DCS控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

DCS控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容提要第一章DCS控制系統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述DCS控制系統(tǒng)的發(fā)展史CENTUM-CS3000控制系統(tǒng)的構(gòu)成及字母代號(hào)DCS控制系統(tǒng)的特點(diǎn)第二章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)概述簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù)三種控制器的比較內(nèi)容提要第三章復(fù)雜控制系統(tǒng)概述串級(jí)控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)選擇控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)第四章過(guò)程控制系統(tǒng)-控制系統(tǒng)的投運(yùn)控制系統(tǒng)操作中的常見問(wèn)題DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（DistributedControlSystem），在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個(gè)控制器（過(guò)程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。因此，DCS的主要特點(diǎn)歸結(jié)為一句話就是：分散控制集中管理。第一節(jié)DCS控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述DCS大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，相應(yīng)地有四代的基本結(jié)構(gòu):第一階段(初創(chuàng)期)，1975年一1980年第二節(jié)DCS控制系統(tǒng)發(fā)展史第二階段〔成熟期)，1980年一1985年第二節(jié)DCS控制系統(tǒng)發(fā)展史第三階段(擴(kuò)展期)，1985年一2000年DCS向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制擴(kuò)展，將過(guò)程控制、監(jiān)督控制和管理調(diào)度進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，并且加強(qiáng)斷續(xù)系統(tǒng)功能，采用專家系統(tǒng)，制造自動(dòng)化協(xié)議MAP(ManufacturAutomationProtocol)標(biāo)準(zhǔn)，以及硬件上諸多新技術(shù)。這一代的典型產(chǎn)品中，有的是在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)展，如美國(guó)Honeywell公司擴(kuò)展后的TDCS3000，橫河電機(jī)的CENTUM-XL和UX[，美國(guó)西屋公司的WDPFII等，也有的是新發(fā)展的系統(tǒng)，如Foxboro公司的I/ASeries等。這一代產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展就是計(jì)算機(jī)集成制造(生產(chǎn))系統(tǒng)第二節(jié)DCS控制系統(tǒng)發(fā)展史CIM(ComputerIntegratedManufacturing)，即將企業(yè)行政事務(wù)信息與工廠控制系統(tǒng)集成為一體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這一代產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次有了進(jìn)一步發(fā)展，它自下而上一般可分為過(guò)程控制級(jí)，控制管理級(jí)，生產(chǎn)管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)這四個(gè)層次，第二節(jié)DCS控制系統(tǒng)發(fā)展史第四階段：第四代DCS系統(tǒng)，2000年以后第四代DCS的體系結(jié)構(gòu)主要分為四層結(jié)構(gòu):現(xiàn)場(chǎng)儀表層、控制裝置單元層、工廠(車間)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(guò)提供開放的數(shù)據(jù)庫(kù)接口，連接第三方的管理軟件平臺(tái)(ERP,CRM,SCM等)。所以說(shuō)，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。例如以Honeywell公司最新推出的ExperionPKS(過(guò)程知識(shí)系統(tǒng))、Emerson公司的P1antWeb(EmersonProcessManagement),Foxboro公司A2、橫河公司的R3(PRM-_-C廠資源管理系統(tǒng))和ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)。第二節(jié)DCS控制系統(tǒng)發(fā)展史第三節(jié)CENTUM-CS控制系統(tǒng)的構(gòu)成字母代號(hào)集散控制系統(tǒng)基本構(gòu)成圖CENTUM-CS系統(tǒng)外觀圖DCS組成結(jié)構(gòu)DCS的過(guò)程控制站是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要由電源、高性能的中央處理器（CPU）、網(wǎng)絡(luò)接口組成。高性能的中央處理器是現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的中心，存放并運(yùn)行所有的過(guò)程控制程序以及現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。DCS的控制決策都是由它來(lái)執(zhí)行的。過(guò)程控制站的網(wǎng)絡(luò)接口是同上一級(jí)的操作員站和工程師站的連接通道。操作員的操作控制信息和工程師站的組態(tài)程序都是通過(guò)這一通道發(fā)送到過(guò)程控制站，過(guò)程控制站收集整理的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)也是通過(guò)這一通道傳遞到操作員站上。過(guò)程控制站同I/O模塊之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接。DCS組成結(jié)構(gòu)

