3集散控制系统-硬件

—集散控制系统—太原工业学院自动化系第三章DCS硬件系统—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—本章主要内容掌握现场控制站、操作员站和工程师站的硬件构成;掌握现场控制站、操作员站和工程师站的功能;掌握输入输出模件的种类和各自的工作原理;了解控制器的定义、作用和硬件构成;了解集散控制系统的常规组态工作。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述集散控制系统是一体化的控制系统，提供了最好的系统可用性技术。一、系统的基本组件为：1.调节控制和逻辑控制一体化的混合控制器(1)功能强大的控制处理器模件。(2)冗余配置或非冗余配置选择。(3)50ms或5ms基本控制执行环境。(4)灵活的，紧凑型机架式输入/输出系列。(5)输入/输出子系统。(6)满足危险区域要求的电流隔离/本安型输入/输出系列。(7)低成本的标准导轨安装型输入/输出系列。(8)基金会现场总线、HART协议以及Profibus等现场总线的集成。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述2.高级应用控制环境(1)基于Windows2000Server操作系统的应用控制环境。(2)500ms基本控制执行环境。(3)与混合过程控制器相同的控制算法库。(4)集成的OPC标准的数据访问。3.高性能服务器(1)冗余配置或非冗余配置的选择。(2)OPC接口及多种第三方控制器的通信接口。(3)用于全厂范围或地理上广域分布的诸系统的分布式服务器结构。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述4.操作员站人机界面(HMI)(1)基于Honeywell的HMIWeb技术。(2)固定式或临时式操作员站定义提供了极大的灵活性和成本有效性。(3)高分辨率图形界面。(4)控制策略设计图的实时监视显示。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述5.过程系统软件(1)监控软件提供高速缓存区的实时动态数据存取、报警/事件管理、报表报告生成等功能。(2)控制组态软件为生成控制策略提供全套控制算法库。(3)流程图组态软件用于创建基于HTML格式的操作员图形界面。(4)知识库软件提供基于HTML格式的在线帮助文档。(5)系统组态和诊断实用程序。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述6.过程控制网络(1)支持冗余配置以提高系统的可靠性。(2)提供基于开放技术的灵活性。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述二、系统的各层功能1.现场控制级现场控制级是集散控制系统的最底层，随着控制器、现场变送器、传感器和执行器的智能化，现场控制级可以部分或全部完成过程装置控制级的功能。现场控制级的特点：(1)多信息系统。(2)双向的多变量通信。(3)更高精确度和可靠性。(4)系统的自诊断/自校正功能更强。(5)维护、校验更方便。(6)互操作性。(7)多端存取。(8)低的成本和安装费用。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述现场控制级的功能：(1)采集过程数据，对数据进行转换。(2)输出过程操纵命令。(3)完成与过程装置控制级的数据通信。(4)对现场控制级的设备进行监测与诊断。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述2.过程装置控制级大多数集散控制系统的过程装置控制级由过程装置控制设备和I/O模件组成，通过网络实现信息的传送。过程装置控制级的特点：(1)高可靠性。(2)实时性。(3)控制功能强。过程装置控制级的功能：(1)采集过程数据，进行数据转换与处理。(2)数据的监视和存储。(3)实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控制作用。(4)数据和设备的自诊断。(5)数据的通信。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述3.车间管理级车间管理级以中央控制室操作站为中心，是人机界面，所以车间管理级的质量与操作的效果有直接关系。车间管理级的主要特点：(1)采用屏幕显示过程和数据。(2)操作应方便、简捷。(3)存储数据量大，显示信息量大。(4)报警和故障诊断处理。(5)数据通信。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述车间操作管理级的功能：(1)数据显示和记录。(2)过程操作。(3)数据存储和压缩归档。(4)报警、事件的诊断和处理。(5)系统组态、维护和优化处理。(6)数据通信。(7)报表打印。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.1DCS硬件系统概述4.优化和调度管理级优化和调度管理级从系统的整体出发，从工厂的产、供、销的协调关系出发，使系统进一步优化协调。优化和调度管理级的功能：(1)优化控制。(2)协调和调度各车间生产计划和各部门的关系(3)主要数据的显示、存储和打印。(4)数据通信。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.2DCS过程控制级分散过程控制装置部分由多回路控制器、单回路控制器、多功能控制器、可编程控制器及数据采集装置等组成。它相当于现场控制级和过程控制装置级，实现与过程的连接。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.2DCS过程控制级一、过程装置控制级的特征过程装置控制控制级是系统与过程之间的接口，其结构具有如下特征：(1)需适应恶劣的工业生产过程环境。(2)分散控制把监视和控制分离，把危险分散，使得系统的可靠性提高。(3)实时性。分散过程控制装置直接与过程进行联系，为能准确反映过程参数的变化，它应具有实时性强的特点(4)独立性。