DCS体系结构分析课件.ppt
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- DCS 体系结构 分析 课件
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1、p自从自从1975年年DCS诞生以来,随着计算机、通信网络、屏诞生以来,随着计算机、通信网络、屏幕显示和控制技术的发展与应用,幕显示和控制技术的发展与应用,DCS也在不断发展和也在不断发展和更新。尽管不同更新。尽管不同DCS产品在硬件的互换性、软件的兼容产品在硬件的互换性、软件的兼容性、操作的一致性上很难达到统一,但从其基本构成方式性、操作的一致性上很难达到统一,但从其基本构成方式和构成要素来分析,仍然具有相同或相似的体系结构。和构成要素来分析,仍然具有相同或相似的体系结构。p本章从其功能、性能和通用性上分析本章从其功能、性能和通用性上分析DCS的体系结构,的体系结构,以便了解和认识以便了解和
2、认识DCS。p了解了解DCS的层次结构、硬件结构、软件结构和网络结构。的层次结构、硬件结构、软件结构和网络结构。2.1 DCS的层次结构的层次结构2.2 DCS的硬件结构的硬件结构2.3 DCS的软件结构的软件结构2.4 DCS的网络结构的网络结构2.5 典型典型DCS的体系结构的体系结构2.6 国产国产DCS的体系结构的体系结构2.1 DCS2.1 DCS的层次结构的层次结构DMCDMCDMCDMCCG3OSOSESSCSCG1MMCMMCMMCMMCCG2DNETMNETCNETPCSPCSPCSPCSPCS生生 产产 过过 程程决策管理层决策管理层生产管理层生产管理层操作监控层操作监控层
3、直接控制层直接控制层DMC-决策管理计算机决策管理计算机MMC-生产管理计算机生产管理计算机DNET-决策管理网络决策管理网络MNET-生产管理网络生产管理网络CNET-控制网络控制网络一般系一般系统统2.1.1 DCS的直接控制层的直接控制层p是是DCS的基础的基础p主要设备:过程控制站主要设备:过程控制站PCSn输入输出单元输入输出单元IOUp接收过程变量(如温度等)和状态变量(开关状态)接收过程变量(如温度等)和状态变量(开关状态)p输出模拟量和数字量操作信号输出模拟量和数字量操作信号n过程控制单元过程控制单元PCUp直接数字控制直接数字控制DDC:连续、逻辑、顺序、批量控制:连续、逻辑
4、、顺序、批量控制p与控制网络连接,便于操作监控层对生产过程进行监视和操作与控制网络连接,便于操作监控层对生产过程进行监视和操作p安全冗余处理,保证系统不间断的安全运行安全冗余处理,保证系统不间断的安全运行2.1.2 DCS的操作监控层的操作监控层p是是DCS的中心的中心p主要设备:操作员站、工程师站、监控计算机和计主要设备:操作员站、工程师站、监控计算机和计算机网关算机网关n操作员站:操作员站:32位或位或64位微处理机或小型机、专用键盘等位微处理机或小型机、专用键盘等p对生产过程进行监控、操作和管理对生产过程进行监控、操作和管理n工程师站:工程师站:32位或位或64位微处理机,或由操作员站兼
5、用位微处理机,或由操作员站兼用p系统生成、诊断维护、控制回路组态、人机界面绘制等系统生成、诊断维护、控制回路组态、人机界面绘制等n监控计算机:监控计算机:32位或位或64位小型机位小型机p建立生产过程的数学模型、实施高等过程控制策略,实现装置级建立生产过程的数学模型、实施高等过程控制策略,实现装置级的优化控制和协调控制的优化控制和协调控制p对生产过程进行故障诊断、预报和分析,保证生产安全对生产过程进行故障诊断、预报和分析,保证生产安全2.1.3 DCS的生产管理层的生产管理层p处于工厂级处于工厂级p主要设备:生产管理计算机主要设备:生产管理计算机nMMC (Manufactory manage
6、ment computer)n一般由一台中型机和若干台微型机组成一般由一台中型机和若干台微型机组成p主要功能主要功能n根据订货量、库存、生产能力等制定全厂的生产计划,根据订货量、库存、生产能力等制定全厂的生产计划,并分解落实到生产车间或装置;并分解落实到生产车间或装置;n根据生产状况及时协调全厂的生产,进行生产调度和根据生产状况及时协调全厂的生产,进行生产调度和科学管理;科学管理;n应付不可预测事件。应付不可预测事件。2.1.4 DCS的决策管理层的决策管理层p属于公司级属于公司级p主要设备:决策管理计算机主要设备:决策管理计算机nDMC (Decision management comput
