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DCS系統組成圖和分散控制系統結構圖

2021-09-09 來源:elecfans

目前,在連續型流程生產自動控制(PA)或習慣稱之為工業過程控制中,有三大控制系統,即DCS(分散控制系統)、PLC(可編程邏輯控制器)和FCS(現場總線控制系統)。


什么是DCS

DCS集散控制系統(Distributed Control System)是20世紀70年代中期發展起來的以微處理器為基礎的分散型計算機制系統。它是控制技術(Control)、計算機技術(Computer)、通信技術(Communication)、圖形顯示(Display)相結合的產物.該裝置是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散制的一種全新的分布式計算機控制系統。

DCS系統組成圖和分散控制系統結構圖

DCS系統組成圖和分散控制系統結構圖

DCS為“分布式控制系統”。由于產品生產廠家眾多,系統設計不盡相同,功能和特點各具千秋,所以,對產品的命名也各顯特色。國內在翻譯時,也有不同的稱呼:

分散控制系統(Distributed Control System,簡稱 DCS);

集散控制系統(Total Distributed Control System,簡稱 TDCS或 TDC);

分布式計算機控制系統(Distributed Computer Control System,簡稱DCCS)。


2、系統組成

三站一線:工程師站、操作員站、現場控制站、系統網絡。如下如所示:

DCS系統組成圖和分散控制系統結構圖

DCS系統組成圖

(1) 工程師站

對DCS進行進行離線的配置、組態工作和在線的系統監督、控制、維護的網絡接點。

主要功能:提供對DCS進行組態,配置工作的工具軟件,并在DCS在線運行時實時地監視DCS網絡上各個節點的運行情況,使系統工程師可以通過工程師站及時調整系統配置及一些系統參數的設定,使DCS隨時處在最佳的工作狀態之下。

(2) 操作員站

處理一切與運行操作有關的人機界面(HIS, Human Interface StaTIon, 或 OI , Operator Interface ,或MMI , Man Machine Interface)功能的網絡節點。

主要功能:為系統的運行操作人員提供人機界面,使操作員可以通過操作員站及時了解現場運行狀態、各種運行參數的當前值、是否有異常情況發生等,并可通過輸入設備對工藝過程進行控制和調節,以保證生產過程的安全、可靠、高效、高質。

(3) 現場控制站

現場控制站是DCS的核心,對現場I/O處理并實現直接數字控制(DDC)功能的網絡節點。

系統主要的控制功能由它來完成,系統的性能、可靠性等重要指標也都要依靠現場控制站保證。其設計、生產及安裝都有很高的要求,分散控制系統中的主要任務執行者。

(4) 系統網絡

系統網絡是連接系統各個站的橋梁。由于DCS是由各種不同功能的站組成的,這些站之間必須實現有效的數據傳輸,以實現系統總體的功能。

系統網絡的實時性、可靠性和數據通信能力關系到整個系統的性能,特別是網絡的通信規約,關系到網絡通信的效率和系統功能的實現。DCS得以實現的技術關鍵。


3、分散控制系統結構

DCS系統組成圖和分散控制系統結構圖

分散控制系統結構圖

(1) 基本構成

基本構成是由現場級、控制級、監控級、管理層四級構成。現場級主要包括各種過程通道卡件或者模塊;控制級包括所有的過程站;監控級包括工程師站、操作員站、歷史站和打印機等附屬設備;管理級包括管理計算機。

四層中間相應的通信網絡由控制網絡(Cnet)、監控網絡(Snet)、管理網絡(Mnet)三層網絡結構。

1) 現場級

a、現場級-傳感器、變送器、執行器等

現場級設備一般位于被控生產過程的附近。典型的現場級設備是各類傳感器、變送器和執行器,它們將生產過程中的各種物理量轉換為電信號。

例:將 4—20mA的電信號(一般變送器)或符合現場總線協議的數字信號(現場總線變送器),送往控制站或數據采集站進行,將控制站輸出的控制量(4-20mA的電信號或現場總線數字信號)轉換成機械位移,帶動調節機構,實現對生產過程的控制。

b、現場級-信號傳輸方式

目前現場級的信息傳遞有三種方式。一種是傳統的 4-20mA(或者其他類型的模擬量信號)模擬量傳輸方式;一種是現場總線的全數字量傳輸方式;一種是在4-20mA模擬量信號上,疊加上調制后的數字量信號的混合傳輸方式。

