集散控制系统ppt1.3DCS

集散控制系统,第1章分散控制系统概论,1.1分散控制系统的产生1.2分散控制系统的结构1.3分散控制系统的特点1.4分散控制系统的分散方式1.5分散控制系统的发展,1.4分散控制系统的分散方式,系统的分散包含了三层意思：功能分散：将一个主系统的控制功能分解成若干子系统控制功能来完成。物理分散：整个系统控制功能由许多不同的物理实体（硬件）分散实现。地理分散：基本控制单元安放在就地。集散系统的发展目标：应是过程控制单元按地理位置分散于现场，控制一个或数个回路，即：将中央控制室中的控制功能移植到传感器和执行器附近的现场去。各控制单元的信息通过通信系统集中到中央操作站，实现全系统的综合管理。,分散控制的内涵包括：,分散智能（DI:DistributedIntelligence）过程单元本身都可以与简单的本地显示装置（或数据显示装置）接口，中央操作站可以显示全系统任何一个分散过程点全部信息。分散显示（DD:DistributedDisplay）各个本地显示操作站既可以调用其它各地显示操作站的信息，又可以调用中央操作站的信息。分散数据库（DDB:DistributedDataBase）分散通信功能（DC:DistributedCommunication）分散供电（DP:DistributedPower）分散负荷,功能分散：,火电厂的热力系统是一个复杂的大系统，常把它划分为若干个系统，如：制粉系统，燃烧系统，汽水系统等等。单元机组的控制功能纵向可分为4级，,功能分散,1、单元机组级：主要实现与协调控制系统高层控制任务有关的控制功能，例如：单元机组主控指令的形成，单元机组负荷给定值的形成和控制，单元机组的协调控制；单元机组的负荷能力计算，机组自启停的顺序控制。,功能分散,2、功能组级：主要实现子系统中较高层次的顺序控制和连续控制。对应某些子系统：燃烧系统，风烟系统，给水系统，过热蒸汽系统，再热蒸汽系统，高低压旁路系统，凝结水系统。,顺序控制：在功能组级形成控制子功能组的启动或停止命令。连续控制：功能组级完成某些控制回路的主控任务，向下一级控制器发出主控信号。,功能分散,3、子功能组级主要实现每个被控对象的顺序控制与连续控制，许多基本的控制作用均在这一级实现。4、过程I/O级是分散控制系统与被控生产过程之间的桥梁，是每一个模拟量或开关量的出入口，它们直接与现场的变送器、执行器、继电器、电动装置等现场设备相连。,物理分散,物理分散=控制分散在系统硬件上的反映。整个系统所要完成的控制任务是由许多不同的物理实体分散的实现的。1、层次分散型：分为2层或多层，上层控制器用以实现高级控制功能，下层实现一些基本功能。,层次分散型的特点：1硬件结构与系统的功能分散相适应，每一部分都有较强的自制性，上层实效下层仍可维持基本功能。2合理的进行功能分配，每个控制器负荷比较均匀，因而可降低对硬件技术指标的要求。3系统中的通信是多层次的，直接与控制有关的信息在低层通信总线上高速传播，监视和管理信息在高层通信网络传输。因此通信系统信息流分布合理，不会造成通信网络上信息拥挤。,水平分散型：各个控制器在硬件结构上处于平等地位。特点：硬件结构清晰，控制器形式统一，便于维护和备份。由于没有多层次的通信系统，所以尽管对通信系统的速度和容量要求较高，但是结构比层次分散型更简单。,地理分散,功能分散是由被控生产过程的特点所决定的，物理分散是由控制系统的硬件结构所决定的。DCS的安装布置方式有两种：地理集中式：把所有的基本控制单元集中安装在中央控制室或附近的电子设备室内；地理分散式：就是把基本控制单元安装在被控生产过程附近，在整个厂房内分散布置。目前大多采用的是地理集中的分布方式。将基本控制单元分别布置在锅炉房和汽机房的按机柜地理分散方式也逐渐推广应用。,DDZ-I、II、III型：功能分散+物理分散+地理集中；组件组装式：功能分散+物理分散+地理集中；计算机集中控制式：功能集中+物理集中+地理集中；计算机与模拟仪表混合：功能分散、物理分散、地理集中型。第一、二代DCS：功能分散+物理分散+地理集中；第三代DCS：功能分散+物理分散+地理适度分散或彻底分散,国内电厂DCS的应用情况,DCS自1975年出现，已经历3代的更新，几乎每个发达国家都有自己的产品。