DCS集散控制系統(tǒng).ppt

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1、集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System簡稱DCS）,主講：孔祥宗,2013年1月8日,目 錄,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 2,一、DCS概述 二、DCS構(gòu)成 三、DCS技術(shù)特點(diǎn) 四、DCS工程設(shè)計(jì) 五、DCS選用原則 六、DCS驗(yàn)收測試、安裝、聯(lián)調(diào)與投運(yùn) 七、DCS系統(tǒng)常見故障解析 八、DCS系統(tǒng)對干擾的預(yù)防措施 九、當(dāng)前流行的控制系統(tǒng),一、DCS概述,1 定義： 集散控制系統(tǒng)，(distributed control systems,簡稱DCS),又稱為分散控制系統(tǒng)，分散型控制系統(tǒng)。是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)

2、，以危險(xiǎn)分散控制，操作和管理集中為特性，集先進(jìn)的Computer計(jì)算機(jī)技術(shù)、Communication 通信技術(shù)、 Cathode Ray Tube CRT顯示技術(shù)和Control控制技術(shù)即4C技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。,Page 3,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2 發(fā)展史： 2.1 第一代DCS（70年代末期-初創(chuàng)期） 1975年美國Honeywell公司推出了世界上第一套集散控制系統(tǒng)TDC2000，它是一個具有許多微處理器的分級控制系統(tǒng),以分散的控制設(shè)備來適應(yīng)分散的過程對象,并將它們通過數(shù)據(jù)高速公路與基于CRT的操作站相

3、連接,互相協(xié)調(diào),一起實(shí)施實(shí)時工業(yè)過程的控制和監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的功能分散,負(fù)荷分散從而危險(xiǎn)性也分散。,Page 4,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2.1 第一代DCS （70年代末期-初創(chuàng)期） 在此期間世界各國相繼推出了自己的第一代DCS，比較著名的有美國Honeywell公司的TDC2000；Foxboro公司的Spectrum、Bailey公司的NetWork-90；日本YOKOGAWA公司的Centum；TOSHIBA公司的TOSDIC；德國Siemens公司的Teleperm M；Hartman&Braum公司的CO

4、NTRONIC P等。這一時期的產(chǎn)品，在技術(shù)上有明顯的局限性，微處理器多采用8位CPU。,Page 5,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2.2 第二代DCS（80年代初中期-發(fā)展期） 第二代產(chǎn)品在原基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高了可靠性,新開發(fā)的多功能過程控制站、增強(qiáng)型操作站、光纖通信等更完善了DCS。其基本結(jié)構(gòu)由六部分組成,即局域網(wǎng)絡(luò)、多功能現(xiàn)場控制站、增強(qiáng)型操作站、主計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接器和系統(tǒng)管理站等。 第二代產(chǎn)品的特點(diǎn)是采用16位CPU的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)通信向標(biāo)準(zhǔn)化遷移,板級模塊化,單元結(jié)構(gòu)化,具有更強(qiáng)適應(yīng)性和可擴(kuò)充性。控制功能

5、更加完善,它能實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、順序控制和批量控制功能。代表產(chǎn)品有美國Honeywell公司的TDC3000；Leads&Northrup公司的MAX1；TAYLOR公司的MOD300；Westing House公司的WDPF；日本YOKOGAWA公司的Centum A、B、C等。,Page 6,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2.3 第三代DCS（80年代末期成熟期） 第三代產(chǎn)品采用32位CPU和專用集成電路，開發(fā)了高一層次的信息管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了開放式系統(tǒng)通信, 向上能與MAP和Ethernet接口,或者通過網(wǎng)間連接器與

6、其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系,構(gòu)成復(fù)合管理系統(tǒng);向下支持現(xiàn)場總線,它使得過程控制或車間的智能變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時數(shù)據(jù)通信。過程控制組態(tài)采用CAD方法,使其更直觀方便,實(shí)現(xiàn)自整定功能。其代表產(chǎn)品有美國Honeywell公司的TDC-3000/LCN；Foxboro公司的I/A Series；Bailey公司的INFI-90；WestingHouse公司的WDPF；日本YOKOGAWA公司的CentumXL等。,Page 7,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,一、DCS概述,2.4 DCS現(xiàn)狀 當(dāng)今DCS更加綜合化和開放化，各種設(shè)備(計(jì)算機(jī)、

7、DCS、單回路調(diào)節(jié)器、PLC等)之間的通信能力大大加強(qiáng),以便構(gòu)成大系統(tǒng)。 隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛躍發(fā)展，集散控制技術(shù)（DCS)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益、改善勞動條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、確保生產(chǎn)安全起著重要的作用。但對于工業(yè)控制系統(tǒng)來說，不管哪家公司宣稱自己的系統(tǒng)是第幾代，也不管該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，但基本結(jié)構(gòu)還是相對穩(wěn)定。,Page 8,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,3 對國內(nèi)外幾個DCS控制系統(tǒng)性能比較 3.1 從應(yīng)用上看：,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 9,一、DC

8、S概述,3.2 從工程服務(wù)能力和客戶評價來看：,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 10,一、DCS概述,3.3 從系統(tǒng)的開放性來看：,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 11,一、DCS概述,4 未來發(fā)展趨勢 各制造廠商都在“開放性”上下功夫,力求使自己的DCS與其他廠商的產(chǎn)品很容易地聯(lián)網(wǎng)。 大力發(fā)展和完善DCS的通信功能，并將生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與工廠管理系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起，形成管控一體的產(chǎn)品。 高度重視系統(tǒng)的可靠性，在軟件的設(shè)計(jì)中采用容錯技術(shù)。 在控制功能中，不斷引進(jìn)各種先進(jìn)控制理論，

9、以提高系統(tǒng)的控制性能，如自整定、自適應(yīng)、最優(yōu)、模糊控制等。 在系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)上，形成由小到大的產(chǎn)品，以適應(yīng)不同規(guī)模。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 12,一、DCS概述,1 DCS結(jié)構(gòu) DCS一般分為現(xiàn)場控制級、過程控制級、過程管理級、和企業(yè)經(jīng)營管理級四級功能層次。對應(yīng)著這四級結(jié)構(gòu)分別有四層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（field Network)、控制網(wǎng)絡(luò)（control network)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（supervision network)、管理經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)（management network)。,Wison (Nantong) Heavy Indu

