石油化工自动化及仪表概论1自动控制系统绪论13集散控制系统课件.ppt
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- 石油化工 自动化 仪表 概论 自动控制系统 绪论 13 集散 控制系统 课件
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1、石油化工自动化及仪表集散控制系统集散控制系统上午11时50分4 监控计算机监控计算机CRT操作站操作站现场控制站现场控制站现场控制站现场控制站 被控对象被控对象被控对象被控对象.高高 速速 数数 据据 通通 道道.集散控制系统(集散控制系统(DCS)组成框图)组成框图DCSDCS采用采用和和的控制理念与网络化的控制结构,灵的控制理念与网络化的控制结构,灵活地将控制设备、服务器、基础自动化单元等联系在一起。活地将控制设备、服务器、基础自动化单元等联系在一起。按功能分散、危险分散、管理集中和应用灵活等原则进行设计,按功能分散、危险分散、管理集中和应用灵活等原则进行设计,具有高可靠性能,便于维修与更
2、新。具有高可靠性能,便于维修与更新。它以系统最优化为目标,以计算机为核心并与数据通信技术、控制技它以系统最优化为目标,以计算机为核心并与数据通信技术、控制技术、显示技术、人机接口技术、术、显示技术、人机接口技术、I/OI/O接口等技术相结合接口等技术相结合用于过程控用于过程控制和生产管理的工控主流控制系统。制和生产管理的工控主流控制系统。分析仪传统仪表LANPLC控制站操作站G上午11时50分5上午11时50分6上午11时50分7它是综合了它是综合了4 4C C技术的控制系统。技术的控制系统。设计原则及主要特点:设计原则及主要特点:危险、控制分散危险、控制分散 操作、管理集中操作、管理集中 分
3、级管理、分而自治分级管理、分而自治集散控制系统具有技术先进、功能完备、应用灵活、集散控制系统具有技术先进、功能完备、应用灵活、操作方便、运行可靠等多方面显著特点,为计算机控操作方便、运行可靠等多方面显著特点,为计算机控制开创了一个崭新的应用领域,并得到了广泛的应用制开创了一个崭新的应用领域,并得到了广泛的应用。上午11时50分8初期初期DCSDCS产生的基本思路:产生的基本思路:1 1)分散控制分散控制:分解集中控制:分解集中控制多个专门的多个专门的过程分散控制装置(过程分散控制装置(FCSFCS)2 2)集中操作:集中操作:保持操作习惯保持操作习惯良好的人良好的人/机机操作界面操作界面(操作
4、站操作站)数据通信数据通信:建立操作站:建立操作站 过程分散控制过程分散控制装置的数据联系装置的数据联系 上午11时50分9上午11时50分10过程分散控制装置过程分散控制装置操作站操作站上午11时50分11上午11时50分12 DCS的特点的特点上午11时50分13集散控制系统集散控制系统从其本质和内部从其本质和内部上讲上讲 它是以微处理机为核心的计算机控制系统;它是以微处理机为核心的计算机控制系统;从其外部构成方式和应用角度上讲从其外部构成方式和应用角度上讲 它类似于单元它类似于单元式仪表控制系统。式仪表控制系统。因而,系统的因而,系统的及扩展都十分容易。及扩展都十分容易。上午11时50分
5、14集散系统在功能上真正实现了集散系统在功能上真正实现了 管理集中和控制分散管理集中和控制分散既实现了操作、管理和监视的纵向分级集中,既实现了操作、管理和监视的纵向分级集中,又实现了控制、危险的横向分散,从根本上提又实现了控制、危险的横向分散,从根本上提高了系统的可靠性。高了系统的可靠性。DCSDCS系统是目前公认的最理想的工业控制系统系统是目前公认的最理想的工业控制系统之一,在国内外冶金、电力、石油、化工、建之一,在国内外冶金、电力、石油、化工、建筑等工业生产中得到了广泛的应用。筑等工业生产中得到了广泛的应用。上午11时50分15上午11时50分16上午11时50分17 上午11时50分18
