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1、控制技术基础控制技术基础Fundamentals of Control Technology 项目五项目五 过程控制系统过程控制系统 任务四任务四 分布式控制系统（分布式控制系统（DCSDCS）控制技术基础控制技术基础DCS的概念的概念控制技术基础控制技术基础控制室控制室控制技术基础控制技术基础控制室控制室控制技术基础控制技术基础DCS的发展的发展控制技术基础控制技术基础第四第四代代DCS20世纪世纪90年代中后期年代中后期v受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数式系统技术、现场总线技术、各种组
2、态软件技术、数据库技术等）发展的影响，以及用户对先进的控制功据库技术等）发展的影响，以及用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加，各能与管理功能需求的增加，各DCS厂商纷纷提升厂商纷纷提升DCS系统的技术水平，并不断丰富其内容。新一代系统的技术水平，并不断丰富其内容。新一代DCS已已经形成。经形成。v其代表产品主要有：其代表产品主要有：Honeywell公司：公司：ExperionPKS（过程知识系统）（过程知识系统）Emerson公司：公司：PlantWeb（Emerson Process Management）Foxboro公司：公司：A2横河公司：横河公司：R3（PRM工厂资源管理系统）
3、工厂资源管理系统）ABB公司：公司：IndustrialIT系统系统控制技术基础控制技术基础vInformation（信息）（信息）DCS系统已经不是一系统已经不是一个以控制功能为主的控个以控制功能为主的控制系统，而是一个充分制系统，而是一个充分发挥信息管理功能的综发挥信息管理功能的综合平台系统。合平台系统。DCS提供提供了从现场到设备、从设了从现场到设备、从设备到车间、从车间到工备到车间、从车间到工厂、从工厂到企业集团厂、从工厂到企业集团整个信息通道。整个信息通道。vIntegration（集成）（集成）功能的集成功能的集成产品的集成产品的集成 第四代第四代DCS控制技术基础控制技术基础DC
4、S网络结构图网络结构图控制技术基础控制技术基础数据高速公路（Data Highway）信息高速公路（Information Highway）分布式处理单元DPU（Distributed Processing Unit）PLC网络操作员站 工程师站 历史站/记录站中心遥控单元 控制技术基础控制技术基础DCS组组成成结构图结构图控制技术基础控制技术基础DCS组组成成结构图结构图控制技术基础控制技术基础DCS组组成成结构图结构图控制技术基础控制技术基础DCS造纸行业实例造纸行业实例控制技术基础控制技术基础DCS造纸行业实例造纸行业实例控制技术基础控制技术基础DCS总线通讯总线通讯控制技术基础控制技术
5、基础DCS组态组态控制技术基础控制技术基础现场控制站现场控制站l现场控制站分为功能分离型和装置对应型两类。l功能分离型：根据现场控制的要求，按功能分为反馈控制站、顺序控制站、数据采集站等。l装置对应型：每个过程单元与某一生产工艺设备、流程或其中的一部分相对应，因此现场控制站功能齐全，既能实现数据采集与处理，又能实现连续控制、顺序控制、分批控制等。l装置对应型是目前分散控制系统广为采用的方式。控制技术基础控制技术基础现场控制站现场控制站名称名称TDC 2000TDC3000基本控制器（基本控制器（BCBasic Controller）多功能控制器（多功能控制器（MCMulti-function
6、Controller）WDPFII分散处理单元分散处理单元（DPUDistributed Processing Unit）Ovation控制器（控制器（controller）INFI-90过程控制单元（过程控制单元（PCUProcess Control Unit）Symphony现场控制单元（现场控制单元（HCUHarmony Control Unit）Teleperm XP自动控制系统（自动控制系统（ASAutomation System）控制技术基础控制技术基础现场控制站现场控制站主要功能主要功能1 1、模拟量连续控制、模拟量连续控制2 2、顺序逻辑控制、顺序逻辑控制3 3、数据采集与处理
7、、数据采集与处理 4 4、现场控制站通过通信接口作为一个工、现场控制站通过通信接口作为一个工作站连入局部网络，通过通信网络与操作作站连入局部网络，通过通信网络与操作员站、上位机等进行信息交换。员站、上位机等进行信息交换。控制技术基础控制技术基础现场控制站现场控制站硬件（机柜）硬件（机柜）控制技术基础控制技术基础现场控制站现场控制站硬件（电源）硬件（电源）l现场控制站的供电来自220V或110V交流电源，交流电源经现场控制站内的配电盘、断路器给直流稳压电源及系统供电。l每一个现场控制站均采用两路单相交流电源供电，两路互为冗余。在控制过程连续性要求较高的应用场合，应装设不间断电源UPS。l现场控制
