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1、第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)第2章集散控制系統(tǒng)基 礎(chǔ) 知 識(shí)1研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí) 集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 集散控制系統(tǒng)的軟件體系集散控制系統(tǒng)的軟件體系 集散控制系統(tǒng)的基本功能集散控制系統(tǒng)的基本功能 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容2研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.1 2.1 集散控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集散控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要集集散散控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的特征特征縱向分層縱向分層橫向

2、分散橫向分散設(shè)備分級(jí)設(shè)備分級(jí)網(wǎng)絡(luò)分層網(wǎng)絡(luò)分層按按照照功功能能，集集散散控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)備備分分為四級(jí)為四級(jí)現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)過(guò)程控制級(jí)過(guò)程控制級(jí)過(guò)程管理級(jí)過(guò)程管理級(jí)經(jīng)營(yíng)管理級(jí)經(jīng)營(yíng)管理級(jí)與與四四級(jí)級(jí)設(shè)設(shè)備備對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的四四層層網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)3研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)圖圖2.1 集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)4研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)1.現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí) 典型的現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備典型的現(xiàn)場(chǎng)控

3、制級(jí)設(shè)備各類(lèi)各類(lèi)傳感器傳感器各類(lèi)各類(lèi)變送器變送器各類(lèi)各類(lèi)執(zhí)行器執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備的主要任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備的主要任務(wù)完成過(guò)程完成過(guò)程數(shù)據(jù)采集與處理。數(shù)據(jù)采集與處理。直接輸出操作命令、直接輸出操作命令、實(shí)現(xiàn)分散控制。實(shí)現(xiàn)分散控制。完成與上級(jí)設(shè)備的完成與上級(jí)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)共享。，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)共享。5研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.過(guò)程控制級(jí)過(guò)過(guò)程程控控制制級(jí)級(jí)主主要要設(shè)設(shè)備備：過(guò)過(guò)程程控控制制站站、數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集站站和和現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線線服務(wù)器服務(wù)器等。等。過(guò)程控制站過(guò)程控制站產(chǎn)生控制作用。產(chǎn)生控制作用?？煽梢砸詫?shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)反反饋饋控控制制、

4、邏邏輯輯控控制制、順順序序控控制制和和批批量量控控制制等等功功能。能。6研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)采集站數(shù)據(jù)采集站接收大量的非控制過(guò)程信息接收大量的非控制過(guò)程信息；不直接完成控制功能。不直接完成控制功能?，F(xiàn)場(chǎng)總線服務(wù)器現(xiàn)場(chǎng)總線服務(wù)器一一臺(tái)臺(tái)安安裝裝了了現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線線接接口口卡卡與與DCS監(jiān)監(jiān)控控網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)接接口口卡卡的的計(jì)計(jì)算算機(jī)。機(jī)。過(guò)程控制級(jí)設(shè)備的主要功能采集過(guò)程數(shù)據(jù)，進(jìn)行采集過(guò)程數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理；對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；監(jiān)測(cè)和控制；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及 I/O I/O 卡件的卡件的自診斷；自診斷；與過(guò)程管理級(jí)

5、進(jìn)行與過(guò)程管理級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信。7研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)3.過(guò)程管理級(jí)過(guò)過(guò)程程管管理理級(jí)級(jí)的的主主要要設(shè)設(shè)備備：操操作作站站、工工程程師師站站和和監(jiān)監(jiān)控控計(jì)計(jì)算機(jī)算機(jī)等。等。操作站操作站操作人員與操作人員與DCS相互交換信息的相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備；人機(jī)接口設(shè)備；DCS的核心的核心顯示、監(jiān)視、操作和管理顯示、監(jiān)視、操作和管理裝置。裝置。工程師站工程師站對(duì)對(duì)DCS進(jìn)行進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)督控制；對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)督控制；機(jī)組機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和性能計(jì)算，先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)等。運(yùn)行優(yōu)化

