集散控制系统原理及应用2.pdf

第二章集散控制系统基础知识

DCS是由工作站和通信网络两大部分组成的，系统利用通信网络将各工作站连接起来，
实现集中监视、操作、信息管理和分散控制。
2.1集散控制系统的体系结构

图2.1为一个DCS的典型体系结构。

图2.1集散控制系统的体系结构
1.现场控制级
现场控制级设备的任务主要有：
1）完成过程数据采集与处理。
2）直接输出操作命令、实现分散控制。
3）完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。
4）完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。
现场网络的信息传递有三种方式：
1）传统的模拟信号(如4～20mADC或者其他类型的模拟量信号)传输方式。
2）全数字信号（现场总线信号）传输方式。
3）混合信号（在4～20mADC模拟量信号上，叠加调制后的数字量信号）传输方式。
2.过程控制级
过程控制级主要由过程控制站、数据采集站和现场总线接口等构成。
过程控制级的主要功能：
1）采集过程数据，进行数据转换与处理。
2）对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制
和批量控制功能。
3）现场设备及I/O卡件的自诊断；四是与过程操作管理级进行数据通信。
3.过程管理级

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过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。
操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管
理装置。
工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。工程
师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种图
样、表格等。
监控计算机的主要任务是实现对生产过程的监督控制，如机组运行优化和性能计算，先
进控制策略的实现等。
4.经营管理级
经营管理级所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。
2.2集散控制系统的硬件结构

2.2.1现场控制站
1.机柜
现场控制站的机拒内部均装有多层机架，以供安装各种模块及电源之用。
2.电源
为了保证电源系统的可靠性，通常采取以下几种性措施。
(1)每一个现场控制站均采用双电源供电，互为冗余。
(2)如果现场控制站机拒附近有经常开关的大功率用电设备，应采用超级隔离变压器，
将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接地，以克服共模干扰的影响。
(3)如果电网电压波动很严重，应采用交流电子调压器，快速稳定供电电压。
(4)在石油、化工等对连续性控制要求特别高的场合，应配有不间断供电电源UPS，以
保证供电的连续性。现场控制站内各功能模块所需直流电源一般为±5V、±15V(或±12V)、
以及+24V。
3.控制计算机
(1)CPU现场控制站大都采用Motorola公司M68000系列和Intel公司80X86系列的
CPU产品。
(2)存储器控制计算机的存储器也分为RAM和ROM。
(3)总线常见的控制计算机总线有Intel公司的多总线MULTIBUS，“EOROCARD”
标准的VME总线。
(4)输入/输出通道
①模拟量输入输出通道(AI/AO)
②开关量输入/输出通道(SI/SO)
③脉冲输入通道(PI)

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2.2.2操作站
DCS操作站一般分为操作员站和工程师站两种。操作站必须配置有以下设备。
1.操作台
操作台用来安装、承载和保护各种计算机和外部设备。目前流行的操作台有桌式操作台、
集成式操作台和双屏操作台等。
2.微处理机系统
一般的DCS操作站采用32位或64位微处理机。
3.外部存储设备
操作站都配有一到两个大容量的外部存储设备，有些系统还配备了历史数据记录仪。
4.图形显示设备
当前DCS的图形显示设备主要是LCD，有些DCS还在使用CRT。有些DCS操作站配备有
厂家专用的图形显示器。
5.操作键盘和鼠标
(l)操作员键盘
(2)工程师键盘
6.打印输出设备
一台用于打印生产记录报表和报警报表；另一台用来拷贝流程画面。
2.2.3冗余技术
1.冗余方式
DCS的冗余技术可以分为多重化自动备用和简易的手动备用两种方式。多重化自动备
用就是对设备或部件进行双重化或三重化设置，当设备或部件万一发生故障时，备用设备或
部件自动从备用状态切换到运行状态，以维持生产继续进行。
多重化自动备用还可以进一步分为同步运转、待机运转、后退运转等三种方式。
简易的手动备用方式是采用手动操作方式实现对自动控制方式的备用。当自动方式发生
故障时，通过切换成手动工作方式，来保持系统的控制功能。
2.冗余措施
DCS的冗余包括通信网络的冗余、操作站的冗余、现场控制站的冗余、电源的冗余、输
入/输出模块的冗余等。通常将工作冗余称“热备用”，而将后备冗余称为“冷备用”。
除了硬件冗余外，DCS还采用了信息冗余技术，就是在发送信息的末尾增加多余的信息