集散控制系统

1、过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第2页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 了解了解OPC技术在技术在DCS系统中的应用特点系统中的应用特点; 理解理解DCS的结构特点的结构特点; 掌握和利时公司掌握和利时公司MACS系统现场控制站和操作员站系统现场控制站和操作员站 的硬件组成及其功能的硬件组成及其功能 ; 掌握和利时公司掌握和利时公司MACS系统的常用控制算法模块系统的常用控制算法模块; 掌握掌握DCS控制系统组态方法控制系统组态方法。 第第7章章 集散控制系统集散控制系统 知识目标知识目标 技能目

2、标技能目标 能使用能使用DCS操作员站的键盘和轨迹球，实现装置的流程操作员站的键盘和轨迹球，实现装置的流程 图、历史报表、日志、报警浏览图、历史报表、日志、报警浏览; 能使用操作员站的工程师区或工程师站完成控制回路组能使用操作员站的工程师区或工程师站完成控制回路组 态、流程图生成、系统报警数据日志、报表生成、实时态、流程图生成、系统报警数据日志、报表生成、实时 曲线、历史曲线生成等曲线、历史曲线生成等 。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第3页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 7.4 DCS的应用系统组态的应用系统组态 7.1概述概述 7.2 DCS的硬件结构的硬件结构 7.

3、3 DCS的软件系统的软件系统 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院 随着计算机技术、控制技术和通讯技术的发随着计算机技术、控制技术和通讯技术的发 展，出现了一种新型控制装置即集散控制系统。展，出现了一种新型控制装置即集散控制系统。 从集散控制系统层次化的结构来看，其最基本的从集散控制系统层次化的结构来看，其最基本的 功能就是传统控制仪表的功能，由于集散控制系功能就是传统控制仪表的功能，由于集散控制系 统溶入了计算机技术和通信技术，因此，集散控统溶入了计算机技术和通信技术，因此，集散控 制系统还具有过程管理、生产管理和经营管理功制系统还具有过程管理、生

4、产管理和经营管理功 能。本章主要从过程控制的角度介绍集散控制系能。本章主要从过程控制的角度介绍集散控制系 统，重点介绍完成实时控制的现场控制站和生成统，重点介绍完成实时控制的现场控制站和生成 控制回路算法及完成监控任务的操作员站。控制回路算法及完成监控任务的操作员站。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第5页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第6页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第7页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第8页页 过程控制

5、仪表及装置过程控制仪表及装置 (1)直接控制级直接控制级 直接控制级直接与现场各类设备（如变直接控制级直接与现场各类设备（如变 送器、执行器等）相连，对所连接的装置实施监测和控送器、执行器等）相连，对所连接的装置实施监测和控 制；同时它还向上传递装置的特性数据和采集到的实时制；同时它还向上传递装置的特性数据和采集到的实时 数据，并接收上一层发来的管理信息。数据，并接收上一层发来的管理信息。 (2)过程管理级过程管理级 这一级主要有操作站、工程师站和监控这一级主要有操作站、工程师站和监控 计算机。过程管理级监视各站的所有信息，进行集中显计算机。过程管理级监视各站的所有信息，进行集中显 示和操作、

6、控制回路组态、参数修改和优化过程处理等。示和操作、控制回路组态、参数修改和优化过程处理等。 (3)生产管理级生产管理级 也称为产品管理级。这一级上的管理计也称为产品管理级。这一级上的管理计 算机根据各单元产品的特点以及库存、销售等情况，实算机根据各单元产品的特点以及库存、销售等情况，实 现生产的总体协调和控制。现生产的总体协调和控制。 (4)经营管理级经营管理级 这是集散控制系统的最高级，与办公自这是集散控制系统的最高级，与办公自 动化系统相连接，可实施全厂的综合性经营管理和决策。动化系统相连接，可实施全厂的综合性经营管理和决策。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第9页页 过程控制仪

7、表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第10页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第11页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第12页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第13页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第14页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第15页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院

8、兰州石化职业技术学院第第16页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第17页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第18页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第19页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第20页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.2 MACS7.2 MACS系统结构系统结构 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第21页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技

