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DCS基础知识 孟庆浩2015年03月 内容提要 DCS系统概述及特点DCS系统发展历史DCS基础知识联锁逻辑基础知识简单控制系统复杂控制系统 DCS系统概述及特点 DCS是分布式控制系统的英文缩写 DistributedControlSystem 在国内自控行业又称之为集散控制系统 它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统 综合了计算机 Computer 通讯 Communication 显示 CRT 和控制 Control 等4C技术 其基本思想是分散控制 集中操作 分级管理 配置灵活 组态方便 DCS系统概述及特点 高可靠性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现 系统结构采用容错设计 因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失 此外 由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一 可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机 从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高 DCS系统概述及特点 开放性DCS采用开放式 标准化 模块化和系列化设计 系统中各台计算机采用局域网方式通信 实现信息传输 当需要改变或扩充系统功能时 可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下 几乎不影响系统其他计算机的工作 DCS系统概述及特点 灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态 即确定测量与控制信号及相互间连接关系 从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面 从而方便地构成所需的控制系统 DCS系统概述及特点 易于维护功能单一的小型或微型专用计算机 具有维护简单 方便的特点 当某一局部或某个计算机出现故障时 可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换 迅速排除故障 DCS系统概述及特点 协调性各工作站之间通过通信网络传送各种数据 整个系统信息共享 协调工作 以完成控制系统的总体功能和优化处理 DCS系统概述及特点 控制功能齐全控制算法丰富 集连续控制 顺序控制和批处理控制于一体 可实现串级 前馈 解耦 自适应和预测控制等先进控制 并可方便地加入所需的特殊控制算法 DCS发展历史 1975年美国最大的仪表控制公司Honeywell首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC 2000 ToalDistributedControl 2000 这一系统的发表 立即引起美国工业控制界高度评价 称之为 最鼓舞人心的事件 世界各国的各大公司也纷纷仿效 推出了一个又一个集散系统 从此过程控制进入了集散系统的新时期 DCS发展历史 第一阶段1975 1980 在这个时期集散控制系统的技术特点表现为 1 采用微处理器为基础的控制单元 实现分散控制 有各种各样的算法 通过组态独立完成回路控制 具有自诊断功能2 采用带CRT显示器的操作站与过程单元分离 实现集中监视 集中操作3 采用较先进的冗余通信系统 DCS发展历史 第二阶段1980 1985 在这个时期集散控制系统的技术特点表现为 1 微处理器的位数提高 CRT显示器的分辨率提高2 强化的模块化系统3 强化了系统信息管理 加强通信功能 DCS发展历史 第三阶段1985 2000 集散系统进入第三代 其技术特点表现为 1 采用开放系统管理2 操作站采用32位微处理器3 采用实时多用户多任务的操作系统 DCS发展历史 第四阶段2000年以后 DCS系统进入第四代 技术特点主要表现为 体系结构主要分为四层结构 现场仪表层 控制装置单元层 工厂 车间 层和企业管理层 一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能 而企业管理层则通过提供开放的数据库接口 连接第三方的管理软件平台 ERP CRM SCM等 所以说 当今DCS主要提供工厂 车间 级的所有控制和管理功能 并集成全企业的信息管理功能 DCS发展历史 DCS基础知识 仪表功能标志仪表功能常用字母附加功能符号 字母Y 仪表常用缩写字母仪表常用图形符号ECS 700流程图画面 DCS基础知识 仪表功能标志 仪表功能标志组成仪表功能标志由一个首字母及一个或二至三个后继字母组成 