DCS培训讲义

路漫漫其修远兮,吾将上下而求索2021年1月25日星期一DCS培训讲义路漫漫其修远兮,吾将上下而求索集散控制系统的定义1995年国际标准化组织（ISO）为DCS系统作了如下定义：DCS系统是一类满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化角度出发，按功能分散、管理集中的原则构思，具有高可靠性指标，将微处理机技术、数字通讯技术、人机接口技术、I/O接口技术相结合，用于数据采集、过程控制和生产管理的综合控制系统。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS的产生50年代前，过程控制主要使用气动仪表50年代后期，出现电动单元组合仪表一次表留在现场的变送器和执行机构二次表集中在中控室的调节与显示表60年代，开始使用直接数字控制（DDC），由一台过程控制计算机对数百个回路进行控制，在带来很多优点的同时，出现了“危险集中”。70年代中期，出现集散系统。操作更方便，集中管理，功能分散、任务分散的同时，危险也分散路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS发展历程（一）1975年至1980年，初创期，代表产品有HoneywellTDC2000横河电机CENTUMFoxboroSPECTRUM技术特征：带显示器的操作站与过程控制单元分离，实现了集中操作、分散控制在硬件制造和软件设计上采用了冗余技术引入了网络通信技术，以数据传输通道连接各组成部分，实现了系统内的资源共享路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS发展历程（二）1980年至1985年，成熟期，代表产品有HoneywellTDC3000（LCN）横河电机CENTUM-A，-B，-DRosemountRS3技术特征：引入了局域网技术，通信范围扩大，数据传送速率大大提高，但各厂家网络通信机制各不相同。主要采用16位CPU，控制功能增强。操作站开始兼有简单的管理功能采用上位机以完成一些复杂运算和较强的管理功能路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS发展历程（三）1985年以后，扩展期，代表产品有FoxboroI/A-SHoneywellTDC3000X，TPS横河电机CENTUM-XL，-uXL，-CSFisher-RosemountDelta-V技术特征：系统开始走向开放，不同制造厂的产品可以相互连接、相互通信和进行数据交换。普遍采用32位CPU，控制功能更加强大，标准算法中开始包括自适应、自整定的复杂控制算法，先进控制技术与过程优化技术得到推广应用。采用高分辨率显示器、触摸屏、鼠标器以及窗口技术，人机界面更加友好，操作更简单；路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS发展历程（四）全数字化、双向、串行的多站通讯网络现场总线（Fieldbus）控制系统技术特征：现场与中控室采用数字通信，取代4～20mA模拟信号通信，实现双向通通讯数字通信信号传送误差小，传送精度高。开放性、互操作性/互换性增强控制功能完全下放到现场，实现完全分散控制硬件和软件尚待研究和开发。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS如何构成DCS系统硬件软件操作管理系统、过程控制站、通信系统诊断程序应用程序组态程序标准画面等系统软件用户软件组态结果运行数据过程历史数据路漫漫其修远兮,吾将上下而求索操作管理系统负责操作、管理的设备：操作站、上位机、通讯站、打印机等。操作站（工程师站）是DCS的人-机接口，它有丰富的外设和友好的人-机界面。操作站功能：操作员功能、工程师功能、通讯功能和高级语言编程功能等。操作站组成：计算机主机、显示器、键盘（专用或PC标准键盘）、网卡、打印机等组成。第四代DCS操作站普遍采用PC机来取代专用的操作站，操作系统采用Windows系统。鼠标或触屏操作路漫漫其修远兮,吾将上下而求索过程控制站控制站是DCS的核心部分，集多种计算机技术于一体的计算机，实现对过程的控制。功能：常规控制（PID）、逻辑、顺控和批量控制及通讯功能。控制站通过采集现场信号和通过操作站发出的指令进行各种运算，并将计算结果送到现场进行控制。组成：电源、CPU卡、通讯卡和各种信号输入/输出卡（即I/O卡）及其端子板、连接电缆等组成。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索通讯总线作用：实现各个设备的数据交换，它将控制站、操作站等DCS的计算机设备连接成一个完整的系统。组成：局域网通信总线、控制通信总线、远程I/O总线等。通信介质：同轴电缆（50欧姆、75欧姆）、光纤或双绞线。通信网络结构：总线型、环型、树型和星型，如Honeywell和Yokogawa的DCS采用总线型。通讯协议：IEEE802通讯协议（IEEE802.2、IEEE802.4）DCS以令牌传输方式按设备地址进行巡回通讯。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS的特点DCS系统都是由操作管理系统、过程控制站、数据通信总线等构成。DCS系统都采用分级递阶分布式结构，控制、危险分散，操作、管理集中。集散系统的处理器、内部总线、电源、控制用输入/输出卡件等采用冗余配置，从根本上提高了系统长期连续运行的能力和抗故障能力。系统的硬件和软件均具备自诊断功能和自修正功能。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS组态由系统软件生成用户软件的过程叫做“组态”在线组态:整个系统硬件已构建完成，操作站、控制站及各节点间的通讯都能正常工作。离线组态：系统未构建好，在脱离系统的PC机上进行的组态。DCS组态内容：系统组织结构组态：整个项目有多少台操作站、控制站，及各站的地址，控制站有哪些卡件组成等等控制策略组态：建点，建立点的连接流程图绘制数据库组态：历史组、控制组等路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS的下装下装（Download)：组态工作完成后，将组态内容写进设备，以更新相应设备的内存数据，使组态内容起作用需执行下装操作。在线下装:在处理器运行时进行的下装，用户软件的修改可在线下装。离线下装：在处理器停止运行时才能进行的下装，项目初始下装、增减系统硬设备等需离线下装。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS报警功能（1）系统报警：由于DCS本身的故障产生的报警，控制系统卡件故障、通讯错误等报警。