DCS系统原理及应用情况

DCS控制系统原理及应用概述分散控制系统DCS(DistributedControlSystem)通过操作站对整个工艺过程进行集中监视、操作、管理。通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制。一、ＤＣＳ系统基本构成工程师站现场控制站操作站控制网络上位计算机１）操作站：用于对工艺过程的集中监视、操作和管理。２）现场控制站：通过与现场的仪表连接，实现对现场仪表的控制功能３）工程站：用于组态和维护4）控制网络：用于连接系统内各部件的实时控制网。二、ＤＣＳ系统的特点１、控制功能多样化：控制站控制功能强大，内部有完善的控制功能模块，可根据控制对象的不同的要求实现许多复杂的控制、顺序控制和联锁保护。２、操作简便：ＤＣＳ系统的操作功能强大，给提供操作人员了许多便利的操作功能，操作人员通过操作画面方便完成各种操作功能。３、系统便于扩展：ＤＣＳ系统设计结构便于增加卡件、增加机架、增加操作站和增加控制站，便于装置的扩能改造。４、维护方便：ＤＣＳ系统设计按照标准设计、硬件模块化、系统配备自诊断软件，方便检测系统故障。５、可靠性高：硬件制造水平高，冗余措施、自诊断技术强。６、便于其他系统连接：配备了完善的通讯接口，方便与其他控制系统通讯，和上位生产工具管理连接。三、DCS系统在我厂的应用按生产厂商（日本横河、美国霍尼韦尔、浙江中控、和利时）１、日本横河CENTUM-CS（催化）CENTUM-CS1000(氮氧站）CENTUM-CS3000（联合、重整加氢、1#焦化、1#加氢制氢、排水、75吨锅炉、２＃航煤罐区）２、美国霍尼韦尔:TDC-3000（30万吨气分、10万吨聚丙烯）TPS（烷基化、MTBE、10万吨气分）３、浙江中控JX-300(溶剂油）ECS-100（2#常压、2#焦化、3#加氢、2#硫磺）ECS-700（1#常压）４、国产和利时HS-2000（新球罐）SM（一、四循）联合CENTUM-CS3000配置图EWSHIS163ICS162ICS161ICS160ICS159ICS158FCS101FCS102V-NETE-NET横河ＤＣＳ系统典型的系统结构FCS10３烷基化-１＃气分TPS-TDC3000系统配置图GUS1HPM1HPM2UCNEWSGUS2GUS3GUS4GUS5NIMHMNIMUSAPMLCNUCNLCN霍尼韦尔ＤＣＳ系统典型的系统结构横河ＤＣＳ系统控制站横河ＤＣＳ系统的内部结构ERbusESBbusvvVnetFCUFCUPLC其它控制系统48EWS01.6464PRT01.5959HISHUBEthernetRemoteNodeFIOFIOLocalNode横河ＤＣＳ系统控制站控制单结构图供电单元RIOBUS接口卡/ESBBUS接口卡CPU卡Vnet连接单元电源单元电源单元RIOBUS接口单元/ESBBUS接口单元电源分配板外部接口单元供电端子风扇单元横河ＤＣＳ系统操作站的操作键盘PlantInformationNetworkGUS人机界面HM历史数据服务PHD工厂数据库系统HPM高性能过程控制器远程I/ONIM实时数据服务Engineertools工厂应用平台APP/AM应用过程平台LCNUCN10HoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellFSC故障安全控制器UCN1霍尼韦尔ＤＣＳ系统典型结构HPMGUS操作站GUS操作站GUS工程师站HM冗余NIM冗余LCNE冗余LCNE冗余LCNE光缆LCN电缆UCN主干电缆UCN分支电缆LCN电缆中央控制室现场机柜间OPC服务器霍尼韦尔ＤＣＳ系统集中控制结构霍尼韦尔ＤＣＳ系统典型操作站霍尼韦尔ＤＣＳ系统控制器结构图控制处理器•调节控制•离散逻辑控制•顺序控制•先进控制FieldTerminationAssembly智能输入/输出处理器卡板IOPFTAUCNI/OLink独立处理器Comm.68040I/OControl68040CommonBoard数据采集处理器电气调理和隔离现场接线通讯处理器Comm.68040I/OControl68040I/OIOPFTA…霍尼韦尔ＤＣＳ系统操作键盘浙江中控DCS系统结构图浙江中控DCS系统集中控制结构图浙江中控DCS系统机柜图浙江中控DCS系统控制单元图主CPUSCnetII通讯CPU输入输出缓冲区主CPU缓冲区缓冲区缓冲区SCnetII网络工作侧备用侧SCnetII通讯CPUSBUS-S2通讯CPUSBUS-S2通讯CPU四、DCS系统的功能介绍1、操作和监视功能通用功能、标准操作和监视功能、操作和监视支持功能、系统维护功能、控制状态显示功能、趋势功能。A、通用功能：1、操作屏幕方式:全屏方式、多窗口方式、10个窗口系统信息窗口：各种系统信息。2、窗口尺寸调整：50%、80%、100%。3、画面设置：动态窗口设置、弹出窗口设置。B、标准操作和监视功能1）总貌画面：全装置的总貌，通过它判断装置运行是否正常,过程总貌窗口：32个信息块/窗口2）流程图画面：静态设备、机泵、管线，动态变化、变色闪烁的工艺数据、棒图、可调出仪表面板，工艺操作的主要手段,2500个窗口/HIS，400数据/窗口，200色变/窗口，8个条件/色变。3）控制组画面：八个工艺相关联的仪表面板可单独操作，8个或16个仪表面板/窗口4）趋势画面：八个工艺参数趋势记录，系统规定了每个参数的总点数，记录的时间长短与采样时间间隔有关，通过它可调出点趋势图，用于工艺分析，8笔/窗口，800个窗口/HIS（50个趋势模块/HIS）5）调整画面：每个控制功能模块的详细调整，PID参数设定、上下限报警输出、输出限幅、1个回路/窗口，100000个窗口/HIS6）过程报警画面：100个点的报警一览表。18个报警/窗口，200个报警/HIS7)控制方案图窗口：显示控制方案图的数值和报警状态。一直显示系统状态显示帮助信息窗口过程报警窗口操作指导窗口控制窗口调整窗口趋势窗口流程图窗口过程报告历史报告左导航总帽窗口绑定窗口设定绑定窗口释放上层右导航大型尺寸中型尺寸循环窗口存储映像文件ToolBoxHELP＃SYS×？DCS系统窗口调用功能键DCS系统流程图DCS系统控制分组画面DCS系统调整画面DCS系统过程报警画面C、操作和监视支持功能1）过程报警功能：过程报警优先分（高、中、低、记录）报警方式（系统信息、闪烁、流程图闪烁、颜色变化、操作键盘、蜂鸣器、存入文件、打印）2）安全功能：操作员、班长、工程师级别。3）过程历史报告：记录DCS历史记录。4）报表功能：班报、日报、月报，定时打印、随时打印。D、系统维护功能1）系统状态画面：操作站、控制站、通讯网络状态汇总。2）系统报警画面：系统报警一览表、报警方式（系统信息、闪烁、流程图闪烁、颜色变化、操作键盘、蜂鸣器、存入文件、打印）。3）操作站状态画面：CPU、电源卡、通讯卡的状态。4）控制站状态画面：CPU、电源卡、通讯卡、通讯总线、I/O卡的状态。横河控制站FCS维护画面选中FCS后，双击鼠标或使用操作员键盘的光标和画面进入键，可以进入FCS维护画面，显示的内容有：FCS的类型、站号、版本号；FCS的CPU的状态、插件箱的类型、插卡的类型；前后机柜柜门的温度、风扇的状态等。在运行状态下，还可以在线下载IOM，启动/停止FCS的CPU，进行FCS的参数存储。操作站HIS维护画面操作站的维护画面主要有以下的几个内容：站的类型、打印机的指定、报警声音的定义、窗口显示的类型、报警、画面预设菜单、数据库等值化、32个一触式功能键、操作标记、长时趋势、外设记录等。通过改变一些参数，可以改变HIS的性能及更方便的进行操作。E、控制状态显示功能1）控制图：仪表内部控制图实际的状态，各功能块的参数。2）逻辑图：仪表逻辑控制图的运行状态，与或非、计时器、计数器等状态。3）顺控图：顺控表的条件、动作的状态。