第2章集散系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)21體系22硬件

第2章集散系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)21體系22硬件

●2.2集散控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)●2.3集散控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)●2.4集散控制系統(tǒng)的基本功能本章主要內(nèi)容22.1集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)本節(jié)內(nèi)容提要?集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的特征●縱向分層●橫向分散●設(shè)備分級(jí)●網(wǎng)絡(luò)分層?按照功能，集散控制系統(tǒng)設(shè)備分為四級(jí)●現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)●過(guò)程控制級(jí)●過(guò)程管理級(jí)●經(jīng)營(yíng)管理級(jí)?與四級(jí)設(shè)備對(duì)應(yīng)的四層網(wǎng)絡(luò)●現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)●控制網(wǎng)絡(luò)●監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)●管理網(wǎng)絡(luò)3圖2.1集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)41.現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)(1)典型的現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備●各類(lèi)傳感器●各類(lèi)變送器●各類(lèi)執(zhí)行器(2)現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備的主要任務(wù)●完成過(guò)程數(shù)據(jù)采集與處理?！裰苯虞敵霾僮髅睢?shí)現(xiàn)分散控制?！裢瓿膳c上級(jí)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)共享。5(1)過(guò)程控制級(jí)主要設(shè)備過(guò)程控制站、數(shù)據(jù)采集站、現(xiàn)場(chǎng)總線服務(wù)器①過(guò)程控制站●產(chǎn)生控制作用?！窨梢詫?shí)現(xiàn)反饋控制、邏輯控制、順序控制和批量控制等功能。6②數(shù)據(jù)采集站●接收大量的非控制過(guò)程信息；●不直接完成控制功能。③現(xiàn)場(chǎng)總線服務(wù)器●一臺(tái)安裝了現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)接口卡的計(jì)算機(jī)。7（1）過(guò)程管理級(jí)的主要設(shè)備①操作站●操作人員與相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備；●的核心顯示、監(jiān)視、操作和管理裝置。②工程師站●對(duì)進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)。③監(jiān)控計(jì)算機(jī)●實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)督控制；●機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和性能計(jì)算，先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)等。8（2）過(guò)程管理級(jí)設(shè)備的主要功能●對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；●對(duì)進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)；●對(duì)各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類(lèi)和管理；●實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)督控制，故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)存檔。94.經(jīng)營(yíng)管理級(jí)（1）經(jīng)營(yíng)管理級(jí)的設(shè)備廠級(jí)管理計(jì)算機(jī)監(jiān)視企業(yè)各部門(mén)的運(yùn)行情況。生產(chǎn)裝置的管理計(jì)算機(jī)具有能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。10（2）經(jīng)營(yíng)管理級(jí)設(shè)備的主要功能●監(jiān)視企業(yè)各部門(mén)的運(yùn)行情況；●實(shí)時(shí)監(jiān)控承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化、全廠負(fù)荷分配和日常運(yùn)行管理等任務(wù)；●日常管理承擔(dān)全廠的管理決策、計(jì)劃管理、行政管理等任務(wù)。112.2集散控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)本節(jié)內(nèi)容提要?控制站包括現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)據(jù)采集站等?！駲C(jī)柜●電源●控制計(jì)算機(jī)●其他部件?操作站一般分為操作員站和工程師站?！癫僮髋_(tái)●微處理機(jī)系統(tǒng)●圖形顯示設(shè)備●操作鍵盤(pán)和鼠標(biāo)●打印輸出設(shè)備等?冗余技術(shù)●冗余方式：多重化自動(dòng)備用和手動(dòng)備用?！袢哂啻胧和ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)冗余、操作站冗余、現(xiàn)場(chǎng)控制站冗余、電源冗余、輸入/輸出模塊冗余。122.2.1現(xiàn)場(chǎng)控制站?主要設(shè)備：現(xiàn)場(chǎng)控制單元。?主要任務(wù)：進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，對(duì)被控對(duì)象實(shí)施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。?用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場(chǎng)控制單元以構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制站?！褚悦嫦蜻B續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程控制為主，順序邏輯控制為輔，構(gòu)成一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜控制方案的現(xiàn)場(chǎng)控制站;●以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主的現(xiàn)場(chǎng)控制站；●構(gòu)成對(duì)大批量過(guò)程信號(hào)進(jìn)行總體信息采集的現(xiàn)場(chǎng)控制站。131.機(jī)柜現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜機(jī)柜間機(jī)柜組有了現(xiàn)場(chǎng)控制站，生產(chǎn)過(guò)程控制的安全性和可靠性都很容易得到保證中央控制室機(jī)柜間14現(xiàn)場(chǎng)控制單元多層卡件箱電源單元通信接口接線端子板機(jī)柜正面（前面）機(jī)柜背面（后面）現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜15（1）電源系統(tǒng)的可靠性措施●每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站均采用雙電源供電，互為冗余?！癫捎贸?jí)隔離變壓器，將其初級(jí)、次級(jí)線圈間的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響?！癫捎媒涣麟娮诱{(diào)壓器，快速穩(wěn)定供電電壓?！衽溆胁婚g斷供電電源，以保證供電的連續(xù)性。?現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)各功能模塊所需直流電源一般為±5V、±15V(或±12V)、以及+24V。16（2）增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性措施●給主機(jī)供電與給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電的電源要在電氣上隔離，以減少相互間的干擾?！癫捎萌哂嗟碾p電源方式給各功能模塊供電?！褚话阌山y(tǒng)一的主電源單元將交流電變?yōu)?4V直流電供給柜內(nèi)的直流母線，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換方式將24V直流電源變換為子電源所需的電壓?！裰麟娫匆话悴捎?:1冗余配置，而子電源一般采用N:1冗余配置。17新疆獨(dú)山子石化目前使用的1550

