第六章集散控制系統(tǒng)DCS

1、6.1 概述概述u 6.1.1 DCS系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念6.1 概述概述u 6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點CG:6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點直接控制層直接控制層過程控制計算機直接與現(xiàn)場各類裝置相連，對所連接的裝置實過程控制計算機直接與現(xiàn)場各類裝置相連，對所連接的裝置實施監(jiān)測、控制，向上與第二層的計算機相連，接收上層的管理施監(jiān)測、控制，向上與第二層的計算機相連，接收上層的管理信息，并向上傳遞裝置的特性數(shù)據(jù)和采集到的實時數(shù)據(jù)。信息，并向上傳遞裝置的特性數(shù)據(jù)和采集到的實時數(shù)據(jù)。過程管理層過程管理層主要有監(jiān)控計算機、操作站、工程師站。綜合監(jiān)視

2、過程各站主要有監(jiān)控計算機、操作站、工程師站。綜合監(jiān)視過程各站的所有信息、集中顯示操作，控制回路組態(tài)和參數(shù)修改，優(yōu)的所有信息、集中顯示操作，控制回路組態(tài)和參數(shù)修改，優(yōu)化過程處理等?；^程處理等。6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點生產(chǎn)管理層生產(chǎn)管理層管理計算機根據(jù)產(chǎn)品各部件的特點，協(xié)調各單元級的管理計算機根據(jù)產(chǎn)品各部件的特點，協(xié)調各單元級的參數(shù)設定，是產(chǎn)品的總體協(xié)調員和控制器。參數(shù)設定，是產(chǎn)品的總體協(xié)調員和控制器。決策管理層決策管理層這一級居于中央計算機上，并與辦公室自動化連接起來，這一級居于中央計算機上，并與辦公室自動化連接起來，擔負起全廠的總體協(xié)調管理，包括各類經(jīng)營活動

3、、人事?lián)撈鹑珡S的總體協(xié)調管理，包括各類經(jīng)營活動、人事管理等。管理等。6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點四個大的組成部分：四個大的組成部分： 現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站 操作員站操作員站 工程師站工程師站 系統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)網(wǎng)絡6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站操作員站操作員站6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點工程師站工程師站6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)網(wǎng)絡 是連接系統(tǒng)各個站的橋梁。是連接系統(tǒng)各個站的橋梁。 網(wǎng)絡的實

4、時性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力關系到整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡的實時性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力關系到整個系統(tǒng)的性能性能; 以太網(wǎng)應用的廣泛性和成熟性，特別是開放性，使得大多以太網(wǎng)應用的廣泛性和成熟性，特別是開放性，使得大多數(shù)數(shù)DCS廠家都先后轉向了以太網(wǎng)。廠家都先后轉向了以太網(wǎng)。 但網(wǎng)絡的高層規(guī)約方面，仍是但網(wǎng)絡的高層規(guī)約方面，仍是DCS廠家自有的技術。廠家自有的技術。服務器及其它功能站服務器及其它功能站 主要完成監(jiān)督控制的工作，在控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常，需要實主要完成監(jiān)督控制的工作，在控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常，需要實行人工干預行人工干預6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組

5、成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點 1、分散性和集中性、分散性和集中性分散的目的是為了使危險分散，進而提高系統(tǒng)的可靠性和安分散的目的是為了使危險分散，進而提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。全性。通信網(wǎng)絡和分布式數(shù)據(jù)庫是集中性的具體體現(xiàn)通信網(wǎng)絡和分布式數(shù)據(jù)庫是集中性的具體體現(xiàn)，用通信網(wǎng)絡，用通信網(wǎng)絡把物理分散的設備構成統(tǒng)一的整體，用分布式數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)全把物理分散的設備構成統(tǒng)一的整體，用分布式數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)全系統(tǒng)的信息集成，進而達到信息共享。系統(tǒng)的信息集成，進而達到信息共享。6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點 2、自治性和協(xié)調性、自治性和協(xié)調性6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組

