《过程控制与集散系统》-12-集散控制系统

1、12集散控制系统，2，本章学习内容12.1集散控制系统概论12.2集散系统的通信技术与体系12.3和利时MACS系统12.4国产集散系统3354 hs 2000，12集散控制系统， 3 12.1.1集散控制系统的发生12.1.2集散控制系统的结构12.1.3集散控制系统的特点12.1.4集散控制系统的分散方式12.1.5集散控制系统的发展、12集散控制系统、12.1集散控制系统的概论、4、12集散控制5、12集散控制系统、集散控制系统是生产过程监控、控制技术的发展和计算机与网络技术应用的产物。 过程控制系统的发展历史图如图12.1所示。12.1.1集散控制系统的发生，6，12集散控制系统，12.1.1集散控制系统的发生，7，12集散控制系统，图12.1过程控制系统的发展历史，12.1.1集散控制系统的发生，8，12集散控制系统，控制集散控制系统的应用大大提高了生产过程的安全性、经济性、稳定性和可靠性。12.1.1集散控制系统的发生，9、12集散控制系统，国外称集散控制系统为4C技术的产物。 4C技术是指控制技术、计算机技术、通信技术、CRT (阴极射线管)显示技术。 12.1.1集散控制系统的发生、10、12集散控制系统、12.1.2集散控制系统的构成、11、12集散控制系统、12.1.2集散控制系统的典型构成、图12.2集散控制系统的典型构成、12、12集散控制系统、12.2 系统中的所有设备都分别处于四个不同的层次，由下而上分别是现场级、控制级、监视级和管理级。 与该4层结构相对应，分别是4层计算机网络的现场网络FNET(FieldNetwork )控制网络CNET(ControlNetwork )监视网络SNET(SupervisionNetwork )和管理网络13、12集散控制系统、12.1.2集散控制系统的结构、1 .现场级、典型的现场级设备通过各种传感器、变送器和驱动器，将生产中的各种物理量转换成电信号。 现在，现场电平信息传输包括现有的4-20mA (或其他类型的模拟信号)模拟传输方式、现场总线的全部数字容量传输方式、重叠调制为4-20mA模拟信号的数字容量信号的混合传输方式、14、12集散控制系统过程控制站接收现场设备，按照一定的控制策略计算必要的控制量，送回现场执行机构。 数据采集站接收现场设备发送来的信号，进行必要的转换和处理，送到分布式控制系统的其他部分，主要是监视级设备。15、12集散控制系统、12.1.2集散控制系统的结构、3 .监控级的主要设备有操作员操作站、工程师站和计算站。 操作员操作站设在中央控制室，工程师站和计算站一般设在电子设备室。16、12集散控制系统、12.1.2集散控制系统的结构、4 .管理级包含的内容比较广泛，一般来说，可能是电厂的工厂级管理计算机，可能是多设备的管理计算机。 它所面向的用户是厂长、经理、总工程师、值长等行政管理和运营管理者。17，12集散控制系统、12.1.3集散控制系统的特点，18，12集散控制系统，12.1.3集散控制系统的特征，1 .适应性和扩展性在结构上采用了常规控制系统的模块设计方法，硬件和软件很实用模块设计方法的另一个优点是系统的可扩展性。集散控制系统的可扩展性具有两个显着特征：一个是其递归性，另一个是其整体性，19，12集散控制系统，12.1.3集散控制系统的特征，2 .控制能力在集散控制系统中，控制功能主要由软件实现这不仅能实现通常控制系统的各种控制功能，而且能完成复杂的最佳控制算法和各种逻辑推理和逻辑判断。20、12集散控制系统、12.1.3集散控制系统的特点，3 .人机联系手段具有比常规控制系统更先进的人机联系手段，其中最重要的是采用CRT图形显示和键盘操作。 人际关系根据信息流分为“人一过程”和“过程一人”的关系。21、12集散控制系统、12.1.3集散控制系统的特点，4 .可靠性比传统的任何控制系统都高，反映在以下方面：系统采用模块结构和零件的高度集成化和严格筛选，有效地保证了控制系统的可靠性。 集散控制系统广泛采用各种冗馀技术。 集散控制系统采用软件模块的组成方法形成了各种控制方式，大大减少了连接线和连接端子引起的故障。22、12集散控制系统、12.1.3集散控制系统的特点、5 .维护性集中计算机控制系统的维护性比普通控制系统好得多，但由于有巨大且相互密切的硬件和软件系统，维护人员也要求较高的技术水平。 23、12集散控制系统、12.1.3集散控制系统的特点，6 .