6、上午11时50分19MAPManufacture Automation Protocol上午11时50分20(1)(1)操作性能进一步提高,操作、管理、组态、开发操作性能进一步提高,操作、管理、组态、开发将更加方便,软件更加丰富。将更加方便,软件更加丰富。各种高性能的控制、管理软件在各种高性能的控制、管理软件在DCSDCS中得到广泛应用。中得到广泛应用。(2)(2)加强网络标准,统一通信规程,现场总线的规格化加强网络标准,统一通信规程,现场总线的规格化,系统硬件、软件的标准化,形成开放型的集散系统,系统硬件、软件的标准化,形成开放型的集散系统。(3)(3)系统规模向大规模发展的同时也向小系统发
7、展。系统规模向大规模发展的同时也向小系统发展。集散系统后的新的控制网络集散系统后的新的控制网络现场总线控制系统现场总线控制系统(FCS)(FCS)有更广阔的应用前景。有更广阔的应用前景。上午11时50分2113.4 DCS的硬件体系的硬件体系DCS的体系结构的体系结构 DCS系统通常分四层结构(分别对应四层计算机网络)系统通常分四层结构(分别对应四层计算机网络),现场级、对应现场网络(现场级、对应现场网络(Field Network););过程控制级、对应控制网络(过程控制级、对应控制网络(Control Network););操作监控级、对应监控网络(操作监控级、对应监控网络(Supervi
8、sion Network););信息管理级、对应管理网络(信息管理级、对应管理网络(Management Network)。上午11时50分22上午11时50分23DCS的典型硬件体系结构的典型硬件体系结构上午11时50分24DCS的典型硬件结构的典型硬件结构1现场级(层)现场级(层)此层有现场各类测控装置(设备),如各类传感器、变送器、执行此层有现场各类测控装置(设备),如各类传感器、变送器、执行器等。完成对生产装置(过程)的信号转换、检测和控制量的输出器等。完成对生产装置(过程)的信号转换、检测和控制量的输出等。现场控制站通过现场网络与这级(层)设备连接。等。现场控制站通过现场网络与这级(
9、层)设备连接。2控制级(层)控制级(层)此层有现场控制站(包括各种控制器、智能调节器)和现场数据采此层有现场控制站(包括各种控制器、智能调节器)和现场数据采集站等。完成对所连接的各类装置实施监测和控制功能。同时,还集站等。完成对所连接的各类装置实施监测和控制功能。同时,还能与监控层计算机相连,接收上层管理信息,并向上传递现场装置能与监控层计算机相连,接收上层管理信息,并向上传递现场装置的特性数据和采集的实时数据。的特性数据和采集的实时数据。上午11时50分253监控级(层)监控级(层)此层有操作员工作站、工程师工作站和计算站等。它们能对现场设备进此层有操作员工作站、工程师工作站和计算站等。它们
10、能对现场设备进行检测和故障诊断,能综合各个过程控制站的所有信息,对全系统进行行检测和故障诊断,能综合各个过程控制站的所有信息,对全系统进行集中监视和操作;能进行组态、参数修改和优化过程处理等工作。并能集中监视和操作;能进行组态、参数修改和优化过程处理等工作。并能根据状态信息判断计算机系统硬件和软件的性能(状态),异常时实施根据状态信息判断计算机系统硬件和软件的性能(状态),异常时实施报警、给出诊断报告等措施。报警、给出诊断报告等措施。4管理级(层)管理级(层)此层有生产管理和经营管理计算机。实现全厂设备性能监视、运行优化此层有生产管理和经营管理计算机。实现全厂设备性能监视、运行优化、负荷分配和
11、日常运行管理等功能。主要承担全厂的管理决策、计划管、负荷分配和日常运行管理等功能。主要承担全厂的管理决策、计划管理、行政管理等任务,即为厂长和各管理部门服务理、行政管理等任务,即为厂长和各管理部门服务。上午11时50分26上午11时50分27DCS的控制级功能的控制级功能它接收来自现场的各种检测仪表送来的过程信号,对它接收来自现场的各种检测仪表送来的过程信号,对其进行实时的数据采集、噪音滤除、补偿运算、非线其进行实时的数据采集、噪音滤除、补偿运算、非线性校正、标度变换等处理,并可按要求进行累积量的性校正、标度变换等处理,并可按要求进行累积量的计算、上下限报警以及测量值和报警值向通信网络的计算、