分散过程控制装置具有较强的独立性。当上位机系统出现故障时，它还能正常运行。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.2DCS过程控制级二、过程控制级中的智能调节器与可编程控制器1.智能调节器智能控制系统是实现某种控制任务的一种智能系统，它由智能控制器和对象组成，具备一定的智能行为。实际上是一台可编程的数字控制器。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.2DCS过程控制级KMM型智能调节器正面布置图—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.2DCS过程控制级根据智能控制系统的定义和控制功能，主要类型有以下几种：(1)自寻优智能控制器。这是一种拟人“自寻优”功能的控制器，它不要求预先知道被控对象的精确数学模型，就能够自动寻找系统的最优工作状态并能适应对象特性的漂移，自动保持最优工作状态。(2)自学习智能控制器。这是一种拟人“自学习”功能的控制器，它可在系统运行过程中，根据控制性能指标要求，利用反馈信息，自动修改控制器参数或控制规律，不断积累经验，逐步改善控制系统的工作状态。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.2DCS过程控制级(3)自适应智能控制器。这是一种拟人“自适应”功能的控制器，它能适应系统的环境条件或被控对象特性的变化，自动校正或调整控制器的参数和性能，以保持系统最优的或满意的工作状态。(4)自组织智能控制器。这是一种拟人“自组织”功能的控制器，它能根据控制目标要求以及有关对象特性和环境条件的信息，利用所需的控制软件、控制元件、部件和连接工具，自动组成合乎要求的控制器。(5)自修复智能控制器这是一种拟人“自修复”功能的控制器，它能自动诊断和排除控制系统故障，维持系统正常工作状态。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.2DCS过程控制级(6)自锁定智能控制器这是一种拟人“自锁定”功能的控制器，它能在环境条件和对象特性不确知、不确定，缺乏完备的信息的情况下，自动寻求、保持控制系统的稳定性。(7)自协调智能控制器这是一种拟人“自协调”功能的控制器，它能自行协调大系统中各子系统的工作，在各子系统稳定和优化的基础上，自动实现大系统的稳定和优化。(8)自繁殖智能控制器这是一种拟人“自繁殖”功能的控制器，它能根据系统的目的要求或环境条件变化的需要，自动复制或生成类似的或新的控制器。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.2DCS过程控制级2.可编程控制器主要用于顺序控制可编程控制器正面布置图—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.3现场控制站的结构一、现场控制站的构成现场控制站位于系统的最底层，用于实现各种现场物理信号的输入和处理，实现各种实时控制的运算和输出等功能。现场控制站由功能组件、现场电源、各种端子接线板、机柜及相应机械结构组成。其中核心部分是功能组件。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.3现场控制站的结构1—SNET接口1，2—主控模板，3—SNET接口24—故障灯，5—运行灯，6—通信灯，7—手动复位开关8—I/O组件机架，9—I/O模板，10—通道指示灯11—CRT接口，12—RS-232C接口，13—电源开关14—系统电源模块，15—电源指示灯—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.3现场控制站的结构主控模块包括一块CPU板和一块SNET系统网络接口板，两者通过PC104总线连接。各I/O模板包括I/O功能板和相应的信号调理板，两者通过总线底板连接。插件箱中每个模板处有两个插槽，其中左边为主插槽，插入CPU板或I/O功能板，右边为副插槽，插入I/O调理板。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.3现场控制站的结构主控组件的配置方法如下：0号槽只能插入系统电源模块；第1、2号槽均可插入主控模板，构成双冗余主控结构。在非冗余主控结构中，2号插槽中可插入I/O模板；第3～7号插槽插入各种类型的智能I/O模板，其中任意两个相邻插槽可插入同种I/O模板，构成冗余I/O结构。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.3现场控制站的结构一个现场控制站可以不配置辅助组件，也可以扩充配置1～2个辅助组件作为主控组件的I/O扩展。辅助组件的配置方法如下：0号插槽内只能插入系统电源模块；第1～7号插槽插入各种类型的智能I/O模板，其中任意两个相邻插槽可插入同种I/O模板，构成冗余I/O结构。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—3.3现场控制站的结构端子板起一个信号转接的作用，端子板有HS2T30和HS2T31两种。HS2T30可与多种信号调理板连接，并带一个热电偶冷端补偿电路。HS2T31是为数字I/O调理板配套设计的端子板。现场电源由现场电源模块和电源插件箱构成。—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—1—指示灯2—空气开关3—机柜4—系统电源模块5—主控模块6—冗余主控模块或I/O模板7—系统电源模块8—I/O模板9—端子板10—汇流条11—端子板12—辅助组件13—主控组件14—现场电源单元15—电源控制箱16—风机单元—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系太原工业学院自动化系—集散控制系统—1—风机单元2—机柜3—端子板4—汇流条5—端子板6—M4柱头螺钉7—电源控制箱—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程