《集散控制系统》.ppt

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1、2019/7/7,1,第9章 集散控制系统,2019/7/7,2,主要内容,集散控制系统的发展过程 集散控制系统的概念 集散控制系统的体系结构 集散控制系统的功能特点 集散控制系统的发展趋势 典型的集散控制系统,2019/7/7,3,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,随着大规模集成电路的问世，微处理器的诞生，控制技术、显示技术、计算机技术、通信技术等的进一步发展，人们开始将计算机应用于仪表产品和控制系统中。,2019/7/7,4,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,最初的计算机控制系统是替代常规控制仪表的直接数字控制系统（DDC），它容易进行信息通信，实现集中控制、显示和操作，控制精度高

2、，使生产过程综合控制水平得到提高。但是，在大型工厂或装置中，一台计算机往往要集中控制几十甚至几百个回路，事故发生的危险性高度集中，一旦计算机控制系统出现故障，控制、监视和操作都无法进行，给生产带来很大影响，甚至造成全局性的重大事故。集中控制的固有缺陷使DDC未能得到普及推广。,直接数字控制系统的不足,2019/7/7,5,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,进入20世纪70年代后，为了进一步提高控制系统的安全性和可靠性，开发研制了新型的集散控制系统（Distributed Control System，简称DCS）。所谓集散控制系统就是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。该控制系统实现了控

3、制分散、危险分散，并将操作、监视和管理集中，克服了常规仪表控制系统功能单一和计算机控制系统危险集中的局限性，能够实现连续控制、间歇（批量）控制、顺序控制、数据采集处理和先进控制，将操作、管理和生产过程密切结合。,2019/7/7,6,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,DCS英文直译为“分散控制系统”。“集散控制系统”是按中国人习惯理解而称谓的，集散控制系统的主要特征是它的集中管理和分散控制。 它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式，同时也为正在发展的先进过程控制系统提供了必要的工具和手段。,2019/7/7,7,9.1 集散控制系统的发展过程

4、与概念,自从美国霍尼韦尔（Honeywell）公司于1975年首次向世界范围推出TDC2000集散控制系统以来，DCS的结构和性能日臻完善，已经在炼油、石油化工、电力、钢铁、纺织、食品加工等部门得到了广泛的应用，取得了良好的经济效益。纵观DCS发展过程，大致可分为三个阶段。,2019/7/7,8,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,（1） 第一阶段（初创期） 1975-1980年是初创阶段。世界各大公司纷纷推出自己的集散型控制系统，这一时期典型的DCS系统除了Honeywell的TDC-2000系统外，还有Foxboro的Spectrum系统、Yokogawa（横河）的CENTUM系统、Ba

5、iley公司的Network-90系统、Siemens的Teleperm M系统和肯特公司的P4000等。,2019/7/7,9,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,（2） 第二阶段（成熟期） 1980-1985年的第二阶段是DCS的成熟期。这期间随着各种高新技术，特别是信息处理技术和计算机网络技术的飞速发展，一方面是硬件和软件技术不断更新，例如现场控制的CPU由16位向32位过渡，现场控制站的功能大为增强；操作站采用高分辨率的CRT和掩模式控制盘；系统软件水平不断提高，系统自检功能增强，开发了各类大、中、小型具有数、模混合顺序控制功能的集散系统。另一方面，开发了高层次的综合信息管理系统，以

6、适应企业发展的需要。由于系统技术不断成熟，通过众多厂家参与竞争，DCS价格开始下降，DCS的应用更加广泛。 典型的DCS产品类型有： Honeywell的TDC-3000、Taylor公司的MOD300、ABB公司的MASTER、LEEDS&NORTHROP公司的MAX等。,2019/7/7,10,9.1 集散控制系统的发展过程与概念,（3） 第三阶段（扩展期） 1985年至今为DCS扩展期。这一阶段，DCS系统把过程控制、监督控制、管理调度有机地结合起来，并继续加强逻辑控制功能。这一时期DCS的特点是系统功能综合化和系统网络开放性水平不断提高。功能综合化体现在DCS的管理功能增强，包括原材料