9、术学院兰州石化职业技术学院第第22页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 CNET CNET AI AO DI DO PI AI AO DI DO PI 回路回路DEHDEH 单元单元 单元单元 单元单元 单元单元 单元单元 板板模件 模件 图图7.3现场控制站的内部结构图现场控制站的内部结构图 主控单元主控单元 主控单元主控单元 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第23页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第24页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 D_LINK网卡 网卡 DP通讯接口 通讯接口 设置站号拨码设置站号拨码 冗余

10、接口冗余接口 专用键盘电源接口专用键盘电源接口 FB193板 板 DP卡 卡 电源接口电源接口 CPU卡 卡 网卡网卡RJ45接口接口 图图7.4 主控单元的背面板图主控单元的背面板图 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第25页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第26页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第27页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第28页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第2

11、9页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第30页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 切换到切换到CRT2 会话会话i开始开始会话会话1开始开始 会话会话1结束结束 会话会话2 2开始开始 会话会话i结束结束 会话会话j j开始开始 CRT1 CRT2 图图7.5 CRT切换原理切换原理 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第31页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第32页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 趋趋势势 D8 综 合 变 量 D9 开 关 量 DA 报 表 记 录 日

12、日志志 D0 全 日 志 D2 SOE日 志 D4 操 作 日 志 D1 试 验 日 志 D3 简 化 日 志 D5 设 备 日 志 列列表表 C0 基 本 系 统 C2 自 定 义 C4 备 用 C1 系 统 组 C3 多 重 测 量 C5 工 艺 特 性 表表 格格 A0 超 量 程 A3 抖 动 A6 电 源 失 效 A1 禁 止 强 制 A4 不 一 致 性 A7 不 可 利 用 A2 限 值 修 改 A5 报 警 表 A8 变 化 率 用用户户自自定定义义键键 80 F1 84 F5 88 F9 81 F2 85 F6 89 F10 82 F3 86 F7 8A F11 83 F4

13、87 F8 8B F12 8C F13 8D F14 8E F15 8F F16 灯 测 试 C8 CRT1 C9 CRT2 CA CRT3 事事故故追追忆忆和和S SO OE E E0 模 拟 量 E1 开 关 量 E2 SOE E3 备 用 工工程程师师 F4 登 录 F6 整 定 F5 工 程 师 F7 方 案 调 试 操操作作员员 B6 自 动 B8 串 级 BA 参 数 设 定 B7 手 动 B9 曲 线 BB 优 化 指 导 监监视视 F8 菜 单 F9 设 备 状 态 打打印印 E8 启 动 打 印 E9 停 止 打 印 EA 报 表 请 求 EB 硬 拷 贝 报报警警监监视视

14、F0 报 警 监 视 F2 试 验 报 警 F1 页 确 认 F3 行 确 认 71 Q 77 W 65 E 72 R 74 T 79 Y 75 U 69 I 6F O 70 P 28 （ 29 ） 08 Back 61 A 73 S 64 D 66 F 67 G 68 H 6A J 6B K 6C L 3A : 0D Enter 09 Tab 7A Z 78 X 63 C 76 V 62 B 6E N 6D M 3B ; 3F ? 25 % 5D 20 Space 06 Ack 1B Esc 52 Inser 47 Home Page Up 53 Delete 4F End Page Dow

15、n 48 4B 50 4D 37 7 38 8 39 9 34 4 35 5 36 6 31 1 32 2 33 3 30 0 2E 。 2B + 3D = 2F / 2A * 2D 权 限 锁 权 限 4 权 限 3权 限 2 权 限 1 2C ， B0 B1 B2 B3 B4 B5 49 51 11 1213 14 图图7.6 专用键盘的外观专用键盘的外观 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第33页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第34页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第35页页

16、 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第36页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第37页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.7 PID7.7 PID操作画面操作画面 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第38页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第39页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第40页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第41页

17、页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 DCS软软 件系统件系统 现场控制站现场控制站 应用软件应用软件 系统软件系统软件 应用软件应用软件 1.报警检测、输入、报警检测、输入、 输出输出 2.实时数据库实时数据库 3.连续过程控制连续过程控制 4.顺序控制顺序控制 通信软件通信软件 组态软件组态软件 操作员站操作员站 应用软件应用软件 1.过程画面显示、操过程画面显示、操 作和管理作和管理 2. 日志管理、历史日志管理、历史 数据存储数据存储 3.报表打印报表打印 4.人机接口人机接口 图图7.8 DCS的软件系统的软件系统 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第42页页 过程控制仪

