集散控制系统培训教材标准.doc

大连福佳石油化工有限公司甲醇制烯烃(MTO)项目仪表专业集散控制系统培训教材and actively carry out investment. This year, the introduction of overseas Chinese of 220,000 yuan, Wei Jia Gou Jian, Chongxin hope primary school 1. Local records compilation work, ensure that the log is 目 录1 DCS集散控制系统介绍 41.1 集散控制系统 41.2 DCS 在国内外的发展与应用状态 41.3 DCS系统的特点 52 DCS系统的基本结构 62.1 DCS系统结构的发展 62.1 DCS系统的三大部分 72.1.0 DCS系统的IO端子板 82.1.1 DCS系统的控制器 92.1.2 DCS系统的通讯网络 102.1.3 DCS系统的人机界面 123 DCS系统的基本硬件配置 123.1 现场控制站 123.1.0 机柜 133.1.1 电源 143.1.2 控制器 153.1.3 操作站 173.2 冗余技术 184 集散控制系统的软件体系 204.1 集散控制系统的系统软件 204.2 集散控制系统的组态软件 204.3 集散控制系统的基本功能 215 DCS系统的及系统组态示例 275.1 DCS系统网络拓扑图示例 275.2 DCS系统画面组态示例 295.3 DCS系统逻辑组态示例 305.4 DCS系统历史趋势查询示例 311 DCS集散控制系统介绍1.1 集散控制系统DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），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计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同1.2 DCS 在国内外的发展与应用状态1975 年美国最大的仪表控制公司Honeywell 首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC—2000 ( Toal Distributed Control -2000) , 这一系统的发表, 立即引起美国工业控制界高度评价, 称之为“最鼓舞人心的事件”世界各国的各大公司也纷纷仿效, 推出了一个又一个集散系统, 从此过程控制进入了集散系统的新时期　　在此期间有日本横河公司推出的CEN TUM , 美国泰勒仪表公司的MO SË , 费希尔公司的DCÉ —400, 贝利公司的N —90, 福克斯波罗公司的Cpectrum 和德国西门子公司的Telepermm　　随着计算机特别是微型计算机与网络技术的飞速发展, 加上各制造商的激烈竞争, 使DCS 很快从70 年代的第一代发展到90 年代初的第三代DCS尽管在这之前的集散系统的技术水平已经很高, 但其中存在着一个最主要的弊病是: 各大公司推出的几十种型号的系统, 几乎都是本公司的专利产品, 每个公司为了保护自身的利益, 采用的都是专利网络, 这就为全厂、全企业的管理带来问题。

　　随着计算机的发展与网络开发使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术, 80年代末许多公司推出新一代的集散系统, 其主要特征是新系统的局部网络采用MA P 协议; 引用智能变送器与现场总线结构; 在控制软件上引入PLC 的顺序控制与批量控制, 使DCS 也具有PLC 的功能　　目前国内DCS主要有：新华XDPS，鲁能的LN2000，国电智深DCS，中控DCS，和利时DCS，浙江中自等国外的有 西屋（艾默生）ovation、FOXBORO、ABB、西门子PCS7、霍尼韦尔、横河DCS等DCS自1975年问世以来，已经经历了二十多年的发展历程在这二十多年中，DCS虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高总的来说，DCS正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展1.3 DCS系统的特点　DCS具有以下特点：　　　(1)高可靠性 由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失此外，由于系统中各台计算机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计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。

　　(2)开放性 DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机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，可将新增计算机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计算机的工作　　(3)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　　(4)易于维护 功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下更换，迅速排除故障　　(5)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　　(6)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，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机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计算机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、显示报警等随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机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　2 DCS系统的基本结构2.1 DCS系统结构的发展60年代末有人研制了作逻辑运算的可编程序控制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC主要应用于汽车制造业70年代中期以完成模拟量控制的DCS推向市场，代替以PID运算为主的模拟仪表控制首先提出DCS这样一种思想的是原制造仪表的厂商，当时主要应用于化工行业后又有计算机行业从事DCS的开发 70年代微机技术还不成熟，计算机技术还不够发达操作站、控制器、I/O板和网络接口板等都是DCS生产厂家自行开发的，也就是所有部件都是专用的 70年代初，有人用如PDP/1124这样的小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制连接到中央控制室的电缆很多如用小型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT又作为显示设备（即人机界面）。