7、进厂到生产设计、计划进度、质量检查、成品包装、出厂及供销等一系列信息的管理调度；另一方面是DCS的控制功能增强，实现DCS的过程自动化与顺序控制、机电控制相结合的综合控制。而DCS开放性改变了过去各个DCS自成系统的封闭结构，形成了连接规则标准化的开放通信网络，在一定程度上实现了不同厂家设备的网络兼容。新一代DCS采用微型无引线元器件和软印制线路板、表面贴装技术新工艺，体积小、可靠性高；除使用本公司软件外，还能使用C、Fortran、Pascal、Basic等高级语言作为编程工具。 扩展期的典型DCS系统有Honeywell的TDC-3000UCN、Yokogawa的CENTUM-XL和XL、

8、Bailey公司的INFI-90系统、Westing House的WDPF 系统等。,2019/7/7,11,9.2 集散控制系统的体系结构,集散控制系统的体系结构通常为三级。第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。各级之间由通信网络连接，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。,2019/7/7,12,9.2 集散控制系统的体系结构,2019/7/7,13,9.2 集散控制系统的体系结构,分散过程控制级 过程控制级是集散控制系统的基础，是实现生产过程分散控制的关键。它与生产过程直接联系，完成生产过程实时信号采集、变换、处理、输入、输出、运算和控制。其主要硬

9、件有过程控制单元、过程输入输出单元、信号处理与变换单元和备用盘装仪表等。其主要任务是进行数据采集、直接数字控制；对设备进行监测和自诊断；以及实施安全化、冗余化措施等。,2019/7/7,14,1-DCS的分散过程控制级,现场控制站 现场控制站的构成 机箱（柜） 电源 PC总线工业控制机 通信控制单元 手动、自动显示操作单元 现场控制站的功能 现场控制站的功能主要有6种，即数据采集功能、DDC控制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打印报表功能、数据通信功能。,2019/7/7,15,1- DCS的分散过程控制级,智能调节器 以微处理器技术为基础的智能调节器（如单回路、多回路智能调节器）由于具有数

10、据通信功能，因此在DCS的分散过程控制级也得到了广泛的应用。 智能调节器是一种数字化的过程控制仪表，其外表类似于一般的盘装仪表 。 智能调节器不仅可接受420mA，DC电流信号输入的设定值，还具有异步通信接口RS422485、RS232等，可与上位机连成主从式通信网络，接受上位机下传的控制参数，并上报各种过程参数。,2019/7/7,16,1- DCS的分散过程控制级,可编程序控制器（PLC） PLC与智能调节器最大的不同点是：它主要配制的是开关量输入、输出通道，用于执行顺序控制功能。PLC主要用于生产过程中按时间顺序控制或逻辑控制的场合，以取代复杂的继电器控制装置。 在较新型的PLC中，也提

11、供了模拟量控制模块，其输入输出的模拟量标准与智能调节器相同。同时也提供了PID等控制算法 。 PLC一般均带有RS422标准的异步通信接口，可与上位机连成主从式总线型网络，构成DCS。,2019/7/7,17,9.2 集散控制系统的体系结构,集中操作监控级 集中操作监控级的主要功能是过程操作、监视、优化过程控制和数据存档等。该级是面向操作员和控制系统工程师的，因此配有技术手段齐备、功能强的计算机系统及各类外部装置，特别是CRT显示器和键盘，一级需要较大存储容量的硬盘或软盘支持；另外还需要功能强的软件支持，确保工程师和操作员对系统进行组态、监视和操作，对生产过程实行高级控制策略、故障诊断、质量评

12、估。其具体组成包括：监控计算机；工程师显示操作站；操作员显示操作站。,2019/7/7,18,2- DCS的集中操作监控级,显示操作站的构成 监控计算机 键盘 CRT显示器 打印机 显示操作站的功能 显示操作站主要是和操作员以及工程师有关的系统的功能；操作员在运转整个系统时必要的操作功能，工程师为了进行系统的生成和维护时必要的工程师功能。,2019/7/7,19,9.2 集散控制系统的体系结构,综合信息管理级 这一级由管理计算机、办公自动化系统、工厂自动化服务系统构成，从而实现整个企业的综合信息管理。综合信息管理主要包括生产管理和经营管理。 生产管理级可根据订货、库存和能源等情况来规划产品结构

