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授课教师:毛忠国二零零九年八月六盘山电厂300MW机组培训班《热控》授课提纲第三章分散控制系统第一节概述分散控制系统（distributedcontrolsystem）也称分布式计算机控制系统，它是计算机技术，控制技术通信技术和图像显示技术，（可称“４C”技术）相互渗透发展而产生的一种新型的先进控制系统，是实现过程控制、过程管理的现代化设备。分散控制系统既保留了“功能上分散、位置上分散、危险分散”的特点，又充分采用了先进的通信技术，各个控制单元均可共享系统中的有用信息，便于进行集中控制和管理，实现系统的最优控制。一、分散控制系统的组成分散控制系统多采用积木式标准单元组成，配置和构成系统极为方便灵活；用户可根据不同的控制要求选用不同的操作接口单元，控制模件，来组不同规模的系统；可以小到只有１－２个控制回路的简单设备，大到包含几百个控制回路的大型系统。分散控制系统由集中管理部分，分散控制监测部分和通信部分组成。集中管理部分又可分为操作员工作站，工程师工作站和管理计算机。操作员工作站的任务是对生产过程进行监视和操作，工程师工作站的任务是组态（根据对象特性及生产过程的需要组成不同的控制状态和方式）和维护；管理计算机用于全系统的信息过程和优化控制；分散控制监测部分按功能可分为控制站、监测站；通信部分则完成数据，指令及各种信息的传递。二、分散控制系统的特点它与常规的模拟控制系统和集中式计算机控制系统相比,具有以下特点：１.控制分散，信息集中分散控制系统运用了大系统递阶控制的思想，将系统功能垂直分解和将生产过程水平分散，采用了全方位高度分散的系统结构。利用系统通信网络，存贮设备和软件系统等，可实现整个系统的监视和操作集中，以及综合信息集中。分散控制系统运用了大系统递阶控制的思想，将系统功能垂直分解和将生产过程水平分散，采用了全方位高度分散的系统结构。利用系统通信网络，存贮设备和软件系统等，可实现整个系统的监视和操作集中，以及综合信息集中。２.控制功能齐全，控制算法丰富分散控制系统充分利用和发挥了计算机的优势，可以实现满足生产过程需求的各种控制功能。它不仅集连续控制、顺序控制和批量控制于一体，还可以通过软件的开发在原来已有的各种控制算法基础上，方便地吸纳和积累许多新颖实用的控制算法，使其不断地丰富与完善，而且可以实现串级、前馈、复合、解耦等复杂的控制方式和自适应、预报、最优、智能化等更高级更先进的控制技术。分散控制系统灵活的组态功能，能使其丰富的控制功能得以充分的体现和应用，从而提高了系统的可控性。计算机所具有的强大的贮存和逻辑判断能力，使得分散控制系统可根据生产环境和条件的变化，及时作出判断，选择最为合理的控制对策，以达到理想的控制效果。这些是常规模拟调节器所不可比拟的。除上述功能外，分散控制系统还可以实现对生产过程的各级管理。如生产过程的平衡计算与性能计算、寿命管理、经济核算、生产计划与调度等等。为实现全厂综合自动化提供了物质基础和技术条件。３.人机界面友好，操作使用简便分散控制系统具有比常规模拟控制系统更先进的人机联系手段，其中最重要的一点，是采用了屏幕（如普通的ＣＲＴ、触摸显示器、墙挂式大屏幕）彩色画面显示和便捷的操作工具（如键盘、鼠标或轨迹球、触屏），使人机联系得到根本的改善。通过人机联系，运行人员可以随时调用所关心的显示画面，及时获取生产过程的有关信息，了解生产过程的状况。同时，也可利用操作工具向系统输入各种操作命令，干预生产过程，改变运行状况或进行事故处理。分散控制系统运用交互图形显示和复合窗口技术，提供了各种直观实用的画面，如全貌综观、菜单引导、流程图、回路一览、历史数据、趋势曲线、实时参数、设备状态、计量图表、操作指导等等；另外，以键盘为主的操作，使许多操作过程更加方便可靠，如指令的增减、阀门的开闭和开度的改变等都可在选项的前提下统一操作。丰富的画面，集中的显示、简便的操作，使得人机界面十分友好，既减轻了运行人员的工作强度，又减少了误操作的可能性。