【PPT】集散控制系统5【北京大学出版社_中国林业大学出版社】.ppt

1、第5章 DCS的工程师站,2,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,第5章 DCS的工程师站 5.1 DCS工程师站的组成 5.2 DCS工程师站的组态,3,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,第5章 DCS的工程师站,工程师站(ES)是 DCS的人机界面(MMI) 功能： 组态 绘图 编程 兼操作员站,4,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,第5章 DCS的工程师站,操作员站的人机界面 首先在工程师站上生成， 然后装入操作员站运行。 控制站的输入输出控制 首先在工程师站上生成， 然后装入控制站运行。 工程师站 既可以在线工作， 也可以离线工作。,5,第5章 DCS的工程

2、师站,2020/8/5,第5章 DCS的工程师站 5.1 DCS工程师站的组成 5.2 DCS工程师站的组态,6,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.1 DCS工程师站的组成 5.1.1 DCS工程师站的硬件 5.1.2 DCS工程师站的软件,7,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.1.1 DCS工程师站的硬件,组成： 主机设备 外部设备,主机设备： 主机 CRT/LCD 键盘 鼠标 外存储器 通信板卡 .等等 外部设备： 打印机 键盘 .等等,8,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.1.1 DCS工程师站的硬件,主机： 32位或64位微型机或工作站， 内存

3、512MB以上， 硬盘(80GB以上)，软盘(1.44MB)， 光盘(40倍速以上)，CD-R或CD-RW， 移动盘。,彩色CRT或LCD： 21英寸 分辨率12801024或更高,9,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,工程师站的结构,机型： IPC工作站 结构： 台式 落地式,5.1.1 DCS工程师站的硬件,10,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.1 DCS工程师站的组成 5.1.1 DCS工程师站的硬件 5.1.2 DCS工程师站的软件,11,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.1.2 DCS工程师站的软件,软件： 系统软件应用软件 应用软件： 用户表

4、现形式是组态： 操作监控层设备组态 直接控制层设备组态 控制功能组态 操作画面组态 应用软件分类： 1. 组态软件 2. 绘图软件 3. 编程软件,12,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,1. 组态软件,(1)系统组态软件： 建立网络 登记设备 定义系统信息 分配系统功能 目的： 将一个物理的DCS系统 构成一个逻辑的DCS系统， 便于系统管理、查询、诊断和维护。,13,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,1. 组态软件,(2)应用组态软件： 建立功能块： 输入功能块、输出功能块、 运算功能块 连续控制功能块、逻辑控制功能块 顺序控制功能块、程序功能块 构成控制回路： 连续控

5、制回路 例如，单回路、串级、前馈、 逻辑控制回路 顺序控制回路,14,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,1. 组态软件,应用组态方式： 填表组态方式 语言组态方式 图形组态方式 混合组态方式,15,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 填表组态方式,步骤： 根据控制回路或控制策略 确定所需的功能块， 通过菜单选择功能块， 填写参数表： 输入功能块参数表 输出功能块参数表 运算功能块参数表 控制功能块参数表,16,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 填表组态方式,单回路PID控制 功能块组成： AI输入功能块参数表 PID控制功能块参数表 AO输出功能块参数表,17,

6、第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 填表组态方式,优点： 原理简单， 便于实现。 缺点： 不直观形象， 使用不方便。,18,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 语言组态方式,组态语言： 类似于高级语言， 语句针对性强，语法简单， 面向输入、输出、 运算、控制功能块 ， 具有一般的算术运算、逻辑运算、 函数、程序控制语句。 组态语言也称为 脚本(script)语言。,19,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 语言组态方式,步骤： 编辑：用组态语言编写 输入、输出、运算、控制 功能块程序 ， 编译：对功能块程序进行编译， 形成组态文件 ， 下装：将组态文件 下装到控制

7、站运行 。,20,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 语言组态方式,优点： 可以编写 比较复杂的控制组态。 缺点： 不直观形象， 开发难度大， 使用不方便。,21,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 图形组态方式,步骤： 调用功能块， 连接功能块的输出端和输入端， 填写功能块的参数。,22,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 图形组态方式,基本图素： 输入、输出、运算和控制功能块， 功能块左侧为输入端、右侧为输出端。,23,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 图形组态方式,步骤： 调用功能块， 连接功能块的输出端和输入端， 填写功能块的参数。,24,第5

