8.3 分布式测控网络技术(三).ppt

国家级精品课程计算机控制技术,主讲教师：丁军航 副教授,青岛大学,第32讲第8章 分布式测控网络技术（三）,8.3.1 DCS概述,8.3.2 DCS的分散过程控制级,8.3.3 DCS的集中操作监控级,8.3 分布式控制系统(DCS),8.3.4 DCS的综合信息管理级,8.3.1 DCS概述,分布式控制系统(Distributed Control System-DCS)也称集散控制系统。DCS综合了计算机(Computer)技术、控制(Control)技术、CRT显示技术、通信(Communication)技术即4C技术，集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采集等功能。美国的Honey Well公司于1975年成功地推出了世界上第一套DCS。,1.DCS的体系结构DCS的体系结构通常为三级:第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。各级之间由通讯网络连接，级内各装置之间由本级的通讯网络进行通信联系。其典型的DCS体系结构如下图所示。,8.3.1 DCS概述,分布控制系统典型结构,8.3.1 DCS概述,(1)分散过程控制级现场级设备：传感器、变送器和执行器 现场级的信息传递方式：1）传统的420mA 模拟量传输方式2）现场总线的全数字量传输方式3）在420mA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现场信息传递方式发展方向：以现场总线为基础的全数字传输,8.3.1 DCS概述,(1)分散过程控制级控制级：过程控制站和数据采集站1）过程控制站接收由现场设备（如传感器、变送器）来的信号，按照一定的控制策略计算出所需的控制量，并送回到现场的执行器中去。可同时完成连续控制、顺序控制或逻辑控制功能。2）数据采集站接收由现场设备送来的信号，并进行一些必要的转换和处理之后送到分布式控制系统中的其他部分，如监控级设备。数据采集站接收大量的过程信息，并通过监控级设备传递给运行人员。不直接完成控制功能，这是它与过程控制站的主要区别。,8.3.1 DCS概述,（2）集中操作监控级主要设备：运行员操作站、工程师工作站和计算站；运行员操作站安装在中央控制室；工程师工作站和计算站一般安装在电子设备室。,8.3.1 DCS概述,（2）集中操作监控级1)运行员操作站运行员与分布式控制系统交换信息的人机接口。运行员操作站组成：一台具有较强图形处理功能的微型机，以及相应的外部设备，一般配有CRT显示器、大屏幕显示装置(选件)、打印机、拷贝机、键盘、鼠标或球标。,8.3.1 DCS概述,（2）集中操作监控级1)运行员操作站运行人员通过运行员操作站来监视和控制整个生产过程(运行人员可以在运行员操作站上观察生产过程的运行情况，读出每一个过程变量的数值和状态，判断每个控制回路是否工作正常，并且可以随时进行手动/自动控制方式的切换，修改给定值，调整控制量，操作现场设备,以实现对生产过程的干预。另外还可以打印各种报表，拷贝屏幕上的画面和曲线等)。,8.3.1 DCS概述,（2）集中操作监控级2）工程师工作站为控制工程师对分散控制系统进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计文件，例如，各种图纸、表格等。工程师工作站组成：由PC机配置一定数量的外部设备所组成，如打印机、绘图机等。,8.3.1 DCS概述,（2）集中操作监控级3）计算站对生产过程进行监督控制，例如机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。(由于计算站的主要功能是完成复杂的数据处理和运算功能，因此，对它的要求主要是运算能力和运算速度。)组成：超级微型机或小型机,8.3.1 DCS概述,（3）综合信息管理级厂级管理计算机,或是若干个机组的管理计算机。使用者是厂长、经理、总工程师、值长等行政管理或运行管理人员。主要任务：监测企业各部分的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发辅助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其规划目标。,8.3.1 DCS概述,（3）综合信息管理级管理级属于厂级，可分成实时监控和日常管理两部分。