18、表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第43页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第44页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 点名 I1 I2 I3 I4 加法 AV I5 I6 I7 I8 (1) 2输入端个输入端个 数数8且悬空的端且悬空的端 子不参与运算子不参与运算 (2) G1，G2， ，G8分别为输入分别为输入 I1，I2，I8 的系数的系数 输入端（输入端（I），）， 输出端（输出端（AV），）， AV(K)= G1* I1(K) + G2* I2(K)+G8* I8(K) 加法加法 兰州石化职业

19、技术学院兰州石化职业技术学院第第45页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 点名 I1 I2 I3 I4 减法 AV I5 I6 I7 I8 点名 I1 I2 I3 I4 乘法 AV I5 I6 I7 I8 (1) 输入端（输入端（I），输出端），输出端 （AV）；）；2输入端个数输入端个数8且且 悬空的端子不参与运算悬空的端子不参与运算 (2) G1，G2，G8分别为分别为 输入输入I1，I2，I8的系数的系数 (3) B1，B2，B8分别为分别为 输入输入I1，I2，I8的偏置的偏置 系数系数 AV(K)=( G1* I1(K) +B1)*( G2*I2(K) +B2)*( G8*I8

20、(K) +B8) 乘乘 法法 (1)输入端（输入端（I），输出端），输出端 （AV）；）； 2输入端个数输入端个数8 且悬空的端子不参与运算且悬空的端子不参与运算 (2) G1，G2，G8分别为分别为 输入输入I1，I2，I8的系数的系数 ； AV(K)= G1*I1(K) - G2* I2(K)- G8 *I8(K) 减减 法法 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第46页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 点名 I1 I2 I3 I4 除法 AV I5 I6 I7 I8 点 名 IN 开 平 方 AV 点 名 S V A V 积 分 器 P V 除除 法法 当当 Gx * Ix

21、(K) + Bx 0时，时， x(x=2或或3， ，8) AV(K)=( G1*I1(K) +B1)/( G2*I2(K) +B2)/ ( G3*I3(K) +B3)/( G8*I8(K) +B8) 否则否则 AV(K) = AV(K - 1)。 (1) 输入端（输入端（I），输出端（），输出端（AV）；）； 2输入端个数输入端个数8且悬空的端子不参且悬空的端子不参 与运算与运算 (2) G1，G2，G8分别为输入分别为输入I1 ，I2，I8的系数的系数 (3) B1，B2，B8分别为输入分别为输入I1 ，I2，I8的偏置系数的偏置系数 开开 方方 如果如果IN(K) = ZC，则，则 AV(

22、K) = GN * (IN(K) * 0.5)；否则，；否则， AV(K) = 0； 输入端（输入端（IN），输出端（），输出端（AV），）， GN为系数，为系数，*为幂函数的符号为幂函数的符号 积积 分分 器器 根据设定值与反馈值之差根据设定值与反馈值之差 进行调节。进行调节。 AV（K）=AV（K-1） U（K） U（K）=KITS（SV （K）-PV（K）/TI 设定值（设定值（SV），过程值（），过程值（PV） 输出端（输出端（AV），积分增益（），积分增益（KI） 积分时间（积分时间（TI），输入死区（），输入死区（DI） 输出上限（输出上限（OT） 输出下限（输出下限（OB） 输出

23、变化率（输出变化率（OR） 动作方式（动作方式（AD）0：反作用，：反作用，1： 正作用正作用 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第47页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 点 名 IN AV 微 分 点 名 I 1 D V 伺 服 放 大 I 2 R V 点 名 C S A V P V I C O C P I D T S T P )1 ( 1 )/(1 1 )( )( ST ST S BDSKTSE SU D i i DD 过程值输入（过程值输入（ PV） 串级输入串级输入 （CS） 输入补偿（输入补偿（ IC）；）； 输出补偿（输出补偿（ OC); 跟踪量点（跟踪量点（ TP

24、） 跟踪开关（跟踪开关（ TS） 输出端（输出端（ AV）；）； 比例带（比例带（ BD） 积分时间（积分时间（ TI）；）； 微分增益（微分增益（ KD） 微分时间（微分时间（ TD） Si表示是否要采取积分分离措施，以消除残差表示是否要采取积分分离措施，以消除残差 当当| E(n)| SV 时，时，Si=0，为，为PD控制；控制； 当当| E(n)|OT，AV(K)=OT； 如果如果 AV(K)OB，AV(K)=OB； 当由手动切换到其它运行方式时，以输出当由手动切换到其它运行方式时，以输出 变化率变化率OR滑向目标值。滑向目标值。 手手 操操 器器 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学

