DCS系统原理及应用情况.ppt

DCS控制系统原理及应用概述l　　分散控制系统DCS(Distributed Control System)通过操作站对整个工艺过程进行集中监视、操作、管理通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制l　　　　　　　一、ＤＣＳ系统基本构成工程师站现场控制站操作站控制网络上位计算机１）操作站：用于对工艺过程的集中监视、操作和管理２）现场控制站：通过与现场的仪表连接，实现对现场仪表的控制功能３）工程站：用于组态和维护4）控制网络：用于连接系统内各部件的实时控制网l　　　　　二、ＤＣＳ系统的特点l１、控制功能多样化：控制站控制功能强大，内部有完善的控制功能模块，可根据控制对象的不同的要求实现许多复杂的控制、顺序控制和联锁保护l２、操作简便：ＤＣＳ系统的操作功能强大，给提供操作人员了许多便利的操作功能，操作人员通过操作画面方便完成各种操作功能l３、系统便于扩展：ＤＣＳ系统设计结构便于增加卡件、增加机架、增加操作站和增加控制站，便于装置的扩能改造l４、维护方便：ＤＣＳ系统设计按照标准设计、硬件模块化、系统配备自诊断软件，方便检测系统故障l５、可靠性高：硬件制造水平高，冗余措施、自诊断技术强l６、便于其他系统连接：配备了完善的通讯接口，方便与其他控制系统通讯，和上位生产工具管理连接。

三、三、DCSDCSDCSDCS系统在我厂的应用系统在我厂的应用系统在我厂的应用系统在我厂的应用按生产厂商（日本横河、美国霍尼韦尔、浙江中控、和利时） １、日本横河　　CENTUM-CS（催化） CENTUM-CS1000(氮氧站）　　CENTUM-CS3000（联合、重整加氢、1#焦化、1#加氢制氢、 　　排水、75吨锅炉、２＃航煤罐区）  ２、美国霍尼韦尔 :  　　TDC-3000（30万吨气分、10万吨聚丙烯）         TPS（烷基化、MTBE、10万吨气分）３、浙江中控　　JX-300　(溶剂油）　　ECS-100 （2#常压、2#焦化、3#加氢、2#硫磺）        ECS-700（1#常压）４、国产和利时        HS-2000（新球罐）        SM（一、四循）联合CENTUM-CS3000配置图EWSHIS163ICS162ICS161ICS160ICS159ICS158FCS101 FCS102V-NETE-NET横河ＤＣＳ系统典型的系统结构FCS10３烷基化-１＃气分TPS-TDC3000系统配置图GUS1HPM1HPM2UCNEWSGUS2GUS3GUS4GUS5NIMHMNIMUSAPMLCNUCNLCN霍尼韦尔ＤＣＳ系统典型的系统结构横河ＤＣＳ系统控制站横河ＤＣＳ系统控制站l横河ＤＣＳ系统的内部结构ER busESB busvvV netFCUFCUPLC其它控制系统48EWS01.6464PRT01.5959HISHUBEthernetRemote NodeFIOFIOLocal Nodel横河ＤＣＳ系统控制站控制单结构图供电单元RIO BUS接口卡/ESB BUS接口卡CPU卡Vnet连接单元电源单元电源单元RIO BUS接口单元/ESB BUS接口单元电源分配板外部接口单元供电端子风扇单元横河ＤＣＳ系统操作站的操作键盘Plant Information NetworkGUS人机界面人机界面HM历史数据服务历史数据服务PHD工厂数据库系统工厂数据库系统HPM高性能过程控制器高性能过程控制器远程远程 I/ONIM实时数据服务实时数据服务Engineer tools工厂应用平工厂应用平台台APP/AM应用过程平台应用过程平台LCNLCNUCN10UCN10HoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellFSC故障安全控制器故障安全控制器UCN1UCN1霍尼韦尔ＤＣＳ系统典型结构 HPMGUS GUS 操作站操作站GUS GUS 操作站操作站GUS GUS 工程师站工程师站HMHM冗余冗余NIMNIM冗余冗余LCNELCNE冗余冗余LCNELCNE冗余冗余LCNELCNE光缆光缆LCNLCN电缆电缆UCNUCN主干电缆主干电缆UCNUCN分支电缆分支电缆LCNLCN电缆电缆中央控制室中央控制室现场机柜间现场机柜间OPC OPC 服务器服务器霍尼韦尔ＤＣＳ系统集中控制结构霍尼韦尔ＤＣＳ系统典型操作站霍尼韦尔ＤＣＳ系统控制器结构图控制处理器控制处理器•调节控制调节控制 •离散逻辑控制离散逻辑控制 •顺序控制顺序控制•先进控制先进控制 Field TerminationAssembly智能输入智能输入/输出处理器卡板输出处理器卡板 IOPFTAUCNI/O Link独独 立立 处处 理理 器器Comm.68040I/OControl68040Common Board数据采集处理器数据采集处理器电气调理和隔离电气调理和隔离现现 场场 接接 线线 通讯处理器通讯处理器Comm.68040I/OControl68040I/OIOPFTA……霍尼韦尔ＤＣＳ系统操作键盘浙江中控浙江中控DCSDCS系统结构图系统结构图浙江中控浙江中控DCSDCS系统集中控制结构图系统集中控制结构图浙江中控浙江中控DCSDCS系统机柜图系统机柜图浙江中控浙江中控DCSDCS系统控制单元图系统控制单元图四、四、四、四、DCSDCSDCSDCS系统的功能介绍系统的功能介绍系统的功能介绍系统的功能介绍1、操作和监视功能            通用功能、标准操作和监视功能、操作和监视支持功能、系统维护功能、控制状态显示功能、趋势功能。

