DCS系统基础教程

DCS基础知识自动化英买作业区培训教材刘海林一、DCS基础知识1、什么是DCS？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。2、DCS有什么特点？DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。3、DCS的结构是怎样的？DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。4、DCS的控制程序是由谁执行的？DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。5、过程控制站的组成如何?DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成6、I/O是什么？控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。7、什么是I/O单元？通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。8、I/O单元和CPU单元是如何连接的？I/O单元与CPU是通过现场总线连接的。9、什么是现场总线？现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络，它不仅包含有过程控制信息交换，而且还包含设备管理信息的交流。通过现场总线，各种智能设备（智能变送器、调节法、分析仪和分布式I/O单元）可以方便地进行数据交换，过程控制策略可以完全在现场设备层次上实现。目前，使用较多的现场总线主要是FUNDATIONfieldbus基金会现场总线（FF总线）和PROFIBUS现场总线。应用现场总线技术可以将各种分布在控制现场的相关智能设备和I/O单元方便的连接在一起，构成控制系统，这种结构已经成为DCS发展的趋势。10、表述网络传输速度的单位是什么？表述网络传输速度一般以波特率（Bps）为单位，其含义是每秒钟传输的二进制数的位数。不同的网络一般波特率不同，相同的网络采用不同的网络电缆也可以达到不同的特率。例如：PROFIBUS现场总线在以双绞线作为网络电缆时通讯速度为1.5KBps，采用光缆时可以12MBps。采用普通双绞线的以太网传输速度为10MBps，采用光缆时可以达到100MBps。另外，传输距离的长短会影响传输速度，一般来说，距离越长，速度越慢。11、什么是组态？通过专用的软件定义系统的过程就是组态（configuration）。定义过程站各模块的排列位置和类型的过程叫过程站硬件组态；定义过程站控制策略和控制程序的过程叫控制策略组态；定义操作员站监控程序的过程叫操作员站组态；定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。12、什么是模拟量和数字量？模拟量是指连续变化的信号（如4~20mA,0~5v）；数字量是只有开关状态的信号。13、I/O信号是如何分类的？常用的I/O信号一般分为：AI、AO、DI和DO。AI--模拟量输入信号AO--模拟量输出信号DI--数字量输入信号DO--数字量输出信号14、什么是DCS的开放性？DCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接，并获取其信息的性能。这种连接主要是通过网络实现的，采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS开放性的保障。我公司目前采用的DCS系统有很好的开放性。15、什么是系统冗余？在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。在极端情况下，一些系统会考虑全系统冗余，即还包括I/O冗余。二、EPKS系统介绍1.操作员站安装1.1环境要求◆操作系统：WINDOWS2000Professional(英文)+SERVICEPACK3或更高。◆应用软件：IE6.0或更高；◆屏幕分辨率：不小于1280*1024；24位或32位真彩色◆C盘空间不少于10G的硬盘空间。◆建立一个名为ps_user的用户,并且让此用户具有管理员权限2、ExperionPKS系统主要特点融合控制技术,通讯技术，计算机,现场总线，数字视频等最新技术强大的在线能力，包括在线扩展，维护及组态。简化使用。预制好300多幅标准画面，这些画面包括诊断、系统状态、汇总和点的细目画面等等易于学习，操作员界面直观，简单大量的丰富的可组态的功能，如配方管理、区域设定、算法等等安全，可靠，开放，适合各种规模。3、功能强大，安全可靠的控制器-C200可同时实现:连续回路控制,逻辑连锁控制,和顺序控制两种运行环境：50毫秒CEE:50ms,100ms,200ms,500ms,1s,2s5毫秒CEE:5ms,10ms,20ms,50ms,100ms,200ms每个控制回路可分别运行不同的周期使用单一的工程师工具，用于组态和维护全冗余结构。