8、章 DCS的工程师站,2020/8/5, 图形组态方式,单回路PID控制的组态步骤如下： 鼠标点击LC1235， 打开PID控制模块参数表(如表2.1.1)， 逐项填写参数,25,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 图形组态方式,优点： 所见所得， 直观形象， 使用方便。,26,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 混合组态方式,填表组态方式、 语言组态方式和图形组态方式的综合， 吸取了各自的优点， 并互相取长补短。,27,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,2. 绘图软件,绘图工具： 绘静态图，绘动态图， 标准图素，建动态点， 绘制画面： 通用画面，专用画面， 管理

9、画面 ，等等 画面效果： 模拟物理装置、测控点和控制回路， 声光音响效果，工业电视画面， 多媒体功能， 给人以直观形象和身临其境之感觉。,28,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,3. 编程软件,编程语言： 专用控制语言(CL) 通用算法语言，如BASIC、C语言 特点： 既有原语言的基本语法、语句和函数， 也有面向过程的语句和函数， 直接运用功能块或实时数据库的变量名。 目的： 实现高级控制算法，提高控制水平， 编制优化操作与管理软件，提高操作水平。,29,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,第5章 DCS的工程师站 5.1 DCS工程师站的组成 5.2 DCS工程师站的组态

10、,30,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2 DCS工程师站的组态 5.2.1 DCS系统设备的组态 5.2.2 DCS控制功能的组态 5.2.3 DCS操作画面的组态,31,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2 DCS工程师站的组态,先系统组态，后应用组态。 组态主要针对 直接控制层和操作监控层。 组态顺序： 自上而下的设备组态， 先操作监控层，后直接控制层； 自下而上的功能组态， 先直接控制层，后操作监控层。,32,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2 DCS工程师站的组态 5.2.1 DCS系统设备的组态 5.2.2 DCS控制功能的组态 5.2

11、.3 DCS操作画面的组态,33,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2.1 DCS系统设备的组态,功能： 给网络设备 分配节点地址 含义： 将物理DCS 构成逻辑DCS 便于管理、查询、 诊断、维护 内容： 1. 操作监控层设备组态 2. 直接控制层设备组态,34,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,1. 操作监控层设备组态,设备： 操作员站(OS) 工程师站(ES) 监控计算机站(SCS) 计算机网关(CG) 设备组态方式 因DCS而异,35,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,1. 操作监控层设备组态,内容： 系统取名 节点组态,36,第5章 DCS的工程师站

12、,2020/8/5,1. 操作监控层设备组态,系统取名,单元名(Unit Names) 区域名(Area Names) 控制台名(Console Names),系统结构： 被控对象分成若干个区域(Area) 每个区域分成若干个单元(Unit) 每个单元有若干个点(Point),37,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,单元名(Unit Names) 例如，某DCS 最多100个单元 单元组态内容： 序号(No.)： 1，2，3，.，99，00 单元标识符(Unit ID)： 2个字符， 如U1，U2，RT,1. 操作监控层设备组态,系统取名,38,第5章 DCS的工程师站,2020/8

13、/5,区域名(Area Names) 例如，某DCS 最多10个区域 区域组态内容： 区域名(Area Names) ： 8个字符， 如AREA01,1. 操作监控层设备组态,系统取名,39,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,1. 操作监控层设备组态,节点组态,内容： 分配节点号和节点名,操作员站 节点号 01、02、03， 节点名 OS01、OS02、OS03,工程师站 节点号 04 节点名 ES04；,监控计算机站 节点号 05 节点名 SCC05,例如，某DCS,40,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,2. 直接控制层设备组态,设备：控制站 (CS) 组态方式 因CS