8、站内各功能模件所需电源通常为直流电源，一般有5V、12V、15V、24V等。控制技术基础控制技术基础现场控制站现场控制站硬件（硬件（I/O模模件）件）l在现场控制站中，种类最多、数量最大的就是各种I/O模件，包括模拟量I/O模件，开关量（数字量）I/O模件和脉冲量输入模件以及一些特殊过程变量的输入输出模件等，并根据信号的类型、幅值大小等通常提供不同型号的模件。l为了保证现场I/O通道不受外界的干扰和偶然出现的高电压、大电流干扰信号的破坏，I/O模件必须配备各种隔离和保护电路，如开关量信号输入、输出的光电隔离，模拟量信号输入采用隔离放大器隔离等l各种I/O模件在设计时为保证其通用性和系统的可组态
9、性，在板上常设有一些用于改变信号量程与种类的跳线或开关，并有一组地址设置开关，用于本模件地址的确定，在系统安装时必须按组态数据仔细设定。控制技术基础控制技术基础现场控制站现场控制站软件软件控制技术基础控制技术基础现场控制站现场控制站软件周期软件周期控制技术基础控制技术基础现场控制站现场控制站软件软件各DCS产品现场控制站的实时数据库结构各不相同，但一般通用系统中的实时数据库应该包括系统中的采集点、控制算法结构、计算中间变量点、输出控制点等各种处理点的有关信息，即点索引号、点字符名称（又称仪表号）、说明信息、报警管理信息、显示信息、转换信息、计算信息等，每一点的信息构成一条“记录”，又称“点记录
10、”。控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站DCS系统在屏幕上集中显示生产过程的各项参数，操作人员坐在椅子上就可以对生产过程进行监视，一个操作人员完成了从前十几个人才能完成的监视和操作任务，人机联系发生了根本性的变化。控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站组成组成 操作员站的硬件主要由主机、显示器、键盘、鼠标或球标、打印机等组成。操作员站的任务是在标准画面和用户组态画面上汇集和显示所有有关信息，供运行人员对机组的运行工况进行监视，并通过触摸屏或专用薄膜键盘进行相应的操作控制。控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站基本功能基本功能收集各现场控制站的过程信息，建立数据库；自动检测和控制整个系统
11、的工作状态；在屏幕上进行各种画面（总貌、区域、分组、回路、趋势、报警、系统状态、流程图等）的显示；打印报表、状态和报警信息；选择自动手动控制方式，调整过程设定值或直接手操输出；进行在线变量计算和性能计算；具有磁盘操作、数据库组织、显示格式编辑、程序诊断处理等功能。控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站屏幕显屏幕显示画面示画面总貌显示画面 控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站屏幕显屏幕显示画面示画面分组显示画面 基于分组显示画面，操作员可以进行下列操作：调整给定值;控制方式切换（自动、手动和串级）；手动方式下的输出调节；启动和停止一个控制开关；显示一个回路的详细信息等。控制技术基础控制技术
12、基础操作员站操作员站屏幕显屏幕显示画面示画面细目显示画面（点显示）DCS系统中的每一个点对应一个记录。例如，一个模拟量点包含了很多信息如点的名称、单位、显示上限、显示下限、报警优先级、报警上限、报警下限，报警死区、转换系数、偏置量、硬件地址等，在点的细目显示画面中可以列出所有内容并允许操作员修改某一项的内容。控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站屏幕显屏幕显示画面示画面趋势显示画面 包含实时趋势显示和历史趋势显示控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站屏幕显屏幕显示画面示画面报警显示画面 强制报警显示、报警列表显示功能、报警确认功能控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站屏幕显屏幕显示画面示
13、画面系统状态显示画面 控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站屏幕显屏幕显示画面示画面流程图显示画面控制技术基础控制技术基础操作员站操作员站屏幕显屏幕显示画面示画面其他显示画面 包括系统的性能计算画面、特性监视画面、系统诊断画面、事件记录画面等。控制技术基础控制技术基础工程师站工程师站基本功能基本功能系统组态功能 操作员站组态功能在线监控功能 文件编制功能 故障诊断功能 控制技术基础控制技术基础工程师站工程师站系统组态系统组态系统组态系统组态硬件组态（硬件配置）硬件组态（硬件配置）软件组态软件组态控制组态控制组态显示画面组态显示画面组态系统组态系统组态为实现一定功能为实现一定功能所进行的系统硬