容錯(cuò)型直流電源。18報(bào)警監(jiān)視——所有關(guān)鍵部位均有自動(dòng)報(bào)警監(jiān)視，通過(guò)顯示報(bào)警信息并可通過(guò)報(bào)警繼電器觸點(diǎn)輸出。191550交流輸入端子模塊帶2路獨(dú)立的相互隔離的電源輸入端子和報(bào)警輸出端子20212223內(nèi)置冷卻風(fēng)扇三個(gè)內(nèi)置散熱風(fēng)扇，均帶指示，內(nèi)部統(tǒng)一報(bào)警監(jiān)視。24所有模塊均支持在線熱插拔功能容錯(cuò)性:交流輸入和直流24V輸出都可配置成1模塊冗余253.控制計(jì)算機(jī)控制器電源單元卡件現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡件導(dǎo)軌控制計(jì)算機(jī)26?控制計(jì)算機(jī)一般是由、存儲(chǔ)器、輸入/輸出通道等基本部分組成。(1)●用以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?！窨梢詧?zhí)行復(fù)雜的先進(jìn)控制算法，如自動(dòng)整定、預(yù)測(cè)控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等。27(2)存儲(chǔ)器●控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器分為和?！裨诳刂朴?jì)算機(jī)中占有較大的比例。●由于控制計(jì)算機(jī)在正常工作時(shí)運(yùn)行的是一套固定的程序，中大都采用了程序固化的辦法?！裨谌哂嗫刂朴?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，還特別設(shè)有雙端口隨機(jī)存儲(chǔ)器，其中存放有過(guò)程輸入輸出數(shù)據(jù)、設(shè)定值和參數(shù)等。28(3)總線●總線是將現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部各單元連接起來(lái)的通信介質(zhì)。(4)輸入/輸出通道●模擬量輸入/輸出()●開(kāi)關(guān)量輸入/輸出()●脈沖量輸入通道()29①模擬量輸入輸出通道()●模擬量輸入通道()?模擬量輸入通道()將來(lái)自在線檢測(cè)儀表和變送器的連續(xù)性模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送給進(jìn)行處理?！衲M量輸出通道()?模擬量輸出通道()一般將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為4~20(或1~5)的連續(xù)直流信號(hào)，用于控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。30②開(kāi)關(guān)量輸入/輸出通道()●開(kāi)關(guān)量輸入通道()主要用來(lái)采集各種限位開(kāi)關(guān)、繼電器或電磁閥連動(dòng)觸點(diǎn)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，并輸入至計(jì)算機(jī)?！耖_(kāi)關(guān)量輸出通道()主要用于控制電磁閥、繼電器、指示燈、聲光報(bào)警器等只具有開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。31③脈沖輸入通道()脈沖輸入通道()將現(xiàn)場(chǎng)儀表（如渦輪流量計(jì)等）輸出的脈沖信號(hào)處理后送入計(jì)算機(jī)。322.2.2操作站嵌入型臺(tái)式操作站桌面型操作站信息報(bào)警站工程師站控制站顯示器標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)主機(jī)操作站主機(jī)柜工作臺(tái)中央控制室設(shè)備33●操作臺(tái)