14、而异,内容： 控制站节点组态 控制站特性组态,41,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,2. 直接控制层设备组态,控制站节点组态,内容： 分配节点号和节点名,控制站 节点号 11、12、 13、14， 节点名 CS11、CS12、 CS13、CS14,例如，某DCS,42,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,2. 直接控制层设备组态, 控制站特性组态,内容： 分配各类 功能块的个数及扫描周期 给I/O插槽 分配I/O模板,43,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,控制站处理功能 的用户表现形式是功能块， 控制站处理容量 的单位是处理单元（processor unit，P

15、U）， 功能块占用PU数 取决于扫描周期。 例如，某DCS控制站 PID控制块的扫描周期为1或0.5秒， 对应占用1或2个PU,2. 直接控制层设备组态, 控制站特性组态,44,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,2. 直接控制层设备组态, 控制站特性组态,例如，某DCS控制站 允许最多40块I/O模板 (module number 140)， 分布在4个I/O模板箱 (file number 14)， 每个I/O模板箱有15个插槽 (card number 115),Honeywell,45,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,I/O模板类型： HLAI(高电平AI) LLA

16、I(低电平AI) LLMUX(多路低电平AI) PI(脉冲输入) DI AO DO SI(串行接口） .等等。,2. 直接控制层设备组态, 控制站特性组态,46,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,2. 直接控制层设备组态, 控制站特性组态,例如，某DCS控制站 特性组态主要内容如下： 连续控制模块数为128个， 连续运算模块数为256个， 逻辑控制模块数为512个， 顺序控制模块数为128个， 开关设备模块数为512个， 程序模块数为64， 扫描周期为1(s)， .等等,47,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,2. 直接控制层设备组态, 控制站特性组态,例如，某DCS控制站

17、 有40块I/O模板， 逐块板组态。,Honeywell,48,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,2. 直接控制层设备组态, 控制站特性组态,例如，某DCS控制站 有40块I/O模板，逐块板组态。,组态的主要内容： I/O模板号(Module Number)：1 I/O模板箱号(File Number)：1 I/O模板槽号(Card Number)：3 I/O模板类型(Module Type)：HLAI I/O模板冗余选择(Redundancy Option)： REDUN(冗余) 冗余的I/O模板箱号(File Number)：2 冗余的I/O模板槽号(Card Number)：3

18、,49,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2 DCS工程师站的组态 5.2.1 DCS系统设备的组态 5.2.2 DCS控制功能的组态 5.2.3 DCS操作画面的组态,50,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2.2 DCS控制功能的组态,直接控制层的 主要设备是控制站(CS) 组态内容： (1)建立功能块： 输入功能块 输出功能块 运算功能块 连续控制功能块 逻辑控制功能块 顺序控制功能块 (2)构成控制回路： 单回路 前馈 串级 比值 ,51,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,组态依据： 根据I/O模板 建立 输入功能块、输出功能块； 根据控制要求 建

19、立 运算功能块、控制功能块， 构成 连续控制、逻辑控制、顺序控制回路,5.2.2 DCS控制功能的组态,52,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2.2 DCS控制功能的组态,组态顺序： 输入功能块 输出功能块 运算功能块 控制功能块 组态结果： 所见所得，自动形成组态文件。 功能块执行： 组态文件 下装到控制站， 在控制站 执行构成控制回路的功能块。,53,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2.2 DCS控制功能的组态,1. 输入功能块组态 2. 输出功能块组态 3. 运算功能块组态 4. 控制功能块组态,54,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,1. 输入

20、功能块组态,输入功能块 与输入模板的信号点 一一对应，,输入功能块组态方式 因DCS而异， 以某DCS为例。,55,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,工位号（Tag Name）：8字符串， 如FT123 工程单位（E. U. Descriptor）：8个字符串， 如m3/s 单元标识（Unit ID）：2个字符串， 如U2,某DCS的高电平模拟量输入 (HLAI)功能块的 主要组态内容如下：,56,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,I/O模板号（Module Number）：1，2，40， 如8 模板内点号（Slot Number）：1，2，16， 如5 模入模板类型（Mo

