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1、DCS集散控制系統(tǒng)簡介主講人：江小龍 DCS系統(tǒng) DCS即分布式控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)），指控制分散、風險分散、操作顯示集中、采用分布式結(jié)構(gòu)的智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。它是由計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機接口技術(shù)相互發(fā)展?jié)B透而產(chǎn)生的，既不同于分散的儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式計算機控制系統(tǒng)，它是吸收了兩者的優(yōu)點，在它們的基礎(chǔ)上又發(fā)展起來的一門系統(tǒng)工程技術(shù)，具有顯著的優(yōu)越性。 DCS系統(tǒng)在工廠中的應(yīng)用舉例 術(shù)語定義 APC先進過程控制CCS壓縮機控制系統(tǒng)CCTV現(xiàn)場攝像監(jiān)視系統(tǒng)DCS集散控制系統(tǒng)DLP/MPDP大屏幕監(jiān)視系統(tǒng)EWSDCS工程師站FAS火災(zāi)報警監(jiān)視系統(tǒng)FRR本項

2、目的現(xiàn)場機柜間GDS可燃、有毒氣體報警系統(tǒng)I/O過程輸入/輸出LCR本項目現(xiàn)場控制室MMS機組監(jiān)視系統(tǒng)OPSDCS操作員站PAS在線分析儀系統(tǒng)PLC可編程序控制系統(tǒng)SAT現(xiàn)場驗收SIL/AK安全度等級CCR中央控制室FRR現(xiàn)場機柜間LCR現(xiàn)場機柜間SIS安全儀表系統(tǒng)GDS可燃氣體和有毒氣體檢測的監(jiān)控系統(tǒng)GPS時鐘同步系統(tǒng)OTS動態(tài)仿真系統(tǒng) 自控術(shù)語定義聯(lián)鎖：某一參數(shù)達到規(guī)定值或某一設(shè)備啟、停或開、關(guān)時，聯(lián)動或閉鎖對另一設(shè)備的控制。 FO：故障狀態(tài)打開的閥門（氣關(guān)閥） FC：故障狀態(tài)關(guān)閉的閥門（氣開閥）調(diào)節(jié)器正反作用：當給定值不變，被控變量測量值增加時，控制器的輸出也增加，稱為“正方向”；或者當

3、測量值不變，給定值減小時?？刂破鞯妮敵鲈黾臃Q為“正方向”。反之稱為“反方向”。 自控術(shù)語定義 AI：模擬量輸入analoginput AO：模擬量輸出analogoutput DI：數(shù)字（開關(guān)）量輸入digitinput DO：數(shù)字（開關(guān)）量輸出digitoutput兩線制三線制四線制：兩線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表聯(lián)系僅用兩根導(dǎo)線，這兩根線既是電源線，又是信號線。四線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表聯(lián)系有兩根電源線和兩根信號線，三線制是指一根電源線一根信號線一根共用線。 自控術(shù)語定義有源：信號源本身可以輸出信號，不需要負載電源，可直接驅(qū)動阻性負載，例如，四線制的儀表，兩線為電源線，兩線為信號線

4、，信號回路不能再接電源。信號回路需要接電源，否則信號源將無信號輸出，例如，兩線制變送器，需要在信號回路中接入電源。無源：信號回路需要接電源，否則信號源將無信號輸出，例如，兩線制變送器，需要在信號回路中接入電源。（針對模擬量） 自控術(shù)語定義干接點和濕接點干接點：針對開關(guān)量在工業(yè)控制領(lǐng)域中，是一個標準的名詞。繼電器的干觸點，表示觸點回路的供電由外部電路供應(yīng)，繼電器僅僅提供一個“結(jié)點（接點）”接通一下電路而已，“其他一概不管”；而濕觸點則與干觸點相對應(yīng)：除了提供接通回路的觸點之外，還提供觸點回路上所需要的電流。 DCS在大美煤炭深加工項目中的應(yīng)用甲醇制烯烴（I/O點4 9 1 9個）聚乙烯（I/O點

5、1 6 3 7個）聚丙烯（I/O點3 0 3 7個）公用工程（I/O點2 8 2 4個） 中央控制室DCS在大美尾氣綜合利用項目中的應(yīng)用甲醇制烯烴現(xiàn)場控制室聚乙烯現(xiàn)場控制室聚丙烯現(xiàn)場控制室回用水現(xiàn)場控制室烯烴循環(huán)水現(xiàn)場控制室空分現(xiàn)場控制室鍋爐裝置現(xiàn)場控制室罐區(qū)現(xiàn)場控制室 系統(tǒng)構(gòu)成例 工程師站操作員站交換機控制器 I/O卡件現(xiàn)場儀表 DCS控制系統(tǒng)簡圖 DCS特點介紹DCS是分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem)的簡稱，國內(nèi)一般習慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機Computer)、通訊(Commu

6、nication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4 C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便，DCS特點如下。 高可靠性由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。 開放性 DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)

7、絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。 靈活性通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。 易于維護功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。 協(xié)調(diào)性各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。 控制功能齊全控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實