7、er)n一般由一台大型机、几台中型机、若干台微型机组成一般由一台大型机、几台中型机、若干台微型机组成p主要功能主要功能n管理公司的生产、供应、销售、技术、计划、市场、管理公司的生产、供应、销售、技术、计划、市场、财务、人事、后勤等;财务、人事、后勤等;n收集各部门信息,综合分析,实时做出决策,协调各收集各部门信息,综合分析,实时做出决策,协调各级管理人员指挥调度;级管理人员指挥调度;n协助公司经理制定中长期生产计划和远景规划。协助公司经理制定中长期生产计划和远景规划。2.2 DCS2.2 DCS的硬件结构的硬件结构p特点:特点:n积木式;积木式;n可灵活地配制成大、中、小系统;可灵活地配制成大
8、、中、小系统;n可根据企业的财力或生产要求,逐步扩展系统和增加可根据企业的财力或生产要求,逐步扩展系统和增加功能。功能。p包括:包括:nDCS控制站的硬件结构控制站的硬件结构nDCS操作员站的硬件结构操作员站的硬件结构nDCS工程师站的硬件结构工程师站的硬件结构nDCS监控计算机站的硬件结构监控计算机站的硬件结构2.2.1 DCS控制站的硬件结构控制站的硬件结构CS或或PCS主要构成:主要构成:n输入输出单元输入输出单元IOUp如如AI、AO、DI、DOp信号调理板信号调理板p接线端子板接线端子板n过程控制单元过程控制单元PCUp核心核心p控制处理器板:运算、控控制处理器板:运算、控制、实时数
9、据处理制、实时数据处理p输入输出接口处理器板输入输出接口处理器板p通信处理器板:信息交换通信处理器板:信息交换p冗余处理器板:故障分析冗余处理器板:故障分析与切换与切换n电源电源CNETPCU信号调理板信号调理板SCC信号端子板信号端子板STC输入输出处输入输出处理板理板IOP电源电源电源电源正面正面反面反面2.2.2 DCS操作员站的硬件结构操作员站的硬件结构主要构成:主要构成:n主机:一般工控机主机:一般工控机IPC或工作站或专用或工作站或专用n彩色显示器彩色显示器CRT:触屏式或非触屏式:触屏式或非触屏式n操作员专用键盘操作员专用键盘n打印机打印机2.2.3 DCS工程师站的硬件结构工程
10、师站的硬件结构p主要构成:主要构成:n主机:一般工控机主机:一般工控机IPC或工作站或专用或工作站或专用n彩色显示器彩色显示器CRT:触屏式或非触屏式:触屏式或非触屏式n键盘键盘n打印机打印机p主要功能主要功能n离线组态离线组态n在线维护和诊断在线维护和诊断2.2.4 DCS监控计算机站的硬件结构监控计算机站的硬件结构主要构成:主要构成:n主机:一般工控机主机:一般工控机IPC或工作站或专用或工作站或专用n彩色显示器彩色显示器CRT:触屏式或非触屏式:触屏式或非触屏式n键盘键盘n打印机打印机2.3 DCS2.3 DCS的软件结构的软件结构p特点:特点:n模块式结构模块式结构p包括:包括:nDC
11、S控制站的软件结构控制站的软件结构nDCS操作员站的软件结构操作员站的软件结构nDCS工程师站的软件结构工程师站的软件结构nDCS监控计算机站的软件结构监控计算机站的软件结构2.3.1 DCS控制站的软件结构控制站的软件结构pCS或或PCS软件的用户表现形式:各类功能模块软件的用户表现形式:各类功能模块p功能模块又称为点或内部仪表,主要包括:功能模块又称为点或内部仪表,主要包括:n输入模块:对应输入点,AI、DI等,一一对应n输出模块:对应输出点,AO、DO等n控制模块:连续控制、逻辑控制、顺序控制n运算模块:加减乘除、超前滞后补偿等n程序模块p例:构成一个单回路例:构成一个单回路PID控制系
12、统组态图控制系统组态图LT2135AIPVLC2135PIDOVLV2135AOPVPVSVBIVBOVOVBOV模拟量输入模块PID控制块模拟量输出模块2.3.2 DCS操作员站的软件结构操作员站的软件结构p人机界面人机界面(HMI)p软件的用户表现形式:软件的用户表现形式:n丰富多彩、图文并茂、形象直观的动态画面丰富多彩、图文并茂、形象直观的动态画面p一般有:一般有:n通用操作画面:总貌、组、点、趋势和报警等通用操作画面:总貌、组、点、趋势和报警等n专用操作画面:工艺流程图、操作指导和操作面板等专用操作画面:工艺流程图、操作指导和操作面板等n历史信息画面:操作员操作、过程点报警和事故追忆日