10、stry Co., Ltd.,Page 13,二、DCS構(gòu)成,1.1 現(xiàn)場控制級 又稱數(shù)據(jù)采集裝置，主要是將過程非控變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，而且對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工處理，供CRT操作站顯示和打印，從而實(shí)現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計(jì)算機(jī)。輸出裝置在有上位機(jī)的情況下，能以開關(guān)量或者模擬量信號的方式，向終端元件輸出計(jì)算機(jī)控制命令。 這一個級別直接面對現(xiàn)場，跟現(xiàn)場過程相連。比如閥門、電機(jī)、各類傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等。它們都是工業(yè)現(xiàn)場的基礎(chǔ)設(shè)備、同樣也是DCS的基礎(chǔ)。在DCS系統(tǒng)中，這一級別的功能就是服從上位機(jī)發(fā)來的命令，同時向上位機(jī)反饋執(zhí)行的情況。至于它與上位機(jī)交流，就是通過模擬信

11、號或者現(xiàn)場總線的數(shù)字信號。由于模擬信號在傳遞的過程或多或少存在一些失真或者受到干擾，所以目前流行的是通過現(xiàn)場總線來進(jìn)行DCS信號的傳遞。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 14,二、DCS構(gòu)成,1.2 過程控制級 又稱現(xiàn)場控制單元或基本控制器，是DCS系統(tǒng)中的核心部分。生產(chǎn)工藝的調(diào)節(jié)都是靠它來實(shí)現(xiàn)。比如閥門的開閉調(diào)節(jié)、順序控制、連續(xù)控制等等。 上面說到現(xiàn)場控制級，那么給它發(fā)號施令的就是過程控制級了。它接受現(xiàn)場控制級傳來的信號，按照工藝要求進(jìn)行控制規(guī)律運(yùn)算，然后將結(jié)果作為控制信號發(fā)給現(xiàn)場控制級的設(shè)備。所以，過程控制級要具備聰明的大腦，能將

12、“士兵”反饋的軍情進(jìn)行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打贏“戰(zhàn)爭”。 這個級別不是最高的，相當(dāng)于軍隊(duì)里的“中尉”。它也一樣必須將現(xiàn)場的情況反饋給更高級別的“上?！币簿褪窍旅嬷v的過程管理級。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 15,二、DCS構(gòu)成,1.3 過程管理級 是DCS的人機(jī)接口裝置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者鍵盤、打印機(jī)、大容量存儲器等。操作員通過操作站選擇各種操作和監(jiān)視生產(chǎn)情況， 這個級別是操作人員跟DCS交換信息的平臺。是DCS的核心顯示、操作跟管理裝置。操作人員通過操作站來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程，可以通過屏幕

13、了解到生產(chǎn)運(yùn)行情況，了解每個過程變量的數(shù)字跟狀態(tài)。這一級別在軍隊(duì)中算是很高的“上?！绷?。它所掌握的“大權(quán)”可以根據(jù)需要隨時進(jìn)行手動自動切換、修改設(shè)定值，調(diào)整控制信號、操縱現(xiàn)場設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 16,二、DCS構(gòu)成,1.4 企業(yè)經(jīng)營管理級 又稱上位機(jī)，功能強(qiáng)、速度快、容量大。通過專門的通信接口與高速數(shù)據(jù)通路相連，綜合監(jiān)視系統(tǒng)各單元，管理全系統(tǒng)的所有信息。 這是全廠自動化系統(tǒng)的最高一層。只有大規(guī)模的集散控制系統(tǒng)才具備這一級。相當(dāng)于軍隊(duì)中的“元帥”，他們所面向的使用者是廠長、經(jīng)理、總工程師等行政

14、管理或運(yùn)行管理人員。 它的權(quán)限很大，可以監(jiān)視各部門的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)，幫助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其計(jì)劃目標(biāo)。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 17,二、DCS構(gòu)成,2 簡述相關(guān)典型DCS系統(tǒng)主要知識結(jié)構(gòu) 2.1 Honeywell公司的PKS系統(tǒng) 美國HoneyWell公司曾成功地推出TPS，TDC2000，TDC3000，TotalPlant Alcont和PlantScape等多套DCS系統(tǒng)。 PKS ( Process Knowledge System) 是H

15、oneywell 2002年推出的開放型控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有高性能的過程控制器CPM和先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS，可完成連續(xù)的、離散的、順序的控制及數(shù)據(jù)采集功能和處理過程信息，以完成模擬控制和數(shù)字控制。 該系統(tǒng)已廣泛用于石油、化工、電力、冶金、天然氣、食品加工、醫(yī)藥、采礦等行業(yè)。 2.1.1 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（見下頁）,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 18,二、DCS構(gòu)成,ControlNet,軌道式 I/O,控制應(yīng)用 ACE,安全控制系統(tǒng) FSC,高速容錯以太網(wǎng) FTE,數(shù)字視頻 服務(wù)器 DVM,PM I/O,操作站,二、DCS構(gòu)成,

16、無線移動 服務(wù)器,C200 控制器,TDC2000,TDC3000,TPS,TPS集成 服務(wù)器,SCADA 設(shè)備(OPC, Modbus, DH+, 等設(shè)備!),過程 服務(wù)器,商務(wù)集成 服務(wù)器 eServer,工程站 和操作站,移動 終端,WAN,www,GUS,PM Family,NIM,FSC,Ethernet,LCN,資產(chǎn)管理系統(tǒng),開放接口與 高級應(yīng)用,分布式 系統(tǒng),Experion PKS 全貌圖,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 整個系統(tǒng)由工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet、控制網(wǎng)ControlNet、設(shè)備網(wǎng)DeviceNet三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。 第一層稱為以太網(wǎng)，該層網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)器（serv

17、er）、操作站（station）為主要節(jié)點(diǎn)。服務(wù)器與操作站之間采用client/server結(jié)構(gòu)，每臺server提供模擬點(diǎn)、狀態(tài)點(diǎn)和積累點(diǎn)多達(dá)2萬多個集成點(diǎn)，可實(shí)時采集各種過程裝置的實(shí)時信息。Station則提供了視窗化人機(jī)界面和強(qiáng)大的報(bào)警管理功能及豐富的應(yīng)用開發(fā)功能，具有完善的系統(tǒng)管理維護(hù)和監(jiān)控功能，因?yàn)椴僮髡九c現(xiàn)場控制站的控制器并沒有直接聯(lián)系，他們之間的數(shù)據(jù)交換是通過服務(wù)器進(jìn)行的，因此操作站要實(shí)時訪問服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，以完成對整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 20,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

18、介紹 第二層控制網(wǎng)絡(luò)稱為監(jiān)控網(wǎng)，該層網(wǎng)絡(luò)主要節(jié)點(diǎn)是服務(wù)器（server）和控制器（CPM），其中CPM廣泛采用的是C200系列混合控制器（Hybrid Controller），具有過程控制要求的連續(xù)調(diào)節(jié)、批處理、邏輯控制、連鎖等綜合控制功能。監(jiān)控網(wǎng)的相關(guān)硬件為PCIC卡，該卡件直接插在服務(wù)器的主板上，協(xié)調(diào)外圍設(shè)備之間的通訊，也即服務(wù)器與控制站之間通過PCIC卡完成數(shù)據(jù)交換。 第三層控制網(wǎng)絡(luò)稱為控制網(wǎng)，該層的主要節(jié)點(diǎn)是控制器和輸入輸出卡件，他們均采用模塊化結(jié)構(gòu)，配置靈活，各卡件均可以帶電熱插拔，不會對系統(tǒng)的運(yùn)行造成任何影響。I/O卡件是控制器的輸入輸出接口，可以進(jìn)行模擬量（-10+10v、0+5

