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1、完整版教学课件完整版教学课件控制部分第三讲 DCS控制系统本章主要知识点：第一节 集散型控制系统概述第二节 集散型控制系统的体系结构 第三节 集散型控制系统的构成 第四节 集散型控制系统的组态 第五节 集散型控制系统的组态案例分析第六节 集散型控制系统的投运操作 第七节 智能仪表 第八节 可编程控制器第九节 现场总线控制系统 第五讲第五讲 集散控制系统介绍集散控制系统介绍制作：乐建波本章主要问题：1. 集散型控制系统有哪几种构成形式？. 操作站有哪些显示功能？. 试画出智能化测量控制仪表的基本组成框图，叙述各个组成部分的功能. 可编程控制器与智能调节仪表有何异同点？编辑乐建波3第一节集散型控制
2、系统概述一、集散型控制系统的基本概念. 直接数字控制. 集中型计算机控制系统. 分层计算机控制系统. 集散型控制系统4. . 直接数字控制 DDC的控制过程是：计算机首先通过模数输入转换器 （A/D）按一定周期，循环实时采集多个生产过程被控参数的信息，然后按照控制算法运算后，其结果通过数模转换器 （D/A）依次进入控制执行器，构成一个闭环回路。 DDC 比起模拟仪表控制的主要优点在于很容易在计算机中实现 PID 和其他复杂的运算规律，并且保持了数字化的精度。5. . 集中型计算机控制系统 集中型计算机控制系统是把几十个甚至几百个控制回路以及上千个过程参数的显示、操作和控制集中在单一计算机上来实
3、现。即在一台计算机上实现下面的功能：过程监视、数据收集、数据处理、数据存储、报警和登录、过程控制。 集中型计算机控制系统将大量功能集于一身，把危险也集中了。6. 分层计算机控制系统（）监督计算机控制系统 SCC上述计算机、控制器混合控制系统中，用一台计算机代替模拟仪表，实现 DDC，这就是监督计算机控制系统。控制由二级计算机组成。第一级计算机与生产过程连接，并承担测量和控制任务，即完成 DDC 控制。第二级计算机是给第一台计算机提供最佳设定值和最优控制参数等各种控制信息。（）计算机、控制器混合控制系统将计算机与模拟仪表结合起来。现场的控制功能由传统的模拟仪表来实现，模拟仪表的信号也送入计算机，
4、最后以最优工艺参数给模拟仪表设定值。这种方案，对于老工厂技术改造尤为可取。7. 集散型控制系统集散控制系统（Distributed Control System，英文缩写DCS）就是：一方面强调控制的分散性，即使用若干个控制器完成系统的控制任务，每个控制器实现一定的有限控制目标,可独立完成数据采集、信号处理、计算变换及输出等功能；另一方面，又强调管理的集中性，它依靠计算机网络完成操作显示部分与分散控制系统之间的数据传送，使所有控制器都在生产过程的统一管理协调下动作的计算机控制系统。 集中分散 型 计 算 机 控 制 系 统 又 称 为 分 布 式 计 算 机 控 制 系 统， 简 称 集 散
5、型 控 制 系 统（DCS）。其实质是 四 技术，即计算机 （Computer）、控制器 （Controller）、通 信（Communication）和CRT 显示技术相结合的产物。左图是集散控制系统的组成框图。8二、集散型控制系统的特点 集散型控制系统采用标准化、模块化和系列化设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成的一个以通信网络为纽带的集中显示操作管理，控制相对分散，具有配置灵活，组态方便的多级计算机网络系统结构。. 自主性. 可靠性. 协调性. 友好性. 适应性、灵活性和可扩充性. 在线性9三、集散型控制系统的发展概况 20世纪70年代中期，微处理器高速发展，微机价格下降。结
