和利时DCS系统结构

M5A01课程1-系统概述及结构1系统概述及结构HOLLiAS-MACSⅤ系统培训教程系列之基础应用培训课程(M5A01)1返回M5A01课程1-系统概述及结构2自动控制的相关信息DCS的概念DCS的现状与发展趋势HOLLiAS-MACS系统的组成结构HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构HOLLiAS-MACS系统的软件体系结构思考与练习系统概述及组成结构部分重点内容返回M5A01课程1-系统概述及结构31.自动控制的相关信息1、自动控制的概念自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象(如：机器、设备或生产过程)的某一物理量(或工作状态)自动地按照预定的规律运行(或变化)。我们在生产设备上配置一些自动化装置，代替人的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行。这种在无人直接参与的情况下，由自动化仪表和装置来控制生产过程的办法就称为过程自动化。如：化工过程反应塔的控制，水箱的水位控制等。2、实现自动控制的意义(1)生产过程自动化是科技发展的必然趋势，是工业生产技术的一场革命。(2)生产过程自动化彻底改变了原始落后的生产状态，可以代替人的重复性劳动，摆脱繁重、脏乱的环境，保障设备及人身安全，减轻劳动强度，改善劳动条件。(3)生产过程自动化能够提高产品的质量和产量，使能源合理的使用和分配，降低能源消耗，延长设备使用寿命，从而获得最好的经济效益。返回M5A01课程1-系统概述及结构43、生产过程自动化的组成(1)自动检测：对反映生产过程运行状态的物理量、化学量以及表征设备工作状况的参数自动地检查、测量和监视。(2)自动调节：为了保证设备安全经济运行，必须要求某些表征设备正常工作的物理量始终维持在某一规定值或预定范围内、按预定的规律来变化，但生产过程中经常受到各种外界或内部因素的干扰，使被调量发生偏离规定值的倾向时，就需要进行相应的调节，使之保持或恢复到规定的范围内，保证生产过程的稳定。自动调节就是依靠自动调节设备来实现这种调节作用的，所以自动调节设备必须具备检测、定值、运算、执行等功能。(3)自动保护：设备发生异常，导致工艺参数超过允许范围，甚至发生事故时，为确保生产的安全，保证产品的质量，需要对某些关键性参数设置信号、联锁装置，事故发生前，信号系统能发出声、光信号，提醒操作人员采取措施。若工矿已近危险状态时，联锁系统采取紧急措施，以防事故发生或进一步扩大，或保证设备不受损坏，是一种安全装置。(4)自动操作(包括远方控制、程序控制或顺序控制)：根据预先规定的程序或条件自动地对生产设备进行某种周期性操作，把操作人员从重复性劳动中解放出来。1.自动控制的相关信息返回M5A01课程1-系统概述及结构54、人工控制和自动控制人工控制：在人的直接参与下，使被控量等于给定值。特点：反应不及时，可以处理复杂问题。自动控制：在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵受控对象，使被控量等于给定值特点：反应快，按设定的程序控制，必须有模型(或算法)例如：水箱水位的控制人工控制人在完成水箱水位的控制任务所经历的过程眼睛→观察大脑→分析决策、预期目标手→调节阀→执行水箱→受控对象自动控制控制装置在完成水箱水位的控制任务所经历的过程测量变送单元→观察调节器→分析决策、给定值调节器给出的指令→调节阀→执行水箱→受控对象1.自动控制的相关信息返回M5A01课程1-系统概述及结构62.DCS的概念DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统(DistributedControlSystem)。它的主要基础是4C技术，即:计算机－Computer控制－Control通信－CommunicationCRT显示技术。DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。返回DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业。返回M5A01课程1-系统概述及结构7DCS概念图DCS俗称为“工业大脑”。返回M5A01课程1-系统概述及结构8下图以一个水位信号调节的例子简单地说明DCS系统在实际生产中的应用过程：被控对象(过程):工艺生产设备(如反应釜，换热器，汽包、水箱等)，从传感器(测量变送单元)到执行器之间。被控量：表征被控对象工作状态的物理量，如液位，温度，压力等。测量变送:对被控量进行测量(转换成标准信号)的装置。调节器：把测定值和设定值进行比较的装置。执行器(调节阀):把调节器的指令成比例地转换为直线或角位移地装置。调节器执行器被控对象测量变送测定值/过程值设定值水箱调节阀PID调节器变送器2.DCS的概念返回M5A01课程1-系统概述及结构9过程对象数据转换、控制运算、传送数据和诊断结果到上层网络控制指令输出单元输入信号采集单元人机界面监视/控制操作DCS系统现场过程对象主控单元IO输出模块IO输入模块操作员站以太网连接DCS系统现场现场总线连接仪表/变送器阀门/执行机构阀门/执行机构仪表/变送器我们可以把上述过程引申如下：2.DCS的概念返回M5A01课程1-系统概述及结构103.DCS系统的现状与发展趋势经历了二十几年的发展，DCS有了很大的变化。这种变化来自两方面的动力：用户需求的不断提高和电子与信息技术的快速发展。用户的需求已经不再满足于应用DCS代替常规的仪表控制和简单的数据检测，同时随着电子与信息技术的进步使得DCS应用的构成元件(电子元器件、处理器、软件、网络等)性能大大提高且价格大幅度下降，特别是各种板级OEM部件和HMI软件的发展进一步简化了DCS的开发难度并降低了开发成本。