且2-3年更新一次。型号、种类难以统计。1985年电力规划设计总院批准，在望亭电厂300MW机组，选用美国西屋WDPF进行DCS应用试点，实现DAS和MCS（模拟量控制）功能。同期，华能国际电力开发公司在300MW机组进口成套发电设备的时候，也随主机进口了以DCS为基础的控制系统。几年的安装调试，这些电厂的DCS均随机组同时投运。结果：能满足大机组运行要求，解决了用户所担心的可靠性问题，开始推广，但功能还只限于DAS，MCS，SCS（顺控系统）。同时还保留了较多的模拟仪表和硬手操设备。,1992年1994年，原能源部、电力部热工自动化领导小组（后为国家电力公司热工自动化领导小组）推荐了8种先进的DCS品种：INFI-90（N-90）美Bailey，北京自动化研究所合资，1989年引进WDPF美WestingHouse,上海自动化仪表公司合资，94HIACS-3000日本日立公司，北京电子部6所合资，86MAX-1000美L&N（利之脑），上海自动化仪表公司DCS分公司1991TELEPERM-ME德SIMENS,南京电力自动化设备总厂，1993I/ASERIES美FOXBORO上海仪表公司1982PROCONTROL-P瑞士ABB公司，电力部中能电力科技开发公司CONTRONIC-E德H&B（哈特曼布朗）四川仪表总厂,1994年，国家电力部组织专家，由“中国电机工程学会，过程自动化交流中心”牵头，对16家电厂的5种DCS进行了使用情况调查。,1995年底专家组提出调查报告。例：损坏情况（16个电厂17套DCS，按年平均损坏率计算）,损坏原因：有质量问题，有施工问题。结论：“均能满足大型火电机组的运行要求”。,95年后，一些大型DCS生产厂家（特别是8种以外）加紧了对我国的市场拓展，纷纷在价格、性能等方面进行调整，其中包括HoneyWell.97.8.24电力部热工自动化领导小组召开了第6次会议：总结DCS试点经验，继续抓好扩大试点。在单机600MW和“按新厂新模式管理”的单机300MW机组上采用DCS坚持DEH与FSSS宜独立配置，可用DCS实现，也可单独实现。不强调三者的一致性。更不强求没有DEH和FSSS业绩的DCS供应商在提供DCS的同时提供这两套系统。推荐使用国产化DEH和FSSS加快电气纳入DCS的工程试点对推荐的8套DCS实行动态管理,因为台州电厂#7机组（300MW）使用的西门子T-ME/XP系统：自1996.10时运以来到97.3：22次死机，8次不正常跳闸，数据采集不对，CRT显示时间过长等事故。2002年6月11日，国家电力公司办公厅印发了办科200215号文关于撤消原“部热工自动化领导小组”的通知，全文如下：各有关单位：1992年1994年期间，原能源部、电力部热工自动化领导小组根据热工技术的发展趋势对微机分散控制系统（简称DCS）在火电大机组上应用的问题提出了指导性意见，根据DCS产品的先进性及其在火电厂的应用业绩、工程经验及与国内制造厂家合作等情况，曾先后提出了推荐的DCS产品供工程招标选用。该指导性意见在DCS引进初期，对促进其推广应用，规范市场竞争，降低造价，促进技术进步，支持国产化等方面发挥了重要作用。为适应我国加入WTO后的要求，经公司研究决定撤销原部热工自动化领导小组，原领导小组关于DCS选型的推荐意见也同时废止，各发电企业在今后的DCS招标工作中可根据工程的需要，通过公平竞争自行选用适用的产品。,实际情况19852001年国内火电厂已采用229套DCS（不包括小型DCS），其中用于300MW以上机组的176套，有14个型号。2000年后，凡新上机组，几乎都采用DCS,同时国产DCS开始应用到100MW及以下的机组中。如今25MW机组也在采用DCS。总体数量无从统计。“盘台全推”模式。,DCS的典型示例,HS2000系列DCS的体系结构概述国产DCS中的典型代表之HS2000型集散控制系统北京和利时公司1995年10月推出的分布式控制系统。HS2000系统是中型的分层分布式控制系统，采用冗余设计、现场总线结构、带电插拔技术、智能I/O、自动诊断等先进技术，在可靠性方面达到国际同类产品水平，具有较高的性价比。