DCS系统概述PPT课件

精选,1,DCS系统概述,21.05.2020,精选,2,据有关咨询机构2003年发布的世界DCS市场预测报告称：世界DCS市场从2002年至2007年将保持2.5的增长，从2003年的91亿美元增长到103亿美元。,精选,3,DCS的发展速度之所以不高，主要原因是美国等发达国家的经济增长速度减慢所造成。而中国近几年的DCS的增长速度应该在10以上。当今的DCS与十年前的DCS相比，发生了根本性的变化。,精选,4,依据“中国国际招标网”数据统计：在“十一五”第二个开局之年初（2007年1月-3月），我国DCS国际招标市场状况并不理想，季度累计招标项目20余项，与去年同比项目数量有所减少，影响了中标金额和数量。,精选,5,集散控制系统,DCS（DistributedControlSystem）集散控制系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。它紧密依赖于自动控制技术、计算机技术、通信技术和CRT显示技术(4C)。“分散”指：1、工艺上各种设备地理位置的分散。2、功能分散。“集”：集中监视、集中管理。,精选,6,DCS的基本思想是：分散控制集中操作分级管理配置灵活组态方便。,精选,7,集散控制系统,分散式控制系统=集散控制系统=分布控制系统DCS系统的结构是一个分布式系统。其逻辑结构为树结构。按系统结构进行垂直分解各级既相互独立由相互联系。每一级又水平分解成若干子集。,精选,8,集散控制系统发展历史,与常规控制仪表相比较：优点：控制功能齐全，可实现复杂控制、最优控制便于信息的综合和分析。存在问题：1、危险集中2、性能问题：单机负荷过载3、开发周期解决方法：选用高可靠性能的计算机引入双重化，增加后备装置,精选,9,美国的Honeywell公司于1975年成功地推出世界上第一套集散型控制系统。目前，已有60多家公司在生产开发各种类型的集散控制系统。TDC-3000，NETwork-90、CENTUM，在我国广泛使用。我国自行设计制造的系统：1979年，天津市工业自动化仪表研究所开始研制国产DCS系统，1983年，第一套国产小规模DCS系统诞生。与此同时，西安仪表厂引进日本横河公司YEWPACKMARKDCS系统，川仪总厂引进美国HoneywellTDC-3000BASICDCS系统，上海福克斯波罗公司在中国销售SPECTRUMDCS系统。,DCS系统的发展,精选,10,DCS的发展阶段,DCS经历了初创(19751980年)、成熟(19801985年)、扩展(1985年以后)几个发展时期：也有人称第一代、第二代、第三代等.DCS是继1969年PLC问世后，由HONEYWELL公司在1975年首先推出的系统。即：TDC2000，它只有模拟量控制。国内石化,化纤引进过.,精选,11,DCS发展的三个时期,1初创期(1975l976年)组成：具有许多微处理机的分级控制系统。采用分散的控制设备来适应分散的生产过程，通过高速数据通道将系统各个单元联系起来中初级的局部网络。代表性集散控制系统：TDC2000；Foxboro的Spectrum；Bailey的Network90；横河的CENTUM。,精选,12,70年代初，有人用如DEC公司的PDP11/24这样的小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制。安装在中央控制室的PDP11/24，用电缆把现场仪表的信号传到中央控制室。小型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT又作为显示设备（即人机界面）。一台小型机需接收几上千台变送器或别的传感器来的信号，完成几百个回路的运算。很显然其危险有点集中。一旦小型机坏了，控制和显示都没有了。当时数字控制没有达到预期的目的。当时有一个比喻，称为把所有的鸡蛋放在一个篮子内。篮子坏了，所有鸡蛋也都坏了。,精选,13,初创期DCS基本结构,精选,14,2成熟期(19771984年),发展：从单纯工业控制向生产管理自动化发展。产品：Honewell公司的TDC3000，Fisher公司的PROVOX，Bailey公司的MCS，日本横河的YEWPACKMARK等。