DCS系统硬件学习.ppt

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1、DCS系统硬件,DCS的概念： DCS（Distributed Control System）分散控制系统的简称，一般习惯称之为集散控制系统。DCS是一个由 过程控制级和 过程监控级 组成的以 通信网络 为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通信、显示和控制四项技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。,控制系统采用PKS R201，控制器为冗余的PKS C200。测控信号显示在操作站的显示屏幕上，并可在操作屏幕上进行设备操作。同时显示现场操作的状态。 甲醇整个系统共设置二套冗余控制站（在机柜间工程师站内）和七套操作站（其中二套为空分操作站、五套为甲醇操作站），采用

2、PKS系统来完成各系统的温度、压力、流量、液位等工艺参数的显示、控制以及各类电机、阀门等设备的监控操作。根据工艺的特点，分为空分控制系统和甲醇控制系统。各个控制系统分别设置各自独立的控制站，两个控制站均放在甲醇控制室内。,系统基本构成 :,Hybrid Controller,PKS Server,ControlNet (Supervisory),OP Station,10 Controllers或 10 对冗余Controllers,* 20,* 8 Racks 机架 * 64 I/O Cards (Analog/Digital) * 24 I/O Cards / Per CNI,* 5,Re

3、peater,1 km,下位控制器网络通讯为Control Net,Up to 6 km,I/O Subsystem,* 65000 points,Up to 10 km,控制网络(主网),混合控制器,操作员站,服务器 工程师站,服务器和操作站之间冗余的以太网,甲醇DCS基本组成： 1、带I/O部件的控制器：两套冗余的C200控制 器及I/O部件（空分控制站和甲醇控制站） 2、通讯网络：以太网和ControlNet网 服务器和操作站之间的网络通讯为冗余的 以太网通讯，下位控制器网络通讯为Control Net通讯。 甲醇DCS系统采用Modbus 通讯协议与ESD系统通讯来采集系统跳车信号。

4、3、人机接口：操作站（甲醇中控室共七台，空分两台，净化三台，合成精馏两台）、工程师站（两台jca和jcb,现中间jcb为主）,甲醇各工段位号简介： 1、脱硫工段（例如 TIA 1025） 2、转化工段（例如 LICA 2002） 3、气柜、焦炉气、合成气压缩机(LICA 3801) 4、合成工段 (例如 PCV 4004) 5、精馏工段（例如 PV 5003） 6、罐区（例如 LIAS 6102） 7、空分工段（例如 TCV 7205） 8、空压工段（例如FCV 8003）,控制机柜 一共有九个DCS机柜(从右往左) 1、电源开关柜KG110 2、空分控制站 KG111,KG112,KG113

5、 3、甲醇控制站 KG121,KG122,KG123,KG124,KG125 C200控制器在KG111,KG121柜里 PMIO卡在KG112,KG122,KG123柜里,C200控制器,十槽位控制机架： 电池模块不占槽位，CNI通讯模块，C200控制器（两槽位），IOLINK（两槽位）, BEM电池扩充模块，RM冗余模块。IOLIM模块 （空分一块、甲醇两块） 系统正常运行时，主控制器C200显示RUN，IOLINK显示 OK ，RM卡件显示PRIM；冗余控制器C200显示BKUP，IOLINK显示BKUP，RM卡件显示 SYNC。,CNI通讯模块：PKS服务器通过CNI模块连接控制器到C

6、ontrolNet监控网络。数据传输速率为5Mbits/sec。可以选择单或冗余的网络介质，并且提供实时确定性的数据传递。 IOLINK模块：支持IO卡件和控制器之间通讯，并可对等通讯以支持互操作。外部设备可以通过以太网和混合控制器通讯。 BEM电池扩充模块：控制器（CPM）大都由一个内置在控制器中的锂电池用于保存控制器的数据库，也可选用一个占用一个槽位的电池扩充模件代替锂电池，区别在于电池扩充模块是可以充电的。 RM冗余模块：提供两个控制器机架的控制处理器冗余。当控制器发生故障时进行切换，切换时间对应可以忽略不计。使用光缆连接两个机架中的两个冗余模件，这根光缆可以在线更换，并且不中断过程控制

7、。,控制处理器C200: PowerPC 603E 100MHZ, 8M EDACRAM+4M Flash ROM 控制模块CM: 调节控制, 逻辑控制, 设备控制， 顺控模块SCM: 顺序批量控制, 内含50组配方, 50组历史数据 控制执行环境 Control Solver Control Execution Environment(CEE) 处理周期： 50毫秒CEE： 50ms, 100ms, 200ms, 500ms, 1s, 2s 5毫秒CEE：5ms, 10ms, 20ms, 50ms, 100ms, 200ms 控制能力： CM / SCM / IOM IOM: 64块 / 5