A、通用功能：l1、操作屏幕方式:全屏方式、多窗口方式、10个窗口l     系统信息窗口：各种系统信息l2、窗口尺寸调整：50%、80%、100%l3、画面设置：动态窗口设置、弹出窗口设置B B、标准操作和监视功能、标准操作和监视功能1）总貌画面：全装置的总貌，通过它判断装置运行是否正常,过程总貌窗口：32个信息块/窗口2）流程图画面：静态设备、机泵、管线，动态变化、变色闪烁的工   艺数据、棒图、可调出仪表面板，工艺操作的主要手段,2500个窗口/HIS，400数据/窗口，200色变/窗口，8个条件/色变3）控制组画面：八个工艺相关联的仪表面板可单独操作，8个或16个仪表面板/窗口4）趋势画面：八个工艺参数趋势记录，系统规定了每个参数的总点数，记录的时间长短与采样时间间隔有关，通过它可调出点趋势图，用于工艺分析， 8笔/窗口，800个窗口/HIS（50个趋势模块/HIS）5）调整画面：每个控制功能模块的详细调整，PID参数设定、上下限报警输出、输出限幅、1个回路/窗口，100000个窗口/HIS6）过程报警画面：100个点的报警一览表18个报警/窗口，200个报警/HIS7)  控制方案图窗口：显示控制方案图的数值和报警状态。

一直显示系统状态显示 帮助信息窗口过程报警窗口操作指导窗口控制窗口调整窗口趋势窗口流程图窗口过程报告历史报告左导航总帽窗口绑定窗口设定绑定窗口释放上层右导航大型尺寸中型尺寸循环窗口存储映像文件Tool  BoxHELP＃ SYS×？DCS系统窗口调用功能键DCS系统流程图DCS系统控制分组画面DCS系统调整画面DCS系统过程报警画面C、操作和监视支持功能1）过程报警功能：过程报警优先分（高、中、低、记录）     报警方式（系统信息、闪烁、流程图闪烁、颜色变化、操作键盘、蜂鸣器、存入文件、打印）      2）安全功能：操作员、班长、工程师级别      3）过程历史报告：记录DCS历史记录      4）报表功能：班报、日报、月报，定时打印、随时打印     D、系统维护功能 1）系统状态画面：操作站、控制站、通讯网络状态汇总        2）系统报警画面：系统报警一览表、报警方式（系统信息、  闪烁、  流程图闪烁、颜色变化、操作键盘、蜂鸣器、存入文件、打印）      3）操作站状态画面：CPU、电源卡、通讯卡的状态       4）控制站状态画面： CPU、电源卡、通讯卡、通讯总线、  I/O卡的状态。