,精选,15,成熟期集散控制系统基本结构,精选,16,局域网LAN,组成：通信电缆和网络节点通信电缆（双绞线、同轴电缆、光导纤维）高速、远距离传输数据信息。网络节点工作站按功能划分成过程控制单元、CRT操作站和系统管理站。,精选,17,网间连接器GW,功能：LAN与子网络以及其他网络的接口装置，起到通信系统转换器、网络协议翻译器或系统扩展器的作用,精选,18,什么时候用网桥？,当两种相同类型但又使用不同通信协议的网络进行互连时，就需要使用桥接器，也就是通常所说的网桥。如图所示。,网桥对应OSI参考模型的第二层（包括物理层与链路层）。因此网桥只能连接同一类型的网络（如以太网与以太网）。,精选,19,什么时候用网关？,当连接两个完全不同结构的网络时，必须使用网关。例如Ethernet网与一大型电脑主机网络（例如IBMSNA）相连，必须用网关来完成这项工作。如图所示。,网关工作在OSI模型的最高层（应用层），在转换信息包格式时，必须将各层协议一一转换。,精选,20,3扩展期(1985年),结构：增加了综合信息管理层，把过程控制、监督控制、管理调度有机结合在一起发展：采用专家系统MAP标准、引入计算机集成制造系统CIMS等。综合化纵向：加强综合管理功能，包括从原料进厂到生产设计、计划进度、质量检查、成品包装、出厂以及供销等一系列的管理调度。横向：形成过程自动化与顺序控制、电机控制相结合的计算机、仪表、电器综合控制系统。,精选,21,CIMS计算机集成制造系统缩写哈林顿1974,精选,22,开放化DCS按照国际统一标准组成“开放”的系统网络现场级的智能化传感器、变送器智能化现场仪表可以由现场通信器或系统的工作站进行远程访问、调零、调量程传感器输出的数字信号直接在现场仪表的通信网络上传递,精选,23,DCS的结构和特点,集散控制系统分层结构,精选,24,DCS基本结构,精选,25,1小型系统,YEWPACKMARK,精选,26,2中型系统,XL,MFCD-,精选,27,CENTUMXL,3.大型系统,精选,28,集散控制系统结构,中央操作台,网间连接器,生产管理级,LAN局域网,过程管理级,管理计算机,工程师操作站,操作员站,高速数据公路,过程控制级,DDC直接数字控制站,数据采集站,多功能控制站,可编程逻辑控制站,单回路调节控制站,精选,29,过程控制级（ProcessControlUnit）,直接面向生产过程，是系统与过程之间的接口,操作的各种信息,执行机构,特征：,能适应恶劣的工业生产过程环境,分散控制,实时性好,独立性强,过程变量(参数),操作监视的数据,过程控制装置,精选,30,过程控制级,过程控制级功能生产过程的数据采集、反馈控制、顺序控制、批量控制等。在其内部完成：A/D转换，各种控制算法的运算，对模拟量进行滤波及工程单位转换，将采集到的实时数据通过网络送到操作员(工程师)站或其他I/O站。过程控制级装置多回路控制器单回路控制器多功能控制器可编程逻辑控制器数据采集装置,精选,31,系统硬件,控制站（CONTROLSTATION,简称CS）:由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元组成通过不同的硬件配置和软件设置可构成不同功能的控制站：过程控制站PCS逻辑控制站LCS数据采集站DAS核心部件是主控制卡，它能进行多种过程控制运算和数字逻辑运算，并能通过下一级通信总线（SBUS)获得各种I/O卡件的信息。,精选,32,精选,33,机柜结构,外壳采用金属材料以提供电磁屏蔽。,机柜内部装有多层机架，安装电源及多种模件,为保证散热降温，柜内装有风扇。,柜内大多设有温度自动控制装置,精选,34,控制站插件箱,I/O插件箱,柜顶风扇,接线端子,精选,35,卡件实例图,精选,36,电源,交流电源：交流电源经过集散系统的电盘的断路器给系统供电，保证现场控制站供电系统高效、稳定、无干扰。每一现场控制站场均用双相交流电源供电，两相互为冗余。如果附近有经常开关的大功率用电设备，应采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接地。