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#DCS基础知识
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DCS基础知识DCS基础知识
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DCS概述DCS概述
DCS的发展历史DCS的应用领域DCS的概念DCS的组成及特点DCS和PLC的区别DCS和PLC的区别
DCS的发展历史
DCS从1975年问世以来,大约有三次比较大的DCS从1975年问世以来,大约有三次比较大的变革,七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的,由各DCS厂家自己开发的,也软件都是专用的,由各DCS厂家自己开发的,也没有动态流程图,通讯网络基本上都是轮询方式的;八十年代就不一样了,通讯网络较多使用令牌方式;九十年代操作站出现了通用系统,九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议,有的开年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议,有的开始采用以太网。
总的来看,变化主要体现在I/O板、操作站和通讯网络。
控制器相对来讲变化要小一些。
操作站主要表现在由专用机变化到通用机,如PC机和小型机的应用。
但是目前它的操用机,如PC机和小型机的应用。
但是目前它的操作系统一般采用UNIX,也有小系统采用NT,相作系统一般采用UNIX,也有小系统采用NT,相比较来看UNIX的稳定性要好一些,NT则有死机比较来看UNIX的稳定性要好一些,NT则有死机现象。
I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系现象。
I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系统。
从理论上讲,一个DCS系统可以应用于各种行业,从理论上讲,一个DCS系统可以应用于各种行业,但是各行业有它的特殊性,所以DCS也就出现了但是各行业有它的特殊性,所以DCS也就出现了不同的分支,有时也因为DCS厂家技术人人员艺不同的分支,有时也因为DCS厂家技术人人员艺知识的局限性而引起,如HONEYWELL公司对石知识的局限性而引起,如HONEYWELL公司对石化比较熟悉,其产品在石化行业应用较多,而BAILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。
用户AILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。
用户在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员是否在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员是否对该生产工艺比较熟悉;然后要看该系统适用于多大规模,比如NT操作系统的就适应于较小规模多大规模,比如NT操作系统的就适应于较小规模的系统;最后是价格,不同的组合价格会有较大的差异,而国产的DCS系统价格比进口的DCS至的差异,而国产的DCS系统价格比进口的DCS至少要低一半,算上备品备件则要低得更多。
第一套DCS系统是美国HONEYWELL公司第一套DCS系统是美国HONEYWELL公司1975年推出的TDC2000至今三十多年的1975年推出的TDC2000至今三十多年的历史,它几经更新换代,技术性能日趋完善。
据不完全统计现在集散控制系统的类型有2000-3000种,厂家也不计其数如:
型有2000-3000种,厂家也不计其数如:
横河公司的CENTUMCS、ABB公司的ABB公司的FREELANCE、FOXBORO公司的I/AS以FREELANCE、FOXBORO公司的I/AS以及国产的浙大中控公司的ECS、和利时公及国产的浙大中控公司的ECS、和利时公司的DCS系统等。
司的DCS系统等。