6、和性能計(jì)算，先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)等。8研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)過(guò)程管理級(jí)設(shè)備的主要功能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；監(jiān)測(cè)和控制；對(duì)對(duì)DCSDCS進(jìn)行進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù) ；對(duì)各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行對(duì)各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類(lèi)和管理歸類(lèi)和管理 。實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)督控制，故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)存檔。監(jiān)督控制，故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)存檔。9研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)4.經(jīng)營(yíng)管理級(jí) 經(jīng)經(jīng)營(yíng)營(yíng)管管理理級(jí)級(jí)的的設(shè)設(shè)備備可可能能是是廠廠級(jí)級(jí)管管理理計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)，也也可可能能是是若干個(gè)若干個(gè)生產(chǎn)裝置的管理計(jì)算機(jī)

7、生產(chǎn)裝置的管理計(jì)算機(jī)。廠廠級(jí)級(jí)管管理理系系統(tǒng)統(tǒng)的的主主要要功功能能是是監(jiān)監(jiān)視視企企業(yè)業(yè)各各部部門(mén)門(mén)的的運(yùn)運(yùn)行行情情況。況。管管理理計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)的的要要求求是是具具有有能能夠夠?qū)?duì)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)做做出出高高速速反反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。10研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)經(jīng)營(yíng)管理級(jí)設(shè)備的主要功能經(jīng)營(yíng)管理級(jí)設(shè)備的主要功能監(jiān)視監(jiān)視企業(yè)各部門(mén)的運(yùn)行情況企業(yè)各部門(mén)的運(yùn)行情況 ；實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化、全廠負(fù)荷分配承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化、全廠負(fù)荷分配和日常運(yùn)行管理等任務(wù)和日常運(yùn)行管理等任務(wù) ；日常管理日常管理承擔(dān)全廠的管理決策、計(jì)劃管理

8、、行政管理等承擔(dān)全廠的管理決策、計(jì)劃管理、行政管理等任務(wù)任務(wù) 。11研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.2 集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要控控制制站站包包括括現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)控控制制站站和和數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集站等。站等。機(jī)柜機(jī)柜電源電源控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)其他部件其他部件操操作作站站一一般般分分為為操操作作員員站站和和工工程程師師站站 。操作臺(tái)操作臺(tái) 微處理機(jī)系統(tǒng)微處理機(jī)系統(tǒng)圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備 操作鍵盤(pán)和鼠標(biāo)操作鍵盤(pán)和鼠標(biāo) 打印輸出設(shè)備等打印輸出設(shè)備等冗余技術(shù)冗余技術(shù)冗冗余余方方式式：多多重重化化自自動(dòng)備用和手動(dòng)備用。動(dòng)備用和手動(dòng)備用。冗冗余余措措施施

9、：通通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)冗冗余余、操操作作站站冗冗余余、現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)控控制制站站冗冗余余、電電源源冗冗余余、輸輸入入/輸輸出模塊冗余。出模塊冗余。12研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站主要設(shè)備：主要設(shè)備：現(xiàn)場(chǎng)控制單元?，F(xiàn)場(chǎng)控制單元。主主要要任任務(wù)務(wù)：進(jìn)進(jìn)行行數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集及及處處理理，對(duì)對(duì)被被控控對(duì)對(duì)象象實(shí)實(shí)施施閉閉環(huán)環(huán)反反饋饋控制、順序控制和批量控制?？刂?、順序控制和批量控制。用用戶(hù)戶(hù)可可以以根根據(jù)據(jù)不不同同的的應(yīng)應(yīng)用用需需求求，選選擇擇配配置置不不同同的的現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)控控制制單單元元以構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制站。以構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制站。以以面面向向

