)。結(jié)果：能滿足大機(jī)組運(yùn)行要求，解決了用戶所擔(dān)心的可靠性問題，開始推廣，但功能還只限于DAS，MCS，SCS（順控系統(tǒng)）。同時(shí)還保留了較多的模擬儀表和硬手操設(shè)備。 1992年1994年，原能源部、電力部熱工自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)小組（后為國(guó)家電力公司熱工自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)小組）推薦了8種先進(jìn)的DCS品種：INFI-90（N-90）美 Bailey ，北京自動(dòng)化研究所合資，1989年引進(jìn)WDPF 美WestingHouse, 上海自動(dòng)化儀表公司合資，94HIACS-3000 日本日立公司，北京電子部6所合資，86MAX-1000 美 L&am

9、p;N（利之腦），上海自動(dòng)化儀表公司DCS分公司1991TELEPERM-ME 德 SIMENS, 南京電力自動(dòng)化設(shè)備總廠，1993I/A SERIES 美 FOXBORO 上海儀表公司 1982PROCONTROL-P 瑞士 ABB公司，電力部中能電力科技開發(fā)公司CONTRONIC-E 德 H&B（哈特曼布朗）四川儀表總廠 1994年，國(guó)家電力部組織專家，由“中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)，過(guò)程自動(dòng)化交流中心”牽頭，對(duì)16家電廠的5種DCS進(jìn)行了使用情況調(diào)查。1995年底專家組提出調(diào)查報(bào)告。例：損壞情況（16個(gè)電廠17套DCS，按年平均損壞率計(jì)算） INFI-905個(gè)廠 模件 1.74 %外設(shè) 2

10、.8%WDPF5個(gè)廠模件 5.86 %外設(shè) 3.08%H-30003個(gè)廠模件 0.5 %外設(shè) 0%T-ME2個(gè)廠模件 8.2 %外設(shè) 2.35%MAX-10002個(gè)廠模件 2.8 %外設(shè) 11.85%損壞原因：有質(zhì)量問題，有施工問題。結(jié)論：“均能滿足大型火電機(jī)組的運(yùn)行要求”。 95年后，一些大型DCS生產(chǎn)廠家（特別是8種以外）加緊了對(duì)我國(guó)的市場(chǎng)拓展，紛紛在價(jià)格、性能等方面進(jìn)行調(diào)整，其中包括HoneyWell. 97.8.24 電力部熱工自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)小組召開了第6次會(huì)議： 總結(jié)DCS試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)抓好擴(kuò)大試點(diǎn)。在單機(jī)600MW和“按新廠新模式管理”的單機(jī)300MW機(jī)組上采用DCS 堅(jiān)持DEH與FS

11、SS宜獨(dú)立配置，可用DCS實(shí)現(xiàn)，也可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。不強(qiáng)調(diào)三者的一致性。更不強(qiáng)求沒有DEH和FSSS業(yè)績(jī)的DCS供應(yīng)商在提供DCS的同時(shí)提供這兩套系統(tǒng)。 推薦使用國(guó)產(chǎn)化DEH和FSSS 加快電氣納入DCS的工程試點(diǎn) 對(duì)推薦的8套DCS實(shí)行動(dòng)態(tài)管理 因?yàn)榕_(tái)州電廠#7機(jī)組（300MW）使用的西門子T-ME/XP系統(tǒng)：自1996.10時(shí)運(yùn)以來(lái)到97.3：22次死機(jī)，8次不正常跳閘，數(shù)據(jù)采集不對(duì)，CRT顯示時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等事故。 2002年6月11日，國(guó)家電力公司辦公廳印發(fā)了辦科200215號(hào)文關(guān)于撤消原“部熱工自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)小組”的通知，全文如下：各有關(guān)單位：1992年1994年期間，原能源部、電力部熱工自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)