12、上下限报警以及测量值和报警值向通信网络的传输。传输。用以实现各种现场物理信号的输入和处理,实现各种用以实现各种现场物理信号的输入和处理,实现各种实时控制信号的运算和输出等功能。实时控制信号的运算和输出等功能。上午11时50分28DCS的控制级组成的控制级组成DCS控制级中的过程控控制级中的过程控制装置,即制装置,即“现场控现场控制单元制单元”是由:是由:机柜机柜机笼机笼供电电源、功能模件供电电源、功能模件(主控卡)、数据转(主控卡)、数据转发模(卡)件、端子发模(卡)件、端子板和各类板和各类I/O模(卡)模(卡)件等部分组成。件等部分组成。上午11时50分29图2-6 现场控制单元机柜结构1)
13、机柜)机柜现场控制单元的机柜一般是用金属材料制成的立式柜现场控制单元的机柜一般是用金属材料制成的立式柜。柜内装有多层机架,供安装电源和各种模件之用,电柜内装有多层机架,供安装电源和各种模件之用,电源通常放在最上层或最下层,柜内的其它层可用来横源通常放在最上层或最下层,柜内的其它层可用来横向排列所配置的各种模件。向排列所配置的各种模件。随系统而异,柜内纵向一般分随系统而异,柜内纵向一般分68层,横向可插层,横向可插412个模件。现场控制单元的标准机柜式结构。个模件。现场控制单元的标准机柜式结构。上午11时50分302)机笼)机笼采用金属框架和母板组成,被安装在机柜内,最多安采用金属框架和母板组成
14、,被安装在机柜内,最多安装装1个电源机笼和个电源机笼和6个模件机笼。个模件机笼。模件机笼用于安装功能模件(主控卡)、数据转发模模件机笼用于安装功能模件(主控卡)、数据转发模(卡)件、端子板和各类(卡)件、端子板和各类I/O模(卡)件等,模(卡)件等,均可采用冗余结构配置,构成双冗余主控结构和冗余均可采用冗余结构配置,构成双冗余主控结构和冗余I/O结构。结构。上午11时50分313)模(卡)件)模(卡)件是现场控制单元中安装的电子组(卡)件是现场控制单元中安装的电子组(卡)件 功能模件(主控卡)功能模件(主控卡)、数据转发模(卡)件、数据转发模(卡)件、各种各种I/O模(卡)件等。模(卡)件等。
15、所有的模(卡)件,都是按智能化要求设计的。所有的模(卡)件,都是按智能化要求设计的。功能模件(主控卡)是现场控制单元的核心模件,是功能模件(主控卡)是现场控制单元的核心模件,是I/OI/O模件的模件的上一级智能化模件上一级智能化模件数据转发模(卡)件是系统数据转发模(卡)件是系统I/OI/O机笼的核心单元,是功能模件(机笼的核心单元,是功能模件(主控卡)连接主控卡)连接I/OI/O模(卡)件的中间环节,模(卡)件的中间环节,它具有管理它具有管理I/OI/O模(卡)件、驱动模(卡)件、驱动SBUSSBUS总线、冷端温度采集和机总线、冷端温度采集和机笼内热电偶冷端温度补偿功能笼内热电偶冷端温度补偿
16、功能上午11时50分32上午11时50分33JX-300XDCS 卡件连接结构1)模拟量输入()模拟量输入(AI)模件)模件 基本功能:多路输入的各种模拟电信号进行采样、滤波、放大、基本功能:多路输入的各种模拟电信号进行采样、滤波、放大、隔离、输入开路检测、误差补偿及必要修正(如热电偶冷端补偿隔离、输入开路检测、误差补偿及必要修正(如热电偶冷端补偿、电路性能漂移校正等)、向工程单位转化、模拟量、电路性能漂移校正等)、向工程单位转化、模拟量/数字量转数字量转换,以提供准确可靠的数字量。换,以提供准确可靠的数字量。2)模拟量输出()模拟量输出(AO)模件。)模件。主要功能:将输出的数字量信号转换成
17、外部过程控制仪表或装置主要功能:将输出的数字量信号转换成外部过程控制仪表或装置可接受的模拟量信号,用来驱动各种执行机构控制生产过程,或可接受的模拟量信号,用来驱动各种执行机构控制生产过程,或为模拟式控制器提供给定值,或为记录仪表和显示仪表提供模拟为模拟式控制器提供给定值,或为记录仪表和显示仪表提供模拟信号。信号。上午11时50分343)开关量输入()开关量输入(SI)模件)模件 根据监测和控制的需要,把生产过程中的某些只有两种状态的根据监测和控制的需要,把生产过程中的某些只有两种状态的开关量信号(如各种限位开关、电磁阀门联动触点、继电器、开关量信号(如各种限位开关、电磁阀门联动触点、继电器、电
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