DCS控制说明.pdf

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1、操作站上位机通信网络服务器现场控制单元控制站下位机中控室I/O 信号传递现场设备DCS 系统包括控制节点、操作节点、通信网络。控制节点包括控制站，通信接口。操作节点包括工程师站，操作员站，服务器站，数据管理站。通信网络包括管理信息网，过程信息网，过程控制网，I/O 总线。控制站硬件包括机柜，机笼，供电，卡件。机柜包括机笼、交换机、电源模块、端子板、卡件。机笼分为电源机笼和卡件机笼；卡件包括主控卡、数据转发卡、I/O 卡件及端子板。现场接线箱里面包括接线端子和接线端子排。DCS 的硬件体系结构考察 DCS 的层次结构，DCS 级和控制管理级是组成 DCS 的两个最基本的环节。过程控制级具体实现了

2、信号的输入、变换、运算和输出等分散控制功能。在不同的 DCS 中，过程控制级的控制装置各不相同，如过程控制单元、现场控制站、过程接口单元等等，但它们的结构形式大致相同，可以统称为现场控制单元FCU。过程管理级由工程师站、操作员站、管理电脑等组成，完成对过程控制级的集中监视和管理，通常称为操作站。DCS 的硬件和软件，都是按模块化结构设计的，所以 DCS 的开发实际上就是将系统提供的各种基本模块按实际的需要组合成为一个系统，这个过程称为系统的组态。(1)现场控制单元现场控制单元一般远离控制中心， 安装在靠近现场的地方，其高度模块化结构可以根据过程监测和控制的需要配置成由几个监控点到数百个监控点的

3、规模不等的过程控制单元。现场控制单元的结构是由许多功能分散的插板 或称卡件按照一定的逻辑或物理顺序安装在插板箱中， 各现场控制单元及其与控制管理级之间采用总线连接，以实现信息交互。现场控制单元的硬件配置需要完成以下内容：插件的配置 根据系统的要求和控制规模配置主机插件CPU 插件 、电源插件、I/O 插件、通信插件等硬件设备；硬件冗余配置 对关键设备进行冗余配置是提高 DCS 可靠性的一个重要手段，DCS 通常可以对主机插件、电源插件、通信插件和网络、关键 I/O 插件都可以实现冗余配置。硬件安装 不同的 DCS，对于各种插件在插件箱中的安装，会在逻辑顺序或物理顺序上有相应的规定。另外，现场控

4、制单元通常分为基本型和扩展型两种，所谓基本型就是各种插件安装在一个插件箱中， 但更多的时候时需要可扩展的结构形式，即一个现场控制单元还包括假设干数字输入/输出扩展单元，相互间采用总线连成一体。就本质而言，现场控制单元的结构形式和配置要求与模块化 PLC 的硬件配置是一致的。(2)操作站操作站以来显示并记录来自各控制单元的过程数据， 是人与生产过程信息交互的操作接口。典型的操作站包括主机系统、显示设备、键盘输入设备、信息存储设备和打印输出设备等，主要实现强大的显示功能如模拟参数显示、系统状态显示、多种画面显示等等 、报警功能、操作功能、报表打印功能、组态和编程功能等等。另外，DCS 操作站还分为

5、操作员站和工程师站。从系统功能上看，前者主要实现一般的生产操作和监控任务，具有数据采集和处理、监控画面显示、故障诊断和报警等功能。后者除了具有操作员站的一般功能以外，还应具备系统的组态、控制目标的修改等功能。从硬件设备上看，多数系统的工程师站和操作员站合在一起，仅用一个工程师键盘加以区分。1、人机界面，操作员站、工程师站、历史站，俗称上位机，用于操作设备，监视参数，系统组态，历史记录等；2、DPU，俗称下位机，用于执行系统逻辑、运算并发出指令；3、I/O 模件，用于收集现场一次设备、元件的参数，硬接线实现，分模拟量和开关量等；4、继电器柜，用于执行 DPU 的指令，如设备启停等；5、系统电源柜

6、，用于 DCS 系统电源供应，双路；6、数据高速公路，同轴电缆或双绞线，用于数据传输；7、数字交换机，用于联系上位机和下位机的枢纽；主要包括：现场监测站、现场控制站、操作员站、工程师站、上位电脑、通信网络1. 现场监测站直接与生产过程相连接， 实现对过程非控制变量进行数据采集。它完成数据采集和预处理， 并对实时数据进一步加工， 为操作站提供数据，实现对过程变量和状态的监视和打印， 实现开环监视，或为控制回路运算提供辅助数据和信息。2. 现场控制站也直接与生产过程相连接， 它的功能比现场监测站更强，不仅要对控制变量进行检测、处理，还要输出控制信号驱动现场的执行机构，自主实现生产过程的闭环控制。3