19、v、420mA、010mA）和開關(guān)量（24220V AC、24V DC、1030V DC、48V DC、125V DC）的輸入輸出。充分滿足了生產(chǎn)過程中對各種信號類型的檢測和控制要求。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 21,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 服務(wù)器：執(zhí)行與顯示、生產(chǎn)控制、用戶應(yīng)用程序、診斷和組態(tài)等有關(guān)的應(yīng)用功能。對其它站和控制處理機(jī)進(jìn)行程序裝載。另外提供了用戶開發(fā)環(huán)境，運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)庫管理軟件和報(bào)表軟件等應(yīng)用程序。 操作站：操作站提供了使用者與系統(tǒng)功能之間的人機(jī)界面。在操作站上用戶可以調(diào)用過程顯示畫面，

20、觀察過程回路的參數(shù)、趨勢和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對過程的操作和參數(shù)的調(diào)整。 控制站：控制站是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，由它來執(zhí)行系統(tǒng)的底層功能，如現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、檢測、處理、報(bào)警和傳送信息的功能，設(shè)備啟停、連鎖控制和順序控制、模擬量連續(xù)控制及批量控制等功能。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 22,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 PKS系統(tǒng)硬件主要由PC機(jī)和FSC機(jī)柜組成，核心部分是FSC控制站。PC機(jī)提供軟、硬件組態(tài)和SOE（Sequence of Event）事件的實(shí)時記錄和歷史記錄查詢等功能；FSC控制站則進(jìn)行安全控制、串行通

21、訊、系統(tǒng)診斷和故障報(bào)警等。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 23,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 PC機(jī)為工程師站、SOE（Sequence of Event）站兼作FIX操作站，采用串行口與FSC機(jī)柜中的COM卡進(jìn)行通訊。 工程師站運(yùn)行的NAVIGATER在線邏輯監(jiān)控軟件主要通過通訊來完成FSC系統(tǒng)的硬件、數(shù)據(jù)庫、控制邏輯等組態(tài)、下裝、在線修改、在線檢測、離線測試及系統(tǒng)維護(hù)等功能。在線狀態(tài)監(jiān)測和輸入輸出強(qiáng)制功能使維護(hù)更加方便直觀。FSC系統(tǒng)的連續(xù)自診斷功能使其對自身軟硬件及現(xiàn)場設(shè)備做出診斷，以獲得有效信息，確保工

22、廠安全連續(xù)生產(chǎn)。同時將這些診斷信息通過FSC瀏覽器提供給顯示畫面。通過診斷，F(xiàn)SC系統(tǒng)使維護(hù)工程師能夠有效迅速地定位并解決故障，減少故障率，降低對工廠產(chǎn)生的危害。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 24,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 FSC系統(tǒng)的事件順序記錄功能由PC機(jī)上的SOE軟件實(shí)現(xiàn)。FSC系統(tǒng)自身具有事件順序記錄（SER）功能，可以將最近發(fā)生的200個事件順序記錄到自身的緩存中，而SOE事件記錄軟件通過與FSC系統(tǒng)的通訊把緩存中的事件記錄讀入計(jì)算機(jī)并允許用戶查閱、檢索等。 SOE事件記錄軟件通過對事件發(fā)生的歷

23、史順序進(jìn)行記錄，時間精度高，事件記錄以FSC程序運(yùn)行周期為準(zhǔn)，分辨率在300Ms左右，完全可以滿足需要。一旦程序開始執(zhí)行，F(xiàn)SC系統(tǒng)檢查所有定義的過程變量的狀態(tài)，一旦任何過程變量發(fā)生變化，系統(tǒng)的時間緩沖區(qū)就會記錄下此事件，這些事件對分析聯(lián)鎖停車事故及為有利，可以快速地分析出引起故障的原因，最大限度地減少停車事件，提高生產(chǎn)效益。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 25,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 操作員站安裝的是FIX監(jiān)控軟件，利用此軟件進(jìn)行聯(lián)鎖流程畫面繪制、數(shù)據(jù)庫、報(bào)警點(diǎn)等的組態(tài)，通過MODBUS協(xié)議與FSC系統(tǒng)

24、進(jìn)行通訊。作為操作站工藝員可以對流程畫面進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。 停機(jī)開關(guān)是兩位式開關(guān)，允許開關(guān)和置位開關(guān)是復(fù)合式開關(guān)，即將開關(guān)打到“置位”或“允許啟動”的位置后松開，它會自動彈回。要啟動一些帶聯(lián)鎖的設(shè)備必須置開關(guān)于“開”位置，設(shè)備開啟之后如因工藝條件造成聯(lián)鎖停車，只有當(dāng)工藝條件具備并將必須置位的開關(guān)打到允許設(shè)備開的位置才能正常開車。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 26,二、DCS構(gòu)成,2.1.2 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 其系統(tǒng)設(shè)備主要配置有：16路模擬量輸入處理器MC-PAIH03、16路模擬量輸出處理器MC-PAOY22、32路開關(guān)量輸入

25、處理器MC-PDIY22、32路開關(guān)量輸出處理器MC-PDOY22和脈沖輸入模件TK-MDP081、16路模擬量輸入和輸出FTA智能接線端子板、32路開關(guān)量輸入和輸出FTA智能接成端子板、16路熱電偶輸入FTA智能接線端子板、高性能CPM處理器（如：TK-PRS021）、直流24VDC西門子電源、歐姆龍繼電器等。霍尼韋爾的PKS系統(tǒng)采用輸入輸出處理器模版和FTA智能接線端子板的結(jié)構(gòu)來取代常規(guī)的輸入輸出模版對通訊信號具有更好的濾波和隔離作用。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 27,二、DCS構(gòu)成,2.2 Foxbro公司的I/A系統(tǒng) I