不需组态，有标准的故障代码、故障提示符。过程报警：工艺参数越限报警。如PV高、高高、低、低低报警、偏差报警、变化率等的报警。需专门定义。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS报警功能（2）报警级别：LOW、HIGH、EMERGENCY、JOUNAL、NOACTION报警死区:通过工程单位量程的百分数的调整使报警恢复正常，防止频繁的报警循环。某温度点的测量范围是0～200℃,它的PVHITP=150,超过150℃就报警。若PVALDB=1%,则正常值只有回到148℃才会消除报警。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS历史趋势历史趋势：系统采集的过程点的历史数据，用于故障的查找和分析判断，DCS系统中多根据需要保存模拟量过程点的PV、SP、OP值。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS历史趋势（1）HONEYWELL历史趋势：由工程师组态历史组（趋势组）后生成，保存于历史模件(HM)中。HONEYWELL历史组个数按单元在NCF组态时已分配好，如各历史组已用完，只有在HM容量充足的情况下，重新修改NCF组态。一个历史组20个点。保存于HM中，根据HM容量、采集时间的长短保存的时间有限。。分类：（1）实时趋势：1分钟和2分钟趋势，（2）历史趋势：20分钟以上的数据一定是来自HM。5分钟、10分钟、20分钟该点的数据可以来自HM，也可以来自RT当在线修改历史组时最好将HM的历史采集停止后在下装，否则可能引起HM出错甚至损坏。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS历史趋势（2）CS3000历史趋势：保存于操作站硬盘，由工程师组态，操作员可调整趋势窗口中各趋势组的点的分配。一台HIS最多可组态20个本地站趋势块，30个其它站趋势块，一个趋势块含16个组，一个组8个点。类型：（1）趋势画面：根据设置的采集周期不同而时间长短不同，（2）长趋势：当操作站安装有长趋势软件包时，可组态长趋势，在设置的保存时间（月、年）内，按星期打包，可根据日期查看。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS控制组HONEYWELL控制组:(1)工程师组态控制组：保存于HM（HONEYWELL)或操作站硬盘(CS3000)。(2)操作员组态的临时控制组，在变更区域或重新启机后会消失。（3）一个控制组有8个点参数。CS3000控制组:可有工程师站组态后下装的操作站，也可在操作站进行组态定义，保存在操作站硬盘上。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS过程点过程点是控制系统组态中的最小单元，其主要因素包括点位号ID、参数、功能点类型：硬点:来自现场或送到现场去的有硬接线的点,包括:AI(模拟量输入点)、AO（模拟量输出点）、DI（开关量输入点）、DO（开关量输出点）、PI(脉冲量输入点）等软点：在DCS中连接输入/输出以实现某种控制功能的中间点,包括:RPV（常规PV处理点）、RC（常规控制点）、DC（数字组合点）、Logic（逻辑点）、Array（数组点）、PM（CL程序点）、FLAG（标志量寄存器点）、Numeric（数值寄存器点）、Timer（定时器点）路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS回路一组点及点之间的信号联系构成回路。显示回路：只进行现场信号的显示，不进行控制，只有输入点及软点，无输出点，如温度、压力等工艺参数的显示，调节阀、泵、电机运行状态的显示。控制回路：（1）模拟控制回路：即能进行现场信号的显示又能进行参数控制调节，是由输入点、中间软点、输出点构成，通过定义点的输入、输出连接参数来形成信号连接回路，（2）联锁控制回路：现场设备的启、停，阀的开、关等由数字量控制的回路，多由逻辑执行控制。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS回路构成图FTAAIPT100+1212现场变送器现场接线箱机柜间端子排输入端子板FIC101FTAAOPV100+–3434现场调节阀现场接线箱机柜间端子排控制点模拟输出卡输出端子板模拟输入卡–HPMMHPMM控制器HPMMHPMM控制器PT100PIC100PV100FTA电缆I/OLINK电缆I/OLINK电缆FTA电缆路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS信号的转换(1)模拟输入(AI)信号:温度(T)、压力(P)、流量(F)、物位(L)等工艺参数经变送器转换成4～20mADC信号接入DCS系统卡件后，转换成1～5VDC的系统内部信号，根据设置的表（点）的测量范围，控制器再将1～5VDC信号转换成相应的工程量数值进行显示。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS信号的转换(2)模拟输出(AO)信号:0-100%的控制信号（OP)对应1～5VDC的系统内部信号，控制器将1～5VDC信号转换成4～20mADC信号后送往现场,控制调节阀的开度、变频电机的转速等。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS信号的转换(3)开关量输入(DI)信号:现场来开关量信号接入DCS系统卡件后，当开关量信号发生状态改变，由断开到闭合时，使得卡件内的电路接通，控制器检测到电路接通后将对应该回路的点置为ON(1),反之则置为OFF(0)，用于报警、联锁或状态显示。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS信号的转换（4）开关量输出(DO)信号:控制器发出的开关量控制信号发生状态改变，由OFF到ON时，使DCS系统卡件内的电路接通，使得外回路接通（有的卡件直接相外回路供24VDC信号，有的卡件只给出一干触点信号），实现泵、电机的启动和阀的打开，反之则使外回路断开实现泵、电机的停止和阀的关闭。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS实现无扰动切换的方法实现无扰动切换的方法设置PV跟踪：在MAN方式下时，SP自动地跟踪等于PV，没有任何的偏差。根据实际需要组态控制器是否需要PV跟踪功能。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索DCS实现无扰动切换的方法初始化功能：当组态控制器把它的输出推给它的输出点，而输出点又不能接受该