7、. 操作员站简称操作站， 是操作人员进行过程监视、过程控制操作的主要设备。操作站提供良好的人机关互界面，用以实现集中显示、集中操作和集中管理等功能。4. 工程师站主要用于对 DCS 进行离线的组态工作和在线的系统监督、控制与维护。工程师能够借助组态软件对系统进行离线组态，并在 DCS 在线运行时实时地监视 DCS 网络上各站的运行情况。5. 上位电脑用于全系统的信息管理和优化控制。6. 通信网络是集散控制系统的中枢，它连接 DCS 的监测站和控制站、操作站、工程师站、上位电脑等部分，完成各部分之间的数据、指令及其他信息的传递，进行数据和信息共享，从而实现整个系统协调一致地工作。关于关于 DCS

8、DCS 控制系统的功能与原理说明控制系统的功能与原理说明什么是什么是 DCSDCS 控制系统控制系统？DCS 是分布式控制系统的英文缩写Distributed Control System，在国内自控行业又称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型电脑控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级电脑系统，综合了电脑，通信、显示和控制等 4C 技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。首先，DCS 的骨架系统网络，它是 DCS 的

9、基础和核心。由于网络对于DCS 整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于 DCS 的系统网络来说，它必须满足实时性的要求， 即在确定的时间限度内完成信息的传送。 这里所说的 “确定” 的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率 DCS， 即通常所说的每秒比特数 bps ， 而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的 DCS

10、均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大假设干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点， 另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中， 各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。DCSDCS 控制系统控制系统的功能组成的功能组成典型的 DCS 体系结构分为三层，第一层为分散过程控制级；第二层为集中操作监控级；第三层为综合信息管理级。层间由高速

11、数据通路 HW 和局域网络LAN 两级通信线路相连，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。第一层：分散过程控制级分散过程控制级是 DCS 的基础层,它向下直接面向工业对象，其输入信号来自于生产过程现场的传感器如热电偶、热电阻等、变送器如温度、压力、液位、流量等及电气开关输入触点等，其输出去驱动执行器如调节阀、电磁阀、 电机等 ， 完成生产过程的数据采集、 闭环调节控制、 顺序控制等功能；其向上与集中操作监控级进行数据通信， 接收操作站下传加载的参数和操作命令，以及将现场工作情况信息整理后向操作站报告。构成这一级的主要装置有：现场控制站，可编程控制器，智能调节器及其它测控装置。1、.现场控

12、制站现场控制站具有多种功能集连续控制、顺序控制、批量控制及数据采集功能为一身。1现场控制站的硬件构成现场控制站一般是标准的机柜式机构，柜内由电源、总线、I/O 模件、处理器模件、通信模件等部分组成。一般在机柜的顶部装有风扇组件，其目的是带走机柜内部电子部件所散发出来的热量；机柜内部设假设干层模件安装单元，上层安装处理器模件和通信模件，中间安装I/O 模件，最下边安装电源组件。机柜内还设有各种总线，如电源总线，接地总线，数据总线，地址总线，控制总线等等。现场控制站的电源不仅要为柜内提供电源， 还要为现场检测器件提供外供电源， 这两种电源必须互相隔离， 不可共地，以免干扰信号通过电源回路耦合到 I

13、/O 通道中去。一个现场控制站中的系统结构， 包含一个或多个基本控制单元，基本控制单元是由一个完成控制或数据处理任务的处理器模件以及与其相连的假设干个输入输出模件所构成的有点类似于 IPC。基本控制单元之间，通过控制网络Cnet 连接在一起， Cnet 网络上的上传信息通过通信模件， 送到监控网络 Snet，同理 Snet 的下传信息，也通过通信模件和 Cnet 传到各个基本控制单元。在每一个基本控制单元中，处理器模件与 I/O 模件之间的信息交换由内部总线完成。内部总线可能是并行总线，也可能是串行总线。近年来，多采用串行总线 。2现场控制站的软件功能现场控制站的主要功能有 6 种，即数据采集

14、功能、DDC 控制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打印报表功能、数据通信功能：数据采集功能： 对过程参数， 主要是各类传感变送器的模拟信号进行数据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线显示、事故报警等。DDC 控制功能：包括接受现场的测量信号，进而求出设定值与测量值的偏差，并对偏差进行 PID 控制运算，最后求出新的控制量，并将此控制量转换成相应的电流送至执行器驱动被控对象。顺序控制功能： 通过来自过程状态输入输出信号和反馈控制功能等状态信号，按预先设定的顺序和条件，对控制的各阶段进行顺序控制。信号报警功能： 对过程参数设置上限值和下限值，假设超过上限或下限则分别进行越限报警；对非法的开关量