实时监控是全厂各机组和公用辅助工艺系统的运行管理层，承担全厂性能监视、运行优化、全厂负荷分配和日常运行管理等任务，主要为值长服务。日常管理承担全厂的管理决策、计划管理、行政管理等任务，主要是为厂长和各管理部门服务。,8.3.1 DCS概述,（3）综合信息管理级对管理计算机的要求：能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统。大量数据的高速处理与存储，能够连续运行可冗余的高可靠性系统，能够长期保存生产数据，并且具有优良的、高性能的、方便的人机接口，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。,8.3.1 DCS概述,(4)通信网络系统DCS各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持。根据各级的不同要求，通信网也分成低速、中速、高速通信网络。低速网络面向分散过程控制级；中速网络面向集中操作监控级；高速网络面向管理级。,8.3.1 DCS概述,2.DCS的特点,DCS具有以下几个特点：(1)硬件积木化(2)软件模块化(3)控制系统组态(4)通信网络的应用(5)可靠性高,8.3.1 DCS概述,3.典型的DCS,CENTUM-XL是日本横河电机推出的分散型控制系统，如下图所示。,8.3.1 DCS概述,8.3.2 DCS的分散过程控制级,1.现场控制站(1)现场控制站的构成 机箱(柜)电源 ISA总线工业控制机 通信控制单元 手动/自动显示操作单元(2)现场控制站的功能 数据采集功能 DDC控制功能 顺序控制功能 信号报警功能 打印报表功能 数据通信功能,(3)现场控制站的工作方式 控制模式：自动、软手动、串级、硬手动、上位机 控制模式的优先级是：硬手动软手动自动串级上位机。无扰动切换操作(a)PV跟踪(PV是测量值)(b)阀值跟踪(c)工作模式判定2.智能调节器3.可编程序控制器(PLC),8.3.2 DCS的分散过程控制级,8.3.3 DCS的集中操作监控级,1.显示操作站的构成 显示操作站主要由监控计算机、键盘、CRT显示器、打印机等几部分构成。2.显示操作站的功能(1)操作员功能 操作员功能主要是指正常运行时的工艺监视和运行操作，主要由画面指示构成。主要包括DDC标准三画面、图形显示功能、趋势曲线画面、操作指导画面、报警画面。(2)工程师功能 工程师功能主要包括系统的组态功能、系统的控制功能、系统的维护功能、系统的管理功能等。,8.3.4 DCS的综合信息管理级,DCS的综合信息管理级实际上是一个管理信息系统(Management Information System,简称MIS)，MIS是借助于自动化数据处理手段进行管理的系统。MIS由计算机硬件、软件、数据库、各种规程和人共同组成。,Harrington博士提出的CIM概念包括两各基本观点：企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动，彼此是紧密联系的，是一个不可分割的整体，应该在企业整体框架下统一考虑各环节的生产活动；整个生产过程实质上是一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作是“数据”的物质表现。应该说，这一概念具有很强的超前意识，正确地指出了在未来的计算机时代企业运行管理的最佳模式。1.MIS的基本概念(1)管理 管理工作的六个要素是：目标、信息、人员、资金、设备、物资。(2)信息(3)系统,8.3.4 DCS的综合信息管理级,2.MIS的组成(1)MIS的硬件组成 主要由管理计算机、办公自动化服务系统、工厂自动化服务系统构成。(2)MIS的软件组成 市场经营管理子系统 市场经营管理信息子系统一般由计划与市场研究、分配、销售三个部分组成。生产管理子系统 生产管理的职能包括预测、计划、控制三部分。财务管理子系统 人事管理子系统,8.3.4 DCS的综合信息管理级,3.DCS中MIS的功能DCS的综合信息管理级主要由MIS来实现生产管理和经营管理。这一级进行市场预测，经济信息分析，原材料库存情况，生产进度，工艺流程及工艺参数，生产统计、报表，进行长期性的趋势分析，作出生产和经营决策，确保最佳化的经济效益。DCS的综合信息管理级实际上是由MIS的市场经营管理和生产管理子系统来完成的。,8.3.4 DCS的综合信息管理级,本将课程结束！,