13、和生产规模，并可根据市场情况重新规划和随机更改产品结构。此外，还可对全厂状况进行观察、产品数量和质量进行监视，并能根据与经营管理级互相传递数据、报表等。 经营管理级的管理范围包括：工程技术、商业事务、人事管理及其他方面，这些功能集成在软件系统中。在经营管理级中，通过与公司的经理部、市场部、规划部和人事部等进行对市场的分析、用户信息收集、订货系统分析、合同、接收订货与期限监督、产品制造协调、价格计算、生产与交货期限监督等，以便实现整个制造系统的最优良管理。,2019/7/7,20,3-DCS的综合信息管理级,MIS的组成 MIS的硬件组成 DCS中主要由管理计算机、办公自动化服务系统、工厂自动化

14、服务系统构成综合信息管理级，这些部分也就是MIS的硬件组成 MIS的软件组成 企业MIS可粗略地分为市场经营管理、生产管理、财务管理和人事管理四个于系统。 DCS中MIS的功能 DCS的综合信息管理级主要由MIS来实现生产管理和经营管理。,2019/7/7,21,9.2 集散控制系统的体系结构,通信网络系统 DCS各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持，根据各级的不同要求，通信网络又分成低速、中速、高速通信网络。低速网络面向分散过程控制级；中级网络面向集中操作控制级；高速网络面向高速通信网络管理级。,2019/7/7,22,9.2 集散控制系统的体系结构,例：TDC-3000网络系统,2

15、019/7/7,23,9.2 集散控制系统的体系结构,TDC-3000有三种通信网络：工厂控制网络（PCN）、局部控制网络（LCN）、通用控制网络（UCN）和高速数据通道（Data Hiway）。前三者均为局域网，通信特性相同。后者用来支持设备间点对点的通信及资源共享。局部控制网络用两条冗余的同轴电缆作为传输介质。通信协议采用IEEE802标准，介质存取方式为令牌总线，信息以帧方式传递。采用循环冗余校验码和重发纠错技术，以确保信息的安全传送。每个网络最多可接64个设备，信息在64个设备上传送的时间最长约为0.42s，最短为1.8ms，每个设备占用介质发送时间为30s。每个设备都有两个网络接口，

16、对两条同轴电缆发送和接收信息，互为冗余。发送与接收电路采用变压器隔离方式。所采用的硬件和软件措施可保证网络通信的高速、可靠和安全。,2019/7/7,24,9.2 DCS体系结构,从DCS的层次结构考察硬件构成，最低级是与生产过程直接相连的过程控制级。在不同的DCS中，过程控制级所采用的装置结构形式大致相同，但名称各异，如过程控制单元、现场控制站、过程监测站、基本控制器、过程接口单元等，在这里，我们统称现场控制单元FCU。 这一级实现了DCS的分散控制功能，所采用的装置又称分散控制装置，由安装在控制机柜内的标准化模件组装而成。生产过程的各种参量由传感器接受并转换送给现场控制单元作为控制和监测的

17、依据，而各种操作通过现场控制单元送到各执行机构。有关信号的模拟量和数字量的转换、各类基本控制算法也在现场控制单元中完成。,2019/7/7,25,9.2 DCS体系结构,DCS的各级都以计算机为核心，其中生产管理级、经营管理级是由功能强大的计算机来实现，没有更多的硬件构成，这里不再详细阐述。过程管理级由工程师站、操作员站、管理计算机和显示装置组成直接完成对过程控制级的集中监视和管理，通常称为操作站。 DCS的硬件和软件，都是按模块化结构设计的，所以DCS的开发实际上就是将系统提供的各种基本模块按实际的需要组合为一个系统，这个过程称为系统的组态。采用组态的方式构建系统可以极大限度地减少许多重复的

18、工作，为DCS的推广应用提供了技术保证。DCS的硬件组态就是根据实际系统的规模对计算机及其网络系统进行配置，选择适当的工程师站、操作员站和现场控制单元。,2019/7/7,26,9.3 集散控制系统的功能特点,集散控制系统与传统的仪表控制系统和一般计算机控制系统比较，具有以下几个特点： 分散控制，集中管理 在计算机控制系统的应用初期，控制系统是集中的（如DDC），一台计算机完成全部过程控制和操作监视。一旦计算机故障，整个系统瘫痪，风险过于集中。 分散控制将控制任务分散到下层的各个过程控制单元（PCU）完成，各过程控制单元独自完成自己的工作，一旦现场控制单元出现故障，仅影响所管辖的控制回路，真正