25、院第第49页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第50页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第51页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第52页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.9操作器组态操作器组态 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第53页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.10操作器参数输入对话框操作器参数输入对话框 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第54页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置

26、兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第55页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第56页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.11水箱水位控制图水箱水位控制图 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第57页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.12 SFC组态图组态图 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第58页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第59页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第60页页 过程控制仪

27、表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第61页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第62页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第63页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 在在MACS系统中报表生成软件和系统中报表生成软件和EXCEL报表工具共报表工具共 同为用户提供了强大的报表组态系统，组态过程采用同为用户提供了强大的报表组态系统，组态过程采用“所所 见即为所得见即为所得”的方式。用户在报表生成系统中，可利用的方式。用户在报表生成系统中，可利用 WINDOWS

28、NT提供的各种输入方式，在既定的单元格中提供的各种输入方式，在既定的单元格中 录入说明性文字、定义需打印动态数据的点，再根据需要录入说明性文字、定义需打印动态数据的点，再根据需要 修改表格格式，即完成了一幅报表的编辑。修改表格格式，即完成了一幅报表的编辑。 报表生成系统与数据库生成系统有关，在进入报表编报表生成系统与数据库生成系统有关，在进入报表编 辑之前必须完成系统库的生成，报表中定义的动态点必须辑之前必须完成系统库的生成，报表中定义的动态点必须 在相应系统库中定义过。另一方面，它又与控制方案生成在相应系统库中定义过。另一方面，它又与控制方案生成 系统有关，定时打印报表需要用功能块来驱动。报

29、表生成系统有关，定时打印报表需要用功能块来驱动。报表生成 过程是指用户进入报表生成系统，编辑、组态报表，再进过程是指用户进入报表生成系统，编辑、组态报表，再进 行编译生成报表文件的过程。用户可根据需要将报表文件行编译生成报表文件的过程。用户可根据需要将报表文件 下装到各打印站。下装到各打印站。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第64页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 OPC（OLE for Process Control）即用于过程控制的）即用于过程控制的OLE技技 术，是一项面向工业过程控制的数据交换软件技术。该项技术是术，是一项面向工业过程控制的数据交换软件技术。该项技术

30、是 从微软的从微软的OLE（对象链接和嵌入）技术发展而来，建立在（对象链接和嵌入）技术发展而来，建立在OLE 规规 范之上，为过程控制领域应用而提供的一种标准的数据访问机制。范之上，为过程控制领域应用而提供的一种标准的数据访问机制。 工业控制领域用到大量的现场设备，在工业控制领域用到大量的现场设备，在OPC 出现以前，自动化出现以前，自动化 软件开发商需要开发大量的驱动程序来连接这些设备。即使硬件软件开发商需要开发大量的驱动程序来连接这些设备。即使硬件 供应商在硬件上做了一些小小改动，应用程序就可能需要重写；供应商在硬件上做了一些小小改动，应用程序就可能需要重写； 同时，硬件供应商只能以同时，

31、硬件供应商只能以DLL或或DDE服务器方式提供最新的硬件服务器方式提供最新的硬件 驱动程序，对于最终用户来说，就意味着繁重的编程任务。而且，驱动程序，对于最终用户来说，就意味着繁重的编程任务。而且， DLL和和DDE是平台相关的，与具体的操作系统有密切的关系，同是平台相关的，与具体的操作系统有密切的关系，同 时，由于时，由于DDE和和DLL并不是为过程控制领域而设计的，设备通知、并不是为过程控制领域而设计的，设备通知、 事件以及历史数据等过程控制领域常见的通信要求，实现起来非事件以及历史数据等过程控制领域常见的通信要求，实现起来非 常困难。常困难。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第