10、連連續(xù)續(xù)生生產(chǎn)產(chǎn)的的過(guò)過(guò)程程控控制制為為主主，順順序序邏邏輯輯控控制制為為輔輔，構(gòu)構(gòu)成成一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜控制方案的現(xiàn)場(chǎng)控制站一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜控制方案的現(xiàn)場(chǎng)控制站;以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主的現(xiàn)場(chǎng)控制站；的現(xiàn)場(chǎng)控制站；構(gòu)成對(duì)構(gòu)成對(duì)大批量過(guò)程信號(hào)進(jìn)行總體信息采集大批量過(guò)程信號(hào)進(jìn)行總體信息采集的現(xiàn)場(chǎng)控制站。的現(xiàn)場(chǎng)控制站。13研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)1.機(jī)柜 現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜中央控制室機(jī)柜間機(jī)柜間機(jī)柜組有了現(xiàn)場(chǎng)控制站，生產(chǎn)過(guò)程控制的安全性和可靠性都很容易得到保證14研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)現(xiàn)

11、場(chǎng)控制單元多層I/O卡件箱電源單元通信接口接線端子板機(jī)柜正面（前面）機(jī)柜背面（后面）現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜15研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.電源電源系統(tǒng)的可靠性措施電源系統(tǒng)的可靠性措施每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站均采用每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站均采用雙電源供電，互為冗余雙電源供電，互為冗余。采采用用超超級(jí)級(jí)隔隔離離變變壓壓器器，將將其其初初級(jí)級(jí)、次次級(jí)級(jí)線線圈圈間間的的屏屏蔽蔽層層可靠接地，以克服共模干擾的影響?？煽拷拥?，以克服共模干擾的影響。采用采用交流電子調(diào)壓器交流電子調(diào)壓器，快速穩(wěn)定供電電壓。，快速穩(wěn)定供電電壓。配有配有不間斷供電電源不間斷供電電源 UPS，以保證供電的連續(xù)性。，以

12、保證供電的連續(xù)性?，F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)控控制制站站內(nèi)內(nèi)各各功功能能模模塊塊所所需需直直流流電電源源一一般般為為5V、15V(或或12 V)、以及、以及+24V。16研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性措施增加直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性措施給給主主機(jī)機(jī)供供電電與與給給現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)設(shè)設(shè)備備供供電電的的電電源源要要在在電電氣氣上上隔隔離離，以以減少相互間的干擾減少相互間的干擾。采用采用冗余的雙電源方式冗余的雙電源方式給各功能模塊供電。給各功能模塊供電。一一般般由由統(tǒng)統(tǒng)一一的的主主電電源源單單元元將將交交流流電電變變?yōu)闉?24V 直直流流電電供供給給柜柜內(nèi)內(nèi)的的直直流流母母

13、線線，然然后后通通過(guò)過(guò) DC-DC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換方方式式將將 24V 直直流流電電源變換為子電源所需的電壓。源變換為子電源所需的電壓。主主電電源源一一般般采采用用 1:1 冗冗余余配配 置置，而而子子電電源源一一般般采采用用 N:1 冗冗余配置。余配置。17研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)3.控制計(jì)算機(jī) 控制器電源單元I/O卡件現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡件導(dǎo)軌控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)18研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)控控制制計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)一一般般是是由由 CPUCPU、存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器、輸輸入入 /輸輸出出通通道道等基本部分組成。等基本部分組成。(1)CPU

14、(1)CPU 用以實(shí)現(xiàn)用以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？煽梢砸詧?zhí)執(zhí)行行復(fù)復(fù)雜雜的的先先進(jìn)進(jìn)控控制制算算法法，如如自自動(dòng)動(dòng)整整定定、預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)控控制制、模糊控制和自適應(yīng)控制等。模糊控制和自適應(yīng)控制等。19研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)(2)(2)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器分為控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器分為RAMRAM和和ROMROM。在控制計(jì)算機(jī)中在控制計(jì)算機(jī)中 ROM ROM 占有較大的比例占有較大的比例。由由于于控控制制計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)在在正正常常工工作作時(shí)時(shí)運(yùn)運(yùn)行行的的是是一一套套固固定定的的程程序序，DCS中大都采用了中大都采用了程序固化的辦法。程序