8、現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。

9、 DCS內(nèi) 部 主 要 硬 件 介 紹接 線 端 子 ：接線端子就是用于實現(xiàn)電氣連接的一種配件產(chǎn)品，工業(yè)上劃分為連接器的范疇。 安 全 柵 ： 安 全 柵 （ safety barrier） ， 接 在 本 質(zhì) 安 全 電 路 和 非 本 質(zhì) 安 全 電 路 之 間 。 將供 給 本 質(zhì) 安 全 電 路 的 電 壓 或 電 流 限 制 在 一 定 安 全 范 圍 內(nèi) 的 裝 置 。安 全 柵 又 稱 安 全 限 能 器 ， 是 本 安 系 統(tǒng) 中 的 重 要 組 成 部 分 。安 全 柵 主 要 有 齊 納 式 安 全 柵 和 隔 離 式 安 全 柵 兩 大 類 。齊 納 式 安 全 柵 的

10、核 心 元 件 為 齊 納 二 極 管 ， 限 流 電 阻 及 快 速 熔 斷 絲 。隔 離 式 安 全 柵 不 但 有 限 能 的 功 能 ， 還 有 隔 離 功 能 ， 它 主 要 由 回 路 限 能 單 元 ，信 號 和 電 源 隔 離 單 元 、 信 號 處 理 單 元 組 成 。安 全 柵 的 主 要 功 能 為 限 流 限 壓 ， 保 證 現(xiàn) 場 儀 表 可 得 到 的 能 量 在 安 全 范 圍 內(nèi) 。 繼 電 器 ：繼電器是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（

11、又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 I/O卡件： AI卡件：模擬量輸入卡件 AO卡件：模擬量輸出卡件 DI卡件：開關(guān)量輸入卡件DO卡件：開關(guān)量輸出卡件 PI卡件：脈沖輸入卡件溫度卡件：溫度輸入卡件 控制器： 機柜： 工程師站系統(tǒng)維護系統(tǒng)生成測試 組態(tài)畫面 操作員站操作和監(jiān)視功能過程報告功能報警和信息輸出功能趨勢功能開放式數(shù)據(jù)接口功能 儀表控制面板工位標記回路方式報警狀態(tài)操作標記 輸出點 工位號工位注釋測量值設(shè)定值輸出值量程上限高高限高限 設(shè)定點低限低低限量程下限 方

12、式選擇鑰匙功能鍵窗口調(diào)用鍵 操作控制鍵數(shù)據(jù)鍵入鍵其它鍵 操作員鍵盤 防塵防水平面觸摸鍵，9針RS232接口或USB接口，可發(fā)出7種電子報警音響。 輔助操作臺通過硬接線來顯示和操作DCS或SIS系統(tǒng)。 中央控制室 DCS結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MES系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。DCS的控制程序：DCS的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的

13、。過程控制站的組成：DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng)，主要由電源、CPU（中央處理器）、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成I/O：控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道，這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的，一個I/O模塊上有一個或多個I/O通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器 （調(diào)節(jié)閥）。I/O單元：通常，一個過程控制站是有幾個機架組成，每個機架可以擺放一定數(shù)量的模塊。CPU所在的機架被稱為CPU單元，同一個過程站中只能有一個CPU單元，其他只用來擺放I/O模塊的機架就是I/O單元。 HART協(xié)議 HART，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國ROSEMOUNT公司于1 9 8 5年推出的

14、一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應(yīng)時間的通信，經(jīng)過1 0多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標準。 Modbus通訊協(xié)議 Modbus是由莫迪康（Modicon）（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌）在1 9 7 9年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。 Modbus具有以下幾個特點：（1）標準、開放，用戶可以免費、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產(chǎn)權(quán)。目前，支持Modbus的廠家超過4 0 0家，支持Modbus的產(chǎn)品超過6 0 0種。（2）Modbus可以支持多種電

15、氣接口，如RS-2 3 2、RS-4 8 5等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。（3）Modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡單。 PROFIBUS PROFIBUS，是一種國際化開放式不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在9 .6 kbaud1 2 Mbaud范圍內(nèi)選擇且當總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)

16、字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。 OPC OPC是一個工業(yè)標準，管理這個標準國際組織是OPC基金會，OPC基金會現(xiàn)有會員已超過2 2 0家。遍布全球，包括世界上所有主要的自動化控制系統(tǒng)、儀器儀表及過程控制系統(tǒng)的公司。基于微軟的OLE(現(xiàn)在的ActiveX)、COM（部件對象模型）和DCOM（分布式部件對象模型）技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標準集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。 PID控制當今的自動控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個偏差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的

17、響應(yīng)。在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活（PI、PD、）。 單回路控制：是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥、一個被控對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。或執(zhí)行器或調(diào)節(jié)器或被控對象測量變送裝置常見的閉環(huán)控制回路： 串級控制：兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。 三

18、沖量控制：三沖量控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來說，是一個帶有前饋信號的串級控制系統(tǒng)。 分程控制：將控制器輸出信號全程分割成若干個信號段，每個信號段控制一個控制閥。 比值控制：實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。 順序控制：所謂順序控制就是針對順序控制系統(tǒng)，按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。 相關(guān)問答 1什么是DCS？ DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（DistributedControlSystem），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。 2DCS有什么特點？ DCS是計算機技術(shù)、控

19、制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產(chǎn)過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進行數(shù)據(jù)交換。操作采用計算機操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達操作指令。因此，DCS的主要特點歸結(jié)為一句話就是：分散控制集中管理。 3DCS的結(jié)構(gòu)是怎樣的？從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為 DCS更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。 4DCS的控制程序是由誰執(zhí)行的？ DCS的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。 5過程控制站的組成如何？ DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng)，主要由電源、CPU中央處理器）、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成。