横河控制站FCS维护画面        选中FCS后，双击鼠标或使用操作员键盘的光标和画面进入键，可以进入FCS维护画面，显示的内容有：FCS的类型、站号、版本号；FCS的CPU的状态、插件箱的类型、插卡的类型；前后机柜柜门的温度、风扇的状态等在运行状态下，还可以下载IOM，启动/停止FCS的CPU，进行FCS的参数存储操作站HIS维护画面        操作站的维护画面主要有以下的几个内容：站的类型、打印机的指定、报警声音的定义、窗口显示的类型、报警、画面预设菜单、数据库等值化、32个一触式功能键、操作标记、长时趋势、外设记录等通过改变一些参数，可以改变HIS的性能及更方便的进行操作E、控制状态显示功能1）控制图：仪表内部控制图实际的状态，各功能块的参 数2）逻辑图：仪表逻辑控制图的运行状态，与或非、计时器、计数器等状态3）顺控图：顺控表的条件、动作的状态F）开放数据功能WINＸＰ操作系统、支持DDE、OPC方式 与其它上位机通讯2 2、控制站控制功能、控制站控制功能A、标准控制功能连续控制：将系统内部强大的丰富的控制模块通过各种                方式连接实现各种简单和复杂的控制回路，如                  串级，  比值、前馈、选择等。

顺序控制：开关、逻辑控制（顺控表、逻辑图）计算功能：工艺计算B、子系统通讯：RS-232/422/485与其他子系统连接、如PLC、分析仪表C、批量控制：流水线生产3 3、工程组态功能、工程组态功能A、项目组态：操作站组态、控制站组态B、模拟测试：两种方式（脱开控制站、带控制站脱开现场仪表）模拟输入信号通过控制运算得出结果C、组态文件打印4、DCS的可靠性Ａ、冗余技术：　CPU单元、电源单元、通讯总线单元、通讯总线、控制I/O卡均采用双重化Ｂ、自检技术：DCS不断自检给出故障信息以便处理RIO2比较器主存储器VNET I/FCPU1CPU2RIO I/FVNET I/FCPU1CPU2RIO I/F比较器主存储器Vnet1Vnet2左处理卡右处理卡RIO1横河CS-3000系统中FCS冗余结构 l五、五、PLCPLC系统系统l 　　PLCPLC（（Programmable Logic Controller)Programmable Logic Controller)可编程序控制器最早可编程序控制器最早取代传统的继电器控制装置，实现逻辑计算、计时、计数和顺序取代传统的继电器控制装置，实现逻辑计算、计时、计数和顺序控制，主要用于开关量控制，随着技术和需求的发展，控制，主要用于开关量控制，随着技术和需求的发展， PLCPLC也可也可完成模拟量的控制。

完成模拟量的控制l１、ＰＬＣ的特点１、ＰＬＣ的特点l１）应用灵活：ＰＬＣ为标准的积木式硬件结构，现场安装方便，１）应用灵活：ＰＬＣ为标准的积木式硬件结构，现场安装方便，各种控制功能通过软件编程完成各种控制功能通过软件编程完成l２）功能完善：ＰＬＣ系统开关量、模拟量均能控制，具备许多２）功能完善：ＰＬＣ系统开关量、模拟量均能控制，具备许多功能模块满足不同的控制要求功能模块满足不同的控制要求l３）操作方便、维护简单：ＰＬＣ采用梯形图编程，易懂易学，３）操作方便、维护简单：ＰＬＣ采用梯形图编程，易懂易学，编程和修改程序方便，硬件故障检查和处理方便编程和修改程序方便，硬件故障检查和处理方便l４）节点利用率高：节点在程序中的使用不受限制４）节点利用率高：节点在程序中的使用不受限制l５）安全可靠：硬件制造技术保证了可靠性５）安全可靠：硬件制造技术保证了可靠性l６）适用范围广：６）适用范围广：中、小规模系统，开关量处理方便、逻辑功能强、适应大量的顺序控制、逻辑控制２、ＰＬＣ系统基本组成下位机上位机１上位机２1)下位机：执行PLC的控制程序，完成控制功能，一般采用专用的PLC厂　　　商提供的专用的PLC程序，西门子PLC的STEP7，GE公司PLC的LM90-70, 莫迪康PLC的CONCEPT。

