集散型控制系统的设计与应用

第7章DCS的设计应用，第1、第7章集散型控制系统的设计与应用，第7.1集散型控制系统的设计7.2集散型控制系统的评价标准与选择原则7.3集散型控制系统的调试，设置与验收7.4集散型控制系统的应用实例，第7章DCS的设计应用，第2、第7.1集散DCS是总体上较强的控制系统，采用复杂的计算机技术、各种类型的通信技术、电子、电气技术和控制系统技术的DCS控制在许多情况下是广泛的对象，并且涉及各种类型的控制、监视、保护功能。 DCS在应用过程中有各种技术人员和管理者参加。 DCS是一个工艺系统的设计。 本章从工程计划的角度对这些问题进行了说明. 通常，工程设计分为以下阶段：整体设计的初步设计详细设计，第七章DCS的设计应用，3，3，7.1.1整体设计，设计工程设计开始阶段DCS应完成的基本任务。 此时的设计实际上要求DCS的功能，这些功能通常由用户提交。 1.DCS控制范围设备的形式、作用、复杂性确定了是否适合采用DCS控制。 2.DCS的控制深度不是大多数主要设备都受DCS完全控制，而是受DCS部分控制。 3.DCS的控制方式DCS的运行方式决定人接口的数量、辅助设备的数量、DCS的分散程度。 在设计过程中必须经常权衡性能和价格两方面的因素，设计水平越高，需要权衡的问题就越多，在经济上整体设计的意义就越大。 第7章DCS的设计应用，4，4，7.1.2初步设计，初步设计是整体设计与详细设计之间的设计，基本任务是根据整体设计，对DCS的各部分进行典型的设计，对DCS控制的各过程提出基本的控制方案。 1 .初步设计的主要内容硬件的初步设计内容基本满足了确定工序对DCS硬件的要求和对DCS相关接口的要求。 换句话说，确定系统的I/O点，并确定DCS硬件。 由于软件最初设计的内容设计，工程师可以基于此设计结构图。 人机界面设计的内容决定了今后的工程设计风格。 第七章DCS的设计应用，5，2 .初步设计过程中要注意的问题的初步设计是按照整体设计原则进行的，而不是整体设计的调整。 设计过程的一个重要原则是，要进行设计和决策，需要掌握与之相应的信息，并需要与之相应的目的方法。 初步设计的目标是说明问题，当然可以用统一的形式来表现所有初步设计的结果，但是根据设计对象的类型，实现它的可能性很多。 通常，连续控制部是SAMA图，序列控制部是序列框图，接口锁定保护和典型的控制是逻辑框图和文字说明，过程监视和人接口设计以表形式表示。 初步设计(续)，第七章DCS的设计应用，6，6，7.1.3详细设计，详细设计是DCS中初步设计的具体实现。 详细设计有以下特征： (1)详细设计以DCS而不是过程为对象。 (2)详细的设计和初步的设计是相互关联的。 (3)详细设计从DCS设备出发。 (4)与其他设计不同，DCS的详细设计结果有两个。 一是设计的构成结果，二是设计的说明，后者容易被忽略。 第7章DCS的设计应用、7，7.2集散型控制系统的评价标准和选择原则、评价集散型控制系统的标准如下：1)系统运行不受故障影响；2 )系统不易故障；3 )可快速故障排除；4 )系统的性能价格高。 集散型控制系统的评价涉及很多因素，很复杂。 因此，总结了系统的技术性能、使用性能、可靠性、经济性等评价，评价的目的是使用户能够正确选择必要的集散型控制系统。第7章DCS的设计应用，8，8，7.2.1技术性能评价，1 .现场控制站的评价按以下几点进行了评价： (1)结构分散性评价各种DCS中的现场控制站属于哪个，性能如何？ (2)现场适应性(3)I/O结构(4)信号处理功能具体表现了系统信号处理精度、信号隔离、抗干扰指标、信号采样周期和输出信号的实时性能等。 (7)控制功能包括连续控制功能、序列控制功能、总括控制功能。 (6)冗馀和自我诊断，第7章DCS的设计应用，9，2 .人机界面的评价对操作站和工程站进行评价。 (1)操作站对操作站的操作，操作站的自主操作站的硬件配置操作站的性能；(2)工程站的工程站应该具有操作站的所有功能是否有专家系统应该评价是否可以进行在线配置，是否优化控制系统是否在PC上进行系统配置等。 