6、成和特點 3、靈活性和擴展性、靈活性和擴展性6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點 4、先進性和繼承性、先進性和繼承性6.1.2 DCS系統(tǒng)的基本組成和特點系統(tǒng)的基本組成和特點 5、可靠性和適應性、可靠性和適應性6.1 概述概述u 6.1.3 DCS系統(tǒng)的發(fā)展過程系統(tǒng)的發(fā)展過程6.1.3 DCS系統(tǒng)的發(fā)展過程系統(tǒng)的發(fā)展過程第一代第一代DCS（初創(chuàng)期）（初創(chuàng)期）19751980 四個組成部分，奠定了四個組成部分，奠定了DCS的基的基礎體系結構礎體系結構 注重控制功能的實現(xiàn)，設計的重點注重控制功能的實現(xiàn)，設計的重點是現(xiàn)場控制站，控制功能成熟可靠是現(xiàn)場控制站，控制功能成熟可靠 人

7、機界面功能相對較弱，操作站提人機界面功能相對較弱，操作站提供信息有限供信息有限 各廠家系統(tǒng)均有專有產(chǎn)品構成，包各廠家系統(tǒng)均有專有產(chǎn)品構成，包括高速數(shù)據(jù)通道、控制站等。造成括高速數(shù)據(jù)通道、控制站等。造成價位高、系統(tǒng)的維護運行成本高，價位高、系統(tǒng)的維護運行成本高，應用范圍受限。應用范圍受限。6.1.3 DCS系統(tǒng)的發(fā)展過程系統(tǒng)的發(fā)展過程第二代第二代DCS（成熟期）（成熟期）19801985 引入局域網(wǎng)（引入局域網(wǎng)（LAN）作為系統(tǒng)骨）作為系統(tǒng)骨干，系統(tǒng)的擴充更加方便。干，系統(tǒng)的擴充更加方便。 增加順序控制、邏輯控制等功能，增加順序控制、邏輯控制等功能，加強了系統(tǒng)管理站的功能，可實現(xiàn)加強了系統(tǒng)管理站

8、的功能，可實現(xiàn)一些優(yōu)化控制和生產(chǎn)管理功能。一些優(yōu)化控制和生產(chǎn)管理功能。 網(wǎng)絡協(xié)議仍各自為政，不同廠家的網(wǎng)絡協(xié)議仍各自為政，不同廠家的系統(tǒng)不能進行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)不能進行數(shù)據(jù)交換。 用戶圖形界面逐步豐富，提供更多用戶圖形界面逐步豐富，提供更多生產(chǎn)現(xiàn)場信息和系統(tǒng)控制信息。生產(chǎn)現(xiàn)場信息和系統(tǒng)控制信息。6.1.3 DCS系統(tǒng)的發(fā)展過程系統(tǒng)的發(fā)展過程第三代第三代DCS（擴展期）（擴展期）1985 形成現(xiàn)代形成現(xiàn)代DCS的標準體系結的標準體系結構，直接控制、監(jiān)督控制和構，直接控制、監(jiān)督控制和協(xié)調優(yōu)化、上層管理三層功協(xié)調優(yōu)化、上層管理三層功能結構能結構 組態(tài)方面實現(xiàn)了標準化，組態(tài)方面實現(xiàn)了標準化，IEC611

9、31-3所定義的五種組態(tài)所定義的五種組態(tài)語言為大多數(shù)語言為大多數(shù)DCS廠家所采納。廠家所采納。 各廠家普遍采用了標準的網(wǎng)各廠家普遍采用了標準的網(wǎng)絡產(chǎn)品，如各種實時網(wǎng)絡和絡產(chǎn)品，如各種實時網(wǎng)絡和以太網(wǎng)等。以太網(wǎng)等。6.1.3 DCS系統(tǒng)的發(fā)展過程系統(tǒng)的發(fā)展過程新一代新一代DCSFCS 生產(chǎn)現(xiàn)場層進行變革生產(chǎn)現(xiàn)場層進行變革6.1 概述概述u 6.1.4 DCS典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品US:通用操作站通用操作站GUS:全局用戶操作站全局用戶操作站6.1.4 DCS典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品6.1.4 DCS典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品 TDC-3000系統(tǒng)已形成了系統(tǒng)已形成了 現(xiàn)場直接控制層現(xiàn)場直接控制層（由（由Data Hiw

