集散控制(示例及应用).ppt

第三章霍尼威尔的TDC3000系统,1975年11月Honeywell公司在世界范围内首先推出了以微处理器为基础的分散控制系统TDC2000（TotalDistributedControl）系统。经过多年来的发展与完善，以IEEE802.3和ISA88023通信标准为基础，1988年开发了开放性分散控制系统TDC3000：局部控制网络LCN及网络节点，如万能操作站US、带XWindows万能操作站UxS、历史模件HM、应用模件AM、带XWindows应用模件AxM等；万能控制网络UCN及网络节点，如网络接口模件NIM，过程管理站PM、先进过程管理站APM、逻辑管理站LM、后来的高性能过程管理站HPM等。UCN通过NIM与LCN相连。,90年代Honeywell公司又推出TotalPlant全厂一体化系统TPS，成为第四代DCS的代表产品之一。它是一种功能强大、配置灵活、结构开放的自动化系统，经济高效地集营销和生产信息、先进过程控制、全厂历史数据以及信息管理于一体。,3.1TDC-3000UCN系统概况,TDC3000UCN是在TDC3000LCN基础上发展而产生的。它是主要进步是：在通信链路方面，它采用与ISO标准相兼容的IEEE802.4令牌总线网络，速度较TDC3000BASIC系统的HW快20倍，达到5MBS。采用M68000系列32位微处理器。采用多微处理器的过程管理站PM、先进过程管理器APM作为控制与数据采集设备和逻辑管理站LM，它们都是UCN设备，通过NIM与LCN网相连。,一、局域控制网络通信链路LCN（LocalContralNetwork）TDC3000LCN是一种高速局域控制网络，它拥有高级控制模块和广泛的数据采集和分析能力；通过LCN上的万能操作站（US），可以将信息连接到万能控制网络和数据高速公路上。其中，两根同轴电缆是连接TDC3000系统中各模块的主要媒介。一根为工作电缆，另一根为冗余电缆。任一电缆都可以将远程的万能操作站和其他模块连接起来。LCN担负着各模块间全部的信息交换任务，包括来自和到达模块的信息以及集成在TDC3000系统的过程子系统中的信息。LCN的硬件组成有同轴电缆、连接器、终端连接器以及位于每一模块和通道处的LCN接口板，每根LCN同轴电缆可达300m。其上连接的设备称为节点，最多64个。LCN采用令牌式广播通讯协议，传输速率为5MBS。,二、网络接口模块NIM（NetworkInterfaceModule）NIM是LCN网络和UCN网络之间的接口，它提供了LCN网络与UCN网络的通信技术及协议间的相互转换，它使LCN网上模件能访问UCN设备的数据，并将LCN上程序与数据库装载到APM、PM、LM等UCN设备；也可将UCN设备的报警信息传送到LCN网络上。LCN与UCN网络的时间由NIM进行同步处理，由NIM将LCN网络的时间向UCN网络广播。每个LCN网络最多接10个冗余的NIM模件。每个冗余的UCN网络，可以有多个冗余的NIM模件，每个NIM允许组态最多8000个数据点。,图3.1TDC-3000的系统结构,3.5TDC3000UCN的应用实例,国内的石油企业与国外的大型石化企业一样，在自动化领域经历过、正在经历和将要经历：从分散的就地控制向集中控制、从集中控制向分散控制、从分散控制DCS向现场总线控制FCS的发展过程。大庆地区的大庆石化公司（包括炼油厂和乙烯、大化）、大庆炼化公司（原大庆油田化工总厂或称化学助剂厂）是应用集散控制系统比较集中的大型联合企业。它们拥有的DCS类型之多，应用之早在全国是很突出的。,一、一套常减压的TDC3000系统大庆石化公司炼油分厂的一套常减压1995年10月改造成DCS，这是HoneywellTDC3000最小的系统，版本是R530，采集点430个，操作站为US，过程管理站为APM。,二、一重催的TDC3000系统1992年投产的重油催化装置HoneywellTDC3000是龙凤炼油厂的第二套集散系统，它的成功运行对龙凤炼厂是非常重要的，可以说它在培养人才，消化引进技术方面起到了很好的示范作用。此时的TDC300是R300（1984年）版本，操作站为US。1997年再到这里实习时，这套系统的版本已经升级。TDC3000应该有R330、R430、R530几个版本。一套重催的中央控制室共六台操作站：反再系统由二台操作站（US02、US03）控制；分馏系统由二台操作站（US04、US05）控制；气体分馏由二台操作站（US06、US07）控制，另设一台工程师站（US01），在单独的房间。机柜室与控制室玻璃隔断，便于调试、观察、管理。整个系统是较大的系统，在LCN网上挂了7台操作站US（包括工程师站）、上位机接口CG、历史模件HM（冗余）、应用模件AM二台（AM12运行HoneywellRMPCT先进控制软件、AM13运行其它应用程序，如LOOPTUNII回路自整定软件）、网络接口模件NIM（冗余）。在UCN网上挂了逻辑控制站LM（冗余）、三台过程管理站PM（冗余）。