8、0ms CEE, 12块 / 5ms CEE 处理单元PU：1600(冗余配置)/2400(5ms CEE)/3600(50ms CEE) 内存单元MU：4000 每个C200 可接多达64对冗余卡 控制器之间、控制器与服务器之间冗余通讯 在主控制器上的任何故障均引起控制器切换,15槽位I/0机架：共8个，空分3个，甲醇5个 常用的卡件有6种：AI,AO,DI,DO,RTD,TC,PM I/0,PM I/O卡件上工作指示灯的几种状态：,工作指示灯绿色表示正常工作。 绿色闪烁表示卡件上的通道有报警，且该报警被用户确认过。 黄色只会出现在冗余的AO卡件上，表明该卡件处于备用状态。 黄色闪烁表示卡件

9、上的通道有报警，且报警未作任何处理。,AI(模拟量输入)卡： 共46个，空分13+2个，甲醇23+8个 AO(模拟量输出)卡： 共28个，空分5+5个，甲醇9+9个 DI(数字量输入)卡： 共10个，空分3个，甲醇7个 DO(数字量输出)卡： 共7个，空分1个，甲醇6个 RTD(模拟量输入）卡： 共8个，空分3个，甲醇5个 TC(模拟量输入)卡： 共2个，都在甲醇。,甲醇 空分 总计 AI点： 303 190 493 AO点： 112 65 177 DI点： 151 71 222 DO点： 102 24 126 RTD点： 129 64 193 TC点： 61 0 61 总计： 858 414

10、 1272,甲醇控制点分布：,AI卡： 高电平模拟量输入处理器卡板 输入信号范围: 0-5V,1-5V, 0.4-2V, 4-20mA 输入处理: 线性, 平方根 通用 FTA 可任意连接: 2线制/3线制/ 4线制变送器 系统内供电/仪表外部供电均可 。 AI的FTA能接入4*4=16个AI信号 ，每一个通道有三个接线端子供选择，2线制变送器接1、2端子(1正，2负)，4线制变送器接2、3端子（2正，3负）。,AO卡: 实际输出电流的回读检查 出现故障时输出缺省动作 (保持或者断电) 支持手动载入器和D直流控制的模式和相关功能软件标定 模拟量输出卡 AO的FTA能输出4*4=16个AO信号,

11、DI卡： 数字量输入处理器卡板 输入信号: 24V dc, 120V ac, 240V ac 输入方式: 状态输入/锁存输入/累积输入 状态输入分辨率: 20 毫秒, DI SOE: 1 毫秒 偏离正常状态报警, 事件报告和记录 DI的FTA能接入4*8=32个DI信号,DO卡： 数字量输出处理器卡板 输出信号: 24V dc, 3-30Vdc, 31-200Vdc, 120Vac, 240Vac 输出方式: 锁存输出; 脉冲输出; 脉宽调制输出 输出反读检查 DO的FTA能输出4*8=32个DO信号 有保险16个 输出24VDC,220VAC干接点信号。,RTD卡： 低电平模拟量输入处理器卡

12、板 输入信号类型: RTD, 毫伏信号(0 100 mV ) 输入处理: 线性, 平方根, 5阶多项式温度输入特性变换 RTD的 FTA: Pt 100 DIN, Pt 100 JIS, Ni 120, Gu 10 16个RTD连接端子, 3线直接连接 RTD卡有专门的FTA电源板，连接两个FTA板，给两个FTA供电。电源板如右下图 一个RTD卡连接两个FTA板。,TC卡： 低电平模拟量输入处理器卡板 输入信号类型: TC, 毫伏信号(0 100 mV ) 输入处理: 线性, 平方根, 5阶多项式温度输入特性变换 TC FTA: ANSI J, K, E, T, B, S, R 等 16个TC

13、连接端子, 带冷端补偿, TC开路检查 TC卡有专门的FTA电源板，连接两个FTA板，给两个FTA供电。电源板如右图上部分 一个TC卡连接两个FTA板,接口设备,FTA模块： Field Termination Assembly现场终端元件。它与I/O处理器执行对所有PM I/O现场设备的输入和输出扫描和处理。处理变化的现场接线信号电平，提供了与外部HART子系统相连的连接器，并集成了滤波器以防止HART信号和Experience PKS系统之间的干扰。 FTA模块与PM I/O卡通过FTA电缆连接；现场信号电缆通过FIA模块与PM I/O卡连接。 FTA模块常用的六种：AI AO DI DO