一台小型机需接收几千台变送器或别的传感器来的信号，完成几百个回路的运算很显然其危险有点集中和模拟仪表连接的电缆一样多，并且一旦小型机坏了，控制和显示都没有了数字控制没有达到预期的目的 后有人提出把控制和显示分开一台计算机完成控制计算任务，另一台计算机完成显示任务另外，一个工艺过程作为被控对象可能需要显示和控制的点很多，其中有一些还需要闭环控制或逻辑运算，工艺过程作为被控对象的各个部分会有相对独立性，可以分成若干个独立的工序，再把在计算机控制系统中独立的工序上需要显示和控制的输入、输出的点分配到数台计算机中去，把原来由一台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机（控制器）去完成其中一台机器坏了不影响全局所谓“狼群代替老虎”的战术，这就是危险分散的意思把显示、操作、打印等管理功能集中在一起，用网络把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统当时有人把这种系统称为集散系统 危险究竟要分散到多少算合适呢？这与当时的计算机技术的发展水平有关70年代中期，彻底分散就是一个控制器完成一个回路的运算当时由于人们对数字技术不太熟息，习惯于模拟仪表，70年代末、80年代曾经风行回路控制器，把数字控制器做成和原来模拟仪表在外观上几乎完全一样，不改变操作习惯 ，内部把PID运算数字化。

一块仪表（一台计算机）完成一个回路的控制任务其价格较为昂贵，但危险是分散了然后用通讯网络把各个控制器和以CRT为基础的人机界面连成一个系统这时网络结构通常都是星形结构回路的控制器的制作成本太高，价格/性能比不好后来为了减低成本，就有两回路的、四回路的控制器， 它的价格/性能比稍好一些对于一个大中型系统来说，DCS的价格/性能比比回路控制器组成的系统要好有些特殊地方还是要用到一些回路控制器 如果所要完成的回路太多，如一个控制器采集几千点、完成几百个回路的运算，危险又太集中在这种情况下，危险必需分散随着计算机技术的发展，计算机的运算能力、存储容量和可靠性不断提高，一台计算机所完成的任务也可以增加完成的任务也可集中一点另外，控制器、网络等冗余技术也得到了发展，控制运算也可集中一些 从目前的DCS来看，一个控制器完成几十个回路的运算和几百点的采集、再加适量的逻辑运算，经现场使用，效果是比较好的这就产生控制器升级的问题了有时控制器和检测元件的距离还是比较远，这就促进现场总线的发展如CAN、LOONWORKS、FF等现场总线，以及HART协议接收板等都用到DCS系统中 2.1 DCS系统的三大部分 DCS分为三大部分，带I/O板的控制器、通讯网络和人机界面（HMI）。

2.1.0 DCS系统的IO端子板由I/O板通过端子板直接与生产过程相连，读取传感器来的信号I/O板有几种不同的类型，每一种I/O板都有相应的端子板 模拟量输入，4-20毫安的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板；4-16个通道不等； 模拟量输出：通常都是4-20毫安的标准信号，一般它的通道比较少，4-8个个通道； 开关量输入：16-32个通道：开关量输出：开关量输入和输出还分不同电压等级的板，如直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16个通道不等； 脉冲量输入，用于采集速率的信号；4-8通道不等； 快速中断输入； HART协议输入板； 现场总线I/O板； 每一块I/O板都接在I/O总线上为了信号的安全和完整，信号在进入I/O板以前信号要进行整修，如上下限的检查、温度补偿、滤波，这些工作可以在端子板完成，也可以分开完成，完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板 I/O总线和控制器相连80年代的DCS由于控制器的运算能力不强，为了增加I/O点数，把控制器的任务分开，实际上是有三种类型的控制器即：完成闭环运算的控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器。

它们分别有自己的I/O总线，各种DCS的I/O总线各不相同如果要求快速，最好采用并行总线一般采用串行总线比较多尤其是RS485总线较多，模拟量数据采集器和逻辑运算器的I/O点数可以多一些 闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器可以和人机界面直接连在通讯网络上，在网络上的每一个不同的控制器作为网络上的。