控制器冗余，使用各自独立底板，保证最大的安全性特有的冗余模件，自动同步，故障可实现无缝隙切换冗余电源系统，对控制器及I/O安全供电冗余网络，实现服务器，控制器，及I/O的通信在线维护，扩展；在线对特定控制策略修改1)控制器(CPM)2)冗余模件3)I/O连接模件4)现场总线接口模件5)控制网接口模件6)冗余电缆132456ControlNetC200处理能力使用基于RISC的高性能CPU-PowerPC603E可支持多达超过相当于500个以上的PID调节回路适合各种规模控制:每个服务器最多可支持10个冗余或非冗余控制器每个控制器最多可支持64对I/O卡件控制网络可选：控制网络(ControlNet):全冗余，确定性的网络。使用光纤可达10kM。以太网络：商用普通网络。C200混合控制环境每个控制器均可同时进行:连续功能块调节、计算、补偿功能块全面的算法集合用户可写的PV表达式逻辑功能块布尔、选择、比较功能块支持丰富的IEC1131逻辑功能块设备模板用于显示、连锁、维护及报警顺序功能块SFC类型的条件/动作的处理强大的异常/失败的处理和恢复内置的批量设备和相位逻辑内置的配方处理用于单个装置内的通讯完全与TotalPlantBatch集成，与S88.01标准兼容1)控制器(CPM)2)冗余模件3)I/O连接模件4)现场总线接口模件5)控制网接口模件6)冗余电缆13245ControlNet冗余I/O智能变送器接口卡全球已有8百万个通道在使用中每个C200可接多达64对冗余卡•HLAI•STIMV•DISOE•LLMUX•AO16•DI24V•DO32I/OLink经过多年现场考验冗余PMI/OPMI/O特点所有输入/输出卡板均为智能型数据采集与输出处理均在前端完成丰富的在线诊断信息卡件面板LED显示设备状态可选1:1冗余配置,自动切换均可带电插拔可远程安装(冗余光纤连接,可达8公里)通用数字量IOP,减少系统备件(24Vdc,120Vac,240VacDI/DO等)表层密封套装--额外的防腐蚀保护ExperionPKS服务器提供全局数据库功能长期历史数据报警，事件，和提示信息等的管理。支持操作站及工程师功能提供与大量的其它设备集成能力TPS/TDC和OPC故障安全控制器FSC(Fail-SafeController)各类可编程控制器PLCs,回路控制器和其它设备支持冗余配置ExperionPKS服务器数据库真正的单一全局数据库!过程数据只创建一次即可，仅在组态C200控制器数据时.用单一数据库，为所有客户提供服务:所有控制器操作站—无需复制数据库!各类应用历史数据及归档C200控制器中的报警，事件，和信息，组态在控制器内部。这样当这些信息出现时可以尽快得到处理。只有所用到数据和异常数据，才被传递。这样极大降低了—控制器,网络,和服务器的负荷.ExperionPKS服务器特点可以使用标准的，开放的硬件。降低硬件及备件成本。加快硬件更新速度内含历史数据库，提供长期的数据存储高级报警管理支持基于服务器和画面的微软脚本Basic语言-VBScript通过Honeywell的专有DSA(DistributedServerArchitecture)技术，可以将多个服务器，完全无缝地集成在一起。构成基于广域网的控制系统。操作站-特点高解析度的图形提供300多幅制作好的系统标准画面组，趋势，报警过程画面等。系统状态，维护，诊断画面等提供细目画面显示用于访问所有数据的最直接方式面对操作工使用照片位图作为显示背景集成实时视频可组态的报警声音嵌入的趋势标准的动态指示如液位填充、组合框等通过VB编写的高级动画AlarmConfigurationExample报警优先级紧急,高报,低报,事件杂志相关报警信息报警画面的调用报警类型高级控制报警趋势与历史数据通过广泛的数据采集及长期的生产历史来支持回路整定1秒或5秒、1分钟、1小时和1天的瞬时值6分钟、1小时、8小时和1天的平均值对任何参数采集历史(如PV,SP,PVHIHI)在线自动归档将数据直接存储到硬盘或通过网络存储到其它介质(如ZIP,JAZZ,Optical,etc.)历史数据可以无限存储MultiplotTrendExample选择放大区显示选择趋势类型通过标题调用趋势在线组态变量趋势工具条图表MultiplotTrendExample游标指示数完整报表功能在线组态各种类型报表报警/事件和操作跟踪通过分类和推断得出的异常停车报告只有格式报表(具有数字运算&读写能力)可与MicrosoftExcel集成报表周期，时件驱动或请求报表打印可输出到屏幕，打印机，文件或其他计算机在任何操作站多可以对报表进行操作安全性管理针对不同的使用权限制，提供多层次的密码保护区域隔离，提供“虚拟的工厂视窗”控制权限可以根据操作工的水平与经验，不断改变安全，可靠的系统管理员功能安全级别每一操作站(操作站安全)或操作工(操作员安全)都被指定一个特定的安全级别通过密码，可以增加/减少操作站的安全级别.操作站的缺省级别为操作员(OPER)每一点参数都有相应的安全级别.设定值(SP)的级别为OPER级别。连锁超驰参数可能是MNGR级别。安全级别有六个:LVL1只看LVL2报警确认OPER操作员SUPV工段长ENGR工程师MNGR管理员