1、chemical engineering1PLC、DCS、ESD控制系统简介化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术姓名：姓名：专业：专业：学号：学号：chemical engineering2u可程式逻辑控制器可程式逻辑控制器 PLC（Programmable Logic Controller）化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术 PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统系统,它将它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体融为一体,成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备成为实现单机、车间、工
2、厂自动化的核心设备。具有具有可靠性可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多等诸多优点。随着技术的进步优点。随着技术的进步,其控制功能由简单的逻辑控制、顺序其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制控制发展为复杂的连续控制和过程控制,成为自动化领域的三成为自动化领域的三大技术支柱之一。其主要应用的技术领域有大技术支柱之一。其主要应用的技术领域有:顺序控制、过程顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术等。等。chemical engine
3、ering3n PLC 控制系统组成控制系统组成化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术硬件组成硬件组成软件组成软件组成 PLC控制系统控制系统PLC系统系统I/O电路电路PLC外围设备外围设备：编程器、可编程终端、打印机、条码读入器等编程器、可编程终端、打印机、条码读入器等1、主控模块主控模块CPU、储存器、以及通信、储存器、以及通信接接口口2、输入输入/出模块：开关量输入出模块：开关量输入/出模块、模拟量输入出模块、模拟量输入/出模块出模块3、电源模块：将交流电源转换成电源模块：将交流电源转换成CPU等需要的直流电源，等需要的直流电源，是整个是整个PLC系统的能源供给中心系统的能源供给中心
4、I 电路电路：对被控制对象：对被控制对象进进行检测、采集、转换和输入行检测、采集、转换和输入O 电路电路：接受：接受PLC输出的控制信号，对被控制对象执行控制任务输出的控制信号，对被控制对象执行控制任务系统软件系统软件用户程序用户程序：由使用者编制并输入，用于控制外部对象的运行由使用者编制并输入，用于控制外部对象的运行1、系统管理程序：控制系统管理程序：控制PLC的运的运行行2、用户指令解释程序：将梯形图逐条翻译成相应的机器用户指令解释程序：将梯形图逐条翻译成相应的机器 语言指令语言指令 3、标准程序模块及系统调用：由许多独立的程序块组成，标准程序模块及系统调用：由许多独立的程序块组成，各程序
5、块具有不同的功能，有些完成输入和输出处理，各程序块具有不同的功能，有些完成输入和输出处理，有些完成特殊运算等有些完成特殊运算等chemical engineering4u分散控制系统分散控制系统 DCS(Distributed Control System)化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术 国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制过程控制级和过程监控级级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了综合了计算机计算机（Computer）、）、通讯通讯（Communication）、）、显
6、示显示（CRT）和）和控控制制（Control）等）等4C技术，其基本思想是技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。系。系统主要有统主要有现场控制站（现场控制站（I/O站）、数据通讯系统、人机接口单站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站元（操作员站OPS、工程师站、工程师站ENS）、机柜、电源）、机柜、电源等组成。等组成。系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。chemical engineering5n 集集散控制系统散控制系统的组成的组成化工生产自动控制
7、技术化工生产自动控制技术4个组成部分个组成部分1、现场控制级现场控制级2、过程、过程控制级控制级3、过程管理、过程管理级级4、经营管理、经营管理级级chemical engineering6l 1、现场控制级、现场控制级化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术 又称数据采集装置，主要是将又称数据采集装置，主要是将过程非控变量过程非控变量经行经行数据数据采集和预处理采集和预处理，而且对实时数据经行进一步加工处理，供，而且对实时数据经行进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况