19、做到了危险分散。分散的含义包括地域分散、功能分散、设备分散和操作分散，这样就提高了设备的可利用率。此外，在集散控制系统中采用了多功能CRT工作站，它集中了生产过程全部信息，并以多画面（如工艺流程画面、控制过程画面、操作画面等）方式显示，真正做到了集中管理。,2019/7/7,27,9.3 集散控制系统的功能特点,硬件积木化，软件模块化 DCS采用积木化硬件组装式结构，使得系统配置灵活，可方便地构成多级控制系统。如果要扩大或缩小系统的规模，只需按要求在系统中增加或拆除部分单元，而系统不会受到任何影响。这样的组合方式，有利于企业分批投资，逐步形成一个在功能和结构上由简单到复杂、从低级到高级的现代化

20、管理系统。 DCS为用户提供了丰富的功能软件，用户只需按要求选用即可，大大减少了用户的开发工作量。功能软件主要包括控制软件包、操作显示软件包和报表打印软件包等，并提供至少一种过程控制语言，供用户开发高级的应用软件。,2019/7/7,28,9.3 集散控制系统的功能特点,采用局域网通信技术 分布于各地域的现场控制单元与CRT操作站间的数据通信采用了局域网技术，传输实时信息，CRT操作站对全系统的信息进行综合管理。CRT操作站对现场控制单元进行操作、控制和管理，保证整个系统协调地工作。由于大多数集散控制系统的局域网采用光纤传输媒介，通信的安全性大大提高，这是集散控制系统优于一般计算机控制系统的重

21、要特点之一。 完善的控制功能 集散控制系统的控制单元具有连续、分散、批量控制等功能，其算法功能模块多达上千种，可实现各种高级控制，例如，串级控制、前馈-反馈控制、Smith预估控制、自适应控制、推理控制以及多变量解耦控制等。,2019/7/7,29,9.3 集散控制系统的功能特点,管理能力强 目前，集散控制系统的管理水平已达到：生产过程自动化，实现过程监控、节能控制、安全监控、环境监测和生产计划管理等；工厂自动化，实现加工、装配、检查、挑选、设备故障诊断及产品质量管理等；实验室自动化；办公室自动化。 安全可靠性高 由于集散控制系统采用了多微处理器分散控制结构，且广泛采用冗余技术、容错技术、各单

22、元具有自检查、自诊断、自修理和电源保护功能，大大提高了系统的安全可靠性。 高性能/价格比 集散控制系统功能齐全，技术先进，安全可靠。大规模集散控制系统的投资与相同控制回路和功能的传统仪表控制系统相比将更低廉。,2019/7/7,30,9.4 集散控制系统的发展趋势,随着计算机技术的发展及其在工业控制系统中的应用，DCS表现出十分优越的性能，将工业过程自动化提高到一个新的水平。 但是传统的DCS基于模拟仪表，而模拟仪表的单一功能，使得与工业生产过程打交道的过程监控站仍是集中的；现场信号的检测、传输与控制还是保留了与常规仪表相同的方式，即通过传感器或变送器检测物理信号并转换成标准的420mA信号以

23、模拟方式进行传输。这种方式在检测环节存在的问题是精度低、动态补偿能力差、无自诊断功能；同时由于各DCS开发商生产自己的专用平台，使得不同厂商的DCS之间不兼容、互操作性差。 近年来，随着新技术、新器件、新方法、新应用的相互促进，在DCS关联领域有许多新进展。,2019/7/7,31,9.4 集散控制系统的发展趋势,1-向开放式系统发展 2-智能变送器、远程I/O和现场总线的发展，进一步使现场测控功能下移分散 3-DCS、PLC、PCCS相互渗透融合，形成数字化、模块化、网络化的分布式控制系统 4-现场总线集成于DCS系统是现阶段控制网络的发展趋势 现场总线于DCS系统I/O总线上的集成 现场总