一臺(tái)用于操作、監(jiān)視、報(bào)警、趨勢(shì)顯示、記錄和打印報(bào)表的PC機(jī)。操作員站通常裝有操作軟件以完成上述功能，并且是通過(guò)以太網(wǎng)同過(guò)程控制站相連。DCS組成結(jié)構(gòu)

一臺(tái)用于組態(tài)過(guò)程控制軟件，診斷、監(jiān)視過(guò)程控制站運(yùn)行情況，供DCS工程師開發(fā)、測(cè)試、維護(hù)DCS系統(tǒng)使用的計(jì)算機(jī)。第三節(jié)CENTUM-CS控制系統(tǒng)的構(gòu)成字母代號(hào)集散型控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

操作站、工程師站和上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成集中管理部分；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站、現(xiàn)場(chǎng)控制站構(gòu)成分散控制部分；通信網(wǎng)絡(luò)是連接集散系統(tǒng)各部分的紐帶，是實(shí)現(xiàn)集中管理、分散控制的關(guān)鍵。第三節(jié)CENTUM-CS控制系統(tǒng)的構(gòu)成字母代號(hào)CENTUM-CS系統(tǒng)構(gòu)成第三節(jié)CENTUM-CS控制系統(tǒng)的構(gòu)成及字母代號(hào)類型字母代號(hào)意義字母代號(hào)意義儀表調(diào)整面板常用參數(shù)MODE儀表塊方式LL下下限報(bào)警值PV測(cè)量值SVH設(shè)定點(diǎn)上限限位值SV設(shè)定值SVL設(shè)定點(diǎn)下限限位值MV閥位輸出值MH閥位輸出上限限位值DV偏差值ML閥位輸出下限限位值SUM累計(jì)值P比例帶HH上上限報(bào)警值I積分時(shí)間PH上限報(bào)警值D微分時(shí)間PL下限報(bào)警值CENTUM-CS系統(tǒng)的字母代號(hào)第三節(jié)CENTUM-CS3000控制系統(tǒng)的構(gòu)成字母代號(hào)

類型字母代號(hào)意義字母代號(hào)意義常用報(bào)警狀態(tài)字IOP-輸入開路NR正常OOP輸出開路ANS+(ON)回訊不正常PV≠(MV=2)HH上上限報(bào)警ANS-(OFF)回訊不正常PV≠(MV=0)HI上限報(bào)警PERR兩回訊均不正常LO下限報(bào)警CAL校驗(yàn)狀態(tài)LL下下限報(bào)警IOP+輸入超量程DV-負(fù)偏差報(bào)警(PV-SV<DL)VEL+速度報(bào)警+（PV2-PV1>VL)DV+正偏差報(bào)警(PV-SV>DL)VEL-速度報(bào)警-（PV2-PV1<VL)續(xù)表第四節(jié)DCS控制系統(tǒng)的特點(diǎn)①控制功能豐富②監(jiān)視操作方便③信息和數(shù)據(jù)共享④系統(tǒng)擴(kuò)展靈活⑤安裝維護(hù)方便⑥系統(tǒng)可靠性高第二章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)概述簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù)三種控制器的比較第一節(jié)概述

簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)測(cè)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)。液位控制系統(tǒng)

溫度控制系統(tǒng)圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖第二節(jié)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的幾大參數(shù)從上圖中可知

簡(jiǎn)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(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。被控變量

生產(chǎn)過(guò)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(cè)量變送器

用于檢測(cè)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?？刂破鲗?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(guò)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。

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

第三節(jié)三種控制器性能比較表特點(diǎn)適用于比例控制器控制器的輸出與偏差成比例,閥門位置與偏差之間有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí),比例控制器克服干擾能力強(qiáng),過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短。純比例控制器在過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)存在余差。

調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒有提出無(wú)差要求的系統(tǒng)。

比例積分控制器積分作用使控制器輸出與偏差的積分成比例,過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)無(wú)余差。但使穩(wěn)定性降低。

調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。

比例積分微分控制器微分作用使控制器的輸出與偏差變化速度成比例。它對(duì)克服容量滯后有顯著效果。在比例的基礎(chǔ)上加上微分作用能提高穩(wěn)定性,再加上積分作用可以消除余差。