8、下，的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟型号的方式，向终端元件输出计算机能以开关量或者模拟型号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。这一个级别控制命令。这一个级别直接面对现场直接面对现场，跟现场过程相连。，跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器以及执行机构等比如阀门、电机、各类传感器、变送器以及执行机构等l 2、过程控制级、过程控制级 又称现场控制单元或者基本控制器，是又称现场控制单元或者基本控制器，是DCS系统中的系统中的核心核心部分。部分。生产工艺的调节生产工艺的调节都是靠他来实现。比如阀门的都是靠他来实现。比如阀门的开闭调节，顺序控制、连续控
9、制等开闭调节，顺序控制、连续控制等chemical engineering7l 3、过程管理级、过程管理级化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术 DCS的人机借口装置。普遍配有高分辨率、大屏幕的的人机借口装置。普遍配有高分辨率、大屏幕的彩色彩色CRT、操作者键盘、打印机、大容量储存器。操作员、操作者键盘、打印机、大容量储存器。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况。这个级别是操通过操作站选择各种操作和监视生产情况。这个级别是操作人员跟作人员跟DCS交换信息的平台交换信息的平台。是。是DCS的核心的核心显示、操作显示、操作跟管理跟管理装置。操作人员通过操作站来装置。操作人员通过操作站来监视
10、和控制监视和控制生产过程，生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的数字和状态。可以根据掌握的情况随时经行手动自动切换，数字和状态。可以根据掌握的情况随时经行手动自动切换，修改定值，调整控制信号，操作现场设备，以实现对生产修改定值，调整控制信号，操作现场设备，以实现对生产过程的控制。过程的控制。chemical engineering8l 4、经营管理级、经营管理级化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术 又称上位机，又称上位机，功能强、速度快、容量大功能强、速度快、容量大。通过专门。通过专门的通信借口与高速数据通路相连，的通
11、信借口与高速数据通路相连，综合监视综合监视系统各单元，系统各单元，管理全系统的所有信息。这是全厂自动化系统的管理全系统的所有信息。这是全厂自动化系统的最高一层最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。他们所面向的只有大规模的集散控制系统才具备这一级。他们所面向的使用者是厂长、经历、总工程师等行政管理或者运行管理使用者是厂长、经历、总工程师等行政管理或者运行管理人员。人员。chemical engineering9n DCS系统特性系统特性化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术实时性实时性 通过控制站，创建系统的通过控制站，创建系统的O/I服务，完成对现场服务，完成对现场 控制点的数据采
12、集，对生产系统的整体运行状况在操作员控制点的数据采集，对生产系统的整体运行状况在操作员站上通过流程画面、单回路控制画面、数据、声音的变化站上通过流程画面、单回路控制画面、数据、声音的变化体体现出来。现出来。参数调整参数调整 在操作员站上，操作员根据生产需要对运行在操作员站上，操作员根据生产需要对运行参数做出及时、准确的调整，如压力、温度、流量、液位参数做出及时、准确的调整，如压力、温度、流量、液位参数的调整。参数的调整。chemical engineering10化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术报警功能报警功能 通过创建报警服务，对通过创建报警服务，对模拟量、开关量、硬模拟量、开关量、
13、硬件设备和系统运行状态件设备和系统运行状态经行报警监视，提供报警发生经行报警监视，提供报警发生时间、时间、报警点、报警说明报警点、报警说明等报警信息的列表显示。如当空压机、等报警信息的列表显示。如当空压机、搅拌机出现故障时，屏幕画面会由绿色变成红色，并伴随搅拌机出现故障时，屏幕画面会由绿色变成红色，并伴随灯光闪烁，声音提示的方式经行报警，从而提醒操作员及灯光闪烁，声音提示的方式经行报警，从而提醒操作员及时处理，保证设备运行安全。时处理，保证设备运行安全。监督功能监督功能 通过对历史参数的浏览，查阅操作记录及报通过对历史参数的浏览，查阅操作记录及报警信息的处理和分析，监督操作人员警信息的处理和分
14、析，监督操作人员是否按时完成是否按时完成职责操职责操作及作及有无误操作有无误操作。当发生故障时。可利用实时和历史的数。当发生故障时。可利用实时和历史的数据，对故障及时分析，明确据，对故障及时分析，明确故障发生的原因故障发生的原因，以免故障再，以免故障再次发生，减少损失。次发生，减少损失。chemical engineering11uDCS系统与系统与PLC的区别的区别化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术DCSPLC1控制系统控制系统控制装置控制装置2双网络双网络单网络单网络3操作员站间联系紧密操作员站间联系紧密操作员站间联系松散操作员站间联系松散4便于扩展便于扩展难于扩展难于扩展5双冗余，
