中控DCS基础知识

DCS基础知识孟庆浩2015年03月内容提要•DCS系统概述及特点•DCS系统发展历史•DCS基础知识•联锁逻辑基础知识•简单控制系统•复杂控制系统DCS系统概述及特点•DCS是分布式控制系统的英文缩写（DistributedControlSystem），在国内自控行业又称之为集散控制系统。•它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(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS系统概述及特点•高可靠性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。DCS系统概述及特点•开放性DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。DCS系统概述及特点•灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。DCS系统概述及特点•易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。DCS系统概述及特点•协调性各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。DCS系统概述及特点•控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS发展历史•1975年美国最大的仪表控制公司Honeywell首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC—2000(ToalDistributedControl-2000),这一系统的发表,立即引起美国工业控制界高度评价，称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大公司也纷纷仿效，推出了一个又一个集散系统，从此过程控制进入了集散系统的新时期。DCS发展历史•第一阶段1975-1980，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1）采用微处理器为基础的控制单元，实现分散控制，有各种各样的算法，通过组态独立完成回路控制，具有自诊断功能2）采用带CRT显示器的操作站与过程单元分离，实现集中监视，集中操作3）采用较先进的冗余通信系统DCS发展历史•第二阶段1980—1985.，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1）微处理器的位数提高，CRT显示器的分辨率提高2）强化的模块化系统3）强化了系统信息管理，加强通信功能DCS发展历史•第三阶段1985-2000，集散系统进入第三代，其技术特点表现为：1）采用开放系统管理2）操作站采用32位微处理器3）采用实时多用户多任务的操作系统DCS发展历史•第四阶段2000年以后，DCS系统进入第四代，技术特点主要表现为：体系结构主要分为四层结构：现场仪表层、控制装置单元层、工厂（车间）层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平台（ERP、CRM、SCM等）。所以说，当今DCS主要提供工厂（车间）级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。DCS发展历史DCS基础知识•仪表功能标志•仪表功能常用字母•附加功能符号（字母Y）•仪表常用缩写字母•仪表常用图形符号•ECS-700流程图画面DCS基础知识—仪表功能标志•仪表功能标志组成仪表功能标志由一个首字母及一个或二至三个后继字母组成。示例如下：例1PI------功能标志P-------首位字母（表示被测变量类型为压力）I--------后继字母（表示指示功能）例2TIC-----功能标志T--------首位字母（表示被测变量类型为温度）IC-------后继字母（表示指示功能+控制功能）DCS基础知识—仪表功能标志•仪表功能标志组成例3HIC------功能标志H-------首位字母（表示手动操作）IC--------后继字母（表示指示功能+控制功能）例4FFICA-----功能标志FF--------首位字母（表示被测变量类型为流量+修饰字母功能为比值）ICA-------后继字母（表示指示功能+控制功能+报警功能）DCS基础知识—仪表功能标志•仪表位号仪表位号由仪表功能标志与仪表回路编号两部分组成。示例如下：例1FIC-1206------仪表位号FIC-------功能标志1206---------回路编号例212TIC1001-----仪表位号TIC-------功能标志12+1001----回路编号DCS基础知识—仪表功能标志•仪表位号回路编号可以用工序号加仪表顺序号组成（例1），也可用其他规定的方法进行编号。