10、ay 和和UCN連接的各種連接的各種控制模塊組成）控制模塊組成） 監(jiān)督控制層監(jiān)督控制層（由（由LCN連接的底層控制網(wǎng)和人機界面連接的底層控制網(wǎng)和人機界面等功能單元組成）等功能單元組成） 工廠管理層工廠管理層（由（由PCN連接的控制層功能和管理層功連接的控制層功能和管理層功能所組成）能所組成） 三層清晰的體系結構三層清晰的體系結構 Honeywell公司所推出的各代系統(tǒng)都具有向前的兼公司所推出的各代系統(tǒng)都具有向前的兼容性，可以在已有系統(tǒng)的基礎上通過擴充新設備實容性，可以在已有系統(tǒng)的基礎上通過擴充新設備實現(xiàn)系統(tǒng)的升級?，F(xiàn)系統(tǒng)的升級。 但系統(tǒng)顯得有些煩瑣，為追求兼容性，不得不增加但系統(tǒng)顯得有些煩瑣，

11、為追求兼容性，不得不增加很多接口單元，影響運行效率。很多接口單元，影響運行效率。6.1.4 DCS典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品6.1.4 DCS典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品 核心設計理念是高度集成化的工廠信息：核心設計理念是高度集成化的工廠信息： 1) 集成了集成了ABB公司的公司的800 xA控制系統(tǒng)，具有過程控制、邏輯控制、控制系統(tǒng)，具有過程控制、邏輯控制、操作監(jiān)視、歷史趨勢和報警處理等綜合型的系統(tǒng)控制能力操作監(jiān)視、歷史趨勢和報警處理等綜合型的系統(tǒng)控制能力 2) 支持多種現(xiàn)場總線、支持多種現(xiàn)場總線、OPC等開放系統(tǒng)標準，形成了從現(xiàn)場控等開放系統(tǒng)標準，形成了從現(xiàn)場控制到高層經(jīng)營管理的一體化信息平臺。制到高層經(jīng)營管理

12、的一體化信息平臺。 3) 以控制網(wǎng)絡為核心，向下連接現(xiàn)場總線型網(wǎng)絡，向上連接工以控制網(wǎng)絡為核心，向下連接現(xiàn)場總線型網(wǎng)絡，向上連接工廠管理網(wǎng)絡廠管理網(wǎng)絡 典型的采用自頂向下設計方式形成的系統(tǒng)，注重信息技術的典型的采用自頂向下設計方式形成的系統(tǒng)，注重信息技術的標準，在統(tǒng)一的標準構架上集成各個方面的產(chǎn)品，是很多有標準，在統(tǒng)一的標準構架上集成各個方面的產(chǎn)品，是很多有計算機系統(tǒng)背景的公司所采取的方法。計算機系統(tǒng)背景的公司所采取的方法。 具有開放性好、適應性強及功能完善的特點。具有開放性好、適應性強及功能完善的特點。 行業(yè)背景略差，在不同行業(yè)應用時，要針對行業(yè)點進行專門行業(yè)背景略差，在不同行業(yè)應用時，要針

13、對行業(yè)點進行專門的開發(fā)，才能充分滿足應用需求的開發(fā)，才能充分滿足應用需求6.1.4 DCS典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品采用多采用多“域域”的結構形式，每個裝置就的結構形式，每個裝置就是一個是一個“域域”，就是一個典型的傳統(tǒng)意，就是一個典型的傳統(tǒng)意義上的義上的DCS，多個域通過骨干網(wǎng)連接，多個域通過骨干網(wǎng)連接，形成功能完善、范圍廣泛的信息系統(tǒng)。形成功能完善、范圍廣泛的信息系統(tǒng)。6.2 浙大中控浙大中控DCS系統(tǒng)硬件構成系統(tǒng)硬件構成u 6.2.1 系統(tǒng)總體結構系統(tǒng)總體結構6.2.1 系統(tǒng)總體結構系統(tǒng)總體結構6.2.1 系統(tǒng)總體結構系統(tǒng)總體結構采用符合采用符合TCPIP協(xié)議的以太網(wǎng)，連接了各個控制裝置協(xié)議的以太