15、固化的辦法。在在冗冗余余控控制制計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)中中，還還特特別別設(shè)設(shè)有有雙雙端端口口隨隨機(jī)機(jī)存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器RAM RAM，其其中中存存放放有有過(guò)過(guò)程程輸輸入入輸輸出出數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)、設(shè)設(shè)定定值值和和PIDPID參數(shù)等參數(shù)等。20研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)(3)總線 總線是總線是將現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部各單元連接起來(lái)將現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部各單元連接起來(lái)的通信介質(zhì)。的通信介質(zhì)。(4)輸入/輸出通道 模擬量輸入模擬量輸入/輸出輸出(AI/AO)開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸入/輸出輸出(SI/SO)數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入/輸出輸出(DI/DO)脈沖量輸入通道脈沖量輸入通道(PI)21研究學(xué)習(xí)第

16、第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)模擬量輸入輸出通道模擬量輸入輸出通道(AI/AO)(AI/AO)模擬量輸入通道模擬量輸入通道(AI)(AI)模模擬擬量量輸輸入入通通道道(AI)(AI)將將來(lái)來(lái)自自在在線線檢檢測(cè)測(cè)儀儀表表和和變變送送器器的的連續(xù)性模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)連續(xù)性模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送給送給CPUCPU進(jìn)行處理。進(jìn)行處理。模擬量輸出通道模擬量輸出通道(AO)(AO)模模擬擬量量輸輸出出通通道道(AO)(AO)一一般般將將計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)輸輸出出的的數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為4-20mADC(4-20mADC(或或1-5VDC)1-5VDC)的的連連續(xù)續(xù)直直流

17、流信信號(hào)號(hào)，用用于于控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。22研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸入/輸出通道輸出通道(SI/SO)(SI/SO)開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)量量輸輸入入通通道道(SI)(SI)主主要要用用來(lái)來(lái)采采集集各各種種限限位位開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)、繼繼電電器器 或或電電磁磁閥閥連連動(dòng)動(dòng)觸觸點(diǎn)點(diǎn)的的開(kāi)開(kāi)、關(guān)關(guān)狀狀態(tài)態(tài)，并并輸輸入入至至計(jì)計(jì)算機(jī)。算機(jī)。開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)量量輸輸出出通通道道(SO)(SO)主主要要用用于于控控制制電電磁磁閥閥、繼繼電電器器、指示燈、聲光報(bào)警器指示燈、聲光報(bào)警器等只具有開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。等只具有開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。脈沖輸入通道脈沖輸入通道

18、(PI)(PI)脈沖輸入通道脈沖輸入通道(PI)(PI)將將現(xiàn)場(chǎng)儀表（如渦輪流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)儀表（如渦輪流量計(jì)等）輸出的為脈沖信號(hào)等）輸出的為脈沖信號(hào)處理后送入計(jì)算機(jī)。處理后送入計(jì)算機(jī)。23研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.2.2 2.2.2 操作站操作站嵌入型臺(tái)式操作站 桌面型操作站信息報(bào)警站工程師站 控制站 顯示器 標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán) 主機(jī) 操作站主機(jī)柜 工作臺(tái) 中央控制室設(shè)備中央控制室設(shè)備24研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí) DCS DCS 操作站一般分為操作站一般分為操作員站和工程師站操作員站和工程師站兩種兩種。工工程程師師站站主主要要是是

