dcs课件 第2章 DCS系统的体系结构.ppt

第2章DCS的体系结构2.1DCS的体系结构形成2.1.1中央计算机集中控制系统的形成2.1.2DCS分层体系结构的形成2.1.3DCS的分层体系结构集散控制系统的典型结构图2.2DCS分层结构中各层的功能现场级设备(一般位于被控生产过程设备的附近)是各类传感器、变送器和执行器。

生产过程中的各种物理量转换为电信号或数字信号(现场总线变送器)；或者将控制站的输出信号(4-20mA电信号或数字信号)转换成机械位移，带动执行机构，实现对生产过程的控制。现场级的信息传递有三种方式：
A、传统的4-20mA(或者其他类型的模拟量信号)模拟量传输方式；
B、现场总线的全数字量传输方式；
C、在4-20mA模拟量信号上，叠加上调制后的数字量信号的混合传输方式(HART协议的仪表)。随着现场总线技术的发展，网络技术延伸到现场，形成了基于现场总线的全数字智能装置，现场信息已经成为整个系统信息中不可缺少的一部分。
现场控制级就是通过现场总线实现对智能现场装置与控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信，达到真正的分散型数字控制系统。现场控制级的功能主要表现：
（1）采集现场过程数据，并对数据进行转换、控制和处理；
（2）直接通过智能现场装置输出过程操作命令；
（3）实现真正的分散控制，形成数字化控制系统；
（4）开放式互联网络，完成与控制级及过程操作管理级的数据通信，实现网络数据库共享，以及对智能现场装置的组态；
（5）对现场控制级的设备进行在线监测和诊断。
(1)进行过程数据采集：即对被控设备中的每个过程量和状态信息进行快速采集，使进行数字控制、开环控制、设备监测、状态报告的过程等获得所需要的输入的信息。

(2)进行直接数字的过程控制：根据控制组态数据库、控制算法模块来实施实时的过程量(如开关量、模拟量等)的控制。
(3)进行设备监测和系统的测试、诊断：把过程变量和状态信息取出后，分析是否可以接受以及是否可以允许向高层传输。进一步确定是否对被控装置实施调节；并根据状态信息判断计算机系统硬件和控制板件的性能(功能)，在必要时实施报警、错误或诊断报告等措施。

(4)实施安全性、冗余化方面的措施：一旦发现计算机系统硬件或控制板有故障，就立即实施备用件的切换，保证整个系统安全运行。
2.2.2过程管理级2.2.3生产管理级
1）具有能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统；
（2）能够对大量数据进行高速处理与存储；
（3）具有能够连续运行可冗余的高可靠性系统；
（4）能够长期保存生产数据，并具有优良的、高性能的、方便的人机接口；
（5）丰富的数据库管理软件、过程数据收集软件、人机接口软件以及生产管理系统生成等工具软件，实现整个工厂的网络化和计算机的集成化。
图2.6集散控制系统体系结构的各层功能2.3DCS的构成与联系2.3.1DCS的基本构成集散控制系统的硬件系统采用模块化结构形式。
常见的硬件配置包括下列内容：
（1）控制站的配置：控制站的类型和规模、地域分布；每个控制站内的输入/输出卡件种类、数目以及电源的选择等。
（2）操作员站的配置：操作员站的规模和数目，即CRT显示器尺寸及是否双屏、主机型号、内存配置、磁盘容量的配置、打印机的台数和型号等。
（3）工程师站的配置：机型、CRT显示器尺寸、内存、硬盘、打印机等。1、控制站电源供给单元
远程I/O连接单元
微处理器插件控制站的功能
①数据采集和控制功能
组态时生成的各种控制策略、数据库等通过下载到各控制站以及控制站内的各个I／O卡件，进行信号采集、工程量转换、控制运算、控制信号的输出等。
②控制策略的实现
各种在组态中定义的回路控制算法、顺序控制算法、计算功能均在控制站中实现。③通信功能
控制站的通信功能分为三部分：
一是经由控制网络与上位操作站及工程师组态站的通信，将各种现场采集信息发给操作站，同时操作站针对现场的操作指令由操作站发向控制站；
二是控制站内部的通信功能，完成CPU主控制卡件与各种I/O卡件的信息交换；
三是控制站与其他智能设备的通信。
控制站的可靠性
①元器件。构成DCS的最小单位是元器件。在完成相同功能的元器件之中，尽可能选择MTBF（平均无故障时间）时间长的元器件。尽量选用高集成度的大规模集成电路来实现多个元器件的功能，减少元器件的数量。
②单元级的可靠性设计。提高系统各组单元的内在可靠性和系统抵抗外部故障因素的能力。
③冗余措施。采用了很多冗余备份措施。如控制站的主控制卡的冗余，通讯网络的冗余等
④故障隔离措施。设计中充分地考虑了危险分散及危险隔离原则。
⑤迅速排除故障措施。DCS故障是难免的，这就要求在设计时尽量减少平均故障修复时间，以保证系统故障影响最小。
主要方法：自诊断能力；
系统的故障指示（运行灯、故障灯、网络通信灯等）；
系统可带电更换卡件（均可带电