24、线于DCS系统网络层的集成 现场总线通过网关与DCS系统并行集成,2019/7/7,32,9.4 集散控制系统的发展趋势,综上可以预见，未来的DCS将采用智能化仪表和现场总线技术，从而彻底实现分散控制，并可节约大量的布线费用，提高系统的易展性。OPC标准的出现从根本上解决了控制系统的共享问题，使系统的集成更加方便，从而导致控制系统价格的下降。 基于PC机的解决方案将使控制系统更具有开放性。Internet技术在控制系统中的应用，将使操作界面更加友好、数据访问更加方便，并且Window NT将成为控制系统的优秀平台。总之，DCS通过不断采用新技术将向标准化、开放化、通用化的方向发展。,2019/

25、7/7,33,9.5 典型的集散控制系统,本节以典型 的中小型集散控 制系统CENTUM- XL为例论述现 场控制单元和操 作站的硬件构成， 如图所示：,图 CENTUMXL系统结构,2019/7/7,34,硬件体系结构 1-现场控制单元,现场控制单元一般远离控制中心，安装在靠近现场的地方，以消除长距离传输的干扰。其高度模块化结构可以根据过程监测和控制的需要配置成由几个监控点到数百个监控点的规模不等的过程控制单元。它的结构是许多功能分散的插板（或称模件）、插板箱，各箱又分层地插入机柜。,2019/7/7,35,机柜与电源,机柜 现场控制单元的各种功能插板安装在由多层机架组成的机柜中。机柜常配有

26、密封门、冷却扇和过滤器等，有时还配有温控开关，当机柜内温度超过正常范围时，产生报警信号。 供电电源 DCS的电路由直流稳压电源供电，常用的是5V，12V和24VDC，一般对现场控制单元的供电电源均要求与现场变送器或执行机构的供电电源互相隔离，以减少相互干扰。主电源（供柜内母线的24VDC）单元采用1：1冗余，各层机架上的子电源所需的各种电压由主电源变换而来，可采用1：1或N：1冗余配置。所有电源均来自于120VAC或220VAC交流电网。为保证供给现场控制单元交流电源的稳定可靠，一般采取如下措施：,2019/7/7,36,机柜与电源,每一现场控制站均采用双相交流电源供电，两相互为冗余。 若电网

27、电压波动严重，应采用交流稳压器。 若附近有经常开关的大功率设备，要采用超级隔离变压器，并将初、次级线圈间的屏蔽层可靠接地，以隔离共模干扰。 对连续控制要求高的场合，应配备不间断供电电源UPS。,2019/7/7,37,硬件体系结构 1-现场控制单元的功能,在DCS中，现场控制单元具有如下功能： 完成来自变送器的信号的数据采集，有必要时，要对采集的信号进行校正、非线性补偿、单位换算、上下限报警以及累计量的计算等。 将采集和通过运算得到的中间数据通过网络传送给操作站。 通过其中的软件组态，对现场设备实施各种控制，包括反馈控制和顺序控制。 一般现场控制单元还设置手动功能，以实施对生产过程的直接操作和

28、控制。现场控制单元通常不配备CRT显示器和操作键盘，但可备有袖珍型现场操作器，或在前面板上装备小型开关和数字显示设备。 现场控制单元具有很强的自治能力，可单独运行。,2019/7/7,38,硬件体系结构 1-现场控制单元的结构,基本型控制单元与过程输入、输出设备连接方式如图所示：,基本型控制单元的构成 ：,2019/7/7,39,硬件体系结构 1-现场控制单元的结构,扩展型控制单元的构成 扩展型控制单 元以及与它相连的 输入、输出单元、 过程输入、输出设 备、分系统等的构 成如图所示 ：,2019/7/7,40,硬件体系结构 1-现场控制单元的部件,现场控 制单元的 部件插卡 大致可分 为公共