21、dule Type）： HLAI，LLAI，PI， 如HLAI HLAI信号类型（Sensor Type）：15V或05V， 如15V,某DCS的高电平模拟量输入 (HLAI)功能块的 主要组态内容如下：,57,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,信号特性（PVCHAR）： LINEAR（线性）或SQRROOT（开方）， 如SQRROOT 输入方向（Input Direction）： DIRECT（正向）或REVERSE（反向）， 如DIRECT,某DCS的高电平模拟量输入 (HLAI)功能块的 主要组态内容如下：,58,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,量程上限（Range

22、 High）：107， 如100.0 量程下限（Range Low）：107， 如0.0,某DCS的高电平模拟量输入 (HLAI)功能块的 主要组态内容如下：,59,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,高高限报警点（High High Trip Point）：量程范围内， 如90.0 高限报警点（High Trip Point）：量程范围内， 如80.0 低限报警点（Low Trip Point）：量程范围内， 如30.0 低低限报警点（Low Low Trip Point）：量程范围内， 如20.0,某DCS的高电平模拟量输入 (HLAI)功能块的 主要组态内容如下：,60,第5章

23、DCS的工程师站,2020/8/5,2. 输出功能块组态,输出功能块 与输出模板的信号点 一一对应，,输出功能块组态方式 因DCS而异， 以某DCS为例。,61,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,某DCS的模拟量输出 (AO)功能块的 主要组态内容如下：,工位号（Tag Name）：8个字符串， 如FV123 单元标识（Unit ID）：2个字符串， 如U2,62,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,AO模板号（Module Number）：1，2，40， 如2 模板内点号（Slot Number）：1，2，8， 如6 输出方向（Output Direction）：DIREC

24、T(正向)或 REVERSE(反向)， 如DIRECT,某DCS的模拟量输出 (AO)功能块的 主要组态内容如下：,63,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,输出特性（OPCHAR）：OFF（无）或ON（有）， 如ON 如果选ON，则需填折线输出点(Xi， Yi) ， 形成非线性输出特性。,某DCS的模拟量输出 (AO)功能块的 主要组态内容如下：,64,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,3. 运算功能块组态,运算功能块类型： 代数运算 信号选择 数据选择 数值限制 报警检查 计算公式 传递函数 组态方式 因DCS而异， 因功能块而异。,65,第5章 DCS的工程师站,202

25、0/8/5,组态步骤： 点击运算功能块窗口， 打开运算功能块类型菜单； 点击某运算功能块类型(如代数运算功能块)窗口， 打开该类型下的算法功能块菜单； 点击某算法功能块(如乘法MULTIP)窗口， 将此功能块框图 拖到屏幕某个位置； 点击该功能块框图， 打开参数表窗口， 逐项填表。,3. 运算功能块组态,66,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,3. 运算功能块组态,乘法功能块组态内容： 工位号（Tag Name）：MULT123 控制站节点号（Network Number）：13 功能块号（Module Number）：6 输入信号1（Input1）：FT124 输入信号2（Inpu

26、t1）：PT125 系数K1、K2 偏置A1、A2、A3,67,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,4. 控制功能块组态,控制功能块类型： 连续控制功能块 逻辑控制功能块 顺序控制功能块 组态方式 因DCS而异， 因功能块而异。,68,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,(1) 连续控制功能块组态,连续控制的核心是PID控制块， PID控制块与输入、输出、运算块相结合， 可以构成单回路、串级、前馈、比值、 选择性、分程、纯迟延补偿、 解耦控制回路、等等，,69,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,(1) 连续控制功能块组态,PID控制块的信号及参数 因DCS而异， 采用

27、功能块图形组态方式， 构成控制回路。,70,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,图5.3所示的单回路PID控制的组态步骤如下： 组态建立 模拟量输入(AI)功能块FT123； 组态建立 模拟量输出(AO)功能块FV123；,(1) 连续控制功能块组态,71,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,图5.3所示的单回路PID控制的组态步骤如下： 点击输入功能块窗口， 选择模拟量输入(AI)功能块FT123， 再拖放到CRT或LCD屏幕上；,(1) 连续控制功能块组态,72,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,图5.3所示的单回路PID控制的组态步骤如下： 点击PID控制功能块