現場信息以現場總線為基礎的數字傳輸是今后的發展方向。

2) 控制級

a、控制級-現場控制站

控制級主要由現場控制站和數據采集站構成。一般在電廠中,把現場控制站和數據采集站集中安裝在位于主控室后的電子設備室中。

現場控制站接收由現場設備,如傳感器、變送器來的信號,按照一定的控制策略計算出所需的控制量,并送回到現場的執行器中去。現場控制站可以同時完成連續控制、順序控制或邏輯控制功能,也可能僅完成其中的一種控制功能。

b、控制級-數據采集站

數據采集站與現場控制站類似,也接收由現場設備送來的信號,并對其進行一些必要的轉換和處理之后送到分散型控制系統中的其它部分,主要是監控級設備中去。

數據采集站接收大量的過程信息,(https://www.dgzj.com/ 版權所有)并通過監控級設備傳遞給運行人員,數據采集站不直接完成控制功能,這是它與現場控制站的主要區別。 電子間一般不再獨立設置,更多為遠程I/O站。

3) 監控級

監控級的主要設備有操作員站、工程師站、歷史站和計算站等。操作員站安裝在中央控制室,工程師站、歷史站和計算站一般安裝在電子設備室。

a、監控級-操作員站

操作員站是運行員與分散控制系統相互交換信息的人機接口設備。運行人員通過操作員站來監視和控制整個生產過程,運行人員可以在操作員站上觀察生產過程的運行情況,讀出每一個過程變量的數值和狀態,判斷每個控制回路是否工作正常,并且可以隨時進行手動/自動控制方式的切換,修改給定值,調整控制量,操作現場設備,以實現對生產過程的干預。

b、監控級-操作員站

另外操作員站還可以打印各種報表,拷貝屏幕上的畫面和曲線等。為了實現以上功能,操作員站是由一臺具有較強圖形處理功能的微型機,以及相應的外部設備組成,一般配有大屏幕顯示器、大屏幕顯示裝置、打印機、鍵盤、鼠標或球標。

c、監控級-工程師站

工程師站是為了控制工程師對分散控制系統進行配置、組態、調試、維護所設置的工作站。

工程師站的另一個作用是對各種設計文件進行歸類和管理,形成各種設計文件,例如,各種圖紙、表格等。工程師站一般由PC機配置一定數量的外部設備所組成,例如打印機、繪圖機等。

d、監控級-歷史站

歷史站的主要任務是存儲過程控制的實時數據,實時報警,實時趨勢等與生產密切相關的數據,用來進行事故分析,性能優化計算,故障診斷等;

也可以通過歷史站實現與外部網絡的接口,使外部網絡不直接訪問DCS監控網絡就可以獲得所需要的數據,即保證了開放性,又保證了安全性。

4) 管理級

a、管理級-管理系統

管理級包含的內容比較廣泛,一般來說,它可能是一個發電廠的廠級管理計算機,也可能是若干個機組的管理計算機。它所面向的使用者是廠長、經理、總工程師、值長等行政管理或運行管理人員。

廠級管理系統的主要任務是監測企業各部分的運行情況,利用歷史數據和實時數據預測可能發生的各種情況,從企業全局利益出發輔助企業管理人員進行決策,幫助企業實現其規劃目標。

b、管理計算機

對管理計算機的要求是:能夠對控制系統做出高速反應的實時操作系統及數據庫。

大量數據的高速處理與存儲,能夠連續運行可冗余的高可靠性系統,能夠長期保存生產數據,并且具有優良的、高性能的、方便的人機接口,豐富的數據庫管理軟件,過程數據收集軟件,人機接口軟件以及生產管理系統生成等工具軟件,實現整個工廠的網絡化和計算機的集成化。

c、實時監控和日常管理

管理級也可分成實時監控和日常管理兩部分。

實時監控是全廠各機組和公用輔助工藝系統的運行管理層,承擔全廠性能監視、運行優化、全廠負荷分配和日常運行管理等任務,即監控信息系統(SIS)。

日常管理承擔全廠的管理決策、計劃管理、行政管理等任務,即管理信息系統(MIS)。

(2) 系統網絡結構

DCS系統組成圖和分散控制系統結構圖

系統網絡結構圖

(3) 通信介質

DCS系統組成圖和分散控制系統結構圖

通信介質圖

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