32、65页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 随着随着OPC 的提出，这个问题开始得到解决。的提出，这个问题开始得到解决。OPC 规规 范包括范包括OPC 服务器（服务器（OPC Server）和）和OPC客户（客户（OPC Client）两个部分，其实质是在硬件供应商和软件开发商）两个部分，其实质是在硬件供应商和软件开发商 之间建立了一套完整的之间建立了一套完整的“规则规则”，只要遵循这套规则，数，只要遵循这套规则，数 据交互对两者来说都是透明的，硬件供应商无需考虑应用据交互对两者来说都是透明的，硬件供应商无需考虑应用 程序的多种需求和传输协议，便能够提供一个功能齐备的程序的多种需求和传输

33、协议，便能够提供一个功能齐备的 应用接口。软件开发商也无需了解硬件的实质和操作过程。应用接口。软件开发商也无需了解硬件的实质和操作过程。 到目前为止，到目前为止，OPC标准包含了三个规范，分别是：实时标准包含了三个规范，分别是：实时 数据存取（数据存取（OPC DA）规范、报警与事件（）规范、报警与事件（OPC AE）规）规 范和历史数据存取（范和历史数据存取（OPC HDA）规范。其中，实时数据）规范。其中，实时数据 存取（存取（OPC DA）最为成熟；报警与事件（）最为成熟；报警与事件（OPC AE）规）规 范和历史数据存取（范和历史数据存取（OPCHDA）规范相对较新，多是来）规范相对较

34、新，多是来 自于主要软件开发商的企业标准。自于主要软件开发商的企业标准。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第66页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 目前的目前的OPC软件产品分为两类：软件产品分为两类：OPC服务器端软件服务器端软件 和和OPC客户端应用软件。客户端应用软件。OPC服务器软件和整个服务器软件和整个DCS系系 统的结构关系如图统的结构关系如图7.13所示。可以看出，所示。可以看出，OPC Server软软 件的运行环境与监控软件基本一致。首先两者都长时间件的运行环境与监控软件基本一致。首先两者都长时间 不间断地运行于控制网的某个操作节点上，具有相似的不间断地运行

35、于控制网的某个操作节点上，具有相似的 硬件环境和运行方式。其次，两者的运行都需要读入系硬件环境和运行方式。其次，两者的运行都需要读入系 统组态信息，并且运用相同的网络通信模块。因此，可统组态信息，并且运用相同的网络通信模块。因此，可 以认为以认为OPC Server和监控软件是运行于同一层次上的软和监控软件是运行于同一层次上的软 件。件。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第67页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.13 OPC服务器软件和服务器软件和DCS的结构关系的结构关系 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第68页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 O

36、PC Server软件作为一个标准的软件作为一个标准的OPC 服务器，具有其特定的数据服务功能。服务器，具有其特定的数据服务功能。 它提供了访问它提供了访问DCS系统实时数据的标准系统实时数据的标准 OPC接口，并定义了相应的接口，并定义了相应的OPC数据格数据格 式。同时，由于该软件仅仅是一个式。同时，由于该软件仅仅是一个OPC 服务器，因此在运行时没有任何操作界服务器，因此在运行时没有任何操作界 面，数据服务均为后台执行。从功能上面，数据服务均为后台执行。从功能上 说，说，OPCServer就是将从控制网上取得就是将从控制网上取得 的实时数据转化为的实时数据转化为OPC格式，并用标准格式，

37、并用标准 OPC接口的方式提供给用户（即接口的方式提供给用户（即OPC客客 户）。户）。 OPC客户端的应用软件一般是按用户客户端的应用软件一般是按用户 的要求制定的，因此难以从整个软件的的要求制定的，因此难以从整个软件的 结构来说明其开发设计的思路。但在调结构来说明其开发设计的思路。但在调 用用OPC功能、建立与功能、建立与OPC Server的通信的通信 等方面基本采用相同的方法。等方面基本采用相同的方法。 图图7.14 数据流示意图。数据流示意图。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第69页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 本节以和利时公司的本节以和利时公司的MACS系统

38、应用为例，说明系统应用为例，说明 DCS的应用系统组态的一般方法。的应用系统组态的一般方法。MACS系统给用户提系统给用户提 供的是一个通用的系统组态和运行控制平台，应用系统供的是一个通用的系统组态和运行控制平台，应用系统 需要通过工程师站软件组态产生，即把通用系统提供的需要通过工程师站软件组态产生，即把通用系统提供的 模块化的功能单元按一定的逻辑组合起来，形成一个能模块化的功能单元按一定的逻辑组合起来，形成一个能 完成特定要求的应用系统。系统组态后将产生应用系统完成特定要求的应用系统。系统组态后将产生应用系统 的数据库、控制运算程序、历史数据库、监控流程图以的数据库、控制运算程序、历史数据库