19、技技術(shù)術(shù)人人員員與與控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的人人機(jī)機(jī)接接口口，可可以以對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。工工程程師師站站為為用用戶(hù)戶(hù)提提供供了了一一個(gè)個(gè)靈靈活活的的、功功能能齊齊全全的的工工作作平平臺(tái)，臺(tái)，通過(guò)組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)所要求的各種控制策略通過(guò)組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)所要求的各種控制策略。有些小型有些小型DCSDCS的的工程師站可以用一個(gè)操作員站代替工程師站可以用一個(gè)操作員站代替。25研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí) 操作臺(tái)操作臺(tái) 微處理機(jī)系統(tǒng)微處理機(jī)系統(tǒng) 外部存儲(chǔ)設(shè)備外部存儲(chǔ)設(shè)備 圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備 操作鍵盤(pán)和鼠標(biāo)操作鍵盤(pán)和鼠標(biāo) 打印輸出設(shè)備打印輸出設(shè)

20、備DCS DCS 操作站主要設(shè)備操作站主要設(shè)備操作站設(shè)備操作站設(shè)備26研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.2.3 2.2.3 冗余技術(shù)冗余技術(shù)1.1.冗余方式冗余方式27研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)同同 步步 運(yùn)運(yùn) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)雙重化配置雙重化配置輸入輸入輸出輸出輸入輸入輸出輸出三重化配置三重化配置28研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式讓讓兩兩臺(tái)臺(tái)或或兩兩臺(tái)臺(tái)以以上上的的設(shè)設(shè)備備或或部部件件同同步步運(yùn)運(yùn)行行，進(jìn)進(jìn)行行相相同同的的處理，并處理，并將其輸出進(jìn)行核對(duì)將其輸出進(jìn)行核對(duì)。兩兩臺(tái)臺(tái)設(shè)

21、設(shè)備備同同步步運(yùn)運(yùn)行行，只只有有當(dāng)當(dāng)它它們們的的輸輸出出一一致致時(shí)時(shí)，才才作作為為正正確確的的輸輸出出，這這種種系系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)稱(chēng)為為“雙雙重重化化系系統(tǒng)統(tǒng)”(Dual System)。三三臺(tái)臺(tái)設(shè)設(shè)備備同同步步運(yùn)運(yùn)行行，將將三三臺(tái)臺(tái)設(shè)設(shè)備備的的輸輸出出信信號(hào)號(hào)進(jìn)進(jìn)行行比比較較，取取兩兩個(gè)個(gè)相相等等的的輸輸出出作作為為正正確確的的輸輸出出值值，這這就就是是設(shè)設(shè)備備的的三重化設(shè)置，三重化設(shè)置，29研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式同時(shí)配備兩臺(tái)設(shè)備，同時(shí)配備兩臺(tái)設(shè)備，使一臺(tái)設(shè)備處于待機(jī)備用狀態(tài)。使一臺(tái)設(shè)備處于待機(jī)備用狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)工工作作設(shè)設(shè)備備發(fā)發(fā)生生故故

22、障障時(shí)時(shí)，啟啟動(dòng)動(dòng)待待機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)備備來(lái)來(lái)保保證證系系統(tǒng)統(tǒng)正正常常運(yùn)行。這種方式稱(chēng)為運(yùn)行。這種方式稱(chēng)為1:1 的備用方式的備用方式。對(duì)對(duì)于于N臺(tái)臺(tái)同同樣樣設(shè)設(shè)備備，采采用用一一臺(tái)臺(tái)待待機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)備備的的備備用用方方式式就就稱(chēng)稱(chēng)為為 N:1 備用備用。待機(jī)運(yùn)行方式是待機(jī)運(yùn)行方式是 DCS 中主要采用的冗余技術(shù)中主要采用的冗余技術(shù)。30研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式使用多臺(tái)設(shè)備，在正常運(yùn)行時(shí)，使用多臺(tái)設(shè)備，在正常運(yùn)行時(shí)，各自分擔(dān)各種功能運(yùn)行各自分擔(dān)各種功能運(yùn)行。當(dāng)當(dāng)其其中中之之一一發(fā)發(fā)生生故故障障時(shí)時(shí)，其其他他設(shè)設(shè)備備放放棄棄其其中中一一些些不不重