TPS系统是霍尼韦尔1996年推出的控制系TPS系统是霍尼韦尔1996年推出的控制系统,在近十年的成长中不断升级和完善,在保持系统可靠性,稳定性的同时,保持系统可靠性,稳定性的同时,又吸收了最新的人机界面技术,最新的人机界面技术,通讯网络技术以及将我们的先进控制 TPS系统是最先进、稳定和全面的系统。 DCS的应用领域 水和污水发电纸浆、纸张和连续式网塑采矿、矿石和冶金化工与塑料制品烃加工石油和天然气 DCS的概念 DCS全称: DistributedDCS全称: DistributedControlSystem它的中文意思是集散控制系统思想: 集中管理分散控制<危险分散、控制分散、而操作和管理集中的基本设计思想。 四C技术: 计算机 计算机 control>。 什么是组态? 什么是组态? 在使用工控软件中,我们经常提到组态一词,组态英文是“Configuration”词,组态英文是“Configuration”,其意义究竟是什么呢? 简单的讲,组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成项目中某一具体任务的过程。 与硬件生产相对照,组态与组装类似。 如要组装一台电脑,事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等,我们的工电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等,我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。 当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间,因为它一般要比硬件中的“部件”因为它一般要比硬件中的“部件”更多,而且每个“部件”都很灵活,因为软部件都有内部属部件”性,通过改变属性可以改变其规格<如大小、性状、颜色等)。 在组态概念出现之前,要实现某一任务,都是通过编写程序<如使用BASIC,C,FORTRAN等)来实现的。 编写BASIC,C,FORTRAN等)来实现的。 编写程序不但工作量大、周期长,而且容易犯错误,不能保证工期。 组态软件的出现,解决了这个问题。 对于过去需要几个月的工作,通过组态几天就可以完成。 组态软件是有专业性的。 一种组态软件只能适合某种领域的应用。 组态的概念最早出现在工业计算机控制中。 如DCS(集散控制系统>组态,PLC<可编程控制器)梯形图DCS(集散控制系统>组态,PLC<可编程控制器)梯形图组态。 人机界面生成软件就叫工控组态软件。 其实在其他行业也有组态的概念,人们只是不这么叫而已。 如AutoCAD,PhotoShop,办公软件(PowerPoint>都存AutoCAD,PhotoShop,办公软件(PowerPoint>都存在相似的操作,即用软件提供的工具来形成自己的作品,并以数据文件保存作品,而不是执行程序。 组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。 但是不同之处在于,工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。 组态工具的解释引擎,要根据这些组态结果实时运行。 从表面上看,组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。 虽然说组态就是不需要编写程序就能完成特定的应用。 但是为了提供一些灵活性,组态软件也提供了编程手段,一般都是内置编译系统,提供类BASIC语言,有的甚置编译系统,提供类BASIC语言,有的甚至支持VB。 至支持VB。 DCS的组成及特点 构成: 集散控制系统通常由过程控制单元、电源、I/O卡件、机集散控制系统通常由过程控制单元、电源、I/O卡件、机柜、卡笼、通讯网络、操作站、项目师站、软件等组成。 特点: 1.完善的控制功能 )2.丰富的监控功能<可以监控生产装置的生产情况)3.简便的安装调试4.良好的性能和价格比5.可靠性好<有完善的自诊断功能、MTBF达105天)可靠性好<有完善的自诊断功能、MTBF达 过程控制站高性能过程管理站过程控制站高性能过程管理站HPM高性能过程管理站HPM HPM硬件介绍HPM硬件介绍 HPM从设计上就提供了灵活和功能强大HPM从设计上就提供了灵活和功能强大的数据采集和控制功能。 的数据采集和控制功能。 它采用的多处理器结构,用不同的处理器完成不同的任务。 结构,用不同的处理器完成不同的任务。 