４.系统的整体安全性好。在集中式控制系统中，一旦主机故障将影响全局，给生产系统造成严重的后果。而分散控制系统将控制功能和数据采集工作分散到各个工作站去。个别工作站的问题，不会影响到系统的整体。５.系统的实时响应性好分散控制系统中，不同的工作由不同的工作站来完成，各工作站功能相对简单，因而系统简化，工作内容单一，效率高，实时响应性好。而集中式控制系统要完成许多不同的任务，无效开销大，实时响应性要差一些。６.灵活性好，适应性强由于设备组成采用积木化，模块化，系统配置灵活，且设备利用率高，从而一次性投资相对可以较少，可以在今后根据实际需要扩大系统的范围和功能。７.在线性好，可靠性高分散控制系统除在线完成数据实时采集、分析、记录监视、操作、控制等基本务外，还可实现许多在线功能，如性能计算、寿命计算与管理、系统的组态及修改、系统内部故障诊断与维护等均可在线进行。这也是常规模拟控制系统所不及的。分散控制系统良好的在线性能和在线工作能力，大大提高了系统的可用性。８.安装简单，可靠性高分散控制系统大量应用积木式模件结构，并采用多芯电缆、标准化接插头、规格化端子接线板，使得仪表连线减少，安装简单，同时，由于系统组态的透明度高难度，可以很方便地观察和修改系统的组成和逻辑组态，发现系统组成的问题和控制质量的好坏，为调试工作创造了良好的条件。据有关资料介绍，分散控制系统与常规模拟仪表控制系统相比，安装工作量减少１／２－２／３调试时间缩短１／２左右。由于各个工作站可以就地安装，可以节省大量的信息传输电缆，并且工作站之间用数字量传输可靠性高。第二节分散控制系统的设备组成从系统的总体功能上划分，分散控制系统主要由过程控制单元，数据通信信网络，运行操作员控制，工程师站，历史数据存储和检查站几个部分组成。一、过程控制单元过程控制单元通过各种过程参数变送器和执行机构与生产过程相联。它可以根据不同的控制对象和要求以一定的采样周期对各种过程参数进行采样。按其控制要求对这些变量数进行规格化处理，同时进行越限检查，然后按照要求的控制规律进行处理和控制。若有异常情况则发生出报警。一些必要的过程数据、状态参数以及处理结果还可以通过网络系统发送给操作单元。做为监视操作讯息和历史数据保存。同时也可接收操作单元通过网络发送的各种控制讯息和指令，对生产过程进行干予，使整个控制系统协调一致，取得良好的控制品质。过程控制单元按其功能来分，一般可分为数字调节器，直接数字控制装置、多功能控制装置，数据采集装置和可编程控制器等。二、数据通信网络分散控制系统是一个大型的自动化控制系统，整个系统的功能分散化是以各个功能站（即工作站，下同）在物理位置上的分散配置为基础的。这样的分散配置，就必须解决好各个功能站之间的信息传送及数据交换，以实现系统中的数据共享，这就是数据通信的概念。实现数据通信就必须建立相应的通信网络。通信网络一般由高速数据公路和数据公路控制器组成。数据公路是传输数据的主干道，采用光纤电缆或同轴电缆把分散的各种工作站连接成一个完整的网络。数据分路控制器，是工作站与系统的通信接口，通过它控制工作站中的功能处理器与数据公路间的数据传输。１.数据通信网络的功能数据通信网络的主要功能是:（１）以设计预定的速率传送数据。例如美国西屋公司的ＷＤＰＦ系统，其通信速率是每秒二百万个二进制数位；（２）以某种通信规约进行数据的传送和出错检验;（３）实现工作站之间的通信令牌传递，使得各个工作站能够周而复始地按通信规约进行数据的传送和接收。在分散控制系统中，只有共享系统数据库才能把分管部分控制功能的各独立工作站统一起来，完成对电厂全过程的整体控制。所以站与站之间的数据通信是构成分散控制系统的前提和核心设备之一。为了提高可靠性，分散控制系统的数据公路都是冗余配置。两条数据公路通常同时工作，当一条数据公路出故障或恢复正常后投运时，不影响数据通信的正确性，也不降低数据通信的性能。分散控制系统的机房安装要避免电磁场对数据公路的干扰，每个独立工作站在接收数据公路上数据后，均要对数据进行错误检查和纠错。