河南工业大学过程控制14

1、河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统主要内容n计算机过程控制系统计算机过程控制系统n集散控制系统（集散控制系统（DCS）系统）系统n基于基于PLC的监督控制与采集（的监督控制与采集（PLC-SCADA）系统系统n现场总线（现场总线（Field Bus）技术）技术河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统过程计算机控制系统的特点过程计算机控制系统的特点 n控制器采用控制计算机（包括数字调节控制器采用控制计算机（包括数字调节器、器、IPCIPC、PLCPLC、DCSDCS等），不再是模拟调等），不再是模拟调节器。节器。 n与一般个人电脑与一

2、般个人电脑PCPC相比，特点：相比，特点：n可靠性高可靠性高；n对计算机速度和精度要求相对较低对计算机速度和精度要求相对较低；n输入输入/ /输出等外围设备完善输出等外围设备完善；n实时响应性好实时响应性好；n中断系统完善中断系统完善。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统计算机过程控制系统的构成计算机过程控制系统的构成 河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统计算机过程控制系统的应用型式计算机过程控制系统的应用型式 n1.1.巡回检测与数据处理巡回检测与数据处理 n2.2.直接数字控制（直接数字控制（DDC） n3.3.监督控制（监督

3、控制（SCC）n4.4.集散控制系统（集散控制系统（DCS） 河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统巡回检测与数据处理巡回检测与数据处理工业过程采样A/D计算机显示打印报警.河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统直接数字控制（直接数字控制（DDC）河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统监督控制（监督控制（SCC） 河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统集散控制系统（集散控制系统（DCS）产生背景产生背景n早期的集中式控制系统将所有功能集中于一台计算机，早期的集中式控制系统将所

4、有功能集中于一台计算机，包括：包括：n过程数据输入过程数据输入/出；出；n实时数据的处理与保存；实时数据的处理与保存；n实时和历史数据库的管理及保存；实时和历史数据库的管理及保存；n人机界面处理；人机界面处理；n报警与日志记录；报警与日志记录；n报表；报表；n系统本身的监督管理等。系统本身的监督管理等。n集中式控制系统缺点：集中式控制系统缺点：n软件系统相当庞大，运行效率、可靠性低；软件系统相当庞大，运行效率、可靠性低；n经济性和可扩展性差；经济性和可扩展性差；n计算机失效或故障对整个系统造成的危害性很大。计算机失效或故障对整个系统造成的危害性很大。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业

5、过程控制系统过程控制系统DCS设计思想设计思想nDCS的设计思想是的设计思想是“控制分散、管理集控制分散、管理集中中”。n与集中式计算机控制系统相比，与集中式计算机控制系统相比，控制系控制系统的危险被分散，可靠性大大增加。统的危险被分散，可靠性大大增加。nDCS已成为大中型流程工业企业过程控已成为大中型流程工业企业过程控制系统的主流。制系统的主流。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统集散控制系统的典型结构集散控制系统的典型结构 河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统I/O控制站控制站 n现场现场I/O控制站包括模拟量输入控制站包括模

6、拟量输入/出、开出、开关量输入关量输入/出和脉冲量输入出和脉冲量输入/出等信号调出等信号调理板。理板。n采集现场各种过程量（温度、压力、流采集现场各种过程量（温度、压力、流量、物位及各种开关状态等），通过网量、物位及各种开关状态等），通过网络发送到操作员站、工程师站及其它现络发送到操作员站、工程师站及其它现场场I/O控制站。控制站。n在本站实现局部自动控制功能。在本站实现局部自动控制功能。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统操作员站操作员站 n为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可及时了解：员可及时了解：n现场运行状

7、态；现场运行状态；n各种运行参数的当前值；各种运行参数的当前值；n是否有异常情况发生，等等。是否有异常情况发生，等等。n并可使操作员对工艺过程进行控制和调节，保并可使操作员对工艺过程进行控制和调节，保证生产过程安全、高效。监控的方式：证生产过程安全、高效。监控的方式：n生产过程的模拟流程图；生产过程的模拟流程图；n实时趋势及历史曲线显示；实时趋势及历史曲线显示；n报警窗口，等等。报警窗口，等等。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统工程师站工程师站 n对对DCS进行离线组态，在线系统监督、进行离线组态，在线系统监督、控制和维护。控制和维护。n在在DCS在线运行时，

8、实时监视在线运行时，实时监视DCS网络网络上各个节点的运行情况，使系统工程师上各个节点的运行情况，使系统工程师可及时调整系统配置及一些系统参数的可及时调整系统配置及一些系统参数的设定，以确保设定，以确保DCS随时处在最佳的工作随时处在最佳的工作状态。状态。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统中碎系统硬件平台中碎系统硬件平台河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统中碎系统软件平台中碎系统软件平台河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统细碎系统硬件平台细碎系统硬件平台河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业

9、过程控制系统过程控制系统细碎系统软件平台细碎系统软件平台河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统磨矿系统硬件平台磨矿系统硬件平台河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统磨矿系统软件平台磨矿系统软件平台河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统历史曲线显示历史曲线显示河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统报警窗口报警窗口河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统典型典型DCSn代表厂家：代表厂家：n美国美国Honeywell公司的公司的TDC3000；n日本横