这样能很好的隔离共模干扰。对控制连续性要求特别高的场合，应装设不间断供电电源UPS。,精选,37,电源,柜内直流稳压电源：统一的主电源单元将交流电整流成直流电（一般为24V）供给柜内直流母线。各层机架内设有子电源单元，将母线上送来的单一直流电压转变成机架所需的各种电压（+5V、12V、15V等）。主控电源采用1：1冗余配置。子电源单元采用1：1或N：1冗余配置,精选,38,I/O通道,在过程控制计算机中，种类最多，数量最大的是各种I/O接口模件(卡件)。来自过程对象的被测信号通过输入卡件，进入现场控制站，然后按一定的算法进行数据处理，并通过输出卡件向执行设备送出控制或报警等信息。,精选,39,I/O通道,AI通道AO通道SI通道SO通道,精选,40,模拟量输入通道(AI),一般由端子板、信号调节器、A/D插板、及柜内连接电缆组成。端子板：用于连接现场信号电缆，对每一路信号线路提供正负极两个接线端子及屏蔽层的接地端子。柜内电缆：端子板、信号调节器与A/D板之间的信号连接。信号调节器：将各种范围的模拟量输入信号统一转换成05V或010V的电压信号送入A/D板。采用差动放大器，并且每一路都串接了滤波器。A/D插板：信号调节器输入的多路模拟信号，按CPU的指令逐一转变为数字量送给CPU。DCS多用12位A/D转换器。时间在100微秒左右。每块A/D插板输入864路模拟信号,精选,41,模拟量输出通道（AO）,输出420mA或010mA的直流电流信号。组成：D/A插板输出端子板柜内电缆,D/A插板,每板可提供48路模拟输出，精度有8位、12位几种。输出负载能力一般要求小于500欧。,精选,42,SI通道,开关量输入通道。用来输入各种限位开关、继电器或电磁阀门连动触点的开、关状态；输入信号可能是交流电压信号，直流电压信号或干接点。,SO通道,开关量输出通道，用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声报警器等只具有开、关两种状态的设备，它是由端子板、SO板及机柜内电缆构成。,开关量输入/输出通道（SI/SO）,精选,43,过程管理级,控制系统工程师、操作员与DCS的界面人机界面。MMIManMachineInterface；OIOperatorInterface,操作人员,了解生产过程的运行指令,给生产过程发出操作指令,操作管理装置,功能：以操作、监视为主要任务、兼有部分管理功能，可对系统进行组织、监视和操作，对生产过程控制管理、故障诊断等。,显示各种参数,精选,44,特征信息量大易操作性容错性好,构成装置监控计算机工程师操作台操作员操作站(配有技术手段齐备、功能强的计算机、CRT显示器、操作键盘、及较大存储量的软、硬盘),过程管理级,精选,45,生产管理级,指定区域生产计划；各单元间的协调控制；装置的故障诊断处理和记录；各类操作数据的显示和记录。,精选,46,综合（经营）管理级,主要任务：收集各种信息(经济情报、市场预测、销售合同、原材料库存状况、生产进度、工艺流程及工艺参数).产生综合性报表进行长期性的趋势分析审查最优化协调和调度各车间生产计划和各部门的关系,管理范围：工程技术、经济、商业实务、人事活动,精选,47,概貌显示画面,精选,48,仪表面板显示画面,精选,49,趋势曲线显示画面,精选,50,报警显示画面,精选,51,故障诊断画面,精选,52,调整画面,精选,53,系统软件,操作站监控软件系统简介系统总貌报警一览控制分组调整画面趋势图流程图数据一览故障诊断组态软件I/O组态常规控制方案组态SCX语言组态标准画面组态流程图登录组态网络交换数据组态报表登录组态语言报警组态图形化控制方案组态,精选,54,DCS系统的发展趋势及特点,精选,55,第四代DCS的最主要标志是两个“I”开头的单词：Information(信息)和Integration（集成。,精选,56,传统DCS和现场总线的结合,数字直接控制,传统DCS,发展,精选,57,以Honeywell、Emerson、Foxboro、横河、ABB为代表，可以说：以Honeywell公司最新推出的ExperionPKS（过程知识系统）、Emerson公司的PlantWeb(EmersonProcessManagement)、Foxboro公司的Invensys/Foxboro的I/AV8.x、横河公司的R3（PRM-工厂资源管理系统）和ABB公司的IndustrialIT系统为标志的新一代DCS已经形成。