12、小組根據(jù)熱工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)微機(jī)分散控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DCS）在火電大機(jī)組上應(yīng)用的問題提出了指導(dǎo)性意見，根據(jù)DCS產(chǎn)品的先進(jìn)性及其在火電廠的應(yīng)用業(yè)績(jī)、工程經(jīng)驗(yàn)及與國(guó)內(nèi)制造廠家合作等情況，曾先后提出了推薦的DCS產(chǎn)品供工程招標(biāo)選用。該指導(dǎo)性意見在DCS引進(jìn)初期，對(duì)促進(jìn)其推廣應(yīng)用，規(guī)范市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，降低造價(jià)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，支持國(guó)產(chǎn)化等方面發(fā)揮了重要作用。為適應(yīng)我國(guó)加入WTO后的要求，經(jīng)公司研究決定撤銷原部熱工自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)小組，原領(lǐng)導(dǎo)小組關(guān)于DCS選型的推薦意見也同時(shí)廢止，各發(fā)電企業(yè)在今后的DCS招標(biāo)工作中可根據(jù)工程的需要，通過(guò)公平競(jìng)爭(zhēng)自行選用適用的產(chǎn)品。 實(shí)際情況實(shí)際情況 19852001年國(guó)內(nèi)火電廠已采用

13、229套DCS（不包括小型DCS），其中用于300MW以上機(jī)組的176套，有14個(gè)型號(hào)。 2000年后，凡新上機(jī)組，幾乎都采用DCS, 同時(shí)國(guó)產(chǎn)DCS開始應(yīng)用到100MW及以下的機(jī)組中。 如今25MW機(jī)組也在采用DCS?？傮w數(shù)量無(wú)從統(tǒng)計(jì)?！氨P臺(tái)全推”模式。DCS的典型示例的典型示例HS2000系列DCS的體系結(jié)構(gòu) 概述概述國(guó)產(chǎn)DCS中的典型代表之HS2000型集散控制系統(tǒng)北京和利時(shí)公司1995年10月推出的分布式控制系統(tǒng)。HS2000系統(tǒng)是中型的分層分布式控制系統(tǒng)，采用冗余設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)、帶電插拔技術(shù)、智能I/O、自動(dòng)診斷等先進(jìn)技術(shù)，在可靠性方面達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平，具有較高的性價(jià)比。HS

14、2000CAS綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 是以實(shí)現(xiàn)全廠綜合自動(dòng)化為目標(biāo)的，層次和規(guī)模易于改變的大型系統(tǒng)。MACS（Meet All Customers Satisfaction）系統(tǒng)綜合了國(guó)際最新技術(shù)成果，旨在令絕大多數(shù)用戶滿意。兩種主要類型：HS2000標(biāo)準(zhǔn)型與HS2000-Plus，兩種類型的系統(tǒng)在功能上基本相同，HS2000-Plus系統(tǒng)主要在網(wǎng)絡(luò)性能、處理速度等方面更具優(yōu)越性。 網(wǎng)絡(luò)體系網(wǎng)絡(luò)體系HS2000系統(tǒng)是一個(gè)三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，三層網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)系統(tǒng)分為管理級(jí)、操作級(jí)及現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，根據(jù)不同的系統(tǒng)規(guī)?？蛇M(jìn)行靈活配置。(1) 管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)MNET 管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)是HS2000 系統(tǒng)的最高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，

15、其功能為完成不同裝置之間的協(xié)調(diào)控制、數(shù)據(jù)通信；企業(yè)內(nèi)多組裝置的管理數(shù)據(jù)通信；大型工業(yè)過(guò)程不同部分間的協(xié)調(diào)控制。通信介質(zhì)采用光纖或同軸電纜。 (2) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET SNET是系統(tǒng)連接工程師站、操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站等節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)。其冗余結(jié)構(gòu)、熱備份工作，保證在任何一網(wǎng)絡(luò)失效的情況下不影響系統(tǒng)通信。功能為完成現(xiàn)場(chǎng)控制站向操作員站傳輸數(shù)據(jù)；各現(xiàn)場(chǎng)控制站間的數(shù)據(jù)傳遞，以滿足大范圍協(xié)調(diào)控制的需要；操作員站和工程師站向現(xiàn)場(chǎng)控制站傳遞組態(tài)數(shù)據(jù)或控制指令；保持各操作員站之間數(shù)據(jù)的一致性。 (3)控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)CNET 現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)各個(gè)I/O組件之間及各組件內(nèi)部的各模板之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系采用了網(wǎng)絡(luò)