10、河（日本横河（YAKOGAWA）的的CENTUM；n西屋西屋Westinghouse 的的WDPF；n西门子（西门子（Siemens）PCS7，等等。，等等。n国产国产DCS代表厂家：代表厂家：n北京和利时；北京和利时；n浙大中控。浙大中控。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统PLC-SCADA系统系统n监督控制与数据监督控制与数据采集（采集（SCADA）系统多以系统多以PLC作为作为现场控制站。现场控制站。nPLC-SCADA系统系统具有和具有和DCS几乎几乎相同的网络结构相同的网络结构和控制性能。和控制性能。 河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程

11、控制系统过程控制系统PLC-SCADA与与DCS的区别的区别 n1.起初，起初，PLC主要面向数字量控制；主要面向数字量控制；DCS则面向模拟量控制。至今，两者都能控则面向模拟量控制。至今，两者都能控制数字量和模拟量。制数字量和模拟量。n2.DCS由处理器、由处理器、I/O模块、运行界面和模块、运行界面和与之相匹配的软硬件组成的一个完整系与之相匹配的软硬件组成的一个完整系统；统；PLC-SCADA则将整个系统分成不同则将整个系统分成不同部分，各部分之间需进行组合和通讯。部分，各部分之间需进行组合和通讯。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统PLC-SCADA与与D

12、CS的区别（续）的区别（续）n3.DCS只有一个全局数据库，一旦修改了这个只有一个全局数据库，一旦修改了这个数据库，它将影响整个系统的运行；数据库，它将影响整个系统的运行；PLC-SCADA至少有两个不同数据库，一个用于至少有两个不同数据库，一个用于PLC，另一个用于，另一个用于SCADA应用程序。任何修应用程序。任何修改需在所有数据库中进行。改需在所有数据库中进行。 n4.PLC-SCADA的硬件、软件和授权与的硬件、软件和授权与DCS相相比相对便宜。比相对便宜。 n5.PLC能以毫秒级速度扫描，扫描速度由能以毫秒级速度扫描，扫描速度由I/O数数量决定；量决定；DCS只能以固定的秒级速度扫描

13、。只能以固定的秒级速度扫描。 河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统PLC-SCADA与与DCS的区别（续）的区别（续）n6.起初，起初，DCS很封闭，与其它系统接口很封闭，与其它系统接口设计困难；设计困难；SCADA系统基于系统基于PC设计，与设计，与其它系统接口通用。其它系统接口通用。n7.DCS中通讯检测、系统性能管理和系中通讯检测、系统性能管理和系统报警都使用标准函数，而统报警都使用标准函数，而PLC-SCADA中这些功能都需编程实现。中这些功能都需编程实现。 n8.PLC-SCADA更适用于中小型工程，而更适用于中小型工程，而DCS则适用于大中型工程。则

14、适用于大中型工程。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统组态软件组态软件 n通常，软件功能由软件人员编程实现，工作量通常，软件功能由软件人员编程实现，工作量大，通用性差。针对不同对象，要修改或重新大，通用性差。针对不同对象，要修改或重新设计应用软件，可靠性低。设计应用软件，可靠性低。n其实，对于不同对象，系统可执行程序代码一其实，对于不同对象，系统可执行程序代码一般固定不变，不同对象只需改变数据实体即可。般固定不变，不同对象只需改变数据实体即可。采用组态软件，只需进行参数配置即可生成所采用组态软件，只需进行参数配置即可生成所需应用软件。需应用软件。n组态软件使从事

15、自动控制开发的技术人员从复组态软件使从事自动控制开发的技术人员从复杂的软件编程中解放出来，可更加专注于生产杂的软件编程中解放出来，可更加专注于生产过程控制，同时也提高了软件系统的可靠性和过程控制，同时也提高了软件系统的可靠性和代码效率。代码效率。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统组态功能组态功能 n硬件配置组态；硬件配置组态； n数据库组态；数据库组态；n控制回路组态；控制回路组态； n显示画面组态；显示画面组态；n报表生成组态，等等。报表生成组态，等等。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统目前流行的通用组态软件目前流行的通用组

16、态软件nIntellution公司的公司的iFixnSiemens公司的公司的WinCCnWanderware公司的公司的Intouchn国产组态王国产组态王KingView，等等。，等等。 河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统现场总线（Fieldbus ）n所谓现场总线，是指将现场设备（如数字传感器、变所谓现场总线，是指将现场设备（如数字传感器、变送器、执行器等）与工业过程控制单元、现场操作站送器、执行器等）与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输等特点，是工业控制网络向现

17、场级发展的产物。向传输等特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统现场总线的特点现场总线的特点 n现场总线实现了控制技术、计算机技术与通信现场总线实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成技术的集成 ，特点：，特点：n现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）以彼此通过传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）以总线拓扑相连；总线拓扑相连；n摒弃了摒弃了DCS中的中的I/O控制站，将这一级功能分配给控制站，将这一级功能分配给通信网络完成；通信网络完成

18、；n分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高可靠性；高可靠性；n开放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过开放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连；网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连；n互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态。同厂家的现场设备产品统一组态。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统现场总线的发展现场总线的发展n现场总线技术始于现场总线技术始于80年代，年代，许多国家都许多国家都投入巨资与人力研发。投入巨资与人力研发。n已形成各式各样的企业、国家、地区及已形成各式各样的企业、国家、地区及国际现场总线标准，已出现的现场总线国际现场总线标准，已出现的现场总线100多种。多种。河南工业大学自动化专业河南工业大学自动化专业过程控制系统过程控制系统现场总线通信协议现场总线通信协议 n基本遵照基本遵照ISO/OSI参考模型，该模型共参考模型，该模型共有七层；有七层；n现场总线主要实现第一层（物理层）、现场总线主要实现第一层（物理层）、第二层（数据链路层）和第七