14、網(wǎng)，連接了各個控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內各類管理計算機，用于工廠級的信息的網(wǎng)橋以及企業(yè)內各類管理計算機，用于工廠級的信息傳送和管理，是實現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。傳送和管理，是實現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。 采用雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)采用雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)SCnet II作為其過程控制網(wǎng)作為其過程控制網(wǎng)絡，連接操作站、工程師站與控制站等，傳輸各種實時絡，連接操作站、工程師站與控制站等，傳輸各種實時信息。信息。 采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲轉發(fā)通信協(xié)議，采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲轉發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進行信息交換的通道。是控制站各卡件之間進行信息交換的通道。 6.2 浙大中控浙大中控

15、DCS系統(tǒng)硬件構成系統(tǒng)硬件構成u 6.2.2 控制站規(guī)?？刂普疽?guī)模6.2.2 控制站規(guī)?？刂普疽?guī)模6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件接線端子接線端子DB9插頭插頭電電源源端端子子機籠背面機籠背面6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件 主要由主要由主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡和主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡和I/O卡卡（即信號輸入（即信號輸入/輸出輸出卡）組成，卡件卡）組成，卡件按一定規(guī)則組合按一定規(guī)則組合在一起，完成信號采集、在一起，完成信號采集、信號處理、信號輸出、控制、計算和通信等功能。信號處理、信號輸出、控制、計算和通信等功能?；榛槿哂嗳哂郤Cn

16、et網(wǎng)接網(wǎng)接口口網(wǎng)絡節(jié)點地址網(wǎng)絡節(jié)點地址SCnet設置設置6.2.3 控制站硬件控制站硬件 系統(tǒng)系統(tǒng)I/O 機籠的核心單機籠的核心單元，元，一方面一方面驅動驅動SBUS 總線，總線，另一方面另一方面管理本機籠的管理本機籠的I/O 卡件。卡件。 負責主機與負責主機與I/O卡件之卡件之間的數(shù)據(jù)交換，是每個間的數(shù)據(jù)交換，是每個機籠的機籠的必備卡件必備卡件 支持支持冗余冗余結構，每個結構，每個機籠可配置雙卡機籠可配置雙卡 可采集可采集冷端溫度冷端溫度，作，作為本機籠的溫度參考信號為本機籠的溫度參考信號6.2.3 控制站硬件控制站硬件通過數(shù)據(jù)轉發(fā)卡，一塊主控制卡可以擴展通過數(shù)據(jù)轉發(fā)卡，一塊主控制卡可以擴

17、展18個機籠，可擴展個機籠，可擴展16128塊不同功能的塊不同功能的I/O卡件?？?。6.2.3 控制站硬件控制站硬件通過數(shù)據(jù)轉發(fā)卡，一塊主控制卡可以擴展通過數(shù)據(jù)轉發(fā)卡，一塊主控制卡可以擴展18個機籠，可擴展個機籠，可擴展16128塊不同功能的塊不同功能的I/O卡件?？?。機籠間距離超過機籠間距離超過200m時，需要時，需要用用SBUS中繼器中繼器6.2.3 控制站硬件控制站硬件通過數(shù)據(jù)轉發(fā)卡，一塊主控制卡可以擴展通過數(shù)據(jù)轉發(fā)卡，一塊主控制卡可以擴展18個機籠，可擴展個機籠，可擴展16128塊不同功能的塊不同功能的I/O卡件?？Ｖ骺刂瓶ㄅc數(shù)據(jù)轉發(fā)卡位于主控制卡與數(shù)據(jù)轉發(fā)卡位于同一機籠內時，

