第二讲_DCS控制系统.ppt

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 第二讲集散控制系统介绍 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 2 第一节集散型控制系统概述 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 3 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 4 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 5 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 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 6 集散型控制系统 集散控制系统 DistributedControlSystem 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 7 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 8 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 9 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 10 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 11 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 12 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 13 三 集散型控制系统体系结构示例 14 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 15 局部控制网络 LCN 是TDC3000的主干网 通过计算机接口与DECnet Ethernet相连 同DEC VAX系统计算机联系构成综合管理系统 与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 3000有三种通信链路 16 TDC 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 17 TDC 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 KMM 和可编程控制器 PLC 等 18 TDC 3000有四种CRT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 2000CRT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 19 TDC 3000 在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 20 第三节集散型控制系统的构成 基本型DCS系统的构成 21 以智能仪表作为控制站的DCS系统 22 以个人计算机为管理级的DCS系统 23 二 人 机接口的构成 操作台目前流行的操作台有三种 24 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键盘 25 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 26 二 DCS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 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 27 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DCS系统组态 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 28 DCS硬件组成 29 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 各卡件功能如表所示 30 组态 1 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 31 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 32 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 33 34 2 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 35 3 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 36 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 1 131 与128 128 1 132 单击 整理 即保存 操作画面如图6 31所示 37 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 38 39 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 doc 40 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 41 6 总貌画面设置 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 图6 34总貌画面设置 42 43 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 44 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 45 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 图6 37趋势设置画面 46 47 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 48 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 