2)上位机：为人机界面，完成监视操作功能，一般采用工控软件如 IUTCH、FIX、WINCC等，功能类似DCS的监视和控制功能3)通讯网络：上位机和下位机的通讯采用各种方式，通用的、专用的，工控软件可支持各种厂商的PLC的通讯通讯网络３、我厂PLC系统的状况1)西门子PLC     S7-300（老球罐、芳烃罐区、汽油罐区、供水净化池、火炬、排水污水回用、三污、聚二PK804、PK902、2#焦化高压水泵）     S7-400（余热电站、原重油罐区、聚二EX801）2)GE公司PLC     VersaMax（聚一二工段）     GE90-70（联合气压机、焦化3#压缩机、10万吨聚丙烯ESD）     GE90-30（加氢压缩机）    GMR(联合1#主风机)3）TRICON     TS3000（重整加氢K302、催化三机组、3#加氢循环氢压缩机）      TRIDENT（2#焦化压缩机）4) 莫迪康PLC     QUANTUM系统（锅炉水处理）     六、六、六、六、安全仪表系统安全仪表系统安全仪表系统安全仪表系统 1、安全仪表系统安全仪表系统 (Safety Instrumented System - SIS)(Safety Instrumented System - SIS)概念:　　　　　　在在生生产产装装置置的的开开车车、、停停车车阶阶段段，，运运行行扰扰动动以以及及维维护护操操作作期期间间，，对对人人员员健健康康、、装装置置设设备备及及环环境境提提供供安安全全保保护护。

无无论论是是生生产产装装置置本本身身出出现现的的故故障障危危险险，，还还是是人人为为因因素素导导致致的的危危险险以以及及一一些些不不可可抗抗拒拒因因素素引引发发的的危危险险，，SISSIS系系统统都都应应立立即即作作出出正正确确反反应应并并给给出出相相应应的的逻逻辑辑信信号号，，使使生生产产装装置置安安全全联联锁锁或或停车，阻止危险的发生和事故的扩散，使危害减少到最小停车，阻止危险的发生和事故的扩散，使危害减少到最小　　　　仪表系统用于实现1个或多个安全仪表功能.安全仪表系统包括传感器（SENSOR）、逻辑运算器（Logic solver) 和最终执行元件(Final element）　　　　　　SISSIS系系 统统 应应 具具 备备 高高 的的 可可 靠靠 性性 （（ Reliability) Reliability) 、、 可可 用用 性性（（AvailabilityAvailability））和和可可维维护护性性（（MaintainabilityMaintainability））当当SISSIS系系统统本本身身出出现现故障时还能保证提供安全保护功能故障时还能保证提供安全保护功能。

2、安全仪表系统配置方案： 按项目的重要性、危险性、复杂性、资金、用户使用经验和管理水平选择适宜的ＳＩＳ系统 1)、继电器组件ＳＩＳ 2)、单PLC类ＳＩＳ 3)、冗余PLC（双重化）二选二 4)、容错PLC（三重化）、三选二l３、ＤＣＳ系统与ＳＩＳ系统的区别３、ＤＣＳ系统与ＳＩＳ系统的区别lDCSDCS用用于于生生产产过过程程的的连连续续测测量量、、常常规规控控制制（（连连续续、、顺顺序序、、间间歇歇等等））、、操作控制管理，保证生产装置的平稳运行；操作控制管理，保证生产装置的平稳运行； SISSIS用用于于监监视视生生产产装装置置的的运运行行状状况况，，对对出出现现异异常常工工况况迅迅速速进进行行处处理，使危害降到最低，使人员和生产装置处于安全状态；理，使危害降到最低，使人员和生产装置处于安全状态；lDCSDCS是是““动动态态””系系统统，，它它始始终终对对过过程程变变量量连连续续进进行行检检测测、、运运算算和和控控制，对生产过程进行动态控制，确保产品的质量和产量；制，对生产过程进行动态控制，确保产品的质量和产量； SISSIS是是““静静态态””系系统统，，正正常常工工况况时时，，它它始始终终监监视视生生产产装装置置的的运运行行，，系系统统输输出出不不变变，，对对生生产产过过程程不不产产生生影影响响，，非非正正常常工工况况下下时时，，它它将将按照预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车；按照预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车；lSISSIS比比DCSDCS在在可可靠靠性性、、可可用用性性上上要要求求更更严严格格，，IEC61508IEC61508、、IEC61511IEC61511、、ISA S84.01ISA S84.01、、SH/T3018SH/T3018强烈推荐强烈推荐SISSIS与与DCSDCS硬件独立设置。