39、、监控流程图以 及各类生产管理报表。应用系统组态可采用图及各类生产管理报表。应用系统组态可采用图7.15所示所示 的流程。的流程。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第70页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 前期准备工作前期准备工作 建立目标工程建立目标工程 数据库组态数据库组态 数据库基本编译数据库基本编译 算法组态编译算法组态编译报表组态报表组态 报表检查报表检查 图形组态图形组态 设备组态设备组态 设备编译设备编译 数据库联编数据库联编 事故库组态事故库组态 下装服务器、操作员站下装服务器、操作员站 进入在线运行进入在线运行 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第7

40、1页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 (1)前期准备工作进入系统组态前，应首先确定测点清单、控前期准备工作进入系统组态前，应首先确定测点清单、控 制运算方案、系统硬件配置，包括系统的规模、各站制运算方案、系统硬件配置，包括系统的规模、各站IO单元的配置单元的配置 及测点的分配等，还要提出对流程图、报表、历史数据库、追忆库及测点的分配等，还要提出对流程图、报表、历史数据库、追忆库 等的设计要求。等的设计要求。 (2)建立目标工程建立目标工程 在正式进行应用工程的组态前，必须针对该在正式进行应用工程的组态前，必须针对该 应用工程定义一个工程名，该目标工程建立后，便建立起了该工程应用工程定义

41、一个工程名，该目标工程建立后，便建立起了该工程 的数据目录。的数据目录。 (3)系统设备组态系统设备组态 应用系统的硬件配置通过系统配置组态软件应用系统的硬件配置通过系统配置组态软件 完成。采用图形方式，系统网络上连接的每一种设备都与一种基本完成。采用图形方式，系统网络上连接的每一种设备都与一种基本 图形对应。在进行系统设备组态之前必须在数据库总控中创建相应图形对应。在进行系统设备组态之前必须在数据库总控中创建相应 的工程。的工程。 (4) 数据库组态数据库组态 数据库组态就是定义和编辑系统各站的点信息，数据库组态就是定义和编辑系统各站的点信息， 这是形成整个应用系统的基础。在这是形成整个应用

42、系统的基础。在MACS系统中有两类点，一类是系统中有两类点，一类是 实际的物理测点，存在于现场控制站和通信站中，点中包含了测点实际的物理测点，存在于现场控制站和通信站中，点中包含了测点 类型、物理地址、信号处理和显示方式等信息；一类是虚拟量点，类型、物理地址、信号处理和显示方式等信息；一类是虚拟量点， 同实际物理测点相比，差别仅在于没有与物理位置相关的信息，可同实际物理测点相比，差别仅在于没有与物理位置相关的信息，可 在控制算法组态和图形组态中使用。在控制算法组态和图形组态中使用。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第72页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 (5)算法组态算法组

43、态 在完成数据库组态后就可以进行控制算法组态。在完成数据库组态后就可以进行控制算法组态。MACS系统提供了系统提供了 符合国际符合国际IEC1131-3标准的五种工具：标准的五种工具：SFC、ST、FBD、LD和和FM。 (6)图形、报表组态图形、报表组态 图形组态包括背景图定义和动态点定义，其中动态点动态显图形组态包括背景图定义和动态点定义，其中动态点动态显 示其实时值或历史变化情况，因而要求动态点必须同已定义点相对应。通过把图示其实时值或历史变化情况，因而要求动态点必须同已定义点相对应。通过把图 形文件连入系统，就可实现图形的显示和切换。形文件连入系统，就可实现图形的显示和切换。 (7)

44、编译生成编译生成 系统联编功能连接形成系统库，成为操作员站、现场控制站上的在系统联编功能连接形成系统库，成为操作员站、现场控制站上的在 线运行软件运行的基础。系统库包括实时库和参数库两个组成部分，系统把所有线运行软件运行的基础。系统库包括实时库和参数库两个组成部分，系统把所有 点中变化的数据项放在实时库中，而把所有点中不经常变化的数据项放在参数库点中变化的数据项放在实时库中，而把所有点中不经常变化的数据项放在参数库 中。服务器中包含了所有的数据库信息，而现场控制站上只包含该站相关的点和中。服务器中包含了所有的数据库信息，而现场控制站上只包含该站相关的点和 方案页信息，这是在系统生成后由系统管理