6、合通信网络技术，出现了若干微机通过网络连接起来，构成一个大型计算机系统，使得整个系统的任务可以分散进行，实现了计算机系统的分散化，从而大大降低了系统出现故障的风险。分散化思想的日益成熟，计算机网络技术的发展，推动了分布式处理系统的发展。在此期间，世界各国也相继推出了自己的第一代集散型控制系统。 20世纪80年代，随着微处理运算能力的增强，超大规模集成电路集成度的提高和成本的不断下降，给过程控制的发展带来了新的面貌，使得过去难以想像的功能付诸了实施，推动着以微处理器为基础的过程控制设备和集散型控制系统、可编程控制器和过程变送器等同步更新发展。 进入20世纪90年代，计算机等新技术的发展，特别是开
7、放式结构和集成技术将深刻地影响着 DCS的发展。使集散型控制系统进入一个新的阶段，产生了生产过程控制系统与信息管理系统紧密结合的管控一体化的新一代集散型控制系统。具体表现为： DCS向综合化、开放化发展； 大型 DCS进一步完善和提高的同时，发展小型集散控制系统； 采用人工智能技术； 采用虚拟的真像技术。10连续过程间歇过程离散过程直接控制过程管理生产管理经营管理生产管理主要完成生产规划，生产监视，根据用户订单、库存、能耗约束、能耗需求等指标进行生产调度。在许多DCS中，这级充当最高管理层。直接控制级主要功能包括现场数据采集，过程监视、故障诊断、控制输出、安全性能和冗余性能的实施经营管理级居于
8、工厂自动化系统的最高一层，负责全厂广泛的工程、经济、商务、人事以及其他的工作。如：市场分析、销售和生产计划过程管理级主要功能包括回路组态、优化控制、性能监视、故障监测、记录、报警DCS功能层次示意图一、集散型控制系统的体系结构 集散型控制系统体系结构的主要特点是层次化，使之体现集中操作管理、分散控制的思想，一般由四级层次组成。第二节集散型控制系统的体系结构11二、集散型控制系统体系结构中各层的功能. 直接控制级 直接控制级是集散型控制系统的基础，其主要任务如下。（）进行过程数据采集:即对被控设备中的每个过程量和状态信息快速采集，使进行数字开环控制、闭环控制、设备监测、状态报告的过程等获得所需要
9、的输入信息。（）进行直接数字的过程控制:根据控制组态数据库，控制算法模块来实施实时的过程量 （如开关量，模拟量等）控制。（）进行设备监测和系统的测试和诊断:把过程变量和状态信息取出后，分析是否可以接受和是否可以允许向高层传输，进一步确定是否对被控装置实施控制。并根据状态信息判断计算机系统硬件和控制板件的性能，在必要时实施报警、错误或诊断报告等措施。（）实施安全性、冗余化方面的措施:一旦发现计算机系统硬件或控制板有故障，就立即实施备用件的切换，保证整个系统安全运行。12. . 过程管理级过程管理级主要是应付单元内的整体优化，并对其下层发出命令，在这一层可完成的功能如下。（）优化过程控制:这可以根
10、据过程的数学模型以及所设定的被控对象来进行。（）自适应回路控制:在过程参数希望值的基础上，通过数字控制的优化策略，当现场条件发生改变时，经过过程管理级计算机的运算处理就得到新的设定值和控制值，并把控制值传送到直接过程控制层。传送到直接过程控制层。（）优化单元内各装置，使它们密切配合:这主要是根据单元内的产品、原材料、库存以及能源的使用情况，以优化准则来协调相互之间的关系。（）通过获取直接控制层的实时数据以进行单元内的活动监视，故障检测存档，历史数据的存档，状态报告和备用。13. . 生产管理级根据用户的订货情况、库存情况、能源情况来规划各单元中的产品结构和规模，并且可使产品重新计划，随时更改产
11、品结构。为此，一些复杂的工厂在这一控制层就实施了协调策略。此外，综观全厂的生产和产品监视，以及产品报告也都在这一层来实现，并与上层交互传递数据。中小企业中，这一层可充当最高一级管理层。经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层。它管理的范围很广，包括工程技术方面、经济方面、商业事务方面、生产经营、财务、人事等各个方面。把这些功能都集成到软件系统中，通过综合的产品计划，在各种变化条件下，结合多种多样的材料和能量调配，最优地解决这些问题。在这一层中，通过与公司的经理部、市场部、计划部以及人事部等办公室自动化相连接，来实现整个制造系统的最优化。. 工厂经营管理级14OperateITEngineerIT