26、/A系統(tǒng)是Foxbro公司于1987年在世界上第一個推出的開放型工業(yè)控制系統(tǒng)。作為開放系統(tǒng)它充分考慮到了用戶的當(dāng)前利益和長遠(yuǎn)利益，以其技術(shù)上的先進(jìn)性迫使其他廠商在94年前后紛紛加入到開放性的行列。I/A系統(tǒng)集二十多年開放的經(jīng)驗(yàn)，在技術(shù)上遙遙領(lǐng)先于其他廠家， I/A系統(tǒng)最大特點(diǎn)是系統(tǒng)的軟件、硬件和通訊系統(tǒng)都廣泛采用開放型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 硬件品種少、可靠性高、組態(tài)靈活。 I/A系統(tǒng)分三層：第一層為分散過程控制級；第二層為集中操作監(jiān)控級；第三層為綜合信息管理級。層間由高速數(shù)據(jù)通路HW和局域網(wǎng)絡(luò)LAN兩級通信線路相連，級內(nèi)各裝置之間由本級的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。,Wison (Nantong) Heavy

27、 Industry Co., Ltd.,Page 28,二、DCS構(gòu)成,2.2.1 I/A系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 29,二、DCS構(gòu)成,2.2.2 I/A系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 30,二、DCS構(gòu)成,2.2.3 分散過程控制級的功能及其主要配置 構(gòu)成這一級的主要配置有：現(xiàn)場控制站、智能調(diào)節(jié)器和可編程控制器PLC。分散過程控制級是DCS的基礎(chǔ)層,它向下直接面向工業(yè)對象，其輸入信號來自于生產(chǎn)過程現(xiàn)場的傳感器（如熱電偶、熱電阻等）

28、、變送器（如溫度、壓力、液位、流量等）及電氣開關(guān)（輸入觸點(diǎn)）等，其輸出去驅(qū)動執(zhí)行器（如調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電機(jī)等），完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制、順序控制等功能；其向上與集中操作監(jiān)控級進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收操作站下傳加載的參數(shù)和操作命令，以及將現(xiàn)場工作情況信息整理后向操作站報(bào)告。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 31,二、DCS構(gòu)成,(1)現(xiàn)場控制站 a)現(xiàn)場控制站的硬件構(gòu)成 現(xiàn)場控制站一般是標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)柜式機(jī)構(gòu)，柜內(nèi)由電源、總線、I/O模件、處理器模件、通信模件等部分組成。 一般在機(jī)柜的頂部裝有風(fēng)扇組件，其目的是帶走機(jī)柜內(nèi)部電子部件所散

29、發(fā)出來的熱量；機(jī)柜內(nèi)部設(shè)若干層模件安裝單元，上層安裝處理器模件和通信模件，中間安裝I/O模件，最下邊安裝電源組件。機(jī)柜內(nèi)還設(shè)有各種總線，如電源總線，接地總線，數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線等。 現(xiàn)場控制站的電源不僅要為柜內(nèi)提供電源，還要為現(xiàn)場檢測器件提供外供電源，這兩種電源必須互相隔離，不可共地，以免干擾信號通過電源回路耦合到I/O通道中去。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 32,二、DCS構(gòu)成,一個現(xiàn)場控制站中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包含一個或多個基本控制單元，基本控制單元是由一個完成控制或數(shù)據(jù)處理任務(wù)的處理器模件以及與其相連的若干個輸入輸出模件

30、所構(gòu)成的。基本控制單元之間，通過控制網(wǎng)絡(luò)Cnet 連接在一起，Cnet 網(wǎng)絡(luò)上的上傳信息通過通信模件，送到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)Snet，同理Snet 的下傳信息，也通過通信模件和Cnet 傳到各個基本控制單元。在每一個基本控制單元中，處理器模件與I/O模件之間的信息交換由內(nèi)部總線完成。內(nèi)部總線可能是并行總線，也可能是串行總線。近年多采用串行總線。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 33,二、DCS構(gòu)成,現(xiàn)場控制站的硬件構(gòu)成,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 34,二、DCS構(gòu)成,b)現(xiàn)場控制

31、站的軟件功能 現(xiàn)場控制站的主要功能有6種，即數(shù)據(jù)采集功能、DDC控制功能、順序控制功能、信號報(bào)警功能、打印報(bào)表功能、數(shù)據(jù)通信功能。 數(shù)據(jù)采集功能：對過程參數(shù)，主要是各類傳感變送器的模擬信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、變換、處理、顯示、存儲、趨勢曲線顯示、事故報(bào)警等。 DDC控制功能：包括接受現(xiàn)場的測量信號，進(jìn)而求出設(shè)定值與測量值的偏差，并對偏差進(jìn)行PID控制運(yùn)算，最后求出新的控制量，并將此控制量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流送至執(zhí)行器驅(qū)動被控對象。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 35,二、DCS構(gòu)成,順序控制功能：通過來自過程狀態(tài)輸入輸出信號和反饋控制功能等狀

32、態(tài)信號，按預(yù)先設(shè)定的順序和條件，對控制的各階段進(jìn)行順序控制。 信號報(bào)警功能：對過程參數(shù)設(shè)置上限值和下限值，若超過上限或下限則分別進(jìn)行越限報(bào)警；對非法的開關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警；對出現(xiàn)的事故進(jìn)行報(bào)警。信號的報(bào)警是以聲音、光或CRT屏幕顯示顏色變化來表示。 打印報(bào)表功能：定時打印報(bào)表；隨機(jī)打印過程參數(shù)；事故報(bào)表的自動記錄打印。 數(shù)據(jù)通信功能：完成分散過程控制級與集中操作監(jiān)控之間的信息交換。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 36,二、DCS構(gòu)成,(2)智能調(diào)節(jié)器 智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過程控制儀表，也稱可編程調(diào)節(jié)器。其外形類似于一般的盤裝儀表，

33、而其內(nèi)部是由微處理器CPU、存儲器RAM、ROM、模擬量和數(shù)字量I/0 通道、電源等部分組成的一個微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 智能調(diào)節(jié)器可以接受和輸出420mA模擬量信號和開關(guān)量信號，同時還具有RS232或RS-485等串行通信接口。一般有單回路、2回路、或4回路的調(diào)節(jié)器，控制方式除一般的單回路PID之外，還可組成串級控制、前饋控制等復(fù)雜回路。因此，智能調(diào)節(jié)器不僅可以在一些重要場合下單獨(dú)構(gòu)成復(fù)雜控制系統(tǒng)，完成14個過程控制回路，而且可以作為大型分散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元，與上位機(jī)（即操作監(jiān)控級）連成主從式通信網(wǎng)絡(luò)，接受上位機(jī)下傳的控制參數(shù)，并上報(bào)各種過程參數(shù)。,Wison (Nantong) H

34、eavy Industry Co., Ltd.,Page 37,二、DCS構(gòu)成,(3)可編程控制器 可編程控制器即PLC，與智能調(diào)節(jié)器最大的不同點(diǎn)是：它主要配制的是開關(guān)量輸入、輸出通道，用于執(zhí)行順序控制功能。 在新型的PLC中，也提供了模擬量輸入輸出及PID控制模塊，而且均帶有RS-485標(biāo)準(zhǔn)的異步通信接口。 同智能調(diào)節(jié)器一樣，PLC的高可靠性和不斷增強(qiáng)的功能，使它既可以在小型控制系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)控制主角，又可以作為大型分散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 38,二、DCS構(gòu)成,2.2.4集中操作監(jiān)控級 集中