发生故障的站自动地在通信控制器的指挥下及时脱离数据公路，这是对控制过程数据处理必要的安全措施。系统的各独立站是靠数据公路以一定的网络结构连成一个系统。２.通信网络的结构常用的通信网络有星形，环形和总线型三种结构。（１）星形网络结构如图３－１所示，星形网络属于中型网络。网络中各站有主、从之分，处于中心位置的主节点为主站，与之相连的多个节点为从站。这种网络结构的任何两个站之间的通信都必须通过主站。主站集中来自各从站的信息，按照一定的通信方式把信息转发给相应的各站，。因此，主站的信息吞吐量大，数据处理与存储量要求也大，一般都由功能较强的硬、软件设备组成。各从站只需具备简单的点对点间的通信功能。星形网络的传输效率较高，但由于一旦主站出现故障，将会影响整个网络的通信，所以可靠性低，应用不很广泛。（２）总线形网络结构总线形网络结构如图３－２所示。它用一条开环的通信电缆作为数据高速公路，各节点通过接口挂到总线上，网络易于扩展，不致相互影响。这种网络结构易于实现通信线路冗余，以提高安全性，安装费用较低，所以总线形网络结构应用最为广泛。（３）环形网络结构环形网络结构如图３－３所示。各站通过接口挂接到首尾相连的环形总路线上，网上各站平等行使通信控制权，信息在网上的传递总是从始发站出发，经各站后直接回到始发站。网上各个站都要承担信息的接收、放大、再传送的任务。当出现故障时能自动旁路信息，不影响信息的传递，所以可靠性高，也易于设置冗余通信线路，但扩展性能不如总线形方便。三、运行操作员控制台运行操作员控制台是分散控制系统中的一个重要的人－机接口站。在硬件组态上包含后备硬手操作控制站、ＣＲＴ显示器、键盘、打印机、存储器等设备部件；在软件配置方面，它装载有系统工作软件和适合于用户操作控制需要的应用软件。硬手操控制站构成了运行操作员控制台的低级人－机接口，ＣＲＴ显示器和键盘组成了运行操作员控制台的高级人－机接口。这些组合，能够满足各种具体过程控制的需要，实现操作员对整个系统中生产过程信息的监视和操作控制。目前，在分散控制系统中，广泛使用一种结构新颖，组态灵活的操作员控制台。一个分散控制系统中可包括几个操作员控制台。每一个操作员控制台在通信网络中都是一个结点。每个结点中，可以配置一个到几个ＣＲＴ和键盘，控制部件采用模块结构，根据不同的用户要求可选用不同的功能模件，配置相应的外围设备。这样，用户可以在基本的硬件配置基础上，随着系统规模的扩大而增选需用硬件。这种方法不仅提高了配置的灵活性，而且使得每一个操作员控制台都能完成规定的功能要求，还可以经过适当组态，使得一个操作员控制台包含另一个操作员控制台的全部功能，从而形成了操作员控制台的冗余组态，提高了分散控制系统的可靠性。四、工程师站工程师站是分散控制系统中的几个重要的人—机接口，是工程技术人员进行系统开发和维护的中心工作站。工程师站的主要特点是向用户提供了面向问题的语言用以开发用户软件。工程师站的主要功能如下：１.点目录建立和修改系统中所有点的目录文件，一般简称为点目录，它是一张向数据公路广播的基本点数据表。当有新的点要加入到系统中的任何一个分散型数据库中时，就入要进入“点目录修改”的编程方式，其功能有如下两方面。（１）为新加入的点分配一个独一无二的系统身份号ＳＩＤ。系统中不允许有重复的ＳＩＤ如果发生重复的ＳＩＤ，将会引起数据公路控制的混乱。（２）确保系统中点数据更新频率的一致性，以保证数据的完整性和可靠性。例如在一个站中的源点，到另一个站的接收点，它们的数据更新频率必须一致。２.操作员站的软件编制为操作员站提供的ＣＲＴ监控图形和显示画面都是在工程师站上进行预编制的。工程师站向用户提供了一系列的标准软件以支持用户软件的开发和修改。３.对其他工作站的软件编制工程师站作为分散控制系统中的一个软件开发和维护中心，还负责对系统中其他工作站的用户软件开发、修改。４.传感器定标计算在建立点数据库时，对每个模拟量点的传感器测量范围，都要进行定标计算。５.ＰＲ