23、重要要的功能，進(jìn)行互相備用的功能，進(jìn)行互相備用。31研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)易的手動(dòng)備用方式簡(jiǎn)易的手動(dòng)備用方式采用采用手動(dòng)操作手動(dòng)操作方式實(shí)現(xiàn)對(duì)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制自動(dòng)控制方式的方式的備用備用。當(dāng)當(dāng)自自動(dòng)動(dòng)方方式式發(fā)發(fā)生生故故障障時(shí)時(shí)，通通過(guò)過(guò)切切換換成成手手動(dòng)動(dòng)工工作作方方式式，來(lái)來(lái)保持系統(tǒng)的控制功能。保持系統(tǒng)的控制功能。32研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.冗余措施通信網(wǎng)絡(luò)的冗余：通信網(wǎng)絡(luò)的冗余：采用采用一備一用一備一用的配置的配置。操作站操作站的的冗余冗余：采用采用工作冗余工作冗余的方式的方式?，F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)控控制制站站的的

24、冗冗余余：有有的的采采用用 1:1 冗冗余余，也也有有的的采采用用N:1 冗余冗余。采用無(wú)中斷自動(dòng)切換方式采用無(wú)中斷自動(dòng)切換方式。電電源源的的冗冗余余：除除了了 220V 交交流流供供電電外外，還還采采用用了了鎳鎳鎘鎘電電池、鉛鈣電池以及干電池池、鉛鈣電池以及干電池等多級(jí)掉電保護(hù)措施。等多級(jí)掉電保護(hù)措施。輸入輸入/輸出模塊的冗余：部分輸出模塊的冗余：部分重要卡件重要卡件采用采用 1:1 冗余冗余。DCS軟件軟件還采用了還采用了信息冗余技術(shù)信息冗余技術(shù)。33研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.3 集散控制系統(tǒng)的軟件體系本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要軟件體系軟件體系組態(tài)軟件

25、、控制層軟件和監(jiān)控軟件的功能組態(tài)軟件、控制層軟件和監(jiān)控軟件的功能34研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)DCS軟件主要分為：軟件主要分為：組態(tài)軟件、控制層軟件、監(jiān)控軟件組態(tài)軟件、控制層軟件、監(jiān)控軟件（1）組態(tài)軟件：安裝于工程師站。完成系統(tǒng)控制層軟件和監(jiān)）組態(tài)軟件：安裝于工程師站。完成系統(tǒng)控制層軟件和監(jiān)控軟件的組態(tài)功能。控軟件的組態(tài)功能。根據(jù)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程控制的需要實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程控制的需要，預(yù)先將預(yù)先將DCS所提供的硬所提供的硬件設(shè)備和軟件功能模塊組織起來(lái)件設(shè)備和軟件功能模塊組織起來(lái)，以完成特定的任務(wù)。，以完成特定的任務(wù)。要做的組態(tài)主要包括：要做的組態(tài)主要包括：l硬件配

26、置硬件配置l數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)l控制算法組態(tài)控制算法組態(tài)l流程顯示及操作畫(huà)面組態(tài)流程顯示及操作畫(huà)面組態(tài)l報(bào)表組態(tài)報(bào)表組態(tài)l編譯和下裝編譯和下裝35研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)（2）控制層軟件：特指運(yùn)行于現(xiàn)場(chǎng)控制站的）控制層軟件：特指運(yùn)行于現(xiàn)場(chǎng)控制站的控制器中的軟件，針對(duì)控制對(duì)象，完成控制控制器中的軟件，針對(duì)控制對(duì)象，完成控制功能。功能。其基本功能：其基本功能：I/O數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)組織管理、控制運(yùn)算及數(shù)據(jù)組織管理、控制運(yùn)算及I/O數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)的輸出。36研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)（3）