技术性能评价(2)，第7章DCS的设计应用，10，3 .通信系统评价应该考虑以下几点：1)线路成本和通信介质和通信距离的关系2 )通信系统的网络结构3 )网络的控制方法4 )节点间容许的最大长度7 )通信系统的容量6 )数据对通信规章是否有明确的要求7 )通信网络的传输速度8 )实时性、冗馀性、可靠性9 )所有系统的网络布局10 )信息传递协议等。 技术性能评价(3)，第7章DCS的设计应用，11，4 .系统软件评价集散型控制系统的软件，(1)多任务实时OS(2)配置和控制软件(3)制图软件(4)数据库管理软件(7) 系统维护软件评估这些软件的成熟度、更新情况、软件升级的便利性、软件使用中出现的问题和解决方法等。 技术性能评价(4)，第7章DCS的设计应用，12，7.2.2使用性能评价，集散型控制系统的使用性能评价应考虑以下几点：1.系统技术的成熟性2 .系统的技术支持维护能力备件供给能力制造商的售后服务技术训练能力可以维持性能3 .系统第7章DCS的设计应用，13，7.2.3可靠性和经济性评价，1 .可靠性评价一般包括以下几点：1)系统的平均故障间隔时间MTBF，MTBF越大DCS的可靠性2 )系统的平均故障修理时间MTTR 3)冗馀性，耐故障性4 )安全性，其内容第7章DCS的设计应用，14，2 .经济性评价一个集散型控制系统的经济性，两种：是在系统购买和使用前和系统运行后。 第一经济评价重视系统性价比的第二经济评价侧重系统费用和经济效果，包括以下方面：初期费用运行费用年间的总经济效果纯经济收益投资回收率年数、可靠性和经济性评价，第七章DCS的设计应用，15，7.2.4 DCS的选择原则，集散型控制只有这两种选择满足控制要求和经济，系统才具有最高的性能价格比。 1、技术原则2 .经济原则3 .售后服务原则，第7章DCS的设计应用，16，7.3集散型控制系统的调整、安装与检测7.3.1集散型控制系统的调整，调整工作包括集散型控制系统出厂前的调整和用户现场的调整。 出厂前的调试是在制造商技术人员的指导下，用户和制造商的技术人员对系统的硬件、软件进行调试。 用户的现场调试是基于出厂前的调试进行的真正意义上的实际在线调试。 现场调整需要技术、电和设备等有关专业的合作，做好调整前各方面的准备。第7章DCS的设计应用、17、7.3.2集散型控制系统的设置、集散型控制系统可在现场开箱检查完成后进行安装作业，但安装前必须考虑系统的设置所需的各种条件，要经制造商确认后再开始安装。 安装作业必须在制造商技术人员的指导下，遵循DCS随机资料的安装手册。 安装前，请准备控制室、电源、接地等工作。 准备工作完成后，开始安装分布式控制系统。 另外，在安装系统时，必须注意从仓库到控制室的温度变化是否满足系统的要求。 第7章DCS的设计应用、18、7.3.3集散型控制系统的检验、集散型控制系统的检验包括DCS出厂前的检验和DCS出厂后的检验。 出厂前的检查主要是检查DCS的硬件、软件的性能，检查库存清单的所有设备是否齐全，是否符合用户的要求，最后双方签字批准。 DCS到达用户现场的检查主要包括开箱检查、通电检查、在线检查。 在产品保修期内，用户必须得到制造商的技术支持，除非用户造成损失，否则必须给予修复或更换。 第7章DCS的设计应用，19，7.4集散型控制系统的应用实例，目前，DCS作为工业自动化过程控制系统，广泛应用于精油、石油、化工、冶金等领域。 如何利用集散型控制系统的优点，研究和实施复杂的控制策略，提高集散型控制系统的应用水平，一直是产业自动控制领域关注的问题。 用几个DCS的应用例子叙述DCS的控制功能。 第7章DCS的设计应用，20，典型集散型控制系统TDC3000，第7章DCS的设计应用，21，1 .通用站(US )通用站是TDC3000的主要人机界面控制台具有可灵活配置的系统，一般各控制台有3个通用站，一个用于显示整体图像，一个用于显示单元细目，另一个用于显示警报。 