HS2000CAS综合自动化系统是以实现全厂综合自动化为目标的，层次和规模易于改变的大型系统。MACS（MeetAllCustomersSatisfaction）系统综合了国际最新技术成果，旨在令绝大多数用户满意。两种主要类型：HS2000标准型与HS2000-Plus，两种类型的系统在功能上基本相同，HS2000-Plus系统主要在网络性能、处理速度等方面更具优越性。,网络体系HS2000系统是一个三层网络结构，三层网络将整个系统分为管理级、操作级及现场级，根据不同的系统规模可进行灵活配置。(1)管理协调网络MNET管理协调网络是HS2000系统的最高一级网络，其功能为完成不同装置之间的协调控制、数据通信；企业内多组装置的管理数据通信；大型工业过程不同部分间的协调控制。通信介质采用光纤或同轴电缆。(2)系统网络SNETSNET是系统连接工程师站、操作员站和现场控制站等节点的实时通讯网络。其冗余结构、热备份工作，保证在任何一网络失效的情况下不影响系统通信。功能为完成现场控制站向操作员站传输数据；各现场控制站间的数据传递，以满足大范围协调控制的需要；操作员站和工程师站向现场控制站传递组态数据或控制指令；保持各操作员站之间数据的一致性。,(3)控制网络CNET现场控制站内各个I/O组件之间及各组件内部的各模板之间的数据联系采用了网络通信，而不是传统的并行总线。这样做的优点是各I/O模板之间相对独立，其中的某块模板出现故障只影响本板而不会影响其它模板。而在过去的并行总线结构中，如果某块模板出现故障，特别是总线接口部分出现故障，则故障很难隔离，经常导致整个系统的瘫痪。,操作站体系（1）工程师站HS2000系统的工程师站用于对应用系统进行功能组态，组态数据下装，亦可兼作操作员站。工程师站上运行一套在MS-Windows图形界面下的全方位的汉化组态软件,为用户提供一个灵活、方便、全面的工程平台,以实现用户的各种控制策略。工程师站硬件也可不单独配置，而由系统中的任何一台操作员站代替。（2）操作员站HS2000系统的操作员站使操作人员能通过专用薄膜键盘或轨迹球灵活、方便、准确地监视过程量，以及根据流程变化调整过程参数等。操作员站采用开放结构，选用高可靠工业控制机，配以其它设备，组成一个完整的操作员站系统。,（3）历史站在历史站上运行着HS2000-Plus系统的历史服务器软件。历史站上保存了整个系统的历史数据，可完成对历史数据的收集、存储和发送。当操作员站通过历史网络向历史站发出历史数据申请时，历史站将历史数据发送给操作员站。（4）现场控制站现场控制站是HS2000系统直接与现场打交道的、大规模的I/O处理系统,是一个具有信号采集、回路调节、逻辑联锁、顺序控制及本地操作功能的现场控制设备。根据现场的不同需求，用户可对现场控制站进行灵活配置，以实现下述功能：以过程控制为主,辅以顺序逻辑控制；以顺控逻辑、连锁控制功能为主体的现场控制装置；构成一个对大批过程信号进行总体信号采集的现场采集站；现场控制站上可配置本地操作员操作接口，实现本地操作；提供了与其它现场智能设备如PLC、智能仪表、智能调节仪表等的接口。,冗余体系现场控制站标准配置为两个主控制器，为冗余结构。主控制器上有硬件构成的冗余切换电路和故障自检电路。两个主控制器进行热备份，切换过程是无扰的。电源单元采用特殊设计，冗余配置，并联使用，均流运行。各种I/O模板均带有冗余切换机制或备份机制。隔离体系实现I/O模板智能化，将控制有效分散到各I/O模板，降低主控制器负担。采用现场总线技术，取代传统的并行总线，使各摸板的故障被有效地隔离。所有模板均带有隔离电路，无需另配隔离器。通道间也可提供隔离措施，清除由于现场地电位差时系统造成的损坏。,可维护体系现场控制站的所有模板上均带有CPU，每板均周期性地进行自诊断；诊断包括CPU、内存等自检；开关量输出、回读比较自检；模入通道采用双通道输入，将结果进行比较，判断模入通道的正确性；系统具有热偶信号的断偶检查功能；模出通道采用双通道输出，硬件自动比较输出结果一致性，进行自检。电流输出通道具有自动断线自检功能。系统的网上每秒进行网络各节点状态