DCS的概念20130225.ppt

集散控制系统,自动化系 黄建兵,邮箱：,博客：/huangkjdx,为什么需要控制系统？,先看一下造纸的短片,课程的任务 学习方法 基础知识要求,课程的任务,1，DCS的概念,2，DCS的体系结构,3，DCS的硬件系统,4，DCS的软件系统,5，DCS的通讯网络系统,6，DCS的性能指标,7，工程实例,学习方法,1，课堂教学，作业,2，参考课本，上网搜集最新资料,3，查阅相关书籍,基础知识要求,1，计算机控制，PLC知识,2，过程控制理论、自控原理,3，计算机网络,4，现场仪表及执行器知识,5，现场总线知识,第一章 绪论,第一节 计算机控制系统基础知识,常规仪表控制系统原理框图,计算机控制系统原理框图,计算机控制系统硬件组成框图,信号采样问题？（精度、周期）,1.1.3计算机控制系统的分类,1,数据采集系统(Data Acquisition System，DAS),1.1.3计算机控制系统的分类,2,操作指导控制(Operation Guide Control，OGC)系统,1.1.3计算机控制系统的分类,3,直接数字控制(Direct Digital Control，DDC)系统,1.1.3计算机控制系统的分类,4,计算机监督控制(Supervisory Computer Control，SCC)系统,1.1.3计算机控制系统的分类,5，集散控制系统(Distributed Control System，DCS),专用机柜，看录像,计算机控制系统的发展,最初：DDC直接数字控制系统（集中控制系统） 20世纪70年代：DCS集散控制系统（集中管理、分散控制） 20世纪60年代：PLC可编程逻辑控制器 20世纪末：FCS现场总线控制系统 目前及未来：CIMS计算机集成制造系统 CIPS计算机集成过程系统,1.1.5 控制计算机的几种机型（和课本有不同）,1.3 集散控制系统概述,集散控制系统又称为分散型控制系统（Distributed Control System）,简称为DCS系统，是对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种全新的分布式计算机控制系统。,1. 基本情况,工作原理：该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理机监控，实现最优化控制，通过CRT装置、通信总线、键盘、打印机等进行集中操作、显示和报警。,1.3.2,集散控制系统的基本组成,2)基本结构,(1) 过程控制单元(Process Control Unit，PCU)，又叫现场控制站。它是DCS的核心部分，对生产过程进行闭环控制，可控制数个至数十个回路，还可进行顺序、逻辑和批量控制。,(2) 过程接口单元(Process Interface Unit，PIU)，又叫数据采集站。它是为生产过程中的非控制变量设置的采集装置，不但可完成数据采集和预期处理，还可以对实时数据作进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，实现开环监视。,2,集散控制系统的基本组成,2)基本结构,(3) 操作员站(Operating Station，OS)是集散系统的人机接口装置。除监视操作、打印报表外，系统的组态、编程也在操作站上进行。 操作站有操作员键盘和工程师键盘。操作员键盘供操作人员用，可调出有关画面，进行有关操作，如修改某个回路的给定值；改变某个回路的运行状态；对某回路进行手工操作、确认报警和打印报表等。工程师键盘主要供技术人员组态用，所有的监控点、控制回路、各种画面、报警清单和工艺报警表等均由技术人员通过工程师键盘进行输入。,2,集散控制系统的基本组成,2)基本结构,(4) 数据高速通道(Data Hiway，DH)，又叫高速通信总线、大道和公路等，是一种具有高速通信能力的信息总线，一般由双绞线、同轴电缆或光导纤维构成。它将过程控制单元、操作站和上位机等连成一个完整的系统，以一定的速率在各单元之间传输信息。,(5) 管理计算机(Manager Computer，MC)。管理计算机是集散系统的主机，习惯上称它为上位机。它综合监视全系统的各单元，管理全系统的所有信息，具有进行大型复杂运算的能力以及多输入、多输出控制功能，以实现系统的最优控制和全厂的优化管理。,集散控制系统的特点（P23）,分散性和集中性 自治性和协调性 灵活性和扩展性 先进性和继承性 可靠性和适应性 友好性和新颖性,(1) 以回路控制为主要功能的系统。 (2) 除变送和执行单元外，各种控制功能及通信、人机界面均采用数字技术。 (3) 以计算机的CRT、键盘、鼠标，轨迹球代替仪表盘形成系统人机界面。 (4) 回路控制功能由现场控制站完成，系统可有多台现场控制站，每台控制一部分回路。 (5) 人机界面由操作员站实现，系统可有多台操作员站。 (6) 系统中所有的现场控制站、操作员站均通过数字通信网络实现连接。,对DCS作一个比较完整的定义(P22)：,小结：,1.3.3,集散控制系统的发展历程 从1975年第一套DCS诞生到现在，DCS经历了3个大的发展阶段，或者说经历了三代产品。 (1). 第一代DCS (初创期) 第一代DCS是指从其诞生的19751980年间所出现的第一批系统，控制界称这个时期为初创期或开创期。