示例如下 例1PI 功能标志P 首位字母 表示被测变量类型为压力 I 后继字母 表示指示功能 例2TIC 功能标志T 首位字母 表示被测变量类型为温度 IC 后继字母 表示指示功能 控制功能 DCS基础知识 仪表功能标志 仪表功能标志组成例3HIC 功能标志H 首位字母 表示手动操作 IC 后继字母 表示指示功能 控制功能 例4FFICA 功能标志FF 首位字母 表示被测变量类型为流量 修饰字母功能为比值 ICA 后继字母 表示指示功能 控制功能 报警功能 DCS基础知识 仪表功能标志 仪表位号仪表位号由仪表功能标志与仪表回路编号两部分组成 示例如下 例1FIC 1206 仪表位号FIC 功能标志1206 回路编号例212TIC1001 仪表位号TIC 功能标志12 1001 回路编号 DCS基础知识 仪表功能标志 仪表位号回路编号可以用工序号加仪表顺序号组成 例1 也可用其他规定的方法进行编号 示例如下 例1FIC 1206 仪表位号12 工序号 一般用两位数字 也可用三位数字 06 仪表顺序号 一般用两位数字 也可用三位数字 例212TIC1001 仪表位号12 工序号1001 仪表顺序号 DCS基础知识 仪表常用字母 功能字母代号 DCS基础知识 仪表常用字母 功能字母代号 DCS基础知识 仪表常用字母 常用组合字母表 DCS基础知识 仪表常用字母 常用组合字母表 DCS基础知识 附加功能符号 字母Y 附加功能符号 字母Y HG T20505 2000 DCS基础知识 仪表常用缩写字母 仪表常用缩写字母 DCS基础知识 仪表常用缩写字母 仪表常用缩写字母 DCS基础知识 仪表常用图形符号 仪表常用图形符号常规仪表图形为细实线圆圈 图例如下 DCS图形由细实线正方形与内切圆组成 图例如下 可编程逻辑控制器图形由细实线正方形与内接四边形组成 图例如下 联锁系统图形为细实线菱形 菱形中标注 I Interlock缩写 在局部联锁系统多时 应将联锁系统编号 图例如下 I I xxx DCS基础知识 仪表常用图形符号 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 监控界面简介工具栏 鼠标放至图标上方对应画面名称即有提示 工具栏可实现画面选择 切换 操作 设置等 信息栏 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 HMI控制台右上角的编辑框用于显示系统当前位号 编辑框右边的按钮和下拉菜单用于进行对当前位号的操作 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 报警确认 点击后确认当前报警 当前显示的报警中被选中的那一个报警 当前用户有确认权限的才能进行确认 取消报警选中 点击后释放选中状态 即当前显示的报警中被选中的那一个报警取消选中 过程报警 弹出过程报警表 显示当前操作小组下的所有过程报警信息 系统报警 弹出系统报警表 若产生了系统报警则按钮背景显示红色 若有未确认的系统报警 则背景红色闪烁 状态表 弹出各状态表 强制表 OOS表 故障安全 故障恢复 报警屏蔽表 抖动开关量表 超量程表 仿真表 可显示各种状态的实时和历史记录 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 报警确认 点击后确认当前报警 当前显示的报警中被选中的那一个报警 当前用户有确认权限的才能进行确认 取消报警选中 点击后释放选中状态 即当前显示的报警中被选中的那一个报警取消选中 过程报警 弹出过程报警表 显示当前操作小组下的所有过程报警信息 系统报警 弹出系统报警表 若产生了系统报警则按钮背景显示红色 若有未确认的系统报警 则背景红色闪烁 状态表 弹出各状态表 强制表 OOS表 故障安全 故障恢复 报警屏蔽表 抖动开关量表 超量程表 仿真表 可显示各种状态的实时和历史记录 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 AI位号仪表面板及说明 AO位号仪表面板及说明 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 DI位号仪表面板及说明 DO位号仪表面板及说明 DCS基础知识 ECS 700流程图画面 每个仪表面板中都有四个跳转按钮 其功能分别打开与位号关联的各个画面 流程图 趋势图 历史报警 调整画面 联锁逻辑基础知识 程序概述编程语言数据类型变量类型逻辑运算功能 联锁逻辑基础知识 程序概述 IEC61131 3是可编程序控制器的编程语言的标准 它将现代软件的概念和现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功地结合 使它在工业控制领域的影响越出PLC的界限 成为DCS IPC PAC PC控制 运动控制以及SCADA的编程系统事实上的标准 