过程控制之分散型控制系统

1、第11章 分散型控制系统 11.1 概 述 11.1.1 分散型控制系统的发展 其发展大致经历了三个阶段： 19751980年为诞生期。 19801985年为成熟期。 1985年至今为扩展期。 11.1.2 分散型控制系统的基本组成图11.1 分散型控制系统的基本结构 （1）过程输入/输出接口 （2）过程控制单元 （3）CRT操作站 （4）高速数据通路 （5）上位计算机 11.1.3 分散型控制系统的特点 （1）采用微机智能技术 （2）采用分级递阶结构 （3）丰富的功能软件包 （4）采用局部网络通信技术 （5）强有力的人机接口功能 （6）采用高可靠性的技术 11.1.4 分散型控制系统的展望

2、（1）系统的硬件 （2）系统的软件 （3）标准化 11.2 分散型控制系统的组成 11.2.1 分散型控制系统的功能划分 （1）现场控制站功能 现场控制站是完成对过程现场I/O信号处理，并实现直接数字控制（DDC）的网络节点，主要功能有三个： 将各种现场发生的过程量(流量、压力、液位、温度、电流、电压、功率以及各种状态等)进行数字化，并将这些数字化后的量存放在存储器中，形成一个与现场过程量一致的、能一一对应的、并按实际运行情况实时地改变和更新的现场过程量的实时映像。 将本站采集到的实时数据通过网络送到操作员站、工程师站及其他现场I/O控制站，以便实现全系统范围内的监督和控制，同时，现场I/O控

3、制站还可接收由操作员站、工程师站下发的信息，以实现对现场的人工控制或对本站的参数设定。 在本站实现局部自动控制、回路的计算及闭环控制、顺序控制等，这些算法一般是一些经典的算法，也可下装非标准算法、复杂算法等。 （2）操作员站功能 1）显示 工艺流程和控制画面 报警提示画面 控制回路画面 过程趋势画面 提示信息画面 记录和表格画面 2）操作 功能键 回路状态修改 画面调用和展开 过程报告 信息输出 （3）工程师站的功能 1）系统组态功能 2）系统测试功能 3）系统维护功能 4）系统管理功能 11.2.2 分散型控制系统的硬件 （1）现场控制单元(FCU) 1）机柜 2）供电电源 3）信号输入、输

4、出I/O插板 输入信号种类 模拟输入信号变换 模数转换 信号输出 4）运算电路主机插板 5）信号的接线 （2）操作接口 1）显示设备 在CRT上显示输出的主要内容有： 生产过程状态显示； 实时趋势显示； 生产过程模拟流程图显示； 报警显示； 关键数据常驻显示； 检测及控制仪表模拟显示； 数据及报表生成。 2）键盘输入设备 3）信息存储设备 4）打印输出设备 11.2.3 分散型控制系统的软件 （1）工业控制计算机部分 （2）通信网络部分 （3）工业控制和生产过程控制设备部分 11.3 分散型控制系统的通信网络 11.3.1 概述 这个网络有下列特点： （1）实时性 （2）高可靠性 （3）高抗干

5、扰能力 （4）网络结构的层次性和开放性图11.2 主从设备的通信网络（PC为从属站）图11.3 同等同等设备之间的通信网络 11.3.2 分散型控制系统的网络形式 11.3.3 通信网络的组成 11.3.4 通信网络的物理拓扑结构图11.4 通信网络的物理拓扑结构(a)星形；(b)树形；(c)环形；(d)总线形；(e)复合形 11.3.5 网络的控制 （1）集中控制 这种方法的好处是： 控制质量高，不会出现争抢现象，可提供通信的优先级服务等。 控制功能集中在该中心节点，其他节点的控制逻辑大大地简化，只要在安排的占用时间内发送或接收信息即可。 但这种方法也存在一些缺点，如： 对中心节点要求高，使

6、其结构复杂。 通信可靠性集中在中心节点，使危险性增加。 数据和信息都要经过中心节点，它可能成为数据流量的瓶颈。 （2）分散式控制 1)带碰撞检测的载波侦听多路访问规则 2)令牌传送规则 11.3.6 网络通信协议 （1）IEEE802标准 提供相邻层之间的逻辑接口。 在发送端，将数据装配成帧，加上地址和校验码。在接收端，拆卸数据帧，核对地址和校验码，取出数据。图11.5 IEEE802标准组成 增加对点到点的通信进行管理所需的逻辑功能，即连接控制。 对同一LLC子层，提供四种MAC方式，集散系统中选用的有CSMA/CD方式、令牌总线方式和令牌方式。 MAC子层协议视访问方式不同有相应的子标准，

7、子标准的内容为： 为LLC子层提供的服务规范。 MAC标准，这是子标准的核心，它规定了数据帧结构和对介质存取控制的具体规定。 与传输介质无关的物理层规范，规定了物理层与MAC子层的接口标准及向它提供的服务。 与传输介质有关的物理层规范，规定了物理层与介质的接口、介质的物理特性及在介质上传送的信号电气特性。 （2）MAP协议 Mini MAP 增强型MAP 全MAP 宽带MAP图11.6 NBS模型与MAP （3）PROWAY标准 11.3.7 典型系统的通信网络 （1）TDC3000系统 （2）CENTUM系统 11.4 分散型控制系统的组态 11.4.1 分散型控制系统硬件组态 11.4.2

8、 集散控制系统的应用软件组态 （1）应用软件组态的几种方式 1)直接在DCS上通过操作站组态 2)通过填写表格进行组态准备工作 3)利用PC机进行组态 （2）应用软件的组态 应用软件的组态包括以下几个部分： 1)网络组态文件(NCF)组态 2)数据点组态 3)用户画面、自由格式报表和键定义组态 4)区域数据库和历史数据组组态 5)控制算法组态 6)特殊控制功能程序的编制 11.5 常见分散型控制系统（DCS）简介 11.5.1 Honeywell公司的TDC3000图11.7 TDC3000结构示意图 （2）TDC3000系统主要组成 1）LCN通信网络及其模件 局部控制网（LCN网） 万能操

9、作站(US) 万能工作站(UWS) 应用模件(AM) 历史模件(HM) 存档模件(ARM) 2）万能控制网络（UCN）及其模件 过程管理站（PM) 先进过程管理站（APM） 逻辑管理站(LM) （3）TDC3000系统特点 1）开放性系统 2）人机接口功能强化 3）过程接口功能广泛 4）工厂综合管理控制一体化 5）系统安全可靠，维护方便 11.5.2 和利时的HS2000系统 （1）HS2000分散控制系统构成图11.8 HS2000分散型控制系统的体系结构 （2）HS2000系统的基本构成单元 1)现场控制站 2)操作员站 3)工程师站 （3）HS2000系统的网络结构 1)管理协调网络MN

10、ET MNET为HS2000系统的最高一级网络，配置在HS2000L大型系统中，其功能如下： 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； MNET为开放式标准局域网络，采用诸如TCP/IP、Ethernet等网络协议以及Novell网络结构； 通信介质采用光纤或同轴电缆； 通信速率10Mbit/s； 通信距离为20km。 2)系统网络SNET SNET是连接HS2000系统中操作员站、I/O站和工程师站的主干网，配置在HS2000M中型系统中，应用于中等规模装置的控制系统，功能如下： 实现由I/O现场控制站向操作员站的数据传输； 实现各I/O现场控制站间的数据传递，以满足大范围协调控制的需要； 实现操作员站和工程师站向现场I/O控制站的组态数据或控制指令的传递； 保持各操作员站之间数据的一致性。 网络的冗余从板级做起； 采用工业令牌总线协议(Token Bu