13、历史信息画面:操作员操作、过程点报警和事故追忆日志等志等n系统信息画面:系统设备状态和功能模块汇总等系统信息画面:系统设备状态和功能模块汇总等n打印功能:各类报表、日志、记录和报告打印功能:各类报表、日志、记录和报告n多媒体功能:语音合成、工业电视等多媒体功能:语音合成、工业电视等2.3.3 DCS工程师站的软件结构工程师站的软件结构p用户软件包括:用户软件包括:n组态软件组态软件n绘图软件绘图软件n编程软件编程软件p主要功能:主要功能:n组态:组态:生成生成DCS系统和控制系统,建立操作、监控和系统和控制系统,建立操作、监控和管理环境管理环境p包括:包括: 操作监控层设备组态操作监控层设备组
14、态 操作监控层功能组态操作监控层功能组态 直接控制层设备组态直接控制层设备组态 直接控制层功能组态直接控制层功能组态设备组态设备组态p作用:登记控制网络上各节点的网络地址、硬件作用:登记控制网络上各节点的网络地址、硬件和软件配置。和软件配置。p如:如:n登记控制网络上过程控制站、操作员站、工程师站、登记控制网络上过程控制站、操作员站、工程师站、监控计算机站和计算机网关的网络地址;监控计算机站和计算机网关的网络地址;n登记过程控制站的输入输出单元中每块输入板登记过程控制站的输入输出单元中每块输入板(卡卡)和和输出板输出板(卡卡)的地址的地址(卡笼号及卡槽号卡笼号及卡槽号)以及是否冗余;以及是否冗
15、余;n登记登记DCS的过程控制单元是否冗余,并分配运算模块的过程控制单元是否冗余,并分配运算模块和控制模块数量;和控制模块数量;n登记操作员站的操作权限、是否触摸屏登记操作员站的操作权限、是否触摸屏(CRT)、打印、打印机编号等机编号等功能组态功能组态p作用:作用:n建立输入输出模块、运算、控制模块;建立输入输出模块、运算、控制模块;n按工艺要求构成所需的连续控制和逻辑控制回路。按工艺要求构成所需的连续控制和逻辑控制回路。p方式:方式:n结构图连接结构图连接n窗口选择窗口选择n填表填表2.3.3 DCS工程师站的软件结构(续)工程师站的软件结构(续)n绘图绘图:p通用画面:总貌、组、点、趋势和
16、报警等画面通用画面:总貌、组、点、趋势和报警等画面 填表或填空实现填表或填空实现p专用画面:工艺流程图、操作指导、操作面板、报表和报告等专用画面:工艺流程图、操作指导、操作面板、报表和报告等 绘图软件绘制绘图软件绘制n编程编程:编程语言:编程语言p专用控制语言专用控制语言CL(control language) 基于过程的语句,直接面向过程并使用过程变量基于过程的语句,直接面向过程并使用过程变量 编程简单编程简单p通用高级算法语言,如通用高级算法语言,如VC、VB等等 共享共享DCS数据库的接口数据库的接口p说明:说明:n工程师站在系统软件的支持下,把组态形成的目标文件下装到过工程师站在系统软
17、件的支持下,把组态形成的目标文件下装到过程控制站,把通用画面和专用画面的目标文件下装到操作员站。程控制站,把通用画面和专用画面的目标文件下装到操作员站。2.3.4 DCS监控计算机站的软件结构监控计算机站的软件结构p配置了高级算法语言和数据库,供用户自行开发应用程序。配置了高级算法语言和数据库,供用户自行开发应用程序。n作为控制网络的一个节点,用户程序可直接使用作为控制网络的一个节点,用户程序可直接使用PCS中的各种过程变量中的各种过程变量p表现形式:应用软件包表现形式:应用软件包n自适应控制自适应控制n预测控制预测控制n推理控制推理控制n优化控制优化控制n专家系统专家系统n故障诊断等故障诊断
18、等p功能:功能:n实施高等过程控制策略实施高等过程控制策略n实现装置级的优化控制和协调控制实现装置级的优化控制和协调控制n对生产过程进行故障诊断、事故预报和处理对生产过程进行故障诊断、事故预报和处理2.4 DCS2.4 DCS的网络结构的网络结构p结构特点:结构特点:n层次化网络结构层次化网络结构p包括:包括:n过程控制站过程控制站PCS内采用输入输出总线内采用输入输出总线IOBUS,串行,串行n控制网络控制网络CNETn生产管理网络生产管理网络MNETn决策网络决策网络DNET2.4.1 DCS的输入输出总线的输入输出总线一般,冗余IOBUS,自动检测通信故障并自动切换到备用通信线。CNET
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