联锁逻辑基础知识 编程语言 图形化编程语言功能块图 FBD FunctionBlockDiagram 梯形图 LD LadderDiagram 顺控图 SFC SequentialFunctionChart 文本化编程语言结构化文本 ST StructuredText 指令表 IL InstructionList 联锁逻辑基础知识 编程语言 VisualField系统软件符合IEC61131 3标准 为用户提供高效的图形编程环境 编辑工具 功能块图 FBD 梯形图 LD 顺控图 SFC 结构化文本 ST 联锁逻辑基础知识 数据类型 联锁逻辑基础知识 变量类型 联锁逻辑基础知识 逻辑运算功能 与门是对两个BOOL型的变量进行逻辑与运算 逻辑符号真值表 联锁逻辑基础知识 逻辑运算功能 或门是对两个BOOL型的变量进行或运算 逻辑符号真值表 联锁逻辑基础知识 逻辑运算功能 非门是对输入BOOL型的变量进行逻辑非运算 逻辑符号真值表 联锁逻辑基础知识 逻辑运算功能 RS触发器复位优先型RS触发器是最基本的时序逻辑装置 任意时刻 功能块的输出不仅与该时刻的输入BOOL型变量有关 还与原来的状态有关 是一种双稳态触发器 在RS触发器中 由于输入信号的触发 它的输出从一个稳态转换到另一个稳态 并长期保持 直到下一个触发信号来临 具有记忆功能 逻辑符号真值表 联锁逻辑基础知识 逻辑运算功能 SR触发器置位优先型SR触发器是最基本的时序逻辑装置 任意时刻 功能块的输出不仅与该时刻的输入BOOL型变量有关 还与原来的状态有关 是一种双稳态触发器 在SR触发器中 由于输入信号的触发 它的输出从一个稳态转换到另一个稳态 并长期保持 直到下一个触发信号来临 具有记忆功能 逻辑符号真值表 简单控制系统 概述简单控制系统的几大参数三种控制器的比较 简单控制系统 概述 简单控制系统通常是指由一个测量元件 变送器 一个控制器 一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统 简单控制系统 概述 简单控制系统通常是指由一个测量元件 变送器 一个控制器 一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统 简单控制系统 简单控制系统的几大参数 从上图中可知简单控制系统由四个基本环节组成 即被控对象 测量变送装置 控制器和执行器 被控变量生产过程中希望借助自动控制保持恒定值 或按一定规律变化 的变量称为被控变量 执行器接受控制器的输出信号 直接控制能量或物料等调节介质的输送量 达到控制温度 压力 流量 液位等工艺参数的目的 测量变送器用于检测各被控变量 如流量 温度 压力 液位 工艺参数各类仪表 对象工艺上所需控制的各类设备如塔 罐等 简单控制系统 简单控制系统的几大参数 控制器对于生产装置的温度 压力 流量 液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上 或按一定的规律变化 以满足生产工艺的要求 PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节 从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致 不同的控制规律适用于不同的生产过程 必须合理选择相应的控制规律 否则PID控制器将达不到预期的控制效果 控制器有三种 比例控制器 比例积分控制器 比例积分微分控制器 简单控制系统 三种控制器性能比较表 简单控制系统 流程图 简单控制系统 功能块 复杂控制系统 串级控制系统分程控制系统选择控制系统 复杂控制系统 串级控制系统 串级控制系统 两只调节器串联起来工作 其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统 复杂控制系统 串级控制系统 例 加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统 复杂控制系统 串级控制系统 基本概念即组成结构串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器 前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定 后一个调节器的输出送往调节阀 前一个调节器称为主调节器 它所检测和控制的变量称主变量 主被控参数 即工艺控制指标 后一个调节器称为副调节器 它所检测和控制的变量称副变量 副被控参数 是为了稳定主变量而引入的辅助变量 整个系统包括两个控制回路 主回路和副回路 副回路由副变量检测变送 副调节器 调节阀和副过程构成 主回路由主变量检测变送 主调节器 副调节器 调节阀 副过程和主过程构成 复杂控制系统 串级控制系统 串级控制系统的工业应用1 用于克服被控过程较大的容量滞后2 用于克服被控过程的纯滞后3 用于抑制变化剧烈幅度