35、操作監(jiān)控級是面向現(xiàn)場操作員和系統(tǒng)工程師的，這一級配有技術(shù)手段先進(jìn)，功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各類外部裝置，通常采用較大屏幕、較高分辨率的圖形顯示器和工業(yè)鍵盤，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配有較大存儲容量的硬盤或軟盤， 另外還有功能強(qiáng)大的軟件支持，確保工程師和操作員對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視和操作，對生產(chǎn)過程實(shí)行高級控制策略、故障診斷、質(zhì)量評估等。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 39,二、DCS構(gòu)成,集中操作監(jiān)控級以操作監(jiān)視為主要任務(wù)：把過程參數(shù)的信息集中化，對各個現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并通過簡單的操作，進(jìn)行工程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢曲線的顯示

36、以及改變過程參數(shù)（如設(shè)定值、控制參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息）；另一個任務(wù)是兼有部分管理功能：進(jìn)行控制系統(tǒng)的組態(tài)與生成。 構(gòu)成這一級的主要裝置有：面向操作人員的操作員操作站、面向監(jiān)督管理人員的工程師操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)及層間網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器。一般情況下，一個DCS系統(tǒng)只需配備一臺工程師站，而操作員站的數(shù)量則需要根據(jù)實(shí)際要求配置。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 40,二、DCS構(gòu)成,(1)DCS的操作員站 DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人-機(jī)界面功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其主要功能就是使操作員可以通過操作員站及時了解現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前

37、值、是否有異常情況發(fā)生等。并可通過輸出設(shè)備對工藝過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、高效、高質(zhì)。 a)操作員站的硬件 操作員站由IPC或工作站、工業(yè)鍵盤、大屏幕圖形顯示器和操作控制臺組成，這些設(shè)備除工業(yè)鍵盤外，其他均屬通用型設(shè)備。目前DCS一般都采用IPC來作為操作員站的主機(jī)及用于監(jiān)控的監(jiān)控計(jì)算機(jī)。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 41,二、DCS構(gòu)成,操作員鍵盤多采用工業(yè)鍵盤，它是一種根據(jù)系統(tǒng)的功能用途及應(yīng)用現(xiàn)場的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的專用鍵盤，這種鍵盤側(cè)重于功能鍵的設(shè)置、盤面的布置安排及特殊功能鍵的定義。 由于DCS操作員的主

38、要工作基本上都是通過CRT屏幕、工業(yè)鍵盤完成的，因此，操作控制臺必須設(shè)計(jì)合理，使操作員能長時間工作不感吃力。另外在操作控制臺上一般還應(yīng)留有安放打印機(jī)的位置，以便放置報(bào)警打印機(jī)或報(bào)表打印機(jī)。 作為操作員站的圖形顯示器均為彩色顯示器，且分辨率較高、尺寸較大。 打印機(jī)是DCS操作員站的不可缺少的外設(shè)。一般的DCS配備兩臺打印機(jī)，一臺為普通打印機(jī)，用于生產(chǎn)記錄報(bào)表和報(bào)警列表打印；另一臺為彩色打印機(jī)，用來拷貝流程畫面。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 42,二、DCS構(gòu)成,b)操作員站的功能 操作員站的功能主要是指正常運(yùn)行時的工藝監(jiān)視和運(yùn)行操作

39、，主要由總貌畫面、分組畫面、點(diǎn)畫面、流程圖畫面、趨勢曲線畫面、報(bào)警顯示畫面及操作指導(dǎo)畫面等7種顯示畫面構(gòu)成。 (2)工程師站 工程師站是對DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。其主要功能是提供對DCS進(jìn)行組態(tài)，配置工具軟件即組態(tài)軟件，并通過工程師站及時調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時處于最佳工作狀態(tài)之下。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 43,二、DCS構(gòu)成,a)工程師站的硬件 對系統(tǒng)工程師站的硬件沒有什么特殊要求，由于工程師站一般放在計(jì)算機(jī)房內(nèi)，工作環(huán)境較好，因此不一定非要選用工業(yè)型的機(jī)

40、器，選用普通的微型計(jì)算機(jī)或工作站就可以了，但由于工程師站要長期連續(xù)在線運(yùn)行，因此其可靠性要求較高。 目前，由于計(jì)算機(jī)制造技術(shù)的巨大進(jìn)步，便得IPC的成本大幅下降，因而工程師站的計(jì)算機(jī)也多采用IPC。 其它外設(shè)一般采用普通的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、圖形顯示器，打印機(jī)也可與操作員站共享。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 44,二、DCS構(gòu)成,b)工程師站的主要功能 工程師站的最主要功能是對DCS進(jìn)行離線的配置和組態(tài)工作。在DCS進(jìn)行配置和組態(tài)之前，它是毫無實(shí)際應(yīng)用功能的，只有在對應(yīng)用過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析、設(shè)計(jì)并按設(shè)計(jì)要求正確地完成了組態(tài)工作之后，DCS

41、才成為一個真正適合于某個生產(chǎn)過程使用的應(yīng)用控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)工程師在進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)工作時，可依照給定的運(yùn)算功能模塊進(jìn)行選擇、連接、組態(tài)和設(shè)定參數(shù)，用戶無須編制程序。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 45,二、DCS構(gòu)成,與操作員站不同，工程師站必須對DCS本身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，包括各個現(xiàn)場I/O控制站的運(yùn)行狀態(tài)、各操作員站的運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)通信情況等等。一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)工程師必須及時采取措施，進(jìn)行維修或調(diào)整，以使DCS能保證連續(xù)正常運(yùn)行，不會因?qū)ιa(chǎn)過程的失控造成損失。另外還具有對組態(tài)的在線修改功能，如上、下限定值的改變，控制參數(shù)的修

42、整，對檢測點(diǎn)甚至對某個現(xiàn)場I/O站的離線直接操作。 在集中操作監(jiān)控級這一層，當(dāng)被監(jiān)控對象較多時還配有監(jiān)控計(jì)算機(jī)；當(dāng)需要與上下層網(wǎng)絡(luò)交換信息時還需配備網(wǎng)間聯(lián)接器。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 46,二、DCS構(gòu)成,2.2.5綜合信息管理級 由高檔微機(jī)或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)墓芾碛?jì)算機(jī)構(gòu)成，是一個管理信息系統(tǒng)（Management lnformation System，簡稱MIS），由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫、各種規(guī)程和人共同組成的工廠自動化綜合服務(wù)體系和辦公自動化系統(tǒng)。 MIS是一個以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。企業(yè)MIS可粗略地分為市場經(jīng)營