,第四章霍尼威尔的TPS系统,90年代Honeywell公司推出的TotalPlant全厂一体化系统TPS，成为第四代DCS的代表产品之一。它是一种功能强大、配置灵活、结构开放的自动化系统，经济高效地集营销和生产信息、先进过程控制、全厂历史数据以及信息管理于一体。,4.1概述,Honeywell的TPS重新定义自动化系统的概念，集先进过程控制、优化、全厂历史数据和信息管理功能于一体，使这些功能成为自动化系统的有机组成部分。,图41传统工厂系统结构与TPS系统结构图,图42TPS系统构成,图42TPS系统构成（之二）,4.2TPS系统硬件和软件构成,一、LCN（LocalControlNetwork）局部控制网络LCN网用以支持TDC3000LCN网络上模件之间的通信，遵循IEEE802.4通信协议。其功能有：在网络上各模件之间传送所有信息；按有效规约和高速通信，保证实时信息交换；通过冗余的传输媒介及信息完整性检查，提供可靠通信。LCN网上所有模件均有两个LCN接口，对两条冗余同轴电缆均有发送和接收电路。当一个发生故障，另一个备用就接替。发送和接收电路采用变压器隔离方式。LCN网除了传送信息外，还发送一个连续的12.5kHz系统同步时钟信号，用以保持各模件时间同步。,一个LCN网上最多有64个节点（Node），一条LCN网最多挂20条UCN网。LCN网同轴电缆与模件相连采用T形接头。LCN网区域同轴电缆长度不超过300米，光纤电缆长度为2000米。两条通往电缆与LCN节点的接口必须严格对应，即A通信电缆只能与标有A的接口相连，B通信电缆只能与标有B的接口相连，否则LCN网络容易发生通信故障，导致LCN网络部分或全部死机。采用LCN扩展器时，光纤时钟发送器、光纤时钟接收器应分别设在不同的LCN节点中。每条通信电缆的两端必须有终端电阻。其主要技术数据为：总线拓朴结构；广播式通信方式，令牌存取通信控制方式；IEEE802.4协议，串行传输信号，信号通信速率为5Mbit/s；通信电缆冗余配置，采用同轴电缆或光纤电缆。,六、UCN（UniversalControlNetwork）万能控制网络UCN网络是过程IO与TDC3000、TPS连接的可靠网络平台。（一）UCN特点UCN采用IEEE802.4和ISO标准通信协议，传送速率5Mbit/s，令牌传送；冗余通信电缆，可挂32对冗余节点；UCN网支持PEERTOPEER通信，使得网上HPM可以互相通信，互享信息，灵活实现先进、复杂的控制策略。UCN网上节点包括：NIM、HPM、APM、PM、SM、LM。,4.5HoneywellTPS系统的应用,一、龙凤炼油厂的润滑油TPS系统大庆石化公司龙凤炼油厂的糠醛、酮苯、调合三套装置在1997年8月检修期间，对装置进行了重大的改造，由气动仪表改为DCS控制系统，三套装置共用一个联合控制室，称为润滑油控制室，采用HoneywellTPS新一代集散控制系统。,二、龙凤炼油厂的焦化TPS系统焦化车间的主要设备有三台加热炉、六个焦炭生成塔；一个分馏塔以及几个储罐和换热器，DCS主要对加热炉、焦炭生成塔、减压渣油处理等生产过程实现控制。这个系统是最小的TPS系统，三台GUS操作站，没设专门的工程师站，通过钥匙可以转变为工程师站。HM、NIM、HPM是冗余的，AM不冗余，主要控制回路61个，大部分采用单回路PID控制，串级调节系统仅1个，可见该系统目前在控制软件上，处于初级阶段，仅仅是在功能上替代常规仪表。,第五章日本横河CENTUMCS-1000系统,日本横河电机株式会社（YOKOGAWA）在多年从事自动化仪表和工业控制计算机的基础上，于1975年发表了CENTUM型分散控制系统，其后相继推出CENTUMXL、CENTUMCS、XL等系统。1997年初又推出了用于中小生产规模的操作站基于WindowsNT操作系统的CENTUMCS1000(及后来的CS3000)集散控制系统。,CS1000将DCS的性能与PC完美结合，并采用WindowsNT操作系统，使其具有开放的操作环境，在PC机上实现全部集散控制系统的功能，属于新一代开放型网络控制系统。CS1000的最大特点是：利用通用IBMPCAT兼容计算机实现操作站的功能，把集散控制系统操作站的功能用个人计算机来实现。使用流行的WindowsNT作为操作系统成为开放式集散系统。通过WindowsNT操作系统和传统DCS操作、监视的结合，为用户提供了友好的操作环境。,5.1横河CS1000系统构成,CS1000系统构成见图51所示。它是由HIS操作站（最多8台）及FCS（PFCS）现场控制站（最多16个）组成。这些设备之间用冗余的VL控制总线连接，实现FCS和HIS之间数据的传输，另外，HIS操作站还可以通过以太网连接，进行数据传输。HIS操作站上可接激光打印机。,图51CENTUMCS系统结构图,图51BCS-1000系统,5.2横河CS1000系统的通讯,CS1000系统的站间联系采用数据通信方式，如果使用总线转换器或门路单元，VL总线可以和XL，CENTUM，上位机等连接。