1、 DCS原理原理DCS原理概述原理概述热工自动化的内容热工自动化的内容v自动检测v自动调节v程序控制v自动报警v自动保护自动控制设备自动控制设备v常规控制仪表阶段v计算机控制阶段 自动控制设备的发展自动控制设备的发展基地式仪表单元组合仪表组件组装式仪表计算机集中控制计算机分布式控制DCS原理概述原理概述 DCS的基本结构的基本结构过程控制单元过程控制单元上位计算机CRT显示操作站网间连接器生产过程非本系统网络扩展接口高速数据通道OSOSEWSPCUPCUPCU集控室集控室马达控制中心马达控制中心电子设备间电子设备间现场现场现场一次仪表（变送器、执行器、开关、电磁阀等）SNETDCS原理概述原理
2、概述DCS原理概述原理概述 DCS结构的扩展结构的扩展DCS原理概述原理概述 DCS的名称的名称 DCS-分散控制系统 Distributed Control System DCCS-分布式计算机控制系统 Distributed Computer Control System TDCS（TDC）-集散控制系统 Total Distributed Control System电力系统以电力系统以DCSDCS为标准名称为标准名称DCS原理概述原理概述 DCS的的本质和含义本质和含义本质：本质：DCS系统实际上是一种控制设备或装置系统实际上是一种控制设备或装置 含义：体现在含义：体现在“集中集中”和
3、和“分散分散”上上 操作管操作管理集中理集中 控制分散控制分散功能分散功能分散物理分散物理分散地理分散地理分散DCS原理概述原理概述电厂采用电厂采用DCS系统的目的系统的目的满足生产过程对控制的需求满足生产过程对控制的需求方便方便AGC的投入，实现电网调度自动化的投入，实现电网调度自动化 增加自动投入率增加自动投入率 为为MIS系统提供实时数据系统提供实时数据应用先进的控制策略应用先进的控制策略 为预测检修提供运行数据和状态为预测检修提供运行数据和状态 DCS网络网络 DCS网络的作用网络的作用DCS系统的通信网络，对下联系着现场过程控制站，系统的通信网络，对下联系着现场过程控制站，完成生产过
4、程的数据采集、运算、处理；对上联系着完成生产过程的数据采集、运算、处理；对上联系着人机接口装置，完成现场数据的上传、显示、操作。人机接口装置，完成现场数据的上传、显示、操作。DCSDCS系统的网络是局域网，是一种工业局域网。系统的网络是局域网，是一种工业局域网。DCS网络网络 DCS网络的传输介质网络的传输介质双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光纤光纤DCS网络网络 DCS网络的拓扑结构网络的拓扑结构网络中各站点相互连接的方法和形式称为网络网络中各站点相互连接的方法和形式称为网络拓扑。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络拓扑。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接结构。配置和相互间的连接
5、结构。星型结构网络星型结构网络总线型结构网络总线型结构网络环型结构网络环型结构网络OSPCUPCUEWS介质访问协议简单信息流汇集和集中管理,提高网络效率各站传输数据需通过中央节点,传输效率高,但利用率低故障容易检测和隔离对中央节点的依赖性大星型是以中央结点为中心与各结点连接而组成的，各结点与中央结点通过点与点方式连接，中央结点执行集中式通信控制策略。DCS网络网络网络结构简单网络结构简单,传输效率高传输效率高,实时性好实时性好信息流在网络中的传输是单信息流在网络中的传输是单向和逐点进行向和逐点进行,网络传输方向网络传输方向由网络软件设置由网络软件设置不易扩充不易扩充当某一结点故障时当某一结点
6、故障时,整个系整个系统的工作不能进行统的工作不能进行解决网络和站点故障的方法解决网络和站点故障的方法双向双回路环双向双回路环增加旁路屏蔽故障站点增加旁路屏蔽故障站点环型网络：指整个网络的物理链路构成一个闭环，所有的计算机节点都挂接在这个环上。OSEWSPCU2PCU1DCS网络网络各站点之间的数据传输各站点之间的数据传输为直达通道为直达通道,相对独立相对独立结构简单，可扩充性好结构简单，可扩充性好介质访问控制协议复杂，介质访问控制协议复杂，站点必须是智能的。站点必须是智能的。对总线的性能和可靠性对总线的性能和可靠性有要求有要求OSEWSPCU2PCU1总线拓扑结构采用单根传输线作总线拓扑结构采
7、用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输相应的硬件接口直接连接到传输介质上，或称总线上。介质上，或称总线上。DCS网络网络DCS网络网络 DCS网络的传输协议网络的传输协议广播式通信协议存储转发式通信协议令牌协议自由竞争协议源源中途中途中途中途目的目的DCS网络网络 DCS网络采用的技术网络采用的技术例外报告技术数据压缩技术确认重发技术t tv vt t1 1t t2 2t t0 0v vt t0 0t t1 1t t2 2DBDBDBDBDCS网络网络 部分部分 DCS的网络的网络DCS网络网络 部分部分 DCS的网络的网络过程控制管
8、理网络结构过程控制管理网络结构HCUHCUDSOEDSOEINICI03INICI03INICI03INICI03HSIHSIHSIHSIHSIHSIHSIHSIHSIHSIHSIHSIINICI12INICI12EWSEWSDCS网络网络 部分部分 DCS的网络的网络 部分部分 DCS的网络的网络DCS网络网络 部分部分 DCS的网络的网络DCS网络网络 部分部分 DCS的网络的网络DCS网络网络客户机客户机服务器服务器输入输入/输出输出 模件模件自动化服务器自动化服务器应用服务器应用服务器 部分部分 DCS的网络的网络DCS网络网络DCS的过程控制单元的过程控制单元DCS过程控制单元的系统