29、部 件卡和输 入、输出 I/O卡两类， 详见表：,2019/7/7,41,硬件体系结构 1-现场控制单元的部件,公共部件卡 （1）电源供应卡 （2）主机插卡（NP53/NP54） 输入、输出I/O插卡,2019/7/7,42,硬件体系结构 2-操作站,操作站（MOPS/MOPL）显示并记录来自各控制单元的过程数据，是人与生产过程的操作接口。通过操作人/机接口，实现适当的信息处理和生产过程操作的集中化。,2019/7/7,43,硬件体系结构 2-操作站的组成,典型的操作站包括 ： 主机系统 显示设备 键盘输入设备 信息存储设备 打印输出设备,2019/7/7,44,硬件体系结构 2-操作站的功能

30、,显示功能 （1）模拟参数显示 （2）系统状态显示 （3）多种画面显示 （例如控制回路画 面一个控制回路的详细数 据显示，如图为一个回路 的反馈仪表图。）,2019/7/7,45,硬件体系结构 2-操作站的功能,显示功能 报警功能 操作功能 报表打印功能 组态和编程功能,2019/7/7,46,软件体系结构,DCS的软件系统如图所示：,2019/7/7,47,软件体系结构 1-现场控制单元的软件系统,现场控制单元的软件可分为执行代码部分和数据部分，数据采集、输入输出和有关系统控制的软件的程序执行代码部分固化在现场控制单元的EPROM中，而相关的实时数据则存放在RAM中，在系统复位或开机时，这些

31、数据的初始值从网络上装入。,2019/7/7,48,实时数据库,现场控制单元的RAM是 一个实时数据库，起到中心 环节的作用，在这里进行数 据共享，各执行代码都与它 交换数据，用来存储现场采 集的数据、控制输出以及某 些计算的中间结果和控制算 法结构等方面的信息，如图 所示：,图 DCS软件系统,2019/7/7,49,输入输出软件,现场控制单元直接与现场设备进行数据交换，故配备齐全的输入输出软件，包括： 1、开关量输入模块。它成组读入开关量输入数据，并进行故障连锁报警检测。 2、模拟量输入模块。 3、模拟量输出模块。按要求输出420mA或15V的模拟信号。 4、开关量输出模块。输出各种规格的

32、开关量信号。,2019/7/7,50,控制软件模块,DCS的控制功能 用组态软件生成，由 现场控制单元实施。 现场控制单元提供的 控制算法模块表 所示：,2019/7/7,51,控制软件模块,为了有效地实现各类工业对象的控制，控制算法库中还包括下列一些模块： 自动/手动切换模块 线性插值模块 非线性模块 变型PID模块 平衡输出模块 执行器模块 逻辑模块,2019/7/7,52,软件体系结构 2-操作站的软件系统,DCS中的工程师站或操作员站必须完成系统的开发、生成、测试和运行等任务，这就需要相应的系统软件支持，这些软件包括操作系统、编程语言及各种工具软件等。,2019/7/7,53,操作系统

33、,DCS采用实时多任务操作系统，其显著特点是实时性和并行处理性。所谓实时性是指高速处理信号的能力，这是工业控制所必须的；而并行处理特性是指能够同时处理多种信息，它也是DCS中多种传感器信息、控制系统信息需同时处理的要求。 此外，用于DCS的操作系统还应具有如下功能：按优先级占有处理机的任务调度方式、事件驱动、多级中断服务、任务之间的同步和信息交换、资源共享、设备管理、文件管理和网络通信等。,2019/7/7,54,操作站配置的应用软件,在实时多任务操作系统的支持下，DCS系统配备的应用软件有： 编程语言包括汇编、宏汇编以及FORTRAN，ALGOL，PASCAL，COBOL，BASIC等高级语

34、言。 工具软件包括加载程序、仿真器、编辑器、DEBUGER和LINKER等。 诊断软件包括在线测试、离线测试和软件维护等。,2019/7/7,55,操作站上运行的应用软件,一套完善的DCS，其操作站上运行的应用软件应完成如下功能：实时数据库、网络管理、历史数据库管理、图形管理、历史数据趋势管理、数据库详细显示与修改、记录报表生成与打印、人机接口控制、控制回路调节、参数列表、串行通信和各种组态等。,2019/7/7,56,软件体系结构 3-DCS的组态（开发与生成）,DCS的开发过程主要是采用系统组态软件依据控制系统的实际需要生成各类应用软件的过程。一个强大的组态软件，能够提供一个友好的用户界面