国内浙大中控ECS等。,新型DCS系统,精选,58,DCS系统特点,a.开放的网络结构采用Windows标准操作系统，支持DDE/OPC。直接使用PC机通用的MS-Excel，VisualBasic编制报表，也可同在UNIX上运行的大型Oracle数据库进行数据交换。此外，还可提供系统接口和网络接口用于与不同厂家产品管理系统、设备管理系统和安全管理系统进行通信。,精选,59,DCS系统特点,b.高可靠性控制站采用多CPU冗余容错技术，可实现在任何故障及随机错误产生的情况下连续不间断控制；机柜采用微正压结构设计；I/O模件采用表面封装技术，具1500VAC/分抗冲击性能。,精选,60,DCS系统特点,c.控制网络是容错以太网容错以太网特点是：在容错以太网节点间有4个通信路径、允许有1个通信路径故障、快速（1秒）检测和恢复时间、可在线增加和减少节点、对应用PC机完全透明、允许正常以太网结点接入、完全分布式结构没有主结点、快速100Mbps性能、传输介质为同轴电缆或光纤。,精选,61,DCS系统特点,d.可扩展性具有构造大型实时过程信息网的拓扑结构，可构成多工段，多集控单元，全厂综合管理与控制综合信息自动化系统。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。,精选,62,e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系统特点,精选,63,f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系统特点,精选,64,g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系统特点,精选,65,h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系统特点,精选,66,石化企业的主要生产装置都采用DCS,石化企业的常减压、催化裂化、加氢裂化等炼油生产装置及乙烯装置均采用了DCS控制系统。全厂各生产装置的监视、控制与操作都集中在一个中心控制室内。油品储运系统是炼油厂生产过程中最后一道工序，炼油装置生产的成品及半成品油品经调合，最后要出厂。为加强管理和控制，石化企业的油品贮运系统也采用了DCS控制系统。,精选,67,新型DCS系统应用,新建装置采用了新型DCS。有些石化企业其DCS的功能并未得到充分的利用，因此，很有必要进一步提高DCS应用水平，积极开展DCS先进控制的应用，以充分发挥DCS的作用，取得更大的经济效益。国产新一代DCS发展也很快，并配备了适合石化生产用的软件，国产DCS的功能不断增强，其可靠性也会进一步提高，将会在石化企业中得到更多应用。,精选,68,DCS与FCS,FCS是在DCS的基础上发展起来的，代表潮流与发展方向，国内有的大型项目已采用FCS，如上海赛科乙烯、南海石化项目等，在现阶段，FCS尚没有统一的国际标准，而DCS应用很广，技术成熟，发展很快，实际上，DCS仍占有不可替代的地位，预计在今后很长一个时期，DCS与FCS将相互兼容、并存和发展。另外，也有的大型工程项目采取FCS和DCS混用方式，以发挥各自的优势。,精选,69,DCS与FCS,现场总线FCS的国际标准应趋于统一，技术性能提高，可靠性提高，因而市场占有率将大幅度提高。但因目前FCS尚无统一的国际标准，配套的仪表产品有待进一步完善DCS发展很快，完备的功能和广泛的应用而占据不可替代的地位，预计今后很长一段时间,二者将共存和互补.,精选,70,上海赛科石化,上海赛科90万吨乙烯的FCS已投运，今后会有更多的项目采用FCS。10套生产装置和公用工程装置分别由10套DCS和SIS系统进行控制.全装置共有15个仪表控制外站(50250平方米),中央操作区面积1300平方米,工程师站室和各机柜房660平方米.