14、 RTD TC,FTA卡件指示灯的作用： 在非冗余的卡件上，FTA工作时该灯会显示为绿色；如果发现该灯不亮，表明FTA电缆没有连接好或卡件有问题。 在冗余的卡件上，灯亮表明通道J1工作，灯灭表明通道J2工作或卡件有问题。,信号分配器： 信号分配器是指将一路信号在无信号损失的情况下分配成多路相同的信号，输出给多个显示设备。它可向外提供24VDC电源。当有两线制的无源信号接入信号分配器，就需要将信号线接在1,3端子上，外供电源并接收4 20ma信号。1负3正。若为四线制信号或有源信号接入，则接在2,3端子上，只接收电流信号。 安全栅： 本质安全型防爆仪器仪表的关联设备，在正常情况下不影响测量系统的

15、功能。它设置在安全场所的一侧，当本安防爆系统发生故障时，能将窜入危险场所的能量（电能）限制在安全值以内，从而保证现场生产安全。,继电器： 定义：继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。 OMRON规格型号S290-C80继电器，空分控制站的继电器以 1J 开头，（例如 1J101）甲醇的 2J 开头。 继电器的继电特性 继电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电

16、器开始释放，常开触点断开。我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。 接线：13,14端子接电源的正负极；1,5,9是选择继电器常开或长闭触点，1,9长闭，5,9常开。,温度变送器： 空分控制站没有TC卡，摩尔温变TT19（9个），MTL温变2个。温度变送器用于把热电偶、热电阻信号转变成标准模拟信号 。,网络拓扑,两种通讯网络： EtherNET(以太网):一种商业的、开放的网络，使得控制器通过标准技术与服务器连接。服务器和操作站之间的网络通讯为冗余的 以太网通讯。 Control Net:一种实时的、确定性的过程控制网络，可以通过单个或冗余的传输介质，提供确定性的数据通

17、讯，是一种优化的过程控制网络。下位控制器网络通讯为Control Net通讯。,操作站,服务器和操作站之间的网络通讯为冗余的 以太网 通讯,ControlNet网络特性： 采用总线式网络拓朴。使用Windows NT局域网。 ControlNet是开放的, 基于Producer/Consumer 模型设计的通讯协议, 适合于控制系统严格的实时通讯要求 100%的确定性和可重复性及有保障的实时性能 多控制器系统 共享输入数据 数据优先级及容错处理 优化网络带宽的传输技术 低价位的工业标准网络设备部件 支持冗余控制器 支持冗余方案 支持本安选项,DCS供电原理:,本系统采用市电和UPS两路供电。

18、UPS型号是雷诺士Master Dialog RM6000,60kVA UPS三相输入/单相输出 。 此系列UPS 可以提供高水平的多功能性和可靠性。该系统利用的是最新的配有一个隔离变压器输出的双变换在线（VFI）技术，这意味着由来自逆变器的交流电（AC）不间断地向负载供电。On-Line UPS 首先将市电电源的交流电整流为直流电（DC），然后再次把它转换为交流电以确保电压和频率有一个非常稳定的和经过滤波的正弦波输出。母板上的微处理器控制系统仔细地对输入和输出供电进行监控。这一控制确保了输入电源的真正独立，有了输入输出整合滤波器和逆变输出变压器，就显著提高了抵抗市电产生的瞬变现象、电流浪涌和

19、噪波。,220V UPS、220V市电、24V DC三路电源是否带电，在空分DCS画面的左上角已做画面显示(如图)，绿色正常，红色故障。,有一个单独的电源机柜（KG110正面），柜内的西门子电源PS1、PS2分别将两路220V交流电源转换成24V直流电源提供给卡件，使24V电源具有冗余功能。 PX11（空分控制站KG111内）、PX21（甲醇控制站KG121内）、PX22（甲醇控制站KG123内）分别给PMIO模块和卡件供电。,PKS硬件系统接受两路电源供电，以保证电源系统的冗余。具体供电开关分配如下：,KG110 220VAC供电原理 电源来自UPS（001QA040QA） 1、给现场的就地

20、柜，电磁流量计，液位开关，压力开关分析表供电。 2、给机柜KG111,KG121供电。 3、给PS1供电。 电源来自电气市电220VAC（041QA047QA） 1、给机柜KG111,KG121供电。 2、给PS2供电及KG110风扇灯供电 PS1、PS2为西门子直流电源，提供24VDC（001ZK004ZK）为DI、DO卡件、继电器供电。,KG111 220VAC供电原理 1、自KG110的008QA来（101QA103QA）,给PX11供电。 2、自KG110的042QA来（104QA109QA）,给PX11及KG112、KG113风扇灯供电。 PX11为空分的控制器和I/O卡件供电。 K