16、通信，而不是傳統(tǒng)的并行總線。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是各I/O模板之間相對(duì)獨(dú)立，其中的某塊模板出現(xiàn)故障只影響本板而不會(huì)影響其它模板。而在過(guò)去的并行總線結(jié)構(gòu)中，如果某塊模板出現(xiàn)故障，特別是總線接口部分出現(xiàn)故障，則故障很難隔離，經(jīng)常導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。 操作站體系操作站體系 （1）工程師站）工程師站 HS2000系統(tǒng)的工程師站用于對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行功能組態(tài)，組態(tài)數(shù)據(jù)下裝，亦可兼作操作員站。工程師站上運(yùn)行一套在 MS-Windows圖形界面下的全方位的漢化組態(tài)軟件,為用戶提供一個(gè)靈活、方便、全面的工程平臺(tái), 以實(shí)現(xiàn)用戶的各種控制策略。工程師站硬件也可不單獨(dú)配置，而由系統(tǒng)中的任何一臺(tái)操作員站代替。 （2）操作員站）操

17、作員站 HS2000系統(tǒng)的操作員站使操作人員能通過(guò)專用薄膜鍵盤或軌跡球靈活、方便、準(zhǔn)確地監(jiān)視過(guò)程量，以及根據(jù)流程變化調(diào)整過(guò)程參數(shù)等。 操作員站采用開放結(jié)構(gòu)，選用高可靠工業(yè)控制機(jī)，配以其它設(shè)備，組成一個(gè)完整的操作員站系統(tǒng)。 （3）歷史站）歷史站 在歷史站上運(yùn)行著HS2000-Plus系統(tǒng)的歷史服務(wù)器軟件。歷史站上保存了整個(gè)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，可完成對(duì)歷史數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)和發(fā)送。當(dāng)操作員站通過(guò)歷史網(wǎng)絡(luò)向歷史站發(fā)出歷史數(shù)據(jù)申請(qǐng)時(shí)，歷史站將歷史數(shù)據(jù)發(fā)送給操作員站。 （4）現(xiàn)場(chǎng)控制站）現(xiàn)場(chǎng)控制站 現(xiàn)場(chǎng)控制站是HS2000系統(tǒng)直接與現(xiàn)場(chǎng)打交道的、大規(guī)模的I/O處理系統(tǒng),是一個(gè)具有信號(hào)采集、回路調(diào)節(jié)、邏輯聯(lián)鎖、

18、順序控制及本地操作功能的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的不同需求，用戶可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站進(jìn)行靈活配置，以實(shí)現(xiàn)下述功能： 以過(guò)程控制為主, 輔以順序邏輯控制； 以順控邏輯、連鎖控制功能為主體的現(xiàn)場(chǎng)控制裝置； 構(gòu)成一個(gè)對(duì)大批過(guò)程信號(hào)進(jìn)行總體信號(hào)采集的現(xiàn)場(chǎng)采集站； 現(xiàn)場(chǎng)控制站上可配置本地操作員操作接口，實(shí)現(xiàn)本地操作； 提供了與其它現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備如PLC、智能儀表、智能調(diào)節(jié)儀表等的接口。冗余體系冗余體系現(xiàn)場(chǎng)控制站標(biāo)準(zhǔn)配置為兩個(gè)主控制器，為冗余結(jié)構(gòu)。 主控制器上有硬件構(gòu)成的冗余切換電路和故障自檢電路。 兩個(gè)主控制器進(jìn)行熱備份，切換過(guò)程是無(wú)擾的。 電源單元采用特殊設(shè)計(jì)，冗余配置，并聯(lián)使用，均流運(yùn)行。 各種I/O模板均帶有冗余切換