9、结构过程控制单元的系统结构DCS的过程控制单元的过程控制单元DCS过程控制单元的系统结构过程控制单元的系统结构SNET网络通讯接口网络通讯接口基本控制单元基本控制单元CNET在物理结构上基本在物理结构上基本控制单元是分离的控制单元是分离的,由独立的模件构成由独立的模件构成DCS的过程控制单元的过程控制单元PCU的基本控制单元的基本控制单元CNETCPUROM用户存储器用户存储器通讯接口通讯接口其它模件其它模件AI模模件件DI模模件件DO模模件件PI模模件件PO模模件件其其它它连连接接模模件件模件总线内部I/O总线AO模模件件基基本本I/O模模件件主主控控模模件件BCU单元单元DCS的过程控制单
10、元的过程控制单元 PCU的功能的功能DDC计 算 机打 印CRT显 示报 警过 程 对 象过 程 输 入 通 道传 感、变 送过 程 输 出 通 道执 行、调 节操 作 台DCS的过程控制单元的过程控制单元AI模件模件DCS的过程控制单元的过程控制单元AO模件模件DCS的过程控制单元的过程控制单元DI模件模件DCS的过程控制单元的过程控制单元DO模件模件DCS的操作员站的操作员站DCS操作员站的功能操作员站的功能采集由控制系统送来的现场模拟量信号和数字量信号在数据库中存储数值和状态存储当前和历史过程量及计算量显示过程画面,打印报表对被控设备发出指令获取用于显示和存档的数据DCS的操作员站的操作
11、员站DCS操作员站的结构操作员站的结构DCS的操作员站的操作员站操作员站与传统监视方法比较操作员站与传统监视方法比较DCS的操作员站的操作员站DCS操作员站的结构操作员站的结构DCS的工程师站的工程师站工程师站对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。DCS的软件体系的软件体系DCS的软件体系的软件体系DCS的软件体系的软件体系PCU站
12、的软件结构站的软件结构DCS的软件体系的软件体系各部分软件的衔接各部分软件的衔接串行表示组态串行表示组态步骤有先后顺步骤有先后顺序序并行表时组态并行表时组态步骤可同时进步骤可同时进行。行。DCS的组态过程的组态过程DCS的组态过程的组态过程 划分工艺过程，确定系统硬件配置划分工艺过程，确定系统硬件配置（控制站、控制器数量及其物理位（控制站、控制器数量及其物理位置分布，系统结构）置分布，系统结构）数据库数据库I/O测点清单，确定测点清单，确定I/O卡件卡件及种类及种类 算法及控制方案设计算法及控制方案设计 人机界面设计人机界面设计 历史库、追忆库、历史库、追忆库、报表设计报表设计DCS的组态过程
13、的组态过程组态前期工作组态前期工作 控制方案组态符合控制方案组态符合IEC1131-3IEC1131-3标准；标准；系统支持：系统支持：u顺序功能图顺序功能图(SFC)(SFC)u功能块图功能块图(FBD)(FBD)u梯形图梯形图(LD)(LD)u结构化文本语言结构化文本语言(ST)(ST)四种控制编程语言相互引用，进行控制算法（及内部四种控制编程语言相互引用，进行控制算法（及内部计算）的组态；计算）的组态；控制方案组态主要是针对过程控制站组态，在工程师站上控制方案组态主要是针对过程控制站组态，在工程师站上通过方案组态工具进行组态，下装至过程站。通过方案组态工具进行组态，下装至过程站。DCS的
14、组态过程的组态过程控制方案组态控制方案组态DCS的组态过程的组态过程顺序功能图（顺序功能图（SFC）顺序功能图用来连接连续控制/逻辑控制和输入输出监视功能，以描述和控制过程事件顺序操作，适合于需要多个状态控制的事件。一个SFC是由一系列操作步(step)和转移(transition)组成，每个操作步包含一组影响过程的动作(action)。支持并发序列和各种限定符，每个动作的实现可以由四种语言内任一种编写。S1S2T1T2S4T3S6T4T5S5S1步步 1S2步步 2T1转换条件转换条件 1电机电机 限位开关限位开关步激活条件步激活条件T2转换条件转换条件 2输入输入 1输入输入 2步激活条件
15、步激活条件步步 1动作动作动作动作步步 2动作动作动作动作功能快图功能快图FBD功能块图是用图形形式功能块语言编制的用于完成一定运算或控制功能的程序。由基本功能块、连线、输入输出端子及段组成，它以图形方式表示，并规定了所有功能模块的调用顺序和相应模块运算所需的参数。DCS的组态过程的组态过程梯形图梯形图LD梯形图是一种专门用于基本逻辑控制的连续执行语言。由一些触点（常开、常闭、正传感、负传感、反转）、线圈（输出、单稳态、锁定、解锁、跳转）、连线及定时器、计数器、步序器组成。它擅长于快速执行离散逻辑，包括马达控制、连锁、随意检查、以及简单的顺序控制DCS的组态过程的组态过程结构化文本语言结构化文本语言ST结构化文本语言由一些关键字和相应操作指令组成，包括符号（关键字、运算符、修饰符、操作数）、语句（表达式、控制语句）、函数和函数块等，可按字符行为单位编写控制方案DCS的组态过程的组态过程DCS在火电厂中的主要应用功能在火电厂中的主要应用功能DAS系统（数据采集系统）系统（数据采集系统）CCS系统系统FSSS系统系统DEH系统系统SCS系统系统ETS系统系统ECS系统系统TSI系统系统MEH系统系统BPCS系统系统