容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)

第四章過(guò)程控制系統(tǒng)概述串級(jí)控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)選擇控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)選擇控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)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(lái)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)。串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和方框圖第四節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)

例：聯(lián)合尾氣焚燒爐爐溫控制第二節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)

串級(jí)控制系統(tǒng)采用兩套檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過(guò)程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過(guò)程和主過(guò)程構(gòu)成。一次擾動(dòng)：作用在主被控過(guò)程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。二次擾動(dòng)：作用在副被控過(guò)程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。第三節(jié)前饋控制系統(tǒng)

前饋控制原理前饋控制是按照擾動(dòng)作用的大小進(jìn)行控制。當(dāng)擾動(dòng)一出現(xiàn)，就能根據(jù)擾動(dòng)的測(cè)量信號(hào)來(lái)控制操縱變量，及時(shí)補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，所以控制是及時(shí)的，如果補(bǔ)償作用完善，可以使被控變量不產(chǎn)生偏差，其方框圖如下圖所示。它是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。在很多場(chǎng)合下都是將前饋控制與反饋控制結(jié)合在一起組成前饋—反饋控制系統(tǒng)，稱之為復(fù)合控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)即使在大而頻繁的擾動(dòng)下，仍能獲得優(yōu)良的控制品質(zhì)。第四節(jié)比值控制系統(tǒng)

比值控制系統(tǒng)----使兩種或多種物料流量自動(dòng)維持一定比值關(guān)系的過(guò)程控制系統(tǒng)。常用的比值控制系統(tǒng)主要有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：

1

單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在開環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)副物料流量閉環(huán)控制回路。第四節(jié)比值控制系統(tǒng)第四節(jié)比值控制系統(tǒng)脫水單元比值控制第四節(jié)比值控制系統(tǒng)2雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)由一個(gè)定值控制的主流量回路和一個(gè)跟隨主流量變化的副流量控制回路組成。主流量控制回路能克服主流量擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其定值控制。副流量控制回路能抑制作用于副回路中的擾動(dòng)。當(dāng)擾動(dòng)消除后，主、副流量都回復(fù)到原設(shè)定值上，其比值不變。第五節(jié)分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)-----在某些工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)工藝要求，一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分段，分別控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的調(diào)節(jié)閥工作，即每個(gè)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)器輸出的某段信號(hào)范圍內(nèi)作全行程動(dòng)作。例：PV-11701A/B當(dāng)PY-11701輸出為0—50

%時(shí)開PV-11701B;50—100

%時(shí)開PV-11701A第六節(jié)選擇控制系統(tǒng)選擇性控制------是把工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系，疊加到正常的自動(dòng)控制系統(tǒng)上去的一種組合控制方法。即在一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，設(shè)有兩個(gè)調(diào)節(jié)器(或兩個(gè)以上的變送器)，通過(guò)高、低值選擇器選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。稱為自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)或稱為軟保護(hù)系統(tǒng)。第六節(jié)選擇控制系統(tǒng)第七節(jié)三沖量控制系統(tǒng)圖

三沖量控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)除了液位、蒸汽流量信號(hào)外,再增加一個(gè)給水流量的信號(hào)。它有助于及時(shí)克服由于供水壓力波動(dòng)而引起的汽包液位的變化。第四章復(fù)雜控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)控制系統(tǒng)操作中的常見問(wèn)題第一節(jié)、控制系統(tǒng)的投運(yùn)1.準(zhǔn)備工作對(duì)于工藝人員與儀表人員來(lái)說(shuō)……

對(duì)于儀表人員來(lái)說(shuō)……2.儀表檢查投運(yùn)前要在現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀表一次,確認(rèn)正常后可考慮投運(yùn)。對(duì)于控制記錄儀表,除了要觀察測(cè)量指示是否正常外,還特別要對(duì)控制器控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)校。3.檢查控制器的正、反作用及控制閥的氣開、氣關(guān)型式

控制好控制器的正、反作用，是確保整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)成為負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的重要一環(huán)。正作用？反作用？

控制器正、反作用開關(guān)示意圖4.控制閥的投運(yùn)