12、过程管理级过程管理级 控制网络控制网络 过程控制级过程控制级 断路器断路器, , 保险保险 电源供电柜电源供电柜常规测量设备常规测量设备常规执行机构常规执行机构/OptimizeITPIDPID三、集散型控制系统体系结构示例车间中央控制室现场中央控制室工程师办公室车间15中央控制室车间车间车间中央控制室中央控制室16 下图TDC- 3000是霍尼威尔 （Honeywell）公司1983年10 月发表的，目前应用较广且有四层体系结构。17 局部控制网络 （LCN）是 TDC 3000的主干网，通过计算机接口与DECnet/Ethernet相连，同 DECVAX 系统计算机联系构成综合管理系统；与
13、个人计算机构成范围 更 广 泛 的计算机综合网络系统。从而将工厂所有计算机系统和控制系统联为一体，实现优化控制、优化管理的目的。 万能控制网络 （UCN）是1988年开发的以 MAP （通信标准化）为基础的双重化实时控制网络。支持了32个冗余设备，应用层采用 RS-511标准。 数据公路 （DH）是第一代集散型控制系统的通 信 系 统，采 用 串 行、半 双工方式 工作，优先存取和 定 时 询 问 方 式控 制，DH 上 设 置 了 一 个 通 信 指 挥 器 （HTD） 来 管 理 通 信。任何 DH 之间的通信必须由 HTD 指挥，从 HTD 获得使用 DH 的权利。. .TDC- 300
14、0TDC- 3000有三种通信链路18. . TDC -3000TDC -3000提供三个不同等级的分散控制 以过程控制设备为基础，并对控制元件进行控制的过程控制级。 先进的控制级包括比过程控制级更加复杂的控制策略和控制计算，通常称为工厂级。 最高控制级提供用于高级计算机的技术和手段，例如适用 于 复 杂 控制的过程 模 型，过程最优控制及线性规划等称为联合级。19. . TDC-3000TDC-3000的过程控制站主要包括：基本控制器 （BC），多功能控制器 （MC）、先进多功能控制器 （AMC）、逻辑控制器、过程控制器、逻辑管理站 （LM），过程管理 站 （PM）、单 回 路 控制器 （K
15、MM）和可编程控制器 （PLC）等。20. .TDC-3000TDC-3000有四种 CRTCRT 操作站 万能操作站 （US）是全系统的窗口，是综合管理的人机接口。 增强型操作站 （EOS）是 TDC-2000 CRT 操作站的改进型。 本地批量操作 （LBOS）主要用于小系统。 新操作站 （US*） 使用开放的 X-WINDOW技术，操作员能够同时观察工厂信息、网络数据和过程控制数据。21. .TDC-3000TDC-3000 在 LCN LCN 上挂接多种模块 万能操作站 （US）。 历史模件 （HM）可以收集和存储历史数据。 应用模件 （AM）用于连续控制、逻辑控制、报警处理和批量历史
16、收集等等。其控制策略可用标准算法，此外还有优化用工具软件包等。 可编程逻辑控制接口 （PLCG）。 计算机接口 （CG），提供与其他厂家如 DEC、IBM、HP等计算机之间的连接。 网络接口模件 （NM），提供 UCN 和 LCN 之间的连接。 数据公路接口 （HG），将数据公路 （DH）与 LCN 相连。22第三节集散型控制系统的构成. 基本型 DCS系统的构成23. . 以智能仪表作为控制站的 DCSDCS系统24. . 以个人计算机为管理级的 DCSDCS系统25二、人- -机接口的构成. 操作台目前流行的操作台有三种26. . 操作员键盘和工程师键盘工程师键盘通常采用大家较熟悉的击打式
17、键盘。27第四节 集散型控制系统的组态一、DCS控制系统组态的概念集散型控制系统由硬件和软件两大部分构成，硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力。DCS的硬件是通过网络系统将不同数目的现场控制站、操作员站和工程师站连接起来，共同完成 各种采集、控制、显示、操作和管理功能。所谓组态就是按照软件提供的工具和方法及工程的要求，对DCS系统进行硬件配置和软件定义。本节用实际的案例重点讲述软件的定义这个问题。 28二、DCSDCS控制系统组态的过程下面以浙江中控的的CS2000DCS系统为例，说明组态的过程。1.分析工艺流程2了解DCS的构成及控制站上卡件的配置情况。 3. 按照工艺操作要求设置用户权限4