这个时期的代表是率先推出DCS的Honeywell公司的TDC2000系统，同期的还有Yokogawa(即横河)公司的Yawpark系统、Foxboro公司的Spectrum系统、Bailey公司的Network 90系统、Kent公司的P4000系统、Siemens公司的TelepermM系统及东芝公司的TOSDIC系统等。,(2). 第二代DCS(成熟期) 第二代DCS是在19801985年推出的各种系统，其中包括Honeywell公司的TDGC-3000、Fisher公司的PROVOX、Taylor公司的MOD300及Westinghouse公司的WDPF等系统。,早期的DCS控制系统,(3). 第三代DCS(扩展期) 第三代DCS以1987年Foxboro公司推出的I/A Series为代表，该系统采用了ISO标准MAP(制造自动化规约)网络。这一时期的系统除I/A Series外，还有Honeywell公司的TDC-3000/UCN、Yokogawa公司的Centum-XL和/1XL、Bailey公司的INFI-90、Westinghouse公司的WDPF、LeedsNorthrup公司的MAXl000及日立公司的HIACS系列等。,(4). 新一代DOS的出现 DCS发展到第三代，尽管采用了一系列新技术，但是生产现场层仍然没有摆脱沿用了几十年的常规模拟仪表。DCS从输入输出单元(IOU)以上各层均采用了计算机和数字通信技术，唯有生产现场层的常规模拟仪表仍然是一对一模拟信号(4mA20mA DC)传输，多台模拟仪表集中接于IOU。生产现场层的模拟仪表与DCS各层形成极大的反差和不协调，并制约了DCS的发展。电子信息产业的开放潮流和现场总线技术的成熟与应用，造就了新一代的DCS，其技术特点包括全数字化、信息化和集成化。,图1-1.1 某炼铁厂计算机监控室,1.5,几种典型的集散控制系统,（）Horeywell公司的TDC-3000系统,5,几种典型的集散控制系统,（）Horeywell公司的TDC-3000系统,术语解释。 PCN：工厂控制网。 LCN：局部控制网。 UCN：通用控制网。 US、GUS：通用操作站、全局用户操作站。 HG：数据高速公路接口网关。 NG：局部控制网络网关。 CB：基本控制器。 EC：扩展控制器。 MC、A-MC：多功能控制器、先进多功能控制器。 PM、APM、I-PM：过程管理站、先进过程管理站、高性能过程管理站。 LM：逻辑管理站。 HM：历史模块。 AM：应用模块。 HTD：数据高速公路通信指挥器。 NIM：网络接口模块。 PLNM：工厂控制网与局部控制网接口单元。,5,几种典型的集散控制系统,（）ABB公司Industrial-I系统,5,几种典型的集散控制系统,（）和利时公司的HOLLiAS系统,5,几种典型的集散控制系统,（）和利时公司的HOLLiAS系统,5,几种典型的集散控制系统,（）和利时公司的HOLLiAS系统,5,几种典型的集散控制系统,（）和利时公司的HOLLiAS系统,现场控制站(正面) 现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元、现场总线和专用机柜等部分组成，采用分布式结构设计，扩展性强。其中主控单元是一台特殊设计的工业计算机，采用分布式全 32-bit 微内核实时操作系统QNX，运行工程师站所下装的控制程序，进行工程单位变换、控制运算，并通过监控网络与工程师站和操作员站进行通讯，完成数据交换；智能IO单元完成现场内的数据采集和控制输出；电源单元为智能IO单元提供稳定的工作的电源；现场总线为主控单元与智能IO单元之间进行数据交换提供通讯链路。 主控单元采用冗余配置，通过现场总线（Profibus-DP）与各个智能I/O单元进行连接。在主控单元和智能IO单元上，分别固化了相应的板级程序。主控单元的板级程序固化在半导体存储器中，而将实时数据存储在带掉电保护的SRAM中，完全可以满足控制系统可靠性、安全性、实时性要求。而智能IO单元的板级程序同样固化在半导体存储器中。,控制柜正面,控制柜北面,六 HOLLiASMACS系统的体系结构,和利时公司在成功地开发并应用了HS-DCS-1000系统和HS2000系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今最先进的技术 ，采用成熟的先进控制算法，推出了公司的第四代DCS系统HOLLiASMACS系统。,该系统是一个完善、经济、可靠的控制系统，基于Profibus 现场总线技术设计，支持 FF、DEVICENET、CANBUS 等主流总线；采用嵌入式控制系统QNX、分布式数据库，属于C/S的体系结构；集成的OPC技术，支持超过100家众多的厂家的典型优秀的应用；采用成熟的先进控制算法，对控制系统实现计算机监控，并且集成了DMS系统 、RealMIS系统、 ERP系统、SCM和 CRM系统等，可在智能现场仪表设备、控制系统、企业资源管理系统之间进行无缝信息流传送，轻易实现工厂智能化、管控一体化，为工厂自动控制和企业管理提供全面的解决方案。目前已成功应用在300MW火力发电机组的全功能控制和秦山核电600MW机组等工程项目。,HOLLiASMACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统（DCS）、大型数据采集监控系统（SCADA）功能。 HOLLiASMACS系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、打印服务站、系统服务器、系统网络、控制网络等组