35、，并已汉化，使用户只需用最简单的编程语言或图表作业方法而不需要编写代码程序便可生成自己需要的应用软件。 组态软件功能包括基本配置组态和应用软件组态。基本配置组态是给系统一个配置信息，如系统的各种站的个数、它们的索引标志、每个控制站的最大点数、最短执行周期和内存容量等。应用软件的组态则包括比较丰富的内容，下面对应用软件的几个主要内容进行说明。,2019/7/7,57,控制回路的组态,目前各种不同的DCS提供的组态方法各不相同，下面给出以流量控制系统为例的几种常用组态方式： 指定运算模块连接方式,图 指定运算模块连接方式,2019/7/7,58,控制回路的组态,判定表方式 这是纯粹的填表形 式，只

36、要按照CRT画 面上组态表格的要求 ，用工程师键盘逐项 填入内容或回答问题 即可。这种方式更有 利于用户的组态操作 ，如表所示：,表 判定表方式示例,2019/7/7,59,控制回路的组态,步骤记入方式 这是一种面向过程的 POL语言指令的编写方式， 其编程自由度大，各种复 杂功能都可通过一些技巧 实现。但由于系统生成效 率低，不适用大规模DCS 。步骤记入方式首先编制 如所示的程序，然后用相 应的组态键盘输入。,表 步骤记入方式示例,2019/7/7,60,9.6 集散控制系统具体构成,DCS系统的体系结构 现场控制站 软件组成 过程控制的热点,2019/7/7,61,DCS系统的体系结构,

37、2019/7/7,62,DCS系统的体系结构,系统的冗余： 网络冗余 主控器冗余 电源冗余 I/O设备冗余 自诊断能力： CPU、内存等自检 开关量输出 模拟量输入通道 模拟量输出通道,2019/7/7,63,现场控制站,实现数据采集和过程控制，主要由： （1）主控单元 （2）I/O单元 （3）电源模块,2019/7/7,64,现场控制站主控单元FM811,主控单元包括： 机壳、无源底板、CPU卡、100M以太网卡（三块）、FB193多功能卡、电源模块、FB121DP主站卡、FB194状态显示卡。 操作系统：QNX,2019/7/7,65,现场控制站主控单元FM811,2019/7/7,66,

38、现场控制站主控单元FM811,2019/7/7,67,现场控制站I/O单元,模块外型结构,2019/7/7,68,现场控制站I/O单元,I/O单元主要有三类： 模拟量单元 开关量单元 脉冲量单元,2019/7/7,69,现场控制站I/O单元,I/O模块的技术特点 (1)采用ProfiBus-DP现场总线通讯协议; (2)支持实时的状态显示。可实时显示本模块的运行状态和通讯状态; (3)支持带电插拔; (4)周期性的故障检测。定期检测模块自身CPU的工作状态。一旦CPU出现故障，在保证安全的前提下，WATCHDOG电路可使模块复位。 (5)具备较完备的保护功能。这些保护功能包括：通道电流过载保护

39、、DC24V反压保护、通讯线钳压保护、通道过压保护。,2019/7/7,70,现场控制站I/O单元底座,2019/7/7,71,现场控制站I/O单元底座,2019/7/7,72,现场控制站I/O单元 FM143,2019/7/7,73,现场控制站I/O单元 FM143,说明： V+为模块供电电源的+24V；GN为供电电源的地； C+、C-为通讯的正、负信号； En、Sn和Cn分别表示热电阻的EXCITE、SENSE和COM端(n=07)； NC表示不用的端子。,2019/7/7,74,现场控制站I/O单元 FM143,FM143任一路输入信号的连接（n07）,2019/7/7,75,软件组成,

40、ConMaker 控制器软件 负责系统控制站的运行与维护 FacView 人机界面软件 负责系统的在线监视、操作、控制、调试、维护,2019/7/7,76,软件组成ConMaker,开发资源管理器由：1.资源切换、2.工程结构设计、3.程序编辑器、4.库管理器、5.交叉引用表、6.调用树、7.信息窗口七部分组成。,2019/7/7,77,软件组成ConMaker,ConMaker 软件具有六种控制编程语言 （1）结构化文本语言 （2）指令表语言 （3）顺序流程图 （4）梯形图 （5）功能图 （6）自定义功能图,2019/7/7,78,软件组成ConMaker,1、结构化文本语言,2019/7/