43、管理、生產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)管理和人事管理四個子系統(tǒng)。子系統(tǒng)從功能上說應(yīng)盡可能獨(dú)立，子系統(tǒng)之間通過信息而相互聯(lián)系。 DCS的綜合信息管理級主要完成生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理功能。比如進(jìn)行市場預(yù)測，經(jīng)濟(jì)信息分析；對原材料庫存情況、生產(chǎn)進(jìn)度、工藝流程及工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表；進(jìn)行長期性的趨勢分析，作出生產(chǎn)和經(jīng)營決策，確保最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 47,二、DCS構(gòu)成,2.3 YOKOGAWA公司的CS3000系統(tǒng) CENTUM CS3000是日本YOKOGAWA最新推出的第四代產(chǎn)品，主要在大化肥，石化、電廠、鋼鐵領(lǐng)域使用，屬

44、于大型控制系統(tǒng),軟件使用Widows操作系統(tǒng)。 CENTUM CS3000適用于中、大型規(guī)模過程控制集成化系統(tǒng)。系統(tǒng)功能較前幾代橫河電機(jī)的DCS系統(tǒng)有了很大的提高?？刂普緳M河專用，工程師站、操作站都使用通用PC機(jī)，是一個真正安全的、可靠的、開放的DCS控制系統(tǒng)。 目前橫河系統(tǒng)HIS使用的是DELL機(jī)。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 48,二、DCS構(gòu)成,2.3.1控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)： 綜合性：CENTUM CS3000開創(chuàng)了大規(guī)模集散型控制系統(tǒng)的新紀(jì)元 開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：支持OPC，橫河提供了系統(tǒng)接口和網(wǎng)絡(luò)接口用于與不通廠家的系統(tǒng)、產(chǎn)品

45、管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊。 系統(tǒng)控制器采用雙重化冗余控制器，保證了系統(tǒng)的可靠性。 獨(dú)家采用了4CPU冗余容錯技術(shù)的現(xiàn)場控制站，實(shí)現(xiàn)了在任何故障及隨機(jī)錯誤產(chǎn)生的情況下進(jìn)行糾錯與連續(xù)不間斷地控制；I/O模件采用表面封裝技術(shù)，具有1500VAC/分抗沖擊性能。（詳見下圖）,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 49,二、DCS構(gòu)成,CENTUM CS3000 四CPU冗余容錯結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 50,二、DCS構(gòu)成,四CPU工作原理：HIS 操作站

46、或工程師站及其它要求控制的數(shù)據(jù)自冗余的V-net去FCU，自I/O卡件來的過程數(shù)據(jù)經(jīng)ESB或RIO總線去FCU；左側(cè)CPU1和CPU2同時讀取被處理數(shù)據(jù)并分別進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果送入比較器進(jìn)行比較，在結(jié)果一致的情況下將此數(shù)據(jù)輸出；如果結(jié)果不同，右側(cè)處理器進(jìn)行復(fù)算，計(jì)算方式同左側(cè)處理器。這樣有效地診斷出任何硬件故障或隨機(jī)性運(yùn)算錯誤。阻止任何錯誤輸出，并保證不間斷地輸出正確的控制運(yùn)算結(jié)果。解決了過去的單純雙重化方式下不可能解決的例如突發(fā)性強(qiáng)電磁干擾等造成CPU計(jì)算錯誤造成控制錯誤問題。既容許CPU出現(xiàn)錯誤，并進(jìn)行適時糾正。當(dāng)某側(cè)處理器出現(xiàn)故障時或因超時看門狗定時器（WDT）發(fā)出報(bào)警指出故障處理器。所

47、以在CENTUM CS3000中因兩組處理器同時工作所以切換時間可以示為0秒。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 51,二、DCS構(gòu)成,高速的控制總線：CS3000采用橫河公司的V-NET/IP控制總線，該總線速度可達(dá)1Gbps.滿足了用戶對實(shí)時性和大規(guī)模數(shù)據(jù)通訊的要求，在保證可靠性的同時，又可以與開放的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直接相連，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單。 系統(tǒng)規(guī)模大 支持I/O卡件在線更換 現(xiàn)場控制站的高效性：控制站FCS采用高速RISC處理器VR5432，可進(jìn)行64位浮點(diǎn)運(yùn)算，具有強(qiáng)大的運(yùn)算和處理功能，此外，還可以實(shí)現(xiàn)諸如多變量控制，模型預(yù)測控制

48、，模糊邏輯等多種高級控制功能。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 52,二、DCS構(gòu)成,支持各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號的輸入/輸出卡：CS3000有豐富的過程輸入輸出接口，并且所有的輸入輸出接口可以冗余。 CS3000采用了最新的OPC技術(shù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使數(shù)據(jù)交換快捷方便。 CS3000組態(tài)方式模塊化：這樣組態(tài)比較方便，任何人組態(tài)完成其他人都能很清楚明了。 操作畫面上使用的中文注釋，操作人員使用方便。 與既有系統(tǒng)的兼容性：與橫河以往系統(tǒng)通過BCV，方便地連接在一起，實(shí)現(xiàn)對既有系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。,Wison (Nantong) Heavy Indust

49、ry Co., Ltd.,Page 53,二、DCS構(gòu)成,2.3.2 CS3000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 54,二、DCS構(gòu)成,2.3.3 FCS結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 55,二、DCS構(gòu)成,用于控制站內(nèi)，中央主控制器同本地節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重化實(shí)時通訊總線。,用于控制站內(nèi)本地節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重化實(shí)時通訊總線。,2.3.4 普光氣田系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co.

50、, Ltd.,Page 56,二、DCS構(gòu)成,2.4 浙大中控的ECS-100系統(tǒng) ECS-100控制系統(tǒng)是浙江中控技術(shù)有限公司SUPCON WebField系列控制系統(tǒng)之一，是浙江中控為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是Internet、Web技術(shù)的發(fā)展而推出的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了最新的現(xiàn)場總線技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成。各種國內(nèi)外DCS、PLC及現(xiàn)場智能設(shè)備都可以接入到ECS-100系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的自動控制。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 57,二、DCS構(gòu)成,2

51、.4.1 ECS-100系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 58,二、DCS構(gòu)成,2.4.2 ECS-100系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 國產(chǎn)浙大WebField ECS-100系統(tǒng)采用的是四層網(wǎng)絡(luò)，分別由信息管理網(wǎng)(SOnet)、操作網(wǎng)（SCnet）、過程控制網(wǎng)（SCnet）、I/O控制總線網(wǎng)（SBUS）組成。在操作網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)操作站節(jié)點(diǎn)之間包括實(shí)時數(shù)據(jù)、實(shí)時報(bào)警、歷史趨勢、歷史報(bào)表、操作記錄等一些實(shí)時數(shù)據(jù)通信和歷史數(shù)據(jù)查詢。 信息管理網(wǎng)在最上層，采用通用的以太網(wǎng)技術(shù)，符合TCP/IP協(xié)議，用于工廠級的信息傳送和管理，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理