18、同一機籠內時，SBUS總線總線不必外部連接，與擴展機籠不必外部連接，與擴展機籠的數(shù)據(jù)轉發(fā)卡的數(shù)據(jù)轉發(fā)卡SP233連接時，連接時，SBUS總線需要通過機籠背總線需要通過機籠背面的面的“SBUS”插頭來外部連插頭來外部連線。線。6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件1）主控制卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范主控制卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范圍是圍是2-31。 冗余配置冗余配置時，主控制卡的地址遵循時，主控制卡的地址遵循“I和和I+1連續(xù)，連續(xù)，且且I必須為偶

19、數(shù)，必須為偶數(shù)，“2I32”的原則，且地址不能重復。的原則，且地址不能重復。非冗余配置非冗余配置時，時，I+1地址被占用，不可做其它節(jié)點地址用。地址被占用，不可做其它節(jié)點地址用。JX-300X系統(tǒng)最多可有系統(tǒng)最多可有15個控制站。個控制站。3）當當I/O卡按冗余配置時，互為冗余的兩卡槽地址遵循卡按冗余配置時，互為冗余的兩卡槽地址遵循“I和和I+1連續(xù)，且連續(xù)，且I必須為偶數(shù)，必須為偶數(shù)， “0=I15”的原則的原則。2）數(shù)據(jù)轉發(fā)卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范數(shù)據(jù)轉發(fā)卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范圍是圍是0-15。冗余配置時，地址遵循。冗余配置時，地址遵循“I和和I+1連續(xù)，

20、且連續(xù)，且I必須必須為偶數(shù)，為偶數(shù)， “0=I15”的原則，且地址不能重復。的原則，且地址不能重復。6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2.3 控制站硬件控制站硬件6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)1、說明控

21、制系統(tǒng)的硬件配置、說明控制系統(tǒng)的硬件配置 總體信息組態(tài)總體信息組態(tài) -控制站，操作站總體情況的說明控制站，操作站總體情況的說明 控制站控制站I/O組態(tài)組態(tài) -卡件的配置選擇卡件的配置選擇 -信號點特性的設置信號點特性的設置 控制站常規(guī)回路組態(tài)控制站常規(guī)回路組態(tài)2、操作站一般顯示畫面的生成、操作站一般顯示畫面的生成總貌畫面；總貌畫面； 趨勢畫面；趨勢畫面； 分組畫面；分組畫面； 一覽畫面一覽畫面6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)3、提供工程設計的相關組件的接口、提供工程設計的相關組件的接口 流程圖制作軟件流程圖制作軟件 報表制作軟件報表制作軟件 圖形化組態(tài)軟件圖形化組態(tài)軟件 二次計算

22、軟件二次計算軟件4、配置信息的編譯、下載和傳送、配置信息的編譯、下載和傳送6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)1、總體信息組態(tài)、總體信息組態(tài) -控制站，操作站總體情況的說明控制站，操作站總體情況的說明6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)1、總體信息組態(tài)、總體信息組態(tài) -控制站，操作站總體情況的說明控制站，操作站總體情況的說明6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)1、總體信息組態(tài)、總體信息組態(tài) -控制站，操作站總體情況的說明控制站，操作站總體情況的說明6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)2、控制站、控制站I/O組

23、態(tài)組態(tài) 卡件的配置選擇；信號點特性的設置卡件的配置選擇；信號點特性的設置6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)2、控制站、控制站I/O組態(tài)組態(tài) 卡件的配置選擇；信號點特性的設置卡件的配置選擇；信號點特性的設置6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)2、控制站、控制站I/O組態(tài)組態(tài) 卡件的配置選擇；信號點特性的設置卡件的配置選擇；信號點特性的設置6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)3、控制站常規(guī)回路組態(tài)、控制站常規(guī)回路組態(tài)6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)3、控制站常規(guī)回路組態(tài)、控制站常規(guī)回路組態(tài)6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)3、控制站常規(guī)回路組態(tài)、控制站常規(guī)回路組態(tài)6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)3、控制站常規(guī)回路組態(tài)、控制站常規(guī)回路組態(tài)6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)3、控制站常規(guī)回路組態(tài)、控制站常規(guī)回路組態(tài)6.2 浙大中控浙大中控DCS軟件組態(tài)軟件組態(tài)4、操作站一般顯示畫面的生成、操作站一般顯示畫面的生成總