中央控制室到外站距离最近550米最这2.5公里.,精选,71,石化企业采用ERP/MES/PCS三层企业生产经营优化层/生产过程运行优化层/基础自动化层这是自动化技术的发展趋势。,精选,72,精选,73,精选,74,石化企业生产与经营过程的分层,操作控制层是装置DCS/FCS、实时数据库；生产管理层是生产调度、油品储运等；经营管理层是ERP等三个层面。ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据，生产装置所有投入、产出数据都需在MES系统平衡处理基础上才能导入到ERP系统中。因此，石化行业ERP是否能取得效果，将取决于制造执行系统(MES)实施的水平和数据源质量以及处理的效率。,精选,75,MES主要组成1,1.实时数据库与信息管理通过实时数据库，企业可集成生产计划与生产调度、先进控制与优化、设备维护与管理、动态成本管理、化验信息系统、流程模拟与优化、ERP等系统，并把这些信息有机连在一起，在业务管理和生产控制之间起到上下贯通、管控一体化的作用。,精选,76,MES主要组成2,2.生产计划与调度优化生产调度系统实施企业生产计划，保证全厂稳定、高效地生产。调度决策系统将生产计划、生产调度、工艺操作和油品储运等联系起来，提前预测生产和油品库存情况，并可进行调度优化。,精选,77,MES主要组成3,3.流程模拟与工程通过工程流程模拟与优化等先进技术，找到最佳的操作条件，在满足生产装置安全生产和产品质量合格的优化条件下进行生产，是石化企业挖潜增效的有效途径。,精选,78,MES主要组成4,4.先进控制与优化先进控制解决方案主要包括非线性控制器、在线监控、软仪表推理技术、优化控制器维护等，可应用于催化裂化、连续重整、大型延迟焦化及乙烯等各种生产装置。用线性规划(LP)为优化基础，控制器能使生产工况在最优卡边操作。当控制器投用后，还需要监控其性能，以便作周期性维护，使其保持精确度。闭环实时优化可强化装置的可靠性，并提高效益,精选,79,MES主要组成5,5.数据校正与物料平衡通过实时数据库等系统，许多炼化企业已实现了生产过程数据的自动采集、生产装置的远程监测等，其数据校正与分析应用有以下几点：全厂生产工艺过程的物料、能源平衡计算；为成本核算、收率核算、油品移动、罐区管理和生产统计等应用提供准确可靠的数据；诊断仪表故障，发现并及时处理跑冒滴漏现象；为生产计划和调度提供有力支持；为ERP等系统提供基础数据。,精选,80,MES主要组成6,6.实时动态模拟系统实时动态模拟系统可提供整个炼厂高精确度、多功能动态模拟，可用于设计、工厂开车、工厂改造等方面的操作改进，并通过提高炼厂生产能力和培训操作员技能，实现效益的最大化。,精选,81,应用MES系统效果,在石化系统几家企业已应用MES系统，通过对物流的综合跟踪管理，可有效降低油品的损耗，有了MES这套系统后对公用工程的数据可进行有效的管理，降低了能耗，提高了能源使用效率。MES为ERP系统提供准确及时的生产数据，提高了ERP的应用效果。石化工业应用MES以后，预计项目应用的加工成本可降低1%，操作效率提高1%。据美国ARC公司调查统计，如果应用MES，产品质量可以提高19.2%，劳动生产率提高13.5%，产量提高11.5%今后，信息技术、自动化技术包括MES技术和网络技术，将会在石化生产过程中发挥更大的作用。,精选,82,电站DCS市场,由于DCS作为与电子和计算机技术结合最紧密的系统，它的生命周期取决于电子设备的制造寿命和信息技术的发展速度。目前，在运行的电站DCS设备平均寿命为68年，而电站设备平均设计寿命为3040年，由此判断电站DCS市场仅更新改造一项就有着广阔的发展空间。,精选,83,由于电站行业发展较快，因此电站应用DCS的数量已经超过石化和化工成为国内DCS最大的用户。每年占据这个市场总额的三分之一以上。2004年达到18亿元，,精选,84,精选,85,8家国外公司垄断电厂DCS,过去，国内大型发电机组分散控制系统（DCS）一直是从国外进口，被原能源部、电力部热工自动化领导小组指定的八家国外公司产品所垄断。,精选,86,限定的8家DCS,ABBINFI90Hartman&Bra