52、的信息通道，采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)信息共享。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 59,二、DCS構(gòu)成,2.4.2 ECS-100系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 操作網(wǎng)AdvanTrol-pro在網(wǎng)絡(luò)策略和數(shù)據(jù)分組的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了具有對策C/S特征的操作網(wǎng)，可以設(shè)置專用服務(wù)站，也可以通過網(wǎng)絡(luò)策略設(shè)置，將某個人機(jī)界面（工程師站或操作員站）設(shè)置為專門的單項(xiàng)服務(wù)器，數(shù)據(jù)站可以專門配置，也可以由操作站兼作數(shù)據(jù)站。 過程控制網(wǎng)中間層為過程控制網(wǎng)（名稱為SCnet），采用雙冗余工業(yè)以太網(wǎng)，SCnet作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)（A網(wǎng)、B網(wǎng)），連接系統(tǒng)的工程師站（ES）、操作站（O

53、S）、現(xiàn)場控制站（FCS：Field control station），完成站與站之間的數(shù)據(jù)交換，具有很高的實(shí)時性和可靠性。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 60,二、DCS構(gòu)成,2.4.2 ECS-100系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹 底層網(wǎng)絡(luò)為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)稱為SBUS，采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站與各卡件之間進(jìn)行交換的通道。SBUS總線又分二層，一層為雙重化總線SBUS-S2，SBUS-S2總線是系統(tǒng)的現(xiàn)場總線，物理上位于控制站所管轄的I/O機(jī)籠之間，連接了主控制卡（FW247）和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡（FW235），第二層為SB

54、US-S1總線，物理上位于各I/O機(jī)籠內(nèi)，連接了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和各塊I/O卡件，通過機(jī)籠內(nèi)母板上的通信通道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡與各塊I/O卡之間的信息交換。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 61,二、DCS構(gòu)成,2.4.3 ECS-100系統(tǒng)控制站介紹 ECS-100系統(tǒng)控制站由兩個主控制卡（FW247）和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡（FW235）、I/O卡組成；主控卡均執(zhí)行同樣的應(yīng)用程序，一個運(yùn)行在工作模式，另一個運(yùn)行在備用模式。工作模式下的主控卡執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能，監(jiān)視其配對的備用卡件和過程控制網(wǎng)絡(luò)的好壞。備用模式下的主控卡執(zhí)行診斷和監(jiān)視主控卡的好壞，周

55、期查詢運(yùn)行中的主處理器的數(shù)據(jù)庫存儲器，接受在用的控制器發(fā)送的全部運(yùn)行信息，備用卡可隨時保存最新的控制數(shù)據(jù)，包括過程網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)、控制算法的中間值等等，保證了工作/備用的無擾動故障切換。主控卡FW247的切換有失電強(qiáng)制切換、干擾隨機(jī)切換和故障自動切換等。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 62,二、DCS構(gòu)成,ECS-100系統(tǒng)控制站,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 63,二、DCS構(gòu)成,雖然DCS經(jīng)過三十多年的發(fā)展和改進(jìn)，雖然比較完善和成熟，但在目前應(yīng)用過程中還會遇到各種各樣的問

56、題，甚至?xí)霈F(xiàn)險(xiǎn)情或重大故障和事故，對裝置生產(chǎn)造成一定影響，使用戶承受經(jīng)濟(jì)損失，因此有必要深入了解DCS的技術(shù)特點(diǎn)，選好用好DCS。DCS主要有以下技術(shù)特點(diǎn)： 1 實(shí)現(xiàn)分散控制，DCS將控制與顯示分離，現(xiàn)場過程受現(xiàn)場控制單元控制，每個控制單元可以控制若干個回路，完成各自功能。各個控制單元又有相對的獨(dú)立性，一個控制單元出現(xiàn)故障僅僅影響所控制的回路，對其他回路無影響。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 64,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),DCS的應(yīng)用需要多項(xiàng)技術(shù)支持。,2 實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理，具有強(qiáng)大的人機(jī)接口功能。CRT操作站與現(xiàn)場控制單元分

57、離。操作人員通過CRT和操作鍵盤可以監(jiān)控整個生產(chǎn)裝置生產(chǎn)情況，并按預(yù)定的控制策略通過系統(tǒng)組態(tài)組成各種不同的控制回路，并可調(diào)整回路中任一參數(shù)對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行各種控制。CRT屏幕顯示信息豐富多彩（工藝流程圖、趨勢曲線、操作指導(dǎo)、報(bào)警信息等等。 3 過程管理級（process Management unit)以中央控制室的操作站為主，配以工程師站、打印機(jī)等外部設(shè)備。過程管理級以操作監(jiān)視為主要任務(wù)，把過程參數(shù)的信息集中化對各個控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并通過簡單的操作，的進(jìn)行工程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢曲線的顯示以及改變過程參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的集中操作和統(tǒng)一管理。并兼有數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)組態(tài)，優(yōu)化

58、過程控制。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 65,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),4 工廠管理級（Plant Management unit)是DCS系統(tǒng)的最高級。其主要功能是進(jìn)行優(yōu)化控制；對主要數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示存儲和輸出；根據(jù)市場需求、各種與經(jīng)營有關(guān)的信息因素和生產(chǎn)管理的信息，作出全面綜合性經(jīng)營管理決策，以協(xié)調(diào)各級任務(wù)。 上述DCS采用的分層結(jié)構(gòu)，使信息一方面自下而上逐漸集中，同時又自上而下逐漸分散實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能分散、危險(xiǎn)分散、提高可靠性、強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)用靈活性、降低投資成本便與系統(tǒng)維修和技術(shù)更新。,Wison (Nantong) Heavy Indus

59、try Co., Ltd.,Page 66,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),5 豐富的軟件功能：DCS控制系統(tǒng)可完成從簡單的單回路控制到復(fù)雜的多變量最優(yōu)化控制，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)反饋控制，實(shí)現(xiàn)離散順序控制；實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、顯示、打印、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲等日常全部操作要求。用戶可以通過選用DCS提供的控制軟件包達(dá)到所需的控制目的。 6 采用高可靠性的技術(shù)：高可靠性是DCS發(fā)展的生命，當(dāng)今大多數(shù)DCS的MTBF已達(dá)到10萬小時以上，除了硬件工藝外，廣泛采用冗余、容錯等技術(shù)也是保證DCS高可靠性的主要措施。硬件設(shè)計(jì)均采用冗余化配置；軟件技術(shù)上采用容錯技術(shù)、故障智能化自檢和自診斷等等，以提高系統(tǒng)整體的可靠性。,Wison (N