如果一方被用于进程编程和维护，另一方就可以取代其所有功能。 按操作任务分为工程师功能、操作员功能、维护人员功能。 因此，US可以由操作员、工程师、维护人员分别操作，执行不同的任务。 2 .通用工作站(UWS )通用工作站是TDC3000的另一个人接口，具有US的所有功能。 它主要是为工厂的办公室管理而设计的，作为模块标准控制台和专用用户控制台，集中监视、操作、管理生产流程，具有“触摸屏”和“打开窗口”功能。 另外，连接在TDC3000的LCN网络上的模块(1)、第7章DCS的设计应用程序、22、3 .应用模块(AM )是连接在UCN和HW网络上的模块不能实现的高级控制功能、复杂4 .历史模块(hm )历史模块是TDC3000的存储装置，其可以存储过程警报、运营商状态的变化、操作员信息、系统状态的变化、系统维护和提示信息、连续的过程历史数据等。 PS和PS的数据源。 此外，连接到TDC3000的LCN网络的模块(2)，第七章DCS的设计应用，23，5 .计算模块(CM )计算模块，可以使用高级编程语言编程来实现更高级别的您可以与其他计算机通信，使用预创建的软件包，并为用户提供开发、调试和实施流程优化、生产计划、工厂管理等程序的开发环境。6 .接口模块(1)网络接口模块(NIM)(2)高速通道接口(HG)(3)计算机接口(计算机网关)， CG)(4)可编程控制器接口(PLC网关) plcg ) (5)工厂信息网络接口(plantinformationonnetworkmodule，PINM )、和TDC3000的LCN网络在具有PLC控制的特征的同时，能够在UCN网络上容易地与系统的各模块通信，能够将DCS和PLC更有机地耦合。 LM可以集中显示、操作和管理数据，LM提供逻辑处理、注意逻辑编程和逻辑程序的执行等操作，与LCN和UCN网络中的模块进行通信，利用控制网络设计的特征，有机地控制高速逻辑控制和TDC3000过程管理功能、连接在TDC3000的UCN网络的模块(1)、2 .过程管理站(PM)PM将多功能控制器和过程接口单元两者的功能集成在一起，在速度、容量和功能方面有更大的改进和提高PM包括过程管理模块PMM和I/O系统两部分，其中PMM包括通信处理器和调制解调器、I/O链路端口处理器、控制处理器等三部分，I/O系统包括冗馀的I/O链和最多40个I/O 第7章DCS的设计应用，25，3 .高级过程管理站(APM)APM是过程管理站(PM )的发展，为用户提供可靠的输入输出和控制技术，具有与PM相同的功能PS和PS结构相同，使用相同的FTA、相同的电源柜，可以进行完全的点对点通信。 PS和PS是TDC3000的重要部分。 TDC3000的UCN网络的模块(2)，第7章DCS的设计应用，26，7.4.1 TDC3000在大型炼油厂的应用，某大型炼油厂由TDC 3000集散型控制系统控制。 该厂第一站的操作和控制生产装置为常减压蒸馏装置、气体脱硫装置和催化脱硫醇装置。 这里只介绍DCS在常减压蒸馏装置中的应用。 常减压蒸馏装置可根据原油的种类和加工要求馏分原油，得到汽油、石脑油、柴油、蜡油和渣油等不同的油品。 由于常减压蒸馏装置应用普遍，设计比较成熟，因此控制方案已经基本定型。 常减压蒸馏装置的主要设备有电脱盐罐、初馏塔、常压分馏塔、常压侧线汽提塔、减压分馏塔、常压进料加热炉、减压进料加热炉等。 第7章DCS的设计应用，27，1 .硬件配置TDC3000集散型控制系统采用LCN和UCN的网络通信系统，在分布式过程控制级采用PM过程控制管理站和LM逻辑管理站。 图7-1表示常减压蒸馏装置和其他两个装置使用的第一站区的硬件结构图。 为了满足过程操作和控制的要求，在该站区域设置了4个通用站US和相应的操作键盘，为便于配置和维护配置了工程师键盘。 系统中有两台打印机，用于打印警告事件和打印报告。TDC3000在大型炼油厂的应用(续)，第7章DCS的设计应用，28，图7-1TDC3000的硬件配置框图，TDC3000在大型炼油