49 单击 数据 事件定义 定义事件如下 event 1 getcurhour mod1 0andgetcurmin 0andgetcursec 0event 2 getcurtime 8 00 00orgetcurtime 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 50 4 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 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 51 52 5 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 53 1 正确显示总貌画面 54 2 正确显示分组 图6 41分组画面 55 3 正确显示数据一览画面 图6 42一览画面 56 4 正确显示趋势画面 图6 43趋势画面 57 5 正确显示流程图画面 图6 44流程图画面 58 6 正确显示报表画面 图6 45报表画面 59 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 60 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 61 二 投运操作记录表格以中控的CS2000为例 投运记录表格如下6 3表 doc 62 第七节智能仪表 一 智能化测量控制仪表 智能化测量控制仪表的基本组成以单片机为核心的智能化测量控制仪表的基本组成如下图所示 63 智能化测量控制仪表的特点 A 在测量控制仪表中采用单片机 以微处理器为基础 技术使之成为智能化仪表后能够解决许多传统仪表不能或不易解决的难题 B 简化仪表电路 提高仪表的可靠性 降低仪表的成本C 加快新产品的开发速度 目前 这类智能化测量控制仪表已经能够实现四则运算 逻辑判断 命令识别 自诊断自校正 甚至自适应和自学习的功能 随着科学技术的发展 这类仪表的智能程度必将越来越高 64 二 智能压力变送器 1 3051C型智能压力变送器 65 各部分的作用如下 A 压力传感器 P 测量被测介质的压力 或差压 B 温度传感器 组装在传感组件内 用于补偿温度变化对测量结果的影响 C A D转换器 将检测到的模拟信号转换为数字信号 D D A转换器 将数字信号转换成模拟信号输出 E 传感器组件存储器 传感器组件存储器内存有修正系数和传感器组件的有关信息 电子组件存储器 电子组件存储器内存有变送器的量程值以及变送器的组态信息 F MP微处理器 它是智能变送器的核心部件 除协调变送器内部分部件执行预定操作外 还有线性化运算 调量程 工程单位转换 阻尼特性调整 故障诊断以及通信等功能 G DI O数字通信口 通过它可与使用相同通信协议的控制系统进行直接数字通信 H 268组态器 它是以微处理器为基础的与智能压力变送器进行数字通信的接口装置 是一种新型的调试工具 利用它能在现场 或控制室 对3051C智能压力变送器进行调校 测试以及对程序组态的编制和修改等工作 I 量程 零点调整 用于数字化调整时的刻度和零位调整 66 ST3000智能压力变送器 静压传感器 Ps 测量静压变化 以便对差压元件进行补偿 实现高精度测量 Multiplexer多路调制器 对P T Ps输入的信号进行调整缓冲 并输到A D 其余部分同3051C中的各部分 67 三 智能控制仪表 这是一种数字化的过程控制仪表 其外表类似于一般的盘装仪表 而其内部却是由微处理器 RAM ROM 模拟量与数字量转换输入输出通道与独立的电源等基本组成部分所构成的一个微型的计算机系统 可以说除控制点的区别之外 它的功能与现场控制站大同小异 一般有单回路 2回路 4回路或8回路的控制器 至于控制方式除一般PID之外还可组成串级控制 信号选择控制及前馈控制和按预定曲线进行程序控制等等 为便于仪表操作人员使用 其人机交互界面 面板的设计及操作方法与常规的模拟控制器基本相同 例如 左图所示的多回路控制器 68 多回路过程控制器原理图 69 第八节可编程控制器 可编程控制器简称PC 英文全称 ProgrammableController 为与个人计算机 PC 相区别 现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字 即PLC 英文全称 ProgrammableLogicController PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 70 一 PLC的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 2 硬件配套齐全 功能完善 适用性强 3 易学易用 深受工程技术人员欢迎 4 系统的设计 安装 调试工作量小 维护方便 容易改造 5 体积小 重量轻 能耗低 二 PLC的应用领域目前 PLC在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制造 汽车 轻纺 交通运输 环保及文化娱乐等各个行业 使用情况大致可归纳为如下几类 1 开关量的逻辑控制 2 模拟量控制 3 运动控制 4 过程控制 5 数据处理 6 通信及联网 71 三 PLC的硬件构成 图6 53整体式PLC组成框图 72 图6 54模块式PLC组成框图 73 四 PLC软件系统及常用编程语言 PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成 系统程序包括监控程序 编译程序 诊断程序等 主要用于管理全机 将程序语言翻译成机器语言 诊断机器故障 系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中 不能直接存取和干预 用户程序是用户根据现场控制要求 用PLC的程序语言编制的应用程序 也就是逻辑控制 用来实现各种控制 STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包 也就是用户程序 我们就是使用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制 以及逻辑程序执行结果的在线监视 PLC提供的编程语言有标准语言梯形图语言 语句表语言 逻辑功能图语言 74 五 PLC的工作过程 75 六 S7系列可编程控制器简介 S7 300系统组成S7 300系统组成包括 CPU模块 接口模块 IM 信号模块 SM 功能模块 FM 通信处理器 CP 及电源模块 PS 等 如图所示 76 模块安装在专用的机架即导轨 RACK 上 模块上集成了背板总线 通过背板总线和总线连接器将各模块相连接 