HPM包括先进过程管理站模件HPM包括先进过程管理站模件(HPMM>和包括先进过程管理站模件(HPMM>和I/O子系统HPMM由高性能的通信处理器I/O子系统。 HPMM由高性能的通信处理器子系统。 卡和调制解调器卡、I/O链路接口处理器卡链路接口处理器卡、卡和调制解调器卡、I/O链路接口处理器卡、控制处理器卡所组成,CPU采用两个控制处理器卡所组成,其CPU采用两个MOTOROLA公司的MOTOROLA公司的68040芯片。 公司的68040芯片芯片。 经优化设计的先进通信处理器卡,具有高性能网络通信能力,完成如网络数据存取、对等通信等功能。 它同时对现场控制器产生的报警进行精确的时间标记。 高性能的控制处理器卡完成常规、逻辑、顺序控制功能,同时执行用户的CL/HPM程序。 因通信和输入输出处理分别由不同的处理器完成,控制处理CL/HPM程序。 因通信和输入输出处理分别由不同的处理器完成,控制处理器可以发挥它强大的功能,专门完成控制策略。 先进的I/O链路处理器是器可以发挥它强大的功能,专门完成控制策略。 先进的I/O链路处理器是HPMM与I/O子系统的接口。 HPMM与I/O子系统的接口。 I/O子系统包括冗余的输入输出链路和多达40对冗余的I/O处理器卡。 这些I/O子系统包括冗余的输入输出链路和多达40对冗余的I/O处理器卡。 这些I/O处理器卡完成所有现场I/O信号的数据采集和控制功能。 比如: I/O卡直I/O处理器卡完成所有现场I/O信号的数据采集和控制功能。 比如: I/O卡直接完成项目单位转换和报警处理,不需要HPMM的介入。 采用冗余的光纤电接完成项目单位转换和报警处理,不需要HPMM的介入。 采用冗余的光纤电缆I/O链路扩展器,可以将I/O处理器卡安装在远离HPM机柜8公里外的地方,I/O链路扩展器,可以将I/O处理器卡安装在远离HPM机柜8I/OHPM实现远程输入输出。 其特点归类如下: 多处理器并行处理结构主控制器双板结构,通信处理器和控制处理器并行工作,双68040处理器,主控制器双板结构,通信处理器和控制处理器并行工作,双68040处理器,32位结构,专门设计的大规模集成电路ASIC,最大限度减少元器件,80032位结构,专门设计的大规模集成电路ASIC,最大限度减少元器件,800PUs(5XPM/APM>处理单元PM/APM>处理单元I/O链路接口卡I/O链路接口卡通过串行接口与Modbus兼容子系统进行双向通讯通过串行接口与Modbus兼容子系统进行双向通讯支持LCN的AM和上位机实现更高层次的优化控制策略,许多高性能的软件包支持LCN的AM和上位机实现更高层次的优化控制策略,许多高性能的软件包也可以优化控制性能APM/PM进一步改进,更大的内存<比PM大APM/PM进一步改进,更大的内存<比PM大4倍) HPM冗余配置HPM冗余配置 HPMM采用1HPMM采用1: 1冗余,并配置在不同的卡笼箱,确保安全。 HPMM需要进行切换时对过程控制没有任何影响。 HPMM需要进行切换时对过程控制没有任何影响。 HPM采用了大量的自诊断功能,随时诊断运行状HPM采用了大量的自诊断功能,随时诊断运行状况和任何故障。 故障又分为硬故障和软故障,HPM的状态不但在面板上有LED显示,又在GUSHPM的状态不但在面板上有LED显示,又在GUS上的标准状态显示画面中可以看到。 HPM的任何电路板均可带电插拔,大大方便维修。 HPM的任何电路板均可带电插拔,大大方便维修。 更换AO或DO时,手操器可维持输出。 更换AO或DO时,手操器可维持输出。 因为在产品设计时就特别考虑了冗余选择,因此完全支持主模件到备份模件的自动切换,不需要用户编程。 在线诊断功能确保主付模件均正常运行。 1: 1的冗余最大限度发挥了系统的可得到性,行。 1: 1的冗余最大限度发挥了系统的可得到性,而且简化了系统的电缆连接和组态。 HPM功能介绍HPM功能介绍 所有的控制功能都是在HPMM内完成的,所有的控制功能都是在HPMM内完成的,而数据采集,信号调制报警处理均在I/O处而数据采集,信号调制报警处理均在I/O处理器板完成。 控制功能包括复杂的常规控制方案、连锁逻辑功能和面向过程项目师的高级控制语言(CL/HPM>。 的高级控制语言(CL/HPM>。 PID控制(手动、自动、串级、比率>PID控制(手动、自动、串级、比率>基本逻辑算法采样和保持计数高/中/低选择用户自定义功能块数字数据传送送高/送高/低限制乘方/乘方/开方带跟踪的PID逻辑控制带跟踪的PID逻辑控制 HPM的控制功能组态都可以在线HPM的控制功能组态都可以在线完成和下在线完成和下装,且对其它功能没有任何影响。 