B6,集散控制系统

1、工控网络与组态技术，教案重庆科技学院教案授课时间第3周2班级自动化2010授课顺序第5 次课课 题集散控制系统目的要求理解DCS的基本概念掌握DCS的组成了解DCS的软硬件特性教学内容要点DCS的基本概念（DCS，集中式控制系统，DCS设计思路，DCS系统分层结构）DCS的组成（系统网络、现场I/O控制站、操作员站、工程师站）DCS的软硬件特性（控制站硬件、操作员站硬件、工程师站硬件；运行系软件，生成系软件）重点难点重点： DCS的组成难点： DCS的软硬件特性教学思路与教法设计采用投影仪进行教学。教法：采用讲述法。从控制系统的发展过程（仪表控制、计算机控制，DDC、集中式计算机控制）引入集散

2、控制系统概念。讲述集散控制系统的相关内容（基本概念、组成、软硬件）。对本次课程的内容进行总结。第五章 集散控制系统第一节 DCS概念 第二节 DCS组成第三节 DCS的硬、软件 第一节 DCS概念DCS（Distributed Control System）即分布式控制系统，也称为集散系统（Total Distributed Control System），它在集中式控制系统的基础上发展、演变而来。集中式控制系统集中式控制系统：将过程数据输入输出(PIO）、实时数据库的管理、实时数据的处理与保存、历史数据库的管理、历史数据处理与保存、人机界面的处理(MMI),报警与日志记录、报表直至系统本身的

3、监督管理等所有功能集中在一台计算机中的控制系统。集中式控制系统的特点优点：结构简单，管理方便缺点：（1）任务繁重（2）软件故障率高（3）扩充性差（4）危险性高DCS设计思路1、采用多台计算机分工完成过程输入输出2、不同的计算机完成不同的功能3、用计算机网络实现系统扩充升级4、各计算机相对平等独立DCS的系统的分层结构集散控制系统的功能分层是集散控制系统的体系特征，它充分反映了集散控制系统的分散控制、集中管理的特点。按照功能分层的方法，集散控制系统可以分为现场控制级、过程装置控制级、车间操作管理级、全厂优化和调度管理级1、现场控制级由微处理器进入传感器、变送器、执行器形成。 采集过程数据，对数据

4、进行转换； 输出过程操纵命令； 进行直接数字控制； 完成与过程装置控制级的数据通信； 对现场控制级的设备进行监测与诊断。2、过程装置控制级用过程装置控制设备和I/O卡件组成过程装置控制级，通过通信网络把过程信息传送到上、下级。采集过程数据，进行数据转换与处理，数据的监视和存储；实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控制作用；数据和设备的自诊断；数据通信。3、车间操作管理级功能： 数据显示和记录； 过程操作（含组态操作、维护操作）； 数据存储和压缩归档； 报警、事件的诊断和处理； 系统组态、维护和优化处理； 数据通信； 报表打印和画面硬拷贝。4、全厂优化和调度管理级从原料到产品销售、从订货、库存到

5、交货、生产计划，进行一系列的优化协调，使成本下降、产量和质量提高。主要功能： 优化控制； 协调和调度各车间生产计划和各部门的关系； 主要数据的显示、存储和打印， 数据通信。第二节 DCS的组成“三点一线”一线：计算机网络三点：现场I/O控制站操作站工程师站 一、DCS的系统网络要求：具有实时性，在确定的时限内完成信息传送。拓扑结构：不采用星型结构以降低危险性；控制网采用令牌方式解决介质复用问题。管理网采用CSMA/CD方式提高效率。二、现场I/O控制站现场I/O控制站是完成对过程现场I/O处理，并实现直接数字控制（DDC）的网络节点。三个功能：1、采集现场过程数据（压力、流量等），完成AD转换

6、、积分、线性化、2、将采集数据通过网络传递到其他站点，接收操作员站和工程师站的命令3、实现局部自动控制对现场控制站的要求1、能为测量元件提供电源（常用24V）2、输入输出应有隔离保护电路3、重要控制输出，需要断电保护，上电跟随4、可靠性高5、可独立运行三、操作员站DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI）功能的网络节点。主要功能：为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可以及时了解现场运行状态、运行参数的当前值、异常情况等。操作员站显示的画面及功能1、生产过程模拟流程图2、报警窗口3、重要数据常驻显示4、实时趋势5、检测控制仪表模拟显示6、多窗口显示7、画面切换方式灵活8、

7、声音报警、报表、历史趋势四、工程师站工程师站是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点。功能：对DCS组态配置，监视各节点运行，对系统进行调整。1、组态功能（1）硬件配置组态：控制站站号，I/O配置（2）数据库组态：实时数据库、历史数据库各个点的量程、报警、线性化等（3）控制回路组态：控制算法、周期、参数（4）逻辑控制组态（5）控制算法语言组态（6）操作员画面生成1、组态功能（7）报表组态：文字，数据，打印时间、条件（8）组态数据编译下载（9）操作安全保护，口令，权限2、系统监控功能对DCS的运行状态进行监视：现场控制站、操作员站、网络通信状态。上下限设定值修改、

8、控制参数修改、检测控制点的操作。第三节 DCS的硬、软件一、DCS的硬件1、现场I/O控制站的硬件过程量I/O设备，DI、DO、AI、AO，PI，POAI：010V，±5V，420mA，热电阻，热电偶。信号调理：将各种信号预处理为同一类型、幅值的信号。要求隔离保护，为现场设备提供电源。2、操作员站的硬件由工业微型计算机、工业键盘、轨迹球、大屏幕CRT、打印机、操作控制台组成。3、工程师站的硬件可用普通微型计算机即可。也可由操作员站兼作工程师站。二、DCS的软件分为两部分：1、现场在线运行软件，称运行系软件2、为生成运行系软件而离线运行的软件，称开发系软件。运行系软件是建立在实时操作系

9、统之上的应用软件。实时操作系统：专门用于实时控制的操作系统主要运行在现场I/O控制站和操作员站上。现场I/O控制站软件：实时数据采集软件网络数据双向传输软件回路控制、顺序控制软件图形显示、数据刷新、报警、趋势、历史数据、报表、报警、操作安全保护开发系软件运行于工程师站。功能：1、硬件配置组态：定义DCS中各种站的数量及其标识、参数。2、数据库生成：定义各个数据库点。3、历史库生成：定义需保留的各个数据点及保存方法。4、引用生成：定义有数据交换的各站，以建立通信连接。5、控制回路组态：定义各个控制回路，包括算法、流程、原始数据和结果输出等。6、梯形图组态：定义顺序控制或批控制的控制顺序和流程，以及进行各步操作的条件。7、控制算法语