安装费用控制系统的安装费用主要包括电缆、导线安装费用和控制室、电子设备室的建设费用。24、12集散控制系统、12.1.4集散控制系统的分散方式、25、12集散控制系统、12.1.4集散控制系统的分散方式包括功能分散、物理分散和地理分散三个不同的概念。26、12集散控制系统、12.1.4集散控制系统的分散方式、1 .功能分散一个大系统的控制功能被分解成几个基本的控制功能，这就是系统的功能分散。 一个单元的控制功能在纵向上分为四个等级。 单元级、功能组级、子功能组级和进程I/O级。27、12集散控制系统、12.1.4集散控制系统的分散方式、图12.3系统功能的分层块结构、28、12集散控制系统、12.1.4集散控制系统的分散方式、2 .物理分散控制分散到系统硬件的反映是系统的物理分散分散控制系统中，如图(a )所示有阶层分散型和阶层分散型两种分散形式之一是水平分散型，如图(b )所示。29、12集散控制系统、12.1.4集散控制系统的分散方式、图12.4分层分散(a )和水平分散(b )、30、12集散控制系统、12.1.4集散控制系统的分散方式、3 .地理分散物理分散取决于控制系统的硬件结构。 分散控制系统的设置方法有地理集中化和地理集中化两种不同的选择，另一种是地理分散型。 地理集中是指将所有基本控制单元集中地设置在中央控制室或附近的电子设备室中，地理分散式是指将基本控制单元设置在受控制的生产过程附近，即分散配置在现场整体。31、12集散控制系统、12.1.5集散控制系统的发展、32、12.1.5集散控制系统的发展、12集散控制系统、集散控制系统的发展主要表现在以下方面：1.集散控制系统的体系结构传统集散控制系统是水平分散式或最近的研究把焦点放在“自律分散”，满足“自律控制性”和“自律协调性”的系统是自律分散系统。 自主分散系统、阶层分散系统、水平分散系统和集中系统的关系如图12.5所示。 图12.6是自主分布式系统的结构。、33、12集散控制系统、12.1.5集散控制系统的发展、图12.5系统关系图、34，12集散控制系统、12.1.5集散控制系统的发展、图12.6自主分布式系统的结构、35，12集散控制系统、12.1.5集散控制系统随着网络技术的发展，分布式控制系统的上层与国际互联网融合，下层采用现场总线通信技术，将通信网络延长到现场。 最终，实现由以现场总线为基础的基础内部网、以局域网为基础的企业内部网和以广域网为基础的互联网构成的三网融合的网络体系结构。36、12集散控制系统、12.1.5集散控制系统的发展、3.EIC综合技术传统过程控制系统中，电气控制装置E(Electric )、仪表控制装置I(Instrument )和计算机控制装置C(Computer )分别独立采用EIC综合技术，集成电气控制、仪表控制和计算机控制等功能，用集散控制系统完成，是今后的发展方向。 37，12集散控制系统、12.1.5集散控制系统的发展，4 .人机接口技术工业图形显示系统igds (industrialgraphicdisplaysystem )是最常用的人机接口设备之一IGDS现在向高速、高密度、多画面、多窗口、大画面的方向发展。38、12集散控制系统、12.1.5集散控制系统的发展，5 .标准化、通用化技术集散控制系统的另一重要发展方向是大量采用标准化和通用化技术。 分布式控制系统硬件平台、软件平台、配置方式、通信协议、数据库等各方面采用标准化和通用化技术。39、12集散控制系统、12.1.5集散控制系统的发展、6 .人工智能未来集散控制系统逐渐采用人工智能研究的成果。 例如，智能报警系统ino mark (智能警报系统ino mark (inteligenternationalarrmsmrissystemmmarkingprocessdatawithcertificatewords )。40、12集散控制系统、12.2集散系统的通信技术和架构、12.2.1数据通信原理12.2.2数据通信系统结构12.2.3通信协议、41、12集散控制系统，通信是从一个地方向另一个地方传送信息的过程。 如图12.7所示，任一通信系统都由发送装置、接收装置、信道、信息的四大部分构成。42、12集散控制系统、图12.7通信系统的基本构成、43、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、44、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、1 .