28、窗口， 选择PID功能块并取名FC123， 再拖放到CRT或LCD屏幕上；,(1) 连续控制功能块组态,73,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,图5.3所示的单回路PID控制的组态步骤如下： 点击输出功能块窗口， 选择模拟量输出(AO)功能块FV123， 再拖放到CRT或LCD屏幕上；,(1) 连续控制功能块组态,74,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,图5.3所示的单回路PID控制的组态步骤如下： 点击FT123输出端PV， 再点击FC123输入端PV， 两者之间自动形成连线；,(1) 连续控制功能块组态,75,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,图5.3所示的单

29、回路PID控制的组态步骤如下： 点击FC123输出端OV， 再点击FV123输入端IV， 两者之间自动形成连线；,(1) 连续控制功能块组态,76,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,图5.3所示的单回路PID控制的组态步骤如下： 点击FV123输出端BOV， 再点击FC123输入端BIV， 两者之间自动形成连线；,(1) 连续控制功能块组态,77,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,图5.3所示的单回路PID控制的组态步骤如下： 双击FC123， 打开PID控制功能块参数表(如表2.1.1) 逐项填写参数。,(1) 连续控制功能块组态,78,第5章 DCS的工程师站,2020

30、/8/5,某DCS的PID控制功能块的 主要组态参数：,工位号（Tag Name）：FC123 工程单位（E.U. Descriptor）：m3/s； 单元标识（Unit ID）：U2 控制站节点号 （Node Number）：13 模块号（Slot Number）：1 控制算法（Control Algorithm）：PID,(1) 连续控制功能块组态,79,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,PV量程上限（PV Range High）：100.0 PV量程下限（PV Range Low）：0.0 控制作用（Control Action）：REVERSE(反作用) ， DIRECT（正

31、作用）， 如REVERSE,(1) 连续控制功能块组态,某DCS的PID控制功能块的 主要组态参数：,80,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,比例增益（Gain Value）：1.5 积分时间（Integral Time）：1.0(min) 微分时间（Derivative Time）：0.2(min) 被调量（Input）：FT123.PV 控制量（Output）：FV123.OP . .,(1) 连续控制功能块组态,某DCS的PID控制功能块的 主要组态参数：,81,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,(2) 逻辑控制功能块组态,组态类型： 梯形图组态方式 功能块图组态方式

32、 指令表组态方式,82,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,梯形图组态方式： 调出接点、线圈和元件， 进行接点、线圈和元件 之间的连线， 填写接点名。,(2) 逻辑控制功能块组态,83,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,功能块图组态方式： 调出逻辑功能块， 进行功能块之间的连线， 填写输入输出变量名。,指令表组态方式：,(2) 逻辑控制功能块组态,84,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,指令表组态方式：,LD L1 ；输入L1 AND L2 ；与L2 AND L3 ；与L3 OUT SO1 ；输出SO1 LD L4 ；输入L4 OR L5 ；或L5 OR L6 ；或

33、L6 OUT SO2 ；输出SO2 LD SO1 ；输入SO1 XOR SO2 ；异或SO2 OUT SO3 ；输出SO3 LD SO3 ；输入SO3 NOT ；取反 OUT DO4 ；输出DO4,85,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,(3) 顺序控制功能块组态,含义： 按照预定的顺序步进行运算控制。,见4.1.1节。,组成： 步框(step) 步命令框 步前进条件 信号： 逻辑信号为主， 连续信号为辅。,86,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2 DCS工程师站的组态 5.2.1 DCS系统设备的组态 5.2.2 DCS控制功能的组态 5.2.3 DCS的操作画面组态,87,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,5.2.3 DCS操作画面的组态,1. 通用操作画面组态 2. 专用操作画面组态 3. 管理画面组态,88,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5,1. 通用操作画面组态,类型： 总貌画面 组画面 点画面 趋势画面 报警画面 特点： 系统规定了画面格式、动态数据、 操作方式、静态图形和动态图形， 用户通过简单的 组态定义即可使用。 组态方式因DCS而异,89,第5章 DCS的工程师站,2020/8/5, 总貌画面组态,例如，某DCS的总貌画面,36个长方格(4