如图6 57所示 1 负载电源 选项 2 后备电池 CPU313以上 3 24VDC连接4 模式开关5 状态和故障指示灯6 存储器卡 CPU313以上 7 MPI多点接口8 前连接器9 前门 77 2 编程语言S7 300使用STEP7编程语言 有指令表 STL 梯形图 LAD 功能块图 FBD 结构化控制语言 SCL 顺序控制 GRAPH 状态图 HiGRAPH 及连续功能图 CFC 等 通常使用指令表 梯形图 功能块图语言 以下例举常用的位逻辑 定时器和计数器的指令 及相应的梯形图和功能块图的表示法 78 3 STEP7程序的使用 1 创建一个项目结构 项目就象一个文件夹 所有数据都以分层的结构存在于其中 任何时候你都可以使用 在创建一个项目之后 所有其他任务都在这个项目下执行 2 组态一个站 组态一个站就是指定你要使用的可编程控制器 例如S7300 S7400等 3 组态硬件 组态硬件就是在组态表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板 地址一般不用修改由程序自动生成 模板的特性也可以用参数进行赋值 4 组态网络和通讯连接 通讯的基础是预先组态网络 也就是要创建一个满足你的控制方案的子网 设置网络特性 设置网络连接特性以及任何联网的站所需要的连接 网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验一定不要修改 5 定义符号 可以在符号表中定义局部或共享符号 在你的用户程序中用这些更具描述性的符号名替代绝对地址 符号的命名一般用字母编写不超过8个字节 最好不要使用很长的汉字进行描述 否则对程序的执行有很大的影响 6 创建程序 用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储 创建程序是我们控制工程的重要工作之一 一般可以采用线形编程 基于一个块内 OB1 分布编程 编写功能块FB OB1组织调用 结构化编程 编写通用块 我们最常采用的是结构化编程和分布编程配合使用 很少采用线形编程 7 下载程序到可编程控制器 完成所有的组态 参数赋值和编程任务之后 可以下载整个用户程序到可编程控制器 在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下 STOP或RUN P RUN P模式表示 这个程序将一次下载一个块 如果重写一个旧的CPU程序就可能出现冲突 所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式 79 第九节现场总线控制系统一 现场总线的概念 按照IEC和现场总线基金会的定义 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式 双向传输 多分支结构的通信网络 主要解决工业现场的智能化仪器仪表 控制器 执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 有通信就必然有协议 从这种意义上讲现场总线实质上是一个定义了硬件接口和通信协议的标准 使自控设备与系统步入了信息网络的行列 为其应用开拓了更为广阔的领域 一对双绞线上可挂接多个控制设备 便于节省安装费用 节省维护开销 提高了系统的可靠性 为用户提供了更为灵活的系统集成主动权 80 不同的机构和不同的人可能对现场总线有着不同的定义 不过通常情况下 大家公认现场总线的本质体现在以下六个方面 1 现场通信网络2 现场设备互联3 互操作性4 分散功能块5 通信线供电6 开放式互联网络 二 现场总线的实质和优点 81 三 现场总线控制系统的结构 现场总线是一种串行的数字数据通讯链路 它沟通了生产过程领域的基本控制设备 即现场级设备 之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备 即车间级设备 之间的联系 图6 58是一个简单的现场总线控制系统的实例 该系统主要包括一些实际应用的设备 如PLC 扫描器 电源 输入输出站 终端电阻等 其它系统也可以包括变频器 起码流调速装置 人机界面等 82 四 主流现场总线简介 HART总线系统HART系统是1985年由罗斯蒙特公司开发出的一种协议 它可以将模拟信号调制成调频信号 并利用数字调频信号进行传输 CAN总线系统它是一种对等式的现场总线网 其物理层采用双绞线 符合ISO DIS11898标准 其数据链路层采用CSMA CD协议 建立了良好的优先级控制机制 LonWorks总线系统Lonworks采用Neuron芯片 这是集控制器和网络通信处理器于一体的芯片 内置4个cpu 一个用于控制 可以处理现场I O 另两个处理网络通信 因此 Lonworks具有明显的网络处理能力优势 Profibus总线系统Profibus是一种多主从的令牌网络 得到令牌的节点可以向网上发布信息 其余节点接受 Profibus的物理层采用EIA485 数据链路层采用令牌协议 每个系统允许最多4个段 每段可以挂接32个点 FF总线系统是遵守ISA IEC的SP50现场总线标准 FF除了定义ISO的第一 第二 第七层外 还定义了新的一层 用户协议层 FF采用了HART协议中的DDL作为该层的一个组成部分 83 1 什么是集散控制系统 就是 一方面强调控制的分散性 另一方面 又强调管理的集中性 2 集散控制系统的特点是什么 A 自主性B 可靠性C 协调性D 友好性E 适应性 灵活性和可扩充性F 在线性 总结 DCS相关概念 84 3 DCS是怎样构成的 从结构上划分 DCS包括过程级 操作级和管理级 过程级主要由过程控制站 I O单元和现场仪表组成 是系统控制功能的主要实施部分 操作级包括 操作员站和工程师站 完成系统的操作和组态 管理级主要是指工厂管理信息系统 MIS系统 作为DCS更高层次的应用 目前国内各行业应用到这一层的系统较少 4 DCS的控制程序是由谁执行的 DCS的控制决策是由过程控制站完成的 所以控制程序是由过程控制站执行的 5 过程控制站的组成如何 DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统 主要由电源 CPU 中央处理器 网络接口和I O组成 85 6 I O是什么 控制系统需要建立信号的输入和输出通道 这就是I O DCS中的I O一般是模块化的 一个I O模块上有一个或多个I O通道 用来连接传感器和执行器 调节阀 7 什么是I O单元 通常 一个过程控制站是有几个机架组成 每个机架可以摆放一定数量的模块 CPU所在的机架被称为CPU单元 同一个过程站中只能有一个CPU单元 其他只用来摆放I O模块的机架就是I O单元 8 I O单元和CPU单元是如何连接的 I O单元与C