60、antong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 67,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),7 控制站和I/O卡技術(shù)：控制站是DCS的技術(shù)核心，向下經(jīng)過I/O卡與現(xiàn)場儀表相連。向上經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)與人機(jī)界面相連。在DCS高度開放的今天，控制站的I/O卡基本上還是DCS生產(chǎn)廠家自己生產(chǎn)的主設(shè)備之一，這足以說明生產(chǎn)廠對其重視的程度，因此一套系統(tǒng)能否得到用戶的擁護(hù)在很大程度上要看它的控制站是否穩(wěn)定、可靠。它的穩(wěn)定性、可靠性、源自于合理的結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的制造工藝、和成熟的控制層軟件。 I/O卡件作為DCS與現(xiàn)場儀表連接的輸入和輸出設(shè)備設(shè)備，完成儀表信號數(shù)據(jù)的采集和輸出工作，一般有模擬量輸入、模擬量輸

61、出、開關(guān)量輸入輸出、脈沖量輸入卡。這些卡件的關(guān)鍵點(diǎn)就是在于它的信號轉(zhuǎn)換的位數(shù)和采用的隔離技術(shù)，因?yàn)樗鼤绊懢群涂垢蓴_能力。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 68,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),8 人機(jī)界面技術(shù)：人機(jī)界面包括操作站、工程師站和各種應(yīng)用站。在DCS發(fā)展早期，大部分廠家的人機(jī)界面設(shè)備都是自己制造，因此相應(yīng)的操作系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)也是自己開發(fā)。由于研發(fā)的專用設(shè)備和系統(tǒng)的投入較大，DCS軟硬件價格都很高，只有實(shí)力強(qiáng)大的大公司才有能力使用。到了90年代的中期后期才出現(xiàn)選用PC機(jī)作為操作站的DCS，操作站的軟硬件逐步通用化。開始操作系統(tǒng)選用的是

62、UNIX系統(tǒng)或WINDOWS系統(tǒng)，選用UNIX系統(tǒng)一般比較穩(wěn)定，但成本高，選用WINDOWS成本低，但系統(tǒng)容易死機(jī)。但隨著WINDOWS系統(tǒng)的穩(wěn)定和不斷提高以及WINDOWS系統(tǒng)的價格優(yōu)勢，其系統(tǒng)已逐步成為主流。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 69,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),傳統(tǒng)的DCS的操作站與控制站的通信方式采用對等或主從方式。操作站直接與控制站通信、傳輸數(shù)據(jù)。在這里特別提出，由于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)界面怎樣與DCS通信網(wǎng)絡(luò)連接又有了另外一種方式。把服務(wù)器連在DCS通信網(wǎng)絡(luò)上，服務(wù)器和人機(jī)界面組成服務(wù)器/客戶機(jī)格式，服務(wù)器是數(shù)

63、據(jù)源，人機(jī)界面是客戶機(jī)，它是數(shù)據(jù)的用戶。采用這樣的結(jié)構(gòu)，對于大系統(tǒng)可以明顯減少操作站與控制站之間的專用接口的數(shù)量，有利于保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性和安全性，有利于對數(shù)據(jù)的應(yīng)用和管理。但最大的問題是風(fēng)險(xiǎn)變得集中了，為解決這個問題怎么辦？,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 70,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),服務(wù)器的冗余配置類似PKS的解決方案,9 通信網(wǎng)絡(luò)：通信網(wǎng)絡(luò)是DCS的重要組成部分，它是DCS的生命線，在DCS整個系統(tǒng)的實(shí)時性、可靠性和可擴(kuò)展方面起著重要的作用。我們都知道第一代、二代DCS通信網(wǎng)絡(luò)都是由各制造廠獨(dú)自開發(fā)，在不同制造廠DCS之間通

64、信存在一定的困難。第一代DCS通信網(wǎng)絡(luò)為高速公路，采用雙絞線或通軸電纜，速率在1MBit/S以下，二代DCS通信網(wǎng)絡(luò)為局域網(wǎng)，采用同軸電纜或光纖，通信速率在1-10MBit/S，第三代DCS開始開放性的通信網(wǎng)絡(luò)得到越來越廣泛的應(yīng)用，由于以太網(wǎng)應(yīng)用的廣泛性、成熟性和開放性，使大多數(shù)DCS生產(chǎn)廠家都先后轉(zhuǎn)向了以太網(wǎng)。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 71,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),雖然以太網(wǎng)已成為DCS等各類工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，但在網(wǎng)絡(luò)的高層規(guī)約方面，目前仍然是各家DCS生產(chǎn)廠家的自有技術(shù)。傳統(tǒng)的DCS用兩條獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)（A、B)實(shí)

65、現(xiàn)冗余，兩臺設(shè)備之間只有一條通信路徑，基本是單條網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，有故障時整條網(wǎng)絡(luò)切換（A到B或B到A),網(wǎng)絡(luò)上僅容許出現(xiàn)單個故障，在某一個時刻僅有一個回話。為提高可靠性和效率，DCS生產(chǎn)廠家不斷改進(jìn)和發(fā)展DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以容錯以太網(wǎng)的出現(xiàn)（FTE)提供給節(jié)點(diǎn)之間更多的網(wǎng)絡(luò)通信路徑，承受多個多重故障。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 72,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),局部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)：DCS采用的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，傳輸實(shí)時控制信息，進(jìn)行全系統(tǒng)綜合管理，對分散的過程控制單元和人機(jī)接口進(jìn)行控制、操作管理。大多數(shù)分散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)

66、采用光纖傳輸，通信的安全和可靠性大大地提高，通信的協(xié)議向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。 系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，安裝調(diào)試方便。由于采用模塊結(jié)構(gòu)和局域網(wǎng)絡(luò)通信，因此用戶可以根據(jù)實(shí)際需要方便地?cái)U(kuò)大和縮小系統(tǒng)規(guī)模，組成所需要的單回路和多回路系統(tǒng)。在控制方案需要變更時，只需要重新組態(tài)編程，與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)相比省了換表、接線等工作。,Wison (Nantong) Heavy Industry Co., Ltd.,Page 73,三、DCS技術(shù)特點(diǎn),10 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用：早期的DCS在現(xiàn)場檢測和控制方面主要采取模擬技術(shù)或開關(guān)技術(shù)進(jìn)行傳輸。現(xiàn)場總線出現(xiàn)后，多數(shù)DCS廠家作為現(xiàn)場總線的主要推薦者都把這一技術(shù)包括在新一代DCS中，新一代DCS除了繼續(xù)提供常規(guī)的模擬信號接口和開關(guān)量接口外，還提供各種形式的現(xiàn)場接口，支持各種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線、儀表執(zhí)行結(jié)構(gòu)等