15、安全可靠双冗余，安全可靠无冗余，安全性差无冗余，安全性差6便于编程便于编程难于编程难于编程7I/O模块带模块带CPU，操作灵活，操作灵活I/O模块无模块无CPU，操作不便，操作不便chemical engineering12u紧急停车系统紧急停车系统 ESD（Emergency Shutdown Device）化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术 ESD是是 90年代发展起来的，年代发展起来的，具有具有高可靠性和灵活性高可靠性和灵活性。ESD紧急停车系统紧急停车系统独立于独立于DCS集散控制系统，其安全级别高集散控制系统，其安全级别高于于 DCS。在正常情况下，。在正常情况下，ESD系统是
16、处于系统是处于静态静态的，不需要人的，不需要人为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时，时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时，不需要经过不需要经过 DCS系统，而直接由系统，而直接由 ESD发出保护联锁信号，发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。chemical engineering13n ESD系统的组成系统的组成化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术ESD系统系统传感器单元传感
17、器单元：采用多台仪表或者系统，将控采用多台仪表或者系统，将控制功能与安全制功能与安全 连锁功能隔离连锁功能隔离，即检测单元分开独立配置的即检测单元分开独立配置的 原则，做到原则，做到ESD仪表系统与过程控制系统的仪表系统与过程控制系统的 实体分离实体分离逻辑运算单元逻辑运算单元：包括包括输入模块、控制模块、诊断回路、输出模块输入模块、控制模块、诊断回路、输出模块四部分，四部分，依据逻辑运算单元自动进行依据逻辑运算单元自动进行周期性故障诊断周期性故障诊断，基于自，基于自 诊诊 断测试的断测试的ESD仪表系统，系统具有特殊的硬件设计仪表系统，系统具有特殊的硬件设计，借借 助于安全性诊断测试技术保证
18、安全助于安全性诊断测试技术保证安全执行单元执行单元：ESD仪表系统中仪表系统中危险性最高危险性最高的设备。由于的设备。由于ESD仪表系统在正常工仪表系统在正常工 况是静止的，如果况是静止的，如果ESD控制输出不变，则执行单元一直控制输出不变，则执行单元一直保持在原保持在原 有的状态有的状态，很难确认执行单元是否有危险故障，所以执行单元仪，很难确认执行单元是否有危险故障，所以执行单元仪 表的表的安全等级的选择安全等级的选择十分重要。十分重要。chemical engineering14n ESD系统的特点系统的特点化工生产自动控制技术化工生产自动控制技术冗余性冗余性 是指为实现是指为实现同一同一
19、功能，使用功能，使用多个多个相同的能相同的能 模块或部件并联。他可以自动地检测模块或部件并联。他可以自动地检测故障，故障，切换到后设备上切换到后设备上容错性容错性 是指模块在出现故障和错误时，可以继续是指模块在出现故障和错误时，可以继续 执行特定功能的能力。进一步讲是对失效执行特定功能的能力。进一步讲是对失效 的控制系统元件进行识别和补偿，并能够的控制系统元件进行识别和补偿，并能够 继续完成指定的任务，不中断过程控制的继续完成指定的任务，不中断过程控制的 情况下进行修复的能力情况下进行修复的能力chemical engineering15n ESD系统的必要性系统的必要性化工生产自动控制技术化
20、工生产自动控制技术降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护 DCS 部分故障时也不会危及安全保护系统部分故障时也不会危及安全保护系统对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速响应速 度度越快越好。这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利越快越好。这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利 于分辨事故原因记录。而于分辨事故原因记录。而 DCS处理大量过程监测信息，因处理大量过程监测信息，因 此其响应速度难以作得很快此其响应速度难以作得很快DCS系统是过程控制系统，是系统是过程控制系统，是动态动态的，需要人工频繁的干预，的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而这有可能引起人为误动作；而 ESD静态静态的，不需要人为干预，的，不需要人为干预，这样设置这样设置 ESD可以避免人为误动作。可以避免人为误动作。Experimental ReportChemistry and chemical engineering16