硬件独立设置４、４、 ＳＩＳ系统在ＳＩＳ系统在我厂的应用我厂的应用1）装置ＳＩＳ：      ICS公司TRUSTED系统：联合催化主风系统（三重化、三选二）、    　 GE90-70（双机热备）：10万吨聚丙烯工艺联锁      　FSC系统:（催化主风系统、重整加氢工艺联锁、１＃焦化加热炉、　　１＃加氢制氢工艺联锁、2#硫磺工艺联锁） 　TRIDENT:（2#焦化） 2）大机组ＳＩＳ： 　TRICON  TS3000系统：（催化三机组、重整加氢循环氢压缩机、 3#加氢循环氢压缩机）　GE90-70：（联合气压机、焦化3#压缩机、10万吨聚丙烯ESD）     PS 8312PS 8312MP3006MP3006MP3006NCM4329AI13700AAI23700AAI33700AAO13805EAO23805EEICM4119PS 8312PS 8312DI13503EPI3511操作站SOE站DCSDI23503EDO13604E重整加氢循环氢压缩机TS3000系统配置图TS3000系统三重化结构PWRCPUGBCBTMCMMRCMPWRCPUGBCBTMCMMRCMPCDOBIUTO DCS BUSDOBIUDIBIUDIBIU10万吨聚丙烯装置ESD系统GE90-70HSRIM中央处理卡中央处理卡IMOMOMWDWDPSUPSUWDWD传感器通讯输出模块执行机构输入模块+V+V故障安全管理系统（FSC）的结构  七、仪表系统发展的方向七、仪表系统发展的方向七、仪表系统发展的方向七、仪表系统发展的方向1、现场总线1）现场总线的概念：           现场的温度、压力、流量、液位信号变送器已数字化智能化，内部有计算机芯片，可处理现场信号，就地闭环控制，取消控制站，可对信号进行远距离的通讯，采用串联方式接入操作室的操作站。

2）现场总线的结构3）现场总线的优点节省布线、减少室内设备、控制室的大小等现场总线现场总线控制器1控制器2现场操作站控制室2、先进控制技术（APC）1）先进控制技术:             对用单回路无法控制好复杂的控制对象，用多输入多输出先进控制器，把控制对象（如塔、炉、反应器）进行多参数整体控制，从而提高整个装置的平稳性，为卡边操作、挖掘装置效益创造条件2）先进控制技术实施形式                                                   APC工作站（运行APC软件、改变DCS的设定值）DCS控制对象3 3））多变量预估控制技术多变量预估控制技术 多变量预估控制技术已经商品化，主要产品有Honeywell公司的RMPCT、和ASPENTECH公司的DMCplus,而目前在石化企业中使用最广泛和技术最成熟的是Honeywell公司的RMPCT             RMPCT为多输入多输出系统，首先确定控制目标，选择PV、MV、SV等，建立控制算法，根据多输入变量，结合装置生产对象的内部机理建立的模型，通过RMPCT运算多输出，改变DCS系统中各控制参数的设定值，从而达到控制目标。

DMCplus 动态矩阵控制是基于阶跃响应模型的一种带约束的多变量预测控制算法，采用阶跃响应模型，算法简单、鲁棒性强、适用于纯滞后等过程4） 我厂APC的应用      10万吨聚丙烯、联合催化、1#气分3 3、、DCSDCS的发展方向的发展方向1）开放化，采用XP系统，大量采用WONDOWS 的技术，与其他系统通讯方便，采用网络通讯、控制2）操作站采用普通PC（DELL），维护维修方便，降低成本4、仪表的智能化1）从变送器、调节器、调节阀各种仪表大量采用智能化，设定参数多、方便、准确，采用手持编程器2）采用HART协议，在4-20MA的基础上叠加数字信号5、全厂管控一体化1）“全厂管控一体化”，即全厂管理和控制功能有机地结合在一起，各类生产和管理信息从下而上层层处理，共享信息资源，控制指令从上而下逐级指挥，直到生产装置的控制回路2） DCS采用XP操作系统，可以与其他控制网络、管理网络连接，形成公用的开放的系统,世界各大DCS厂商分分与软件公司合作，推出全厂管控一体化系统各自全厂管控一体化系统，其中包括生产控制、生产调度、油品调和、销售、财务。