示例如下：例1FIC-1206------仪表位号12-------工序号（一般用两位数字，也可用三位数字）06---------仪表顺序号（一般用两位数字，也可用三位数字）例212TIC1001-----仪表位号12-------工序号1001----仪表顺序号DCS基础知识—仪表常用字母•功能字母代号首位字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词A分析报警C控制D密度差F流量比值H手动高I指示L物位低P压力DCS基础知识—仪表常用字母•功能字母代号首位字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词Q累计S联锁T温度变送V振动阀门XX轴YY轴Z位置Z轴DCS基础知识—仪表常用字母•常用组合字母表首位字母后继字母被测变量读出功能输出功能检测元件E指示I记录R报警A变送器T控制器C功能Y阀门V联锁SAHAL指示I记录RSHSLA分析AEAIARAAHAALATAICARCAYAVASHASLD密度DEDIDRDAHDALDTDICDRCDYDVDSHDSLF流量FEFIFRFAHFALFTFICFRCFYFVFSHFSLFF流量比FFEFFIFFRFFAHFFALFFTFFICFFRCFFYFFVFFSHFFSLH手动HICHVL物位LELILRLAHLALLTLICLRCLYLVLSHLSLDCS基础知识—仪表常用字母•常用组合字母表首位字母后继字母被测变量读出功能输出功能检测元件E指示I记录R报警A变送器T控制器C功能Y阀门V联锁SAHAL指示I记录RSHSLP压力PEPIPRPAHPALPTPICPRCPYPVPSHPSLPD压差PDEPDIPDRPDAHPDALPDTPDICPDRCPDYPDVPDSHPDSLT温度TETITRTAHTALTTTICTRCTYTVTSHTSLV振动VEVIVRVAHVALVTVYVZVSHW质量WEWIWRWAHWALWTWICWRCWYWVWSHWSLZ位置ZEZIZRZAHZALZTZICZRCZYZVZSHDCS基础知识—附加功能符号（字母Y）•附加功能符号（字母Y）HG/T20505-2000序号功能符号数学方程式说明1和∑M=X1+X2+….Xn输出等于输入信号的代数和2平均值∑/nM=X1+X2+….Xn𝑛输出等于输入信号的代数和除以输入信号的数目3差ΔM=X1-X2输出等于输入信号的代数差4比值K1:12:1M=Kx输入与输入成正比5乘法xM=X1X2输出等于两个输入信号的乘积6除法÷M=X1X2输出等于两个输入信号的商7高选＞M=X1当X1≥X2M=X2当X2≥X1输出等于几个输入信号中最大值8低选＜M=X1当X1≤X2M=X2当X2≤X1输出等于几个输入信号中最小值DCS基础知识—仪表常用缩写字母•仪表常用缩写字母序号缩写说明1AC交流电2A/M自动/手动3AND“与”门4AVG平均值5DC直流电6FC故障关7FI故障保持8FO故障开9H高10HH高高DCS基础知识—仪表常用缩写字母•仪表常用缩写字母序号缩写说明11IA仪表空气12IN输入13L低14LL低低15MAX最大16MIN最小17NOT“非”门18OR“或”门19OUT输出20PID比例积分微分调节DCS基础知识—仪表常用图形符号•仪表常用图形符号常规仪表图形为细实线圆圈，图例如下：DCS图形由细实线正方形与内切圆组成，图例如下：可编程逻辑控制器图形由细实线正方形与内接四边形组成，图例如下：联锁系统图形为细实线菱形，菱形中标注“I”（Interlock缩写），在局部联锁系统多时，应将联锁系统编号，图例如下：IIxxxDCS基础知识—仪表常用图形符号DCS基础知识—ECS-700流程图画面DCS基础知识—ECS-700流程图画面•监控界面简介•工具栏✔鼠标放至图标上方对应画面名称即有提示✔工具栏可实现画面选择、切换、操作、设置等。•信息栏DCS基础知识—ECS-700流程图画面DCS基础知识—ECS-700流程图画面DCS基础知识—ECS-700流程图画面DCS基础知识—ECS-700流程图画面•HMI控制台右上角的编辑框用于显示系统当前位号，编辑框右边的按钮和下拉菜单用于进行对当前位号的操作。DCS基础知识—ECS-700流程图画面•报警确认：点击后确认当前报警（当前显示的报警中被选中的那一个报警），当前用户有确认权限的才能进行确认。•取消报警选中：点击后释放选中状态（即当前显示的报警中被选中的那一个报警取消选中）。•过程报警：弹出过程报警表，显示当前操作小组下的所有过程报警信息。•系统报警：弹出系统报警表，若产生了系统报警则按钮背景显示红色，若有未确认的系统报警，则背景红色闪烁。•状态表：弹出各状态表（强制表、OOS表、故障安全、故障恢复、报警屏蔽表、抖动开关量表、超量程表、仿真表）。可显示各种状态的实时和历史记录。DCS基础知识—ECS-700流程图画面•报警确认：点击后确认当前报警（当前显示的报警中被选中的那一个报警），当前用户有确认权限的才能进行确认。•取消报警选中：点击后释放选中状态（即当前显示的报警中被选中的那一个报警取消选中）。•过程报警：弹出过程报警表，显示当前操作小组下的所有过程报警信息。•系统报警：弹出系统报警表，若产生了系统报警则按钮背景显示红色，若有未确认的系统报警，则背景红色闪烁。•状态表：弹出各状态表（强制表、OOS表、故障安全、故障恢复、报警屏蔽表、抖动开关量表、超量程表、仿真表）。可显示各种状态的实时和历史记录。DCS基础知识—ECS-700流程图画面AI位号仪表面板及说明AO位号仪表面板及说明DCS基础知识—ECS-700流程图画面DI位号仪表面板及说明DO位号仪表面板及说明DCS基础知识—ECS-700流程图画面每个仪表面板中都有四个跳转按钮，其功能分别打开与位号关联的各个画面流程图趋势图历史报警调整画面联锁逻辑基础知识•程序概述•编程语言•数据类型•变量类型•逻辑运算功能联锁逻辑基础知识—程序概述•IEC61131-3是可编程序控制器的编程语言的标准，它将现代软件的概念和现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功地结合，使它在工业控制领域的影响越出PLC的界限，成为DCS、IPC、PAC、PC控制、运动控制以及SCADA的编程系统事实上的标准。联锁逻辑基础知识—编程语言•图形化编程语言•功能块图（FBD:FunctionBlockDiagram）•梯形图（LD：LadderDiagram）•顺控图（SFC：SequentialFunctionChart）•文本化编程语言•结构化文本（ST：StructuredText）•指令表（IL：InstructionList）联锁逻辑基础知识—编程语