15、状态进行报警；对出现的事故进行报警。信号的报警是以声音、光或 CRT 屏幕显示颜色变化来表示。打印报表功能：定时打印报表；随机打印过程参数；事故报表的自动记录打印。数据通信功能：完成分散过程控制级与集中操作监控之间的信息交换。2.2.智能调节器智能调节器智能调节器是一种数字化的过程控制仪表，也称可编程调节器。其外形类似于一般的盘装仪表，而其内部是由微处理器 CPU、存储器 RAM、ROM、模拟量和数字量 I/0 通道、 电源等部分组成的一个微型电脑系统。 智能调节器可以接受和输出 420mA 模拟量信号和开关量信号，同时还具有RS-232 或RS-485 等串行通信接口。一般有单回路、2 回路

16、、或 4 回路的调节器，控制方式除一般的单回路 PID 之外，还可组成串级控制、前馈控制等复杂回路。因此，智能调节器不仅可以在一些重要场合下单独构成复杂控制系统，完成1 4 个过程控制回路， 而且可以作为大型分散控制系统中最基层的一种控制单元，与上位机(即操作监控级)连成主从式通信网络，接受上位机下传的控制参数，并上报各种过程参数。3.3.可编程控制器可编程控制器可编程控制器即 PLC，与智能调节器最大的不同点是：它主要配制的是开关量输人、输出通道，用于执行顺序控制功能。在新型的 PLC 中，也提供了模拟量输入输出及 PID 控制模块， 而且均带有 RS-485 标准的异步通信接口。同智能调节

17、器一样， PLC 的高可靠性和不断增强的功能，使它既可以在小型控制系统中担当控制主角， 又可以作为大型分散控制系统中最基层的一种控制单元。二、第二层集中操作监控级二、第二层集中操作监控级集中操作监控级是面向现场操作员和系统工程师的， 如图 1 所示的中间层。这一级配有技术手段先进，功能强大的电脑系统及各类外部装置，通常采用较大屏幕、较高分辨率的图形显示器和工业键盘，电脑系统配有较大存储容量的硬盘或软盘，另外还有功能强大的软件支持，确保工程师和操作员对系统进行组态、监视和操作，对生产过程实行高级控制策略、故障诊断、质量评估等。集中操作监控级以操作监视为主要任务：把过程参数的信息集中化，对各个现场

18、控制站的数据进行收集，并通过简单的操作，进行工程量的显示、 各种工艺流程图的显示、 趋势曲线的显示以及改变过程参数(如设定值、控制参数、报警状态等信息);另一个任务是兼有部分管理功能：进行控制系统的组态与生成。构成这一级的主要装置有：面向操作人员的操作员操作站、面向监督管理人员的工程师操作站、监控电脑及层间网络联接器。一般情况下，一个 DCS 系统只需配备一台工程师站，而操作员站的数量则需要根据实际要求配置。1.1.操作员操作站操作员操作站DCS 的操作员站是处理一切与运行操作有关的人-机界面功能的网络节点， 其主要功能就是使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是

19、否有异常情况发生等。 并可通过输出设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效、高质。(1)操作员站的硬件操作员站由 IPC 或工作站、工业键盘、 大屏幕图形显示器和操作控制台组成， 这些设备除工业键盘外， 其他均属通用型设备。 目前 DCS 一般都采用 IPC来作为操作员站的主机及用于监控的监控电脑。操作员键盘多采用工业键盘， 它是一种根据系统的功能用途及应用现场的要求进行设计的专用键盘，这种键盘侧重于功能键的设置、盘面的布置安排及特殊功能键的定义。由于 DCS 操作员的主要工作基本上都是通过 CRT 屏幕、 工业键盘完成的，因此，操作控制台必须设计合理，使操作员能长时间工

20、作不感吃力。另外在操作控制台上一般还应留有安放打印机的位置， 以便放置报警打印机或报表打印机。作为操作员站的图形显示器均为彩色显示器， 且分辨率较高、 尺寸较大。打印机是 DCS 操作员站的不可缺少的外设。 一般的 DCS 配备两台打印机，一台为普通打印机，用于生产记录报表和报警列表打印 ;另一台为彩色打印机，用来拷贝流程画面。(2)操作员站的功能操作员站的功能主要是指正常运行时的工艺监视和运行操作， 主要由总貌画面、分组画面、点画面、流程图画面、趋势曲线画面、报警显示画面及操作指导画面等 7 种显示画面构成。2.2.工程师操作站工程师操作站工程师站是对 DCS 进行离线的配置、 组态工作和在