F）开放数据功能WINＸＰ操作系统、支持DDE、OPC方式与其它上位机通讯2、控制站控制功能A、标准控制功能连续控制：将系统内部强大的丰富的控制模块通过各种方式连接实现各种简单和复杂的控制回路，如串级，比值、前馈、选择等。顺序控制：开关、逻辑控制（顺控表、逻辑图）计算功能：工艺计算B、子系统通讯：RS-232/422/485与其他子系统连接、如PLC、分析仪表。C、批量控制：流水线生产。3、工程组态功能A、项目组态：操作站组态、控制站组态B、模拟测试：两种方式（脱开控制站、带控制站脱开现场仪表）模拟输入信号通过控制运算得出结果。C、组态文件打印。4、DCS的可靠性Ａ、冗余技术：CPU单元、电源单元、通讯总线单元、通讯总线、控制I/O卡均采用双重化。Ｂ、自检技术：DCS不断自检给出故障信息以便处理。RIO2比较器主存储器VNETI/FCPU1CPU2RIOI/FVNETI/FCPU1CPU2RIOI/F比较器主存储器Vnet1Vnet2左处理卡右处理卡RIO1横河CS-3000系统中FCS冗余结构五、PLC系统PLC（ProgrammableLogicController)可编程序控制器最早取代传统的继电器控制装置，实现逻辑计算、计时、计数和顺序控制，主要用于开关量控制，随着技术和需求的发展，PLC也可完成模拟量的控制。１、ＰＬＣ的特点１）应用灵活：ＰＬＣ为标准的积木式硬件结构，现场安装方便，各种控制功能通过软件编程完成。２）功能完善：ＰＬＣ系统开关量、模拟量均能控制，具备许多功能模块满足不同的控制要求。３）操作方便、维护简单：ＰＬＣ采用梯形图编程，易懂易学，编程和修改程序方便，硬件故障检查和处理方便。４）节点利用率高：节点在程序中的使用不受限制。５）安全可靠：硬件制造技术保证了可靠性。６）适用范围广：中、小规模系统，开关量处理方便、逻辑功能强、适应大量的顺序控制、逻辑控制。２、ＰＬＣ系统基本组成下位机上位机１上位机２1)下位机：执行PLC的控制程序，完成控制功能，一般采用专用的PLC厂商提供的专用的PLC程序，西门子PLC的STEP7，GE公司PLC的LM90-70,莫迪康PLC的CONCEPT。2)上位机：为人机界面，完成监视操作功能，一般采用工控软件如IUTCH、FIX、WINCC等，功能类似DCS的监视和控制功能。3)通讯网络：上位机和下位机的通讯采用各种方式，通用的、专用的，工控软件可支持各种厂商的PLC的通讯。、通讯网络３、我厂PLC系统的状况1)西门子PLCS7-300（老球罐、芳烃罐区、汽油罐区、供水净化池、火炬、排水污水回用、三污、聚二PK804、PK902、2#焦化高压水泵）S7-400（余热电站、原重油罐区、聚二EX801）2)GE公司PLCVersaMax（聚一二工段）GE90-70（联合气压机、焦化3#压缩机、10万吨聚丙烯ESD）GE90-30（加氢压缩机）GMR(联合1#主风机)3）TRICONTS3000（重整加氢K302、催化三机组、3#加氢循环氢压缩机）TRIDENT（2#焦化压缩机）4)莫迪康PLCQUANTUM系统（锅炉水处理）六、安全仪表系统1、安全仪表系统(SafetyInstrumentedSystem-SIS)概念:在生产装置的开车、停车阶段，运行扰动以及维护操作期间，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护。无论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及一些不可抗拒因素引发的危险，SIS系统都应立即作出正确反应并给出相应的逻辑信号，使生产装置安全联锁或停车，阻止危险的发生和事故的扩散，使危害减少到最小。仪表系统用于实现1个或多个安全仪表功能.安全仪表系统包括传感器（SENSOR）、逻辑运算器（Logicsolver)和最终执行元件(Finalelement）SIS系统应具备高的可靠性（Reliability)、可用性（Availability）和可维护性（Maintainab