系统提供PID回路自整定软件RAIPTUNE,系统提供PID回路自整定软件RAIPTUNE,可以实现对每个PID回路的PID参数实现自可以实现对每个PID回路的PID参数实现自动整定。 动整定。 HPM提供的过程控制语言HPM提供的过程控制语言 CL/HPM是Honeywell在过程管理站(HPM>CL/HPM是Honeywell在过程管理站(HPM>上运行的面向过程的控制语言。 它的语言采用顺序结构的方式,适合于批量或综合应用的需要;计算功能适合连续控制任务的需要。 这种控制语言最关键的特点是与本地HPM这种控制语言最关键的特点是与本地HPM的所有数据点共享数据,并且与UCN上的的所有数据点共享数据,并且与UCN上的其它设备共享数据。 HPM的顺序控制功能由HPM/CL语言完成,每个HPM的顺序控制功能由HPM/CL语言完成,每个顺控模块有多个Phase构成,每个Phase由多个顺控模块有多个Phase构成,每个Phase由多个Step构成,每步由多条命令构成,这些命令可以Step构成,每步由多条命令构成,这些命令可以开关现场泵和阀,也可以接受操作员命令或执行连续控制模块的输出。 系统最大可以执行250个过程模件点,每个过程系统最大可以执行250个过程模件点,每个过程模件点可以嵌套一个或多个CL顺控程序。 因为模件点可以嵌套一个或多个CL顺控程序。 因为HPM采用确定性控制,所以每个过程模件点可以HPM采用确定性控制,所以每个过程模件点可以按照组态设定的执行周期完成顺序控制。 工艺流程如图所示,顺序控制要求是将TANK33的原料加入REACTOR30。 工艺流程如图所示,顺序控制要求是将TANK33的原料加入REACTOR30。 其顺控程序如下,该段程序执行了Phase3_ch_R30段中加料步骤其顺控程序如下,该段程序执行了Phase3_ch_R30段中加料步骤 : phase3_ch_R30 stepchrg_monopenVL3301,VL30031AG3001on? Setflowto5DGPMsetFIC301.SP=502PU3001onwaitoffcloseWT3301.PV=0AG3301,PU3001VL3301,VL3003 3? PutloopinManualandclosevalvesetFIC301.MODE=MAN4FIC301.OP=0setDisplaymessageforoperator? send(wait>: "Monomerchargecomplete"5 ①打开VL3301和VL3303两个打开VL3301和VL3303两个电动阀,同时开启反应器中的搅拌器AG3001。 搅拌器AG3001。 ②将流量控制回路FIC301的给②将流量控制回路FIC301的给定设定为50%,将泵PU3001定设定为50%,将泵PU3001启动。 等待直到TANK33的料启动。 等待直到TANK33的料排空。 ③停止搅拌器AG3301和泵③停止搅拌器AG3301和泵PU3001,关电动阀VL3301和PU3001,关电动阀VL3301和VL3303。 VL3303。 ④将流量控制回路FIC301切换④将流量控制回路FIC301切换到手动,将调节阀关死。 ⑤送信息给操作员,加料完成。 ? 表示程序解释,不影响顺序控制。 操作站--全方位用户操作站操作站--全方位用户操作站GUS全方位用户操作站GUS 全方位用户操作站 GUS能满足操作人员,管理人员,系统项目师及维护人员GUS能满足操作人员,管理人员,系统项目师及维护人员的各种要求,并可以为各级人员设置权限,用户名和密码。 GUS操作站可以配置操作员键盘,实现以下功能: GUS操作站可以配置操作员键盘,实现以下功能: 选择画面;选择控制方式(MAN/AUTO/CAS>;设定值/选择画面;选择控制方式(MAN/AUTO/CAS>;设定值/输出值的升/用光标或数字键>;顺序起动/输出值的升/降(用光标或数字键>;顺序起动/停止;选择报警组;报警确认/报警组;报警确认/复位;打印屏幕;选择趋势记录和报表。 可对常规控制的参数进行显示和修改。 历史记录功能-历史模件HM历史记录功能-历史模件HM 历史模件 如其名所表示的,它是TPS统的储存LCN网上所有的模件所使用。 如其名所表示的,它是TPS统的储存单元,容量巨大。 