控制閥安裝示意圖1—上游閥；2—下游閥；3—旁路閥；4—控制閥5.控制器的手動(dòng)和自動(dòng)的切換

通過(guò)手動(dòng)遙控控制閥,使工況趨于穩(wěn)定以后,控制器就可以由手動(dòng)切換到自動(dòng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。要求：平穩(wěn)、迅速，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。6.控制器參數(shù)的整定整定方法：臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗(yàn)湊試法不管采用哪種方法進(jìn)行整定,所得到的自動(dòng)控制系統(tǒng),在正常工況下,由于經(jīng)常受到各種擾動(dòng),被控變量不可能總是穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)值上長(zhǎng)期不變。如果出現(xiàn)記錄曲線是一條直線或一個(gè)圓,就要檢查一下測(cè)量記錄儀表有否故障,靈敏度是否足夠等。第二節(jié)控制系統(tǒng)操作中的常見問(wèn)題精餾塔控制系統(tǒng)之間的干擾精餾塔兩個(gè)溫度控制系統(tǒng)之間相互干擾解決方案

可以通過(guò)控制器參數(shù)整定,將兩個(gè)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)聯(lián)系削弱,使其能正常工作。采取這種措施后,保證了主要被控變量的穩(wěn)定，而次要變量的控制質(zhì)量會(huì)有所降低。從自動(dòng)化角度出發(fā),尚可設(shè)計(jì)較為復(fù)雜一些的去關(guān)聯(lián)控制系統(tǒng),通過(guò)引入一些特殊的去關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)來(lái)消除相互間的影響。從工藝上消除關(guān)聯(lián)也是一個(gè)極為有效的措施。2.測(cè)量系統(tǒng)的故障及判別方法

發(fā)現(xiàn)工藝參數(shù)的記錄曲線出現(xiàn)異常情況時(shí),首先要分析情況,判別其原因,這是正常操作的前提之一。判別的方法：①記錄曲線突變。②記錄曲線突然大幅度變化。③記錄曲線出現(xiàn)不規(guī)則變化。④記錄曲線出現(xiàn)等幅振蕩。⑤記錄曲線不變化,呈直線狀(或圓狀)。3.控制系統(tǒng)運(yùn)行中的常見問(wèn)題

出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，除了要考慮前面所講的測(cè)量系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障以外,特別要注意被控對(duì)象特性的變化以及控制閥特性變化的可能性,要結(jié)合儀表和工藝兩個(gè)方面去找原因。針對(duì)適應(yīng)對(duì)象特性的變化,一般可以通過(guò)重新整定控制器參數(shù),以獲得較好的控制質(zhì)量。

HIS人機(jī)接口站功能

HIS人機(jī)接口站的功能

報(bào)警容量：18個(gè)報(bào)警/窗口，200個(gè)報(bào)警/HIS

報(bào)警信息：序號(hào)，標(biāo)記，日期，時(shí)間，儀表說(shuō)明，報(bào)警狀態(tài)， 測(cè)量值，是否恢復(fù)正常優(yōu)先級(jí)別：五級(jí)（高/中/低/記錄/參考）過(guò)程報(bào)警窗口

HIS人機(jī)接口站的功能20,0000塊儀表面板/HIS連貫的操作接口每一功能塊均有面板顯示具有用戶可組態(tài)面板OPNCLS100.080.060.040.020.00.0CASHIWATERFLOWT6

FIC201WATERFLOWT6FIC201-DSTEPPAUSECONTBU201-DDI1DI2DO1DO2MC201-D模擬量顯示趨勢(shì)顯示批量顯示順控顯示豐富的面板顯示HIS人機(jī)接口站的功能AUTCNDNRAOFOPNCLS調(diào)整中FIC1001A位號(hào).閥門開關(guān)說(shuō)明操作輸出值操作輸出限制值提示指針報(bào)警狀態(tài)回路狀態(tài)位號(hào)標(biāo)記操作標(biāo)記說(shuō)明操作標(biāo)記計(jì)算機(jī)標(biāo)記串級(jí)標(biāo)記回路子狀態(tài)報(bào)警子狀態(tài)儀表刻度上上限報(bào)警設(shè)定值（紅）上限報(bào)警設(shè)定值（綠）設(shè)定值