目前，一套使用户满意的DCS系统应该具备以下特点：1.系统具备开放的体系结构，可以提供多层的开放数据接口；2.系统应具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；3.系统应支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要；4.系统应高可靠、维修方便、工艺先进、价格合理。返回返回M5A01课程1-系统概述及结构114.HOLLiAS—MACS系统的组成结构1.HOLLiAS—MACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统(DCS)、大型数据采集监控系统(SCADA)功能。2.HOLLiAS—MACS系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站(包括主控单元设备和I/O单元设备)、通讯控制站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成。3.HOLLiAS—MACS系统软件包括：工程师站组态软件；操作员站在线软件；现场控制器运行软件；服务器软件等。返回返回M5A01课程1-系统概述及结构125.HOLLiAS—MACS系统的硬件体系结构和利时公司在成功地开发并应用了HS-DCS-1000系统和HS2000系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今最先进的技术，采用成熟的先进控制算法，推出了公司的第四代DCS系统HOLLiAS—MACS系统。SDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDSD系统网-冗余以太网监控网-冗余以太网通讯站操作员站现场控制站厂级管理网打印机现场控制站工程师站操作员站Profibus-DP控制网服务器返回返回M5A01课程1-系统概述及结构131.是系统结构中的一个组成环节2.是物理上的一套独立设备3.是网络中的一个通信节点4.在系统功能中完成某一类特定的处理任务HOLLiAS—MACS系统中“站”的概念SDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDSD系统网-冗余以太网监控网-冗余以太网通讯站操作员站现场控制站厂级管理网打印机现场控制站工程师站操作员站Profibus-DP控制网服务器5.HOLLiAS—MACS系统的硬件体系结构-“站”的概念返回M5A01课程1-系统概述及结构14SDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDSD系统网-冗余以太网监控网-冗余以太网通讯站操作员站现场控制站厂级管理网打印机现场控制站工程师站操作员站Profibus-DP控制网服务器5.HOLLiAS—MACS系统的硬件体系结构-“站”的概念HOLLiAS—MACS系统中的“站”包括1.工程师站2.操作员站(站号为50～79)3.通讯站4.服务器(站号为0)5.现场控制站(站号为10～49)为方便系统各站的识别，对各站进行了站号的编制，如上。返回M5A01课程1-系统概述及结构15SDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDSD系统网-冗余以太网监控网-冗余以太网通讯站操作员站现场控制站厂级管理网打印机现场控制站工程师站操作员站Profibus-DP控制网服务器5.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-工程师站的功能HOLLiAS—MACS系统中各“站”的功能工程师站1.组态：是为实现系统对生产过程自动控制的目的，使用软件完成工程中某一具体任务的过程。组态工作包括：设备组态、数据库组态、控制算法组态、图形组态、报表组态。2.下装：是将通过组态完成的工程文件下传到系统各站的过程。下装包括：下装到服务器、下装到操作员站、下装到现场控制站返回M5A01课程1-系统概述及结构16SDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDSD系统网-冗余以太网监控网-冗余以太网通讯站操作员站现场控制站厂级管理网打印机现场控制站工程师站操作员站Profibus-DP控制网服务器5.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-操作员站的功能HOLLiAS—MACS系统中各“站”的功能操作员站1.流程图显示及工艺生产监控功能2.报警监视3.趋势分析4.报表及日志返回M5A01课程1-系统概述及结构17SDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDSD系统网-冗余以太网监控网-冗余以太网通讯站操作员站现场控制站厂级管理网打印机现场控制站工程师站操作员站Profibus-DP控制网服务器5.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-通讯站的功能HOLLiAS—MACS系统中各“站”的功能通讯站1.和其它设备通讯返回M5A01课程1-系统概述及结构18SDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDProfessionalWorkstation6000PROSDSD系统网-冗余以太网监控网-冗余以太网通讯站操作员站现场控制站厂级管理网打印机现场控制站工程师站操作员站Pro