基本概念和术语数据信息将具有一定的编码格式字符长度的数字信息称为数据信息、45、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、传输速度指的是信道在单位时间内传输的信息量。 一般以能每秒传输的比特数表示，通常标记为bps或b/s。 大多数分布式控制系统的数据传输速率通常为0.5100Mbps。46、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、传输方式通信方式根据信息的传输方向，如图12.8(a所示，被分成简单x方式的半双工方式如图12.8(b所示，全双工(Fullduplex ) 、47、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、图12.8通信方式、48、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、基带传输、载波带传输和宽带传输，所谓的基带传输直接传输这些脉冲信号载波由基带信号调制后，通过信道发送调制后的载波信号，这是载波带传输。 在一个信道上同时发送复用信号的情况下，称为宽带发送。 在49、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、异步传输和同步传输中，信息以字符为单位进行传输。 在同步传输中，信息以数据块为单位被传输。另外，50、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、串行传输和并行传输串行传输是在顺序信道上传输构成数据的各二进制比特的方式并行传输是在同时在信道上传输构成数据的各二进制比特的方式。 串行传输和并行传输的示意图如图12.9所示。 在分布式控制系统中，几乎所有的数据通信网络都采用串行传输方案。51、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、图12.9串行传输(a )和并行传输(b )示意图、52、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、2 .二进制数据的表现方法基带传输中的数据的表现方法数据的显示方法如图12.10所示。 信息传输有平衡传输和非平衡传输，信息传输可分为归零传输和不归零传输，信息传输有单极传输和双极传输。53、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、图12.10数据显示方法、54、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、载波带传输中的数据显示方法载波带传输是指通过基带信号调制载波信号并获得调制信号相应地，存在振幅调制方式、频率调制方式、相位调制方式三种调制方式。 数据调试方式如图12.11所示。55、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、(a )振幅调制(b )调频(c )图12.11的数据调制方式、56， 12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、3 .数据交换方式在数据通信系统中，线路交换方式、消息交换方式、消息分组交换方式中，消息分组交换方式有虚电路和数据报纸两种交换方式，57， 12集散控制系统、12.2.1数据通信原理线路交换方式是在需要通信的两个节点之间建立实际的物理连接，用该实际的物理连接交换数据，完成数据交换后断开物理连接。 消息交换方案不需要事先建立实际的物理连接，而是通过中间节点的存储和转发功能来实现数据交换。 消息分组交换方式的基本数据单位是一个消息分组。 消息分组是完整消息按顺序被分割的相对短的分组。 另外，58、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理，4 .信道指代发送设备和接收设备之间的信息传输路径，包括与传输介质相关的中间设备。 传输介质在分布式控制系统中，常用的传输介质是双绞线、同轴电缆、光缆。59、12集散控制系统、12.2.1数据通信原理、双绞线相互绝缘的两个导体形成双绞线。 在线对的外侧如图12.12(a )所示，有由金属箔构成的屏蔽层和专用的屏蔽线。 同轴电缆如图12.12(b )所示，由内侧导体、中间绝缘层、外侧导体、外侧绝缘层构成。