历史模件具有强大的处理能力,可用来建立大量易于检索的数据供项目师和操作员使用。 历史模件存贮系统的点的历史数据。 可计算和存贮每小时、工作班、日、月的平均值以及每段时间的最高和最低值。 历史模件还可存贮系统所有的历史事件,如过程报警、系统状态改变、操作过程和系统变化,以及错误信息。 此外,历史模件还存贮显示文件、装载文件、顺序文件、控制语言、逻辑管理站梯形逻辑程序和组态源文件等系统文件,确认点(CHECKPOINT>文件及在线维护信息等。 (CHECKPOINT>文件及在线维护信息等。 断点保护 这对于工业生产来讲是非常重要和必须的。 HM支持盘冗余配置。 HM支持盘冗余配置。 项目师站 TPS系统的每台GUS都具有项目师站的组态功TPS系统的每台GUS都具有项目师站的组态功能,包括控制回路组态,编程,画面生成,报表生成,过程趋势和参数整定等 组态软件 TPS系统组态可以分为网络组态,数据库组态,TPS系统组态可以分为网络组态,数据库组态,控制功能组态和流程图组态几个部分。 网络组态分别对LCN和UCN网上的各个节点进网络组态分别对LCN和UCN网上的各个节点进行功能分配和资源配置,使他们能有效地实现通信和数据交换 数据库组态可以分别完成实时区域数据库的组态和历史组的分配。 同时也可以生成固定格式报表和自由格式报表。 控制方案的组态通过填表的方式完成,可产生一个模板点,再利用模板建点法 大大节约组态时间。 GUS操作站中的画面制作工具软件DisplayBuilder可操作站中的画面制作工具软件Display以帮助项目技术人员,快速创建视觉良好、容易操作的流程图显示画面,这些画面既可在GUS上也可在个人电脑上程图显示画面,这些画面既可在GUS上也可在个人电脑上生成。 DisplayBuilder提供了显示元素和脚本语言程序生成。 DisplayBuilder提供了显示元素和脚本语言程序段的可重用能力,不仅大大降低了创作画面的项目时间,而且提高了准确性。 强大的脚本语言功能使得显示随过程数据变化的动态效果变得简单。 控制数据以及工厂网络上的OPC数据同样也能方便地显示在过程流程图画面上。 OPC数据同样也能方便地显示在过程流程图画面上。 过程趋势和参数整定 GUS项目师站可以实时监视过程趋势点,GUS项目师站可以实时监视过程趋势点,组趋势显示包括八条趋势点,显示时间周期从二分钟到八小时可以在画面上实时选择,新数据将旧数据向左推移(polling择,新数据将旧数据向左推移(pollingscheme>。 项目师站可以同时进行参数整scheme>。 项目师站可以同时进行参数整定,修改控制常数和滤波常数。 通讯系统 TPS的通讯系统采用全冗余的工业化数字通TPS的通讯系统采用全冗余的工业化数字通讯系统。 控制层采用单独的UCN控制网络,讯系统。 控制层采用单独的UCN控制网络,操作监视层则采用LCN网络将多个UCN网操作监视层则采用LCN网络将多个UCN网络连接在一起实现中央监控。 LCN可以通络连接在一起实现中央监控。 LCN可以通过光线扩展器LCNE实现中央控制室和现场过光线扩展器LCNE实现中央控制室和现场机柜室的光纤连接,每段光缆可达2机柜室的光纤连接,每段光缆可达2公里(无中继设备>。 无中继设备> 冗余 UCN和LCN及网络接口设备NIM采用全冗余配置,在正常进行状态UCN和LCN及网络接口设备NIM采用全冗余配置,在正常进行状态下定时自动切换,不会有数据丢失现象发生。 当某一路通讯发生故障时,系统在操作站上有系统报警提示。 LCN网连接的节点最多可达96个。 在系统正常工作时,可以很方LCN网连接的节点最多可达96个。 在系统正常工作时,可以很方便地挂上或卸掉它们,而不影响系统的其它节点的正常工作。 LCN便地挂上或卸掉它们,而不影响系统的其它节点的正常工作。 LCN为两条冗余的同轴电缆,分为主电缆和备份电缆,当主缆损坏或出现通讯错误时,备份电缆自动接替工作,成为主缆。 电缆和节点间的连接是通过节点上的传输电路板,这样设计的最大优点是当某一节点损坏时,LCN网上的其它节点的通讯不受影响。 此外,LCN还节点损坏时,LCN网上的其它节点的通讯不受影响。 此外,LCN还为所有的节点提供同步时UCN采用冗余同轴连接各个控制器和网络接口设备,采用32位UCN采用冗余同轴连接各个控制器和网络接口设备,采用32位CRC帧检测顺序
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