21、线的系统监督、控制、维护的网络节点。其主要功能是提供对 DCS 进行组态，配置工具软件即组态软件，并通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使 DCS 随时处于最正确工作状态之下。(1)工程师站的硬件对系统工程师站的硬件没有什么特殊要求， 由于工程师站一般放在电脑房内，工作环境较好，因此不一定非要选用工业型的机器，选用普通的微型电脑或工作站就可以了，但由于工程师站要长期连续在线运行，因此其可靠性要求较高。目前，由于电脑制造技术的巨大进步，便得 IPC 的成本大幅下降，因而工程师站的电脑也多采用IPC。其它外设一般采用普通的标准键盘、图形显示器，打印机也可与操作员站共享。(2)工程师站

22、的功能系统工程师站的功能主要包括对系统的组态功能及对系统的监督功能。组态功能：工程师站的最主要功能是对 DCS 进行离线的配置和组态工作。在 DCS 进行配置和组态之前，它是毫无实际应用功能的，只有在对应用过程进行了详细的分析、 设计并按设计要求正确地完成了组态工作之后，DCS 才成为一个真正适合于某个生产过程使用的应用控制系统。系统工程师在进行系统的组态工作时，可依照给定的运算功能模块进行选择、连接、组态和设定参数，用户无须编制程序。监督功能：与操作员站不同，工程师站必须对 DCS 本身的运行状态进行监视，包括各个现场 I/O 控制站的运行状态、各操作员站的运行情况、网络通信情况等等。一旦发

23、现异常，系统工程师必须及时采取措施，进行维修或调整，以使 DCS 能保证连续正常运行，不会因对生产过程的失控造成损失。另外还具有对组态的在线修改功能，如上、下限定值的改变，控制参数的修整，对检测点甚至对某个现场 I/O 站的离线直接操作。在集中操作监控级这一层，当被监控对象较多时还配有监控电脑 ;当需要与上下层网络交换信息时还需配备网间联接器。三、第三层综合信息管理级三、第三层综合信息管理级这一级主要由高档微机或小型机担当的管理电脑构成，如图 12-1 所示的顶层部分。 DCS 的综合信息管理级实际上是一个管理信息系统(Managementlnformation System，简称 MIS)，

24、由电脑硬件、软件、数据库、各种规程和人共同组成的工厂自动化综合服务体系和办公自动化系统。MIS 是一个以数据为中心的电脑信息系统。企业 MIS 可粗略地分为市场经营管理、生产管理、财务管理和人事管理四个子系统。子系统从功能上说应尽可能独立，子系统之间通过信息而相互联系。DCS 的综合信息管理级主要完成生产管理和经营管理功能。比方进行市场预测，经济信息分析;对原材料库存情况、生产进度、工艺流程及工艺参数进行生产统计和报表;进行长期性的趋势分析，作出生产和经营决策，确保最优化的经济效益。目前国内使用的 DCS 重点主要放在底层与中层二级上。DCSDCS 控制系统控制系统的特点的特点高可靠性由于 D

25、CS 将系统控制功能分散在各台电脑上实现，系统结构采用容错设计， 因此某一台电脑出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。 此外，由于系统中各台电脑所承担的任务比较单一， 可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用电脑， 从而使系统中每台电脑的可靠性也得到提高。开放性DCS 采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台电脑采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增电脑方便地连入系统通信网络或从网络中卸下， 几乎不影响系统其他电脑的工作。灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态， 即确定测量与控制信号及相互间连接关系、 从控制算法库选择适用的控

26、制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面， 从而方便地构成所需的控制系统。易于维护功能单一的小型或微型专用电脑，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个电脑出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。协调性各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS 的构成方式十分灵活，可由专用的管理电脑站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采

27、集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制电脑和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制， 并通过数据通信网络传送到生产监控级电脑。 生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理， 如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着电脑技术的发展，DCS 可以按照需要与更高性能的电脑设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能， 如计划调度、仓储管理、能源管理等。请问在 DCS 中，AI,AO,DI,DO,各自的具体意思，和各自分别有哪些信号？比方 AI 的具体意思， 它包含哪些信号？AI 是模拟量输入信号，现场信号进入 DCS 系统AO 是模拟量输出信号，是 DCS 系统输出到现场调节阀、传感器一类设备的信号DI 是开关量输入信号，是现场信号进入 DCS 系统的报警显示信号DO 是开关量输出信号，是 DCS 系统发出命令控制现场的电动机或其它电动设备。