18、. 组态设置5.绘制工艺流程图6. 编译修改，重复5、6两步，直到编译通过。7.仿真运行及实际运行测试 29第五节 集散型控制系统的组态案例分析例如：精馏塔工艺的例如：精馏塔工艺的DCS系统组态系统组态 【工艺分析工艺分析】 分馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程，精馏的目的是根据溶液中各组分挥发度（或沸点）的差异，使各组分得以分离并达到规定的纯度要求。精馏工艺的流程如图6-24所示：图6-24精馏工艺的流程图30【DCSDCS硬件组成】 控制站工程师站操作站对象控制台31控制站的功能及控制台的详细功能请查阅产品说明书和接线图。控制站中有电源机龙、卡件机龙、20个插槽，
19、各卡件功能如表所示： 序号卡件名称规格功能说明1XP243主控制卡2XP243主控制卡3XP233数据转发卡4XP233数据转发卡0XP3136路电流信号输入卡1XP3136路电流信号输入卡2XP3136路电流信号输入卡3XP3164路热电阻信号输入卡4XP3164路热电阻信号输入卡5XP3164路热电阻信号输入卡6XP3164路热电阻信号输入卡7XP3164路热电阻信号输入卡8XP3164路热电阻信号输入卡9XP3164路热电阻信号输入卡10XP3164路热电阻信号输入卡11XP3164路热电阻信号输入卡12XP3224路模拟信号输出卡13XP3224路模拟信号输出卡14XP3638路触点型
20、开入卡15XP3628路晶体管接点开出卡空卡16XP000空卡32【组态】 1. 用户授权管理用户授权管理（1） 双击“我的电脑”D盘上新建一个文件夹，名字为 D：“精馏塔系统”，操作画面如图6-26所示。 33（2） 单击“开始”“程序” ADVANTROL-PRO2.50.04学习版“用户受权管理”，出现登陆窗口，输入用户名：SUPER_PRIVILEGE_001 ，密码SUPER_PASSWORD_001，登录管理窗口。操作画面如图6-27所示。34（3） 分别增加用户，按下表要求增加用户和权限，操作画面如图所示。权限用户名用户密码相应权限特权系统维护SUPCONDCSPID参数设置、报
21、表打印、报表在线修改、报警查询、报警声音修改、报警使能、查看操作记录、查看故障诊断信息、查找位号、调节器正反作用设置、屏幕拷贝打印、手工置值、退出系统、系统热键屏蔽设置、修改趋势画面、重载组态、主操作站设置工程师+工程师1111PID参数设置、报表打印、报表在线修改、报警查询、报警声音修改、报警使能、查看操作记录、查看故障诊断信息、查找位号、调节器正反作用设置、屏幕拷贝打印、手工置值、退出系统、系统热键屏蔽设置、修改趋势画面、重载组态、主操作站设置操作员操作员甲1111重载组态、报表打印、查看故障诊断信息、屏幕拷贝打印、查看操作记录、修改趋势画面、报警查询操作员操作员乙1111重载组态、报表打
22、印、查看故障诊断信息、屏幕拷贝打印、查看操作记录、修改趋势画面、报警查询35362. 新建项目组态新建项目组态（1） 打开组态软件，以工程师等级登录。（2） 选择“新建组态”，按提示以 “精馏塔” 文件名，保存至 D盘上的 “精馏塔系统” 文件夹，出现组态窗口。操作画面如图所示。 373项目组态项目组态（1）单击“”总体信息“-“主机设置”菜单，出现对话框，选“主控制卡”选项，将主控制卡注释为 “分馏塔机组”，增加2个主控卡，型号为XP-243，设置为冗余。操作画面如图6-30所示。38（2）设置一个工程师站，IP地址为：128.128.1.130两个操作员站，IP地址为：128.128.1.
