【2017年整理】DCS2集散控制系统原理及其应用[张德泉主编][电子教案].ppt

第2章　集散控制系统 基础知识;?知识点： ●掌握DCS的基本概念 ●了解DCS的设计思想 ●掌握DCS的体系结构及各层次的主要功能 ●了解DCS现场控制站的主要组成部分，掌握其基本功能 ●了解DCS操作站的基本构成及功能 ●了解DCS软件系统的主要内容 ●了解DCS的组态功能 ●了解数据通信基本知识 ●掌握通信网络基础知识 ;?集散控制系统是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。从总体结构上看，DCS是由工作站和通信网络两大部分组成的，系统利用通信网络将各工作站连接起来，实现集中监视、操作、信息管理和分散控制。;2.1 集散控系统的体系结构;?图2.1为一个DCS的典型体系结构。按照DCS各组成部分的功能分布，所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络 (Field Network，Fnet)、控制网络 (Control Network，Cnet)、监控网络 (Supervision Network，Snet) 和管理网络 (Management Network，Mnet)。 ;图2.1 集散控制系统的体系结构 ;1.现场控制级 ;?归纳起来，现场控制级设备的任务主要有以下几个方面。一是完成过程数据采集与处理。二是直接输出操作命令、实现分散控制。三是完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。 ?现场网络与各类现场传感器、变送器和执行器相连，以实现对生产过程的监测与控制。同时与过程控制级的计算机相连，接收上层的管理信息，传递装置的实时数据。 ;?现场网络的信息传递有三种方式，一种是传统的模拟信号 (如4～20mADC或者其他类型的模拟量信号)传输方式，第二种是全数字信号（现场总线信号）传输方式；第三种是混合信号（如在 4～20mADC 模拟量信号上，叠加调制后的数字量信号）传输方式。现场信息以现场总线为基础的全数字传输是今后的发展方向。 ;2.过程控制级;?数据采集站与过程控制站类似，也接收由现场设备送来的信号，并对其进行必要的转换和处理之后送到集散控制系统中的其他工作站（如过程管理级设备）。数据采集站接收大量的非控制过程信息，并通过过程管理级设备传递给运行人员，它不直接完成控制功能。 ?在DCS的监控网络上可以挂接现场总线服务器 (Fieldbus Server，FS)，实现DCS网络与现场总线的集成。现场总线服务器是一台安装了现场总线接口卡与DCS监控网络接口卡的完整的计算机。现场设备中的输入、输出、运算、控制等功能模块，可以在现场总线上独立构成控制回路，不必借用DCS控制站的功能。;?现场设备通过现场总线与FS上的接口卡进行通信。FS通过它的 DCS 网络接口卡与 DCS 网络进行通信。FS 和DCS 可以实现资源共享，FS可以不配备操作员站或工程师站，直接借用DCS 的操作员站或工程师站实现监控和管理。 ?过程控制级的主要功能表现在以下几个方面。一是采集过程数据，进行数据转换与处理；二是对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；三是现场设备及 I/O 卡件的自诊断；四是与过程操作管理级进行数据通信。;3.过程管理级;?为了实现以上功能，操作站是由一台具有较强图形处理功能的微型机，以及相应的外部设备组成的，一般配有 CRT或LCD 显示器、大屏幕显示装置 (选件)、打印机、键盘、鼠标等，开放型DCS采用个人计算机作为其人机接口。 ?工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。工程师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种图样、表格等。工程师站一般由 PC 机配置一定数量的外部设备组成，例如打印机、绘图仪等。 ;?监控计算机的主要任务是实现对生产过程的监督控制，如机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。根据产品、原材料库存以及能源的使用情况，以优化准则来协调装置间的相互关系，以实现全企业的优化管理。另外，监控计算机通过获取过程控制级的实时数据，进行生产过程的监视、故障检测和数据存档。由于监控计算机的主要功能是完成复杂的数据处理和运算功能，因此，对它主要是运算能力和运算速度的要求。一般，监控计算机由超级微型机或小型机构成。 ;4.经营管理级 ;?厂级管理系统的主要功能是监视企业各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。它从系统观念出发，从原料进厂到产品的销售，市场和用户分析、定货、库存到交货，生产计划等