21、G113 24VDC供电原理 24VDC自KG110的001ZK来 （101ZK108ZK）,给DI101，DI102,DI103,DO101,1J101216供电,KG121 220VAC供电原理 1、自KG110的009QA来（201QA205QA）,给PX21，PX22，JX2466供电。 2、自KG110的043QA来（206QA213QA）,给PX21,PX22,及KG121,KG122,KG123,KG124风扇灯供电。 PX21、PX22为甲醇的控制器和I/O卡件供电。 KG124 24VDC供电原理 自KG110的002ZK来（201ZK211ZK），给DI201,DI202,

22、DI203,DI204,DO201,DO202,DO203,2J101106,2J501532供电。,DCS常见硬件故障,1、现场来的DI信号（如泵的启停信号）与实际信号不符时： 先把电气专业来的两根线在仪表机柜端子处拆下，再短接对应端子，若画面显示绿色则属外部问题，若仍为红色则为控制室内部问题。 2、现场某电机电流信号（AI信号），工艺怀疑DCS显示不准时： 先把电气专业来得到两根线在仪表机柜端子处拆下，再在对应端子处送入420mA信号（一般电气参数至控制室为420mA），若显示能与420mA信号对应一致，则属于外部问题，若不能对应则属控制室内部问题。,3、控制室显示（NaNNot a Nu

23、mber）超量程断线时： 检查仪表信号有源无源，对有源信号提供电源，造成信号叠加，电流超量程； 输入数据高于量程超高限（extended high range）， 或者数据值低于超低限（extended low range）。 现场进线接反或断线或故障。 该数据点未被激活 4、仪表显示没有电源： 两线制的信号线是否接到AI卡件外供电源端子（2，3端子）上。,DELL机箱诊断指示灯,为了便于进行计算机故障排除，机箱前面板上配有四个指示灯，分别标有1、2、3 、4。计算机正常启动时，指示灯将先闪烁，然后再熄灭。如果计算机出现故障，指示灯的显示顺序将有助于标识问题。 计算机完成post 后，在引导至

24、操作系统前，四个指示灯将全部熄灭。,计算机处于正常关闭状态，或可能出现预bios 故障。 系统成功引导至操作系统后，诊断指示灯未亮起。,可能是处理器出现故障。 重置处理器（参阅适用于系统的“处理器”信息）。,可能是图形卡出现故障。重置所有已安装的图形卡。 将能够正常工作的图形卡安装到计算机中（如果有）。,已检测到内存模块，但是出现内存故障。 如果系统中安装了两个或两个以上内存模块，请卸下这些内存模块，然后重新安装一个模块，并重新启动计算机。如果计算机正常启动，请继续安装其它的内存模块（一次安装一个），直至找到出现故障的模块或者正确地重新安装完所有模块。 将类型相同、能够正常工作的内存安装到计算

25、机中（如果有）。,可能是软盘驱动器或硬盘驱动器出现故障。 重置所有电源电缆和数据电缆。,可能是usb 出现故障。 重新安装所有的usb 设备并检查所有电缆连接。,未检测到内存模块。 如果系统中安装了两个或两个以上内存模块，请卸下这些内存模块，然后重新安装一个模块，并重新启动计算机。如果计算机正常启动，请继续安装其它的内存模块（一次安装一个），直至找到出现故障的模块或者正确地重新安装完所有模块。 将类型相同、能够正常工作的内存安装到计算机中（如果有）。,1已检测到内存模块，但是出现内存配置或兼容性错误。 2确保内存模块/内存连接器的安装无特殊要求 3确保计算机支持您使用的内存（请参阅适用于您的系

26、统的规格）。,可能是扩充卡出现故障。 1 通过卸下扩充卡（而非图形卡）并重新启动计算机来确定是否存在冲突。 2 如果问题仍然存在，请重新安装已卸下的插卡，然后卸下另一个插卡并重新启动计算机。 3 对每个已安装的扩充卡重复此过程。如果计算机正常启动，请对最后从计算机中卸下的插卡进行故障排除，以解决资源冲突。,出现其它故障。 确保所有硬盘驱动器和光盘驱动器电缆已正确连接至系统板。 如果屏幕上显示表明设备（例如软盘驱动器或硬盘驱动器）出现问题的错误信息，检查该设备以确保其工作正常。 如果操作系统尝试从设备（如软盘驱动器或光盘驱动器）进行引导，检查系统设置程序，以确保计算机中所安装设备的引导顺序正确。,结束 谢谢！,