14、所进行的系统硬件配置件配置 给硬件系统配置有给硬件系统配置有关信息和形成所需关信息和形成所需功能的应用软件功能的应用软件 系统组态完成组系统组态完成组成系统的各设备成系统的各设备的连接的连接 显示画面组态完显示画面组态完成操作员站的各成操作员站的各种显示画面间的种显示画面间的连接连接 控制组态完成各控制组态完成各控制器、过程控控制器、过程控制装置的控制结制装置的控制结构连接、参数设构连接、参数设置等置等 控制技术基础控制技术基础工程师站工程师站控制系统组态控制系统组态功能模块（算法）是控制系统结构中的基本单元，是由集散控制系统厂家提供的系统应用程序。它由不同功能的子程序组成。功能模块通常包括结
15、构参数、设置参数和可调参数等。功能模块类型：输入、输出类功能模块、控制算法类功能模块、运算类功能模块、信号发生器类功能模块、转换类功能模块、信号选择和状态类功能模块 控制技术基础控制技术基础工程师站工程师站控制系统组态实例（功能码）控制系统组态实例（功能码）Symphony系统提供了一系列（255种）完成不同基本功能的软件模块，并给每个模块编排了一个唯一的代码，称为功能码（Function Code）。在Symphony系统现场控制单元HCU中控制模件的ROM中存放有功能码库，它是该控制模件在组态时所能使用的各种功能码的集合。控制技术基础控制技术基础工程师站工程师站组态实例（功能码组态实例（功
16、能码19：PID控制器控制器）S1过程变量（过程变量（PV）S2设定值（设定值（SP）S3跟踪信号（跟踪信号（TR）S4跟踪指令跟踪指令（TF：0跟踪；跟踪；1释放）释放）S5总增益系数（总增益系数（K）S6比例系数（比例系数（KP）S7积分系数（积分系数（KI）S8微分系数（微分系数（KD）S9控制器输出上限控制器输出上限S10控制器输出下限控制器输出下限S11设定值改变设定值改变（0正常；正常；1积分）；积分）；S12控制器正反作用控制器正反作用（0正作用；正作用；1反作用）反作用）控制技术基础控制技术基础S3自动信号（自动信号（A）；）；S6启动后该操作站的初始方式；启动后该操作站的初始
17、方式；1计算机，手动；计算机，手动；2计算机，自动；计算机，自动；3计算机、串线计算机、串线/比率；比率；6本机，自动本机，自动7本机、串级本机、串级/比率；比率；8以前的方式以前的方式S7过程变量高报警限；过程变量高报警限；S10过程变量的信号量程；过程变量的信号量程；S18切至手动指令（切至手动指令（MI：0不切换；不切换；1切换到手切换到手动且保持）；动且保持）；S20切至串级切至串级/比率指令（比率指令（C/R：0不切换；不切换；1切切换到串级换到串级/比率且保持）比率且保持）N按百分数表示的控制输出，其值由操作站方式和按百分数表示的控制输出，其值由操作站方式和自动信号输入（自动信号输
18、入（S3）或者手动操作输出确定；）或者手动操作输出确定；N2自动方式标志自动方式标志（A：1自动；自动；0手动）；手动）；N3级别标志（级别标志（0本机；本机；1计算机）；计算机）；N5计算机状态标志计算机状态标志（CF：0计算机计算机OK；1计算机故障）。计算机故障）。工程师站工程师站组态实例（功能码组态实例（功能码80：M/A操作站）操作站）控制技术基础控制技术基础工程师站工程师站组态实例（功能块）组态实例（功能块）一个控制方案是由若干个功能块（Function Block）组合而成的。当选用一个功能码添加到控制方案中时，必须为该功能码指定一个块号（即块地址），确定了块地址的功能码称为功能
19、块。为控制方案中的功能码指定块地址，实质上是为功能码在控制方案运行中产生的输出在控制模件的内存中分配一个存储区域。在控制方案中，一种功能码根据需要可以使用多次，但每次使用必须指定不同的块地址，以分别存放功能码在不同使用条件下产生的输出。这样，同一种功能码在控制方案中可以形成多个不同的功能块。这是功能码与功能块的根本区别。控制技术基础控制技术基础工程师站工程师站组态实例（功能码组态）组态实例（功能码组态）功能码的组态，就是根据控制方案，选择相应的功能码，为它们分配块地址，将其互相连接，对每个功能块指定具体的功能，并将产生的有关数据（组态数据库）存放到控制模件存储器中的过程。控制技术基础控制技术基础具有M/A手/自动站的PID调节回路组态示意图工程师站工程师站组态实例（功能码组态）组态实例（功能码组态）控制技术基础控制技术基础工程师站工程师站系统组态：系统组态：Symphony 流流程图显程图显示画面示画面控制技术基础控制技术基础DCS参数设定参数设定控制技术基础控制技术基础DCS设备控制设备控制控制技术基础控制技术基础DCS故障识别与处理故障识别与处理控制技术基础控制技术基础DCS故障识别与处理故障识别与处理控制技术基础控制技术基础DCS故障识别与处理故障识别与处理