45、中的下装功能自动完成的。方案页信息，这是在系统生成后由系统管理中的下装功能自动完成的。 (8)系统下装系统下装 应用系统生成完毕后，应用系统的系统库、图形和报表文件通过网应用系统生成完毕后，应用系统的系统库、图形和报表文件通过网 络下装到服务器和操作员站。服务器到现场控制站的下装是在现场控制站启动时络下装到服务器和操作员站。服务器到现场控制站的下装是在现场控制站启动时 自动进行的。现场控制站启动时如果发现本地的数据库版本号与服务器不一致，自动进行的。现场控制站启动时如果发现本地的数据库版本号与服务器不一致， 便会向服务器请求下装数据库和方案页。便会向服务器请求下装数据库和方案页。 兰州石化职业

46、技术学院兰州石化职业技术学院第第73页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第74页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第75页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第76页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.17 串级控制系统方框图串级控制系统方框图 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第77页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第78页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图 7

47、.18 打开数据库组态工具打开数据库组态工具 图图7.19 数据库组态界面数据库组态界面 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第79页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 （2）在数据库总控组态界面下工具栏下单击新建工程按）在数据库总控组态界面下工具栏下单击新建工程按 钮，弹出如图钮，弹出如图7.20所示添加工程的对话框，添入工程名，所示添加工程的对话框，添入工程名， 单击确定。工程建立之后可以在单击确定。工程建立之后可以在c：hs2000macs组态软件组态软件 下看到新建的工程名。下看到新建的工程名。 图图7.20 添加工程添加工程 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第8

48、0页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.21 7.21 进入数据库编辑界面进入数据库编辑界面 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第81页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.22 7.22 数据库编辑（数据库编辑（a a）图图7.22 数据库编辑（数据库编辑（b） 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第82页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 表7.2 模拟量输入项 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第83页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 表表7.3 模拟量输出项模拟量输出项 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第84页页

49、过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第85页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.23 7.23 系统设备系统设备 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第86页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第87页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.24 I/O设备（设备（a） 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第88页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.24 I/O设备（设备（b） （6）选择）选择DP，击鼠标右键添加新的设备，击鼠标右键添加新的设备FM14

50、5， FM151如图如图7.24（b）所示。）所示。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第89页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 （6 6）选中）选中FM145FM145，更改属性将地址设置为，更改属性将地址设置为2 2，选用通，选用通 道的信号量程为道的信号量程为0 05V5V，选择，选择FM151FM151，更改属性将地址设，更改属性将地址设 置为置为4 4，选用通道的信号量程为，选用通道的信号量程为4 420mA20mA。组态结果如图。组态结果如图 7.247.24（c c） 图图7.24 I/O设备（设备（c） 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第90页页 过程

51、控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.24 I/O设备（设备（d） （7）点击）点击 按钮，显示编译成功如图按钮，显示编译成功如图7.24（d）所示。）所示。 （8）将组态数据保存到数据库，设备组态完毕。）将组态数据保存到数据库，设备组态完毕。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第91页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.25 新建站新建站 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第92页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.26(a) 新建方案新建方案 （4）如图）如图7.26（a）所示选中控制站）所示选中控制站10，击鼠标右键标，击鼠标右键标 选择新

52、建方案，在弹出的新建方案对话框中输入方案的选择新建方案，在弹出的新建方案对话框中输入方案的 名称串级控制。名称串级控制。 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第93页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 （5）选择）选择FBD的编程方式，写入方案如图的编程方式，写入方案如图7.26（b）所示。）所示。 图图7.26(b) 新建方案新建方案 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第94页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 （6）选择功能模块）选择功能模块控制算法控制算法PID模块，属性设置如图模块，属性设置如图7.27 （a）、）、(b)、(c)所示。所示。 图图7.27(a) PID设置设置图图7.27（b）PID属性属性 设置设置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第95页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.27（c） PID属性设置属性设置 兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第96页页 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 图图7.28 放置控制模块放置控制模块 （7）如图）如图7.28所示将所示将PID功能模块放在合适的位置上。功能模块放在合适的位置上。 （8）重复（）重复（6）（8）步，将）步，将PID2放在相应的位置上。放在相应的位置上。 兰州石化职业技术