●微處理機(jī)系統(tǒng)

●外部存儲(chǔ)設(shè)備

●圖形顯示設(shè)備

●操作鍵盤(pán)和鼠標(biāo)

●打印輸出設(shè)備操作站主要設(shè)備操作站設(shè)備34辦公桌式操作臺(tái)打印機(jī)顯示器鍵盤(pán)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作臺(tái)做成一臺(tái)桌子形式，桌臺(tái)面上放置顯示器和操作鍵盤(pán)，而處理機(jī)系統(tǒng)放在桌下或桌上。35集成式操作臺(tái)操作臺(tái)是一個(gè)金屬整體，將處理機(jī)系統(tǒng)、顯示器和操作鍵盤(pán)等嵌在其內(nèi)。36雙屏操作臺(tái)上屏下屏操作鍵盤(pán)在一個(gè)操作臺(tái)內(nèi)嵌有上、下兩個(gè)屏幕，雙屏幕用一個(gè)處理機(jī)系統(tǒng)和一個(gè)操作鍵盤(pán)控制。37處理機(jī)——高性能的工業(yè)控制機(jī)38專用薄膜鍵盤(pán)系列39300X的操作員鍵盤(pán)40工程師站畫(huà)面一41工程師站畫(huà)面二42儀表面板顯示畫(huà)面操作員站畫(huà)面一43時(shí)間范圍前翻半頁(yè)后翻半頁(yè)當(dāng)前顯示在數(shù)據(jù)庫(kù)中位置本頁(yè)時(shí)間本頁(yè)描述時(shí)間軸時(shí)間軸指示時(shí)間顯示全部曲線消隱全部曲線趨勢(shì)曲線顯示畫(huà)面操作員站畫(huà)面二44報(bào)警顯示畫(huà)面操作員站畫(huà)面三45故障診斷畫(huà)面操作員站畫(huà)面四46調(diào)整畫(huà)面操作員站畫(huà)面五47典型控制室布局482.2.3冗余技術(shù)1.冗余方式冗余技術(shù)多重化自動(dòng)備用簡(jiǎn)易的手動(dòng)備用后退運(yùn)轉(zhuǎn)同步運(yùn)轉(zhuǎn)待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)49（1）多重化自動(dòng)備用雙重化配置輸入輸出輸入輸出三重化配置50①同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式●讓兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的設(shè)備或部件同步運(yùn)行，進(jìn)行相同的處理，并將其輸出進(jìn)行核對(duì)。●兩臺(tái)設(shè)備同步運(yùn)行，只有當(dāng)它們的輸出一致時(shí)，才作為正確的輸出，這種系統(tǒng)稱為“雙重化系統(tǒng)”()。●三臺(tái)設(shè)備同步運(yùn)行，將三臺(tái)設(shè)備的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，取兩個(gè)相等的輸出作為正確的輸出值，這就是設(shè)備的三重化設(shè)置。51②待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式●同時(shí)配備兩臺(tái)設(shè)備，使一臺(tái)設(shè)備處于待機(jī)備用狀態(tài)?！癞?dāng)工作設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)待機(jī)設(shè)備來(lái)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。這種方式稱為1:1的備用方式?！駥?duì)于N臺(tái)同樣設(shè)備，采用一臺(tái)待機(jī)設(shè)備的備用方式就稱為N:1備用?！翊龣C(jī)運(yùn)行方式是中主要采用的冗余技術(shù)。52③后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式●使用多臺(tái)設(shè)備，在正常運(yùn)行時(shí)，各自分擔(dān)各種功能運(yùn)行?！癞?dāng)其中之一發(fā)生故障時(shí)，其他設(shè)備放棄其中一些不重要的功能，進(jìn)行互相備用。53（2）簡(jiǎn)易的手動(dòng)備用方式●采用手動(dòng)操作方式實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制方式的備用?！癞?dāng)自動(dòng)方式發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)切換成手動(dòng)工作方式，來(lái)保持系統(tǒng)的控制功能。54●操作站的冗余：采用工作冗余的方式?！瘳F(xiàn)場(chǎng)控制站的冗余：有的采用1:1冗余，也有的采用N:1冗余。采用無(wú)中斷自動(dòng)切換方式?！耠娫吹娜哂啵撼?20V交流供電外，還采用了鎳鎘電池、