27、監(jiān)控軟件）監(jiān)控軟件 指操作員站或工程師站上的軟件，主要完指操作員站或工程師站上的軟件，主要完成操作人員所發(fā)出的各個(gè)命令的執(zhí)行、圖形成操作人員所發(fā)出的各個(gè)命令的執(zhí)行、圖形與畫(huà)面的顯示、報(bào)警信息的顯示處理、對(duì)現(xiàn)與畫(huà)面的顯示、報(bào)警信息的顯示處理、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的集中處理。場(chǎng)各類(lèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的集中處理。37研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.4 集散控制系統(tǒng)的基本功能本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要控制站的基本功能控制站的基本功能 反饋控制反饋控制邏輯控制邏輯控制順序控制順序控制批量控制批量控制數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信操作站的基本功能操作站的基本功能 顯示顯示

28、操作操作報(bào)警報(bào)警組態(tài)組態(tài)系統(tǒng)維護(hù)系統(tǒng)維護(hù)報(bào)告生成報(bào)告生成 自診斷功能自診斷功能 離線自診斷離線自診斷 在線自診斷在線自診斷 顯示故障代碼顯示故障代碼定位定位故障卡故障卡件件 38研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)1.反饋控制2.4.1 2.4.1 現(xiàn)場(chǎng)控制站的基本功能現(xiàn)場(chǎng)控制站的基本功能反饋控制反饋控制輸入處理輸入處理控制運(yùn)算控制運(yùn)算回路組態(tài)回路組態(tài)輸出處理輸出處理報(bào)警處理報(bào)警處理反饋控制功能分布圖反饋控制功能分布圖39研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)(1)(1)輸入信號(hào)處理輸入信號(hào)處理模擬輸入信號(hào)處理模擬輸入信號(hào)處理合理性檢驗(yàn)合理性檢

29、驗(yàn)零偏零偏修修正正 規(guī)格化規(guī)格化 工程量變換工程量變換 非線性非線性處理處理 開(kāi)方開(kāi)方運(yùn)算運(yùn)算 補(bǔ)償運(yùn)算補(bǔ)償運(yùn)算 脈沖序列的瞬時(shí)值變換及累計(jì)脈沖序列的瞬時(shí)值變換及累計(jì)40研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于對(duì)于數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)狀態(tài)報(bào)警及輸出方式處理。狀態(tài)報(bào)警及輸出方式處理。對(duì)對(duì)于于脈沖序列脈沖序列瞬時(shí)值變換及累積計(jì)算瞬時(shí)值變換及累積計(jì)算。41研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)報(bào)警類(lèi)型報(bào)警類(lèi)型 儀儀表表異異常常報(bào)報(bào)警警、絕絕對(duì)對(duì)值值報(bào)報(bào)警警、偏偏差差報(bào)報(bào)警警、速速率率報(bào)警以及累計(jì)值報(bào)警報(bào)警以及累計(jì)值報(bào)警等等。報(bào)警限值報(bào)警限值 為為了了實(shí)實(shí)

30、現(xiàn)現(xiàn)預(yù)預(yù)報(bào)報(bào)警警，DCS中中通通常常還還設(shè)設(shè)置置了了多多重重報(bào)報(bào)警限警限，如上限、上上限、下限、下下限等。如上限、上上限、下限、下下限等。報(bào)警優(yōu)先級(jí)報(bào)警優(yōu)先級(jí) 報(bào)警優(yōu)先級(jí)參數(shù)報(bào)警優(yōu)先級(jí)參數(shù) 報(bào)警鏈中斷參數(shù)報(bào)警鏈中斷參數(shù) 最高報(bào)警選擇參數(shù)最高報(bào)警選擇參數(shù) (2)(2)報(bào)警處理報(bào)警處理42研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)(3)(3)控制運(yùn)算控制運(yùn)算常規(guī)常規(guī) PID 微分先行微分先行PID積分分離積分分離開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)控制時(shí)間比例式開(kāi)關(guān)控制時(shí)間比例式開(kāi)關(guān)控制信號(hào)選擇信號(hào)選擇比率設(shè)定比率設(shè)定常 用 算 法時(shí)間程序設(shè)定時(shí)間程序設(shè)定 Smith 預(yù)估控制預(yù)估控制多變量解耦控制多