41、7,79,软件组成ConMaker,2、指令表语言,2019/7/7,80,软件组成ConMaker,3、顺序流程图,2019/7/7,81,软件组成ConMaker,4、梯形图,2019/7/7,82,软件组成ConMaker,5、功能图,2019/7/7,83,软件组成ConMaker,系统的配置与运行,2019/7/7,84,软件组成FacView,图形制作,2019/7/7,85,软件组成FacView,仪表化的控制界面,2019/7/7,86,软件组成FacView 趋势功能,三类趋势变量 周期类：以一定时间间隔存储 事件类：触发条件存储 周期事件：以一定时间间隔并满足触发条件,20

42、19/7/7,87,软件组成FacView,报警功能,组态报警：用表格的方式将报警的触发条件和参数输入到报警数据库中,包括: 开关量变位报警 带时标的报警：精确到ms时标的报警 模拟量报警：模拟量的高限、高高限、低限、低低限、偏差、速率等报警 事件报警：任意定义InterCode逻辑计算值发生上跳沿变位时的事件触发报警 硬件报警 系统自动地、不间断地、动态地轮询外围设备的状态，将所有出现的故障自动报告给操作员站,2019/7/7,88,软件组成FacView,报表统计功能,报表 Excel格式 RTF(丰富文本格式) TXT（普通ASCII文本） DBF（数据库文件） 统计 系统提供各种来自于

43、各种工业现场实践的统计功能,如最大值、最小值、平均值等,2019/7/7,89,9.7 过程控制的研究热点,当今过程控制领域的三个热点: 现场总线 现场总线技术的广泛应用，要求控制系统 I/O 设计基于现场总线 , 便于智能仪表的接入； 开放标准 -控制系统之间、控制系统于管理层和现场仪表级之间的数据交换日益增加，要求控制系统全面开放； Internet接入,2019/7/7,90,过程控制的热点OPC,需求驱动 一、当大量现场信息由智能仪表直接进入监控计算机或通过现场总线传至监控计算机后，存在着计算机内部应用程序对现场信息的共享与交互问题。由于缺乏统一的连接标准，工控软件往往需要为供应商提供

44、的硬件设备开发专用的驱动程序。这样一旦硬件设备升级换代，就需要对相应的驱动程序进行更改，增加了系统的维护费用。,2019/7/7,91,过程控制的热点OPC,需求驱动 二、现场控制层作为企业整个信息系统的底层部分必然需要与生产过程管理层和经营决策层进行集成。这样也存在着监控计算机如何与其它计算机进行信息沟通和传递的问题。由于控制系统往往是不同厂商开发的专用系统，相互之间兼容性差，与高层的商业管理软件之间又缺乏有效的通信接口，因此通信规范问题成为了制约控制系统突破“信息孤岛”的瓶颈。,2019/7/7,92,过程控制的热点OPC,2019/7/7,93,过程控制的热点OPC,2019/7/7,9

45、4,过程控制的热点OPC,应用的益处 硬件和应用软件有效地分离 一、工控硬件厂商 二、工控软件厂商 三、用户,2019/7/7,95,过程控制的热点OPC,发展 1995年成立于0PC工作组 1997年在德国法兰克福成立了0PC基金会下属的OPC欧洲委员会，负责欧洲地区的技术支持、产品兼容浏试等工作：随后成立了0PC日本委员会 我国情况 华控公司 沈阳自动化仪表研究所 浙江大学,2019/7/7,96,过程控制的热点OPC,2019/7/7,97,本章小结,分散控制系统DCS是以微型计算机为基础的集散型综合控制系统。它是为满足大型工业生产的要求，从综合自动化的角度，按控制功能分散、操作管理集中的原则设计。 DCS的特点：硬件积木化、软件模块化、通信网络的应用、可靠性高。 典型的DCS体系结构分为三层：分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级。层间由高速数据通路HW和局域网络LAN两级通信线路相连，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。 典型的DCS产品：Honeywell公司的TDC-3000、Foxboro公司的I/AS、浙大中控的SUPCON JX-300,