VL总线的性能简述如下：信道为同轴电缆，最大传送距离为185m，如果加转换器，传输距离可达16Km，如果使用光缆，加光适配器，传输距离可达20Km。传送速度为10Mbps，最多连接23个站。采用令牌传输方式，即将通信控制权在各站间顺序传送，而且某站出现故障时，可以旁通，这也保证了通信的可靠性。为保证通信的可靠性，采用双重化，即线路和通信接口卡、耦合器等硬件均双重化，在软件方面有循环冗余校验（CRC）自诊断、站自动复原等功能。操作站和控制站之间进行双向通信，对于反馈控制和顺序控制实现了CRT操作的快速反应、实时性和高度的可靠性。,图5-3,5.6CS1000系统的应用,一、成品储运的CS1000系统大庆石化公司龙凤炼油厂成品储运的横河CS1000把07单元及08单元的控制设备和主控制室的设备连成一个网，并为柴油调合预留了卡件等。成品储运的CS1000系统由3个HIS操作站、8个PFCD控制站组成（见图334）。其中，08单元设一个PFCD控制站，07单元设一个PFCD控制站，一台HIS操作站，由于07单元和08单元距主控制室较远，它们和主控室之间采用光纤连接。（一）系统维护功能系统信息窗口是各类窗口的灵魂，通过它，可以调出各类窗口，系统维护窗口可以通过系统信息窗口调出。系统维护窗口有：系统状态总貌显示窗口；系统报警窗口；FCS状态显示窗口；HIS设置窗口；时间设置对话框。,第六章IASeries开放式分散控制系统,美国Foxboro1987年推出的世界上第一个体现开放概念的新一代过程管理和控制系统IASeries（IntelligentAutomationSeries），智能自动化系列系统，它成为第三代DCS的代表，具有划时代的意义。IAS系统率先将通用计算机的思想引入集散控制系统，使其功能得到更大范围的拓宽，它是推出，领导了整个DCS系统更新换代的潮流，使DCS获得了更大的发展。IASeries广泛地采用国际标准，符合国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连（OSI）参考模型。系统允许将其他制造厂家的产品纳入自己的系统，也考虑到将来新开发的产品容纳到IASeries中来，这样随着软硬件技术的发展，IAS得到进一步加强。,6.1IASeries概述,为了达到开放系统的目的，IASeries在硬件、软件和通信网络的设计上均采用国际公认的标准。在软件上采用与标准的UNIX系统完全兼容的VENIX和SOLARIS操作系统。IASeries的应用软件与硬件彼此独立，不因硬件更新而使现有的软件失效。与UNIX兼容的软件，不作修改或稍作修改即可应用于IASeries。采用C和FORTRAN等高级编程语言。IASeries全面采用IEEE802标准的工业控制系统。其节点总线一般采用IEEE802.3标准。宽带和载波带局域网采用了IEEE802.4标准，现场总线采用IEEE1118标准。美国Foxboro公司的IASeries可以与该公司的其他产品Spec200、MICRO、SPECTROM等有效地结合在一起，使用户可以花很少的投资，就可将原有的控制系统升级成先进的IASeries控制系统。,图6-1I/AS系统的构成,6.2IASeries的网络结构,IASeries系统的通信网络是建立在国际标准化组织（ISO）所定义的开放系统互连（OSI）标准基础上的，并符合IEEE的规范，是按照局域概念构造的标准网。IASeries的通信网络结构分为四个层次：宽带局域网（BroadbandLan）、载波带局域网(CarrierbandLan)、节点总线(NodeBus)和现场总线(FieldBus)。,图62IASeries的网络结构,一、宽带（Broadbandlan-basebandlocalareanetwork）符合IEEE802.4标准(WAP)，总线结构，令牌传送，同轴电缆15Km，10MB，可下挂64个载波带。,二、载波带（Carrierbandlan-carrierbandlocalareanetwork）符合IEEE802.4标准(WAP)，总线结构，令牌传送，同轴电缆1.2Km，光缆10km，速率5MB，可下挂64个节点总线。三、节点总线（NodeBus）符合IEEE802.3标准(Ethernet)，总线结构，带冲突检测的多路送取争用总线传送方式，同轴电缆30m（不用扩展组件），用扩展组件每次300m，可用2次，速率10MB，可下挂64个站组件。,四、现场总线（Fieldbus）符合IEEE1118标准，总线结构，带冲突检测的多路送取争用总线传送方式，速率268.75Kbps，双绞线10m，用FBI距离可达1200m，若用光纤，每对调制解调器3000m，可用五次，达20km。本地方式最多挂24个现场组件；远方方式最多64个现场组件。IASeries的系统结构是按节点（NODE）概念构成的。节点独立运行，完成自动控制的各种功能，并可通过兼容网络与其他FOXBORO或非FO