31、變量解耦控制一階滯后運(yùn)算一階滯后運(yùn)算超前超前-滯后運(yùn)算滯后運(yùn)算其他運(yùn)算等其他運(yùn)算等43研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)(4)控制回路組態(tài)根根據(jù)據(jù)控控制制策策略略的的需需要要，將將一一些些功功能能模模塊塊通通過(guò)過(guò)軟軟件件連連接接起來(lái)起來(lái)，構(gòu)成檢測(cè)回路或控制回路。，構(gòu)成檢測(cè)回路或控制回路。溫度與壓力串級(jí)控制系統(tǒng)回路組態(tài)圖溫度與壓力串級(jí)控制系統(tǒng)回路組態(tài)圖44研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)(5)輸出信號(hào)處理輸出開(kāi)路檢驗(yàn)輸出開(kāi)路檢驗(yàn)輸出上下限檢驗(yàn)輸出上下限檢驗(yàn)輸出變化率限幅輸出變化率限幅模擬輸出模擬輸出開(kāi)關(guān)輸出開(kāi)關(guān)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度輸出

32、 45研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.邏輯控制根據(jù)輸入變量的狀態(tài)，根據(jù)輸入變量的狀態(tài)，按邏輯關(guān)系進(jìn)行的控制按邏輯關(guān)系進(jìn)行的控制。在在DCS中，由中，由邏輯功能模塊邏輯功能模塊實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能。實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能。邏 輯 控 制 功 能與與(AND)或或(OR)非非(NO)異或異或(XOR)連接連接(LINK)進(jìn)行延時(shí)進(jìn)行延時(shí)(ON DELAY)停止延時(shí)停止延時(shí)(OFF DELAY)觸發(fā)器觸發(fā)器(FLIP-FLOP)脈沖脈沖(PULSE)46研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)3.順序控制順順序序控控制制：按按預(yù)預(yù)定定的的動(dòng)動(dòng)作作順順序序

33、或或邏邏輯輯，依依次次執(zhí)執(zhí)行行各各階階段動(dòng)作程序段動(dòng)作程序。順順序序控控制制中中可可以以兼兼用用反反饋饋控控制制、邏邏輯輯控控制制和和輸輸入入/輸輸出出監(jiān)視監(jiān)視等功能。等功能。實(shí)現(xiàn)順序控制的常用方法實(shí)現(xiàn)順序控制的常用方法順序表法順序表法程序語(yǔ)言方式程序語(yǔ)言方式梯形圖法梯形圖法47研究學(xué)習(xí)第第2 2章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)章集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)順序表法順序表法將將控控制制順順序序按按邏邏輯輯關(guān)關(guān)系系和和時(shí)時(shí)間間關(guān)關(guān)系系預(yù)預(yù)先先編編成成順順序序記記錄錄，存儲(chǔ)于管理文件中存儲(chǔ)于管理文件中，然后逐項(xiàng)執(zhí)行然后逐項(xiàng)執(zhí)行。程序語(yǔ)言方式程序語(yǔ)言方式通過(guò)語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制通過(guò)語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制。梯形圖法梯形圖法（梯形邏輯控制語(yǔ)言梯形邏輯控制語(yǔ)言）由由繼繼電電器器邏邏輯輯電電路路圖圖演演變變而而來(lái)來(lái)的的一一種種解解釋釋執(zhí)執(zhí)行行程程序序的的設(shè)設(shè)計(jì)語(yǔ)言計(jì)語(yǔ)言。隨隨著著 DCS 的的發(fā)發(fā)展展，已已出出現(xiàn)現(xiàn)了了