23、131，与128.128.1.132 ，单击“整理”即保存。操作画面如图6-31所示。 39（3）单击“操作小组”出现对话框增加操作小组三个如表所示，并创建数据分区，单击“退出”,操作画面如图6-32所示.操作小组名称切换等级光字牌名称及对应分区操作员甲操作员温度：对应温度数据分区压力：对应压力数据分区流量：对应流量数据分区液位：对应液位数据分区操作员乙操作员工程师工程师40数据分组数据分区位号低沸点塔温度TI201、TI202、TI203、TI204、TI215、TI216、TI217压力PI201、PI202、PI203流量FI201、FI202、FI203、FI204液位LI201、LI
24、202高沸点塔工程师41（4）单击“控制站”，选择“I/O组态”，设置数据转发卡2个，型号XP-233，冗余设置；选择“I/O卡件”，其中I/O点要按要求控制站中卡件的位置及工艺的要求分配卡件功能，如表6-2所示： 6-2表.doc42（5）设置控制方案：单击“控制站”选择“常规控制方案”，出现对话框，按照表中的回路定义,操作画面如图所示.序号控制方案注释，回路注释回路位号控制方案PVMV0低沸点塔液位控制LRC-201单回路LI-201LV-2011高沸点塔温度控制提馏段蒸汽流量控制FRC-303串级内环FI-303FV-303提馏段温度控制TICA-302串级外环TI-302 43（6）总
25、貌画面设置；单击“操作站”-选择“总貌”，出现对话框，按下面的要求设置总貌画面,操作画面如图6-34所示。页码页标题内容1索引画面索引：操作员甲小组所有流程图、所有分组画面、所有趋势画面、所有一览画面2低沸点塔参数所有低沸点塔相关I/O数据实时状态图6-34 总貌画面设置4445（7）分组画面设置：单击“操作站” -选择“分组画面”，出现对话框分别设置各自的数据小组，按照分馏塔操作员、预冷机操作员两个岗位的观察变量分组。）要求显示所有I/O点，注意要在操作窗口选择已经定义过的I/O点，不要二次输入，否则会犯不一致性的错误。按下列要求设置分组画面，操作画面如图6-35所示。页码页标题内容1常规回
26、路LRC201、FRC303、TICA3022开关量KI301、KI302、KO301、KO30246（8）数据一览画面设置，单击“操作站” -选择“一览画面设置”按下列要求置温度信号一览表，操作画面如图6-36所示。页码页标题内容1低沸点塔压力PI201、PI202、PI2032高沸点塔压力PI301、PI302、PI30347（9）趋势画面设置：单击“操作站” -选择“趋势画面”，出现“趋势组态设置”对话框，新“增加一页”，按下表要求设置，操作如图6-37所示。页码页标题内容1温度TI201、TI202、TI203、TI2042流量FI201、FI202、FI203、FI204图6-37
27、趋势设置画面4849（10）流程图名称：单击“操作站” -选择“流程图”，出现“操作站设置”对话框，- “增加” -输入文件名称，-单击“编辑” -出现流程图编辑窗口，选择相应的工具，完成流程图的绘制，美化并保存到指定的文件夹，即：D盘上“分馏塔系统”文件夹下的“flow”文件夹中。关闭窗口。50（11）报表：单击“操作站”选择“报表”，出现“操作站设置” - “报表”， -增加，输入报表名称，报表建立方法与EXCEL同，但是要设置事件引用（要求8小时一班，整点记录所有的温度信号），操作画面如图6-38所示。班报表_班_组 组长_记录员_ _年_月_日 时间内容描述数据FI201#FI202#
28、FI203#FI204#51单击“数据”“事件定义”定义事件如下：event1 getcurhour ( ) mod 1=0 and getcurmin ()=0 and getcursec()=0event2 getcurtime ( ) =8:00:00 or getcurtime ( ) =16:00:00 单击“数据”“时间应用”引用事件。填充数据，所有工作做完后退出系统。524. 项目编译项目编译编译的作用有两项，一是检查错误并分析修改，二是将前面设置的原代码程序转换成目标代码程序以便计算机系统执行。重新进入系统组态软件，以“工程师”的身份进入，选择上述建立的“分馏塔系统”可运行文件
29、，单击“载入组态”“确定”，出现运行窗口，单击“下载”，单击“编译”“全编译”，如果有问题会在下方的显示窗口提示，认证分析，返回到组态时相应的步骤中去修改，然后重新编译，一直到编译通过为止。 53545. 实时监控实时监控打开“实施监控”软件，选择上述编译好了的“分馏塔系统”文件，注意要选择仿真运行，这时的对象是虚拟的，数据库系统有虚拟数据可供运行使用，分别观察以下画面是否正常。55（1）正确显示总貌画面56（2）正确显示分组图6-41 分组画面57（3）正确显示数据一览画面图6-42 一览画面58（4）正确显示趋势画面图6-43 趋势画面59（5）正确显示流程图画面图6-44 流程图画面60（6）正确显示报表画面图6-45 报表画面61（7）正确显示报警画面如果那里有问题，请重新返回到建立组态时的窗口去修改，修改后编译，再重新运行，直到成功为止。62第六节 集散型控制系统的投运操作 DCS控制系统中投运操作1熟悉工艺流程及系统的构成情况，为投运做准备。2检查控制站和操作站的设置。3手动投运工艺过程4仪表投运5排除故障及参数整定6系统停运及整理现场63二、投运操作记录表格以中控的CS2000为例，投运记录表格如下为例，投运记录表格如下6-3表表.doc