首页信息与系统科学控制科学与技术集散控制系统 02 第2章 DCS的系统组成及常见系统.pptx

02 第2章 DCS的系统组成及常见系统.pptx

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本课件为《集散控制系统》第二章,从中央计算机集中控制系统的局限出发,说明DCS纵向分层、横向分散、设备分级与网络分层的体系结构特征,逐一展开现场控制级到经营管理级的功能,并介绍和利时、I/A Series、JX-300XP等七种常见DCS系统结构。

第二章DCS的系统组成及常见系统章节封面,标示本章围绕体系结构形成、分层功能与常见系统结构展开
第二章知识点与学习目标页,列出理解体系结构形成、掌握分层功能与网络通讯控制方法、掌握常见系统结构的五项要求
中央计算机集中控制系统示意图,展示专用计算机直接连接生产过程的早期集中控制结构
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第1页:第二章DCS的系统组成及常见系统封面

本章为《集散控制系统》第二章,围绕 DCS 体系结构的形成、体系结构及分层功能、网络的体系结构与通讯控制方法,以及常见几种 DCS 系统结构展开。

第2页:知识点与学习目标

知识点

  • 了解 DCS 体系结构的形成
  • 理解计算机通信的基础知识
  • 掌握 DCS 的体系结构及分层功能
  • 掌握 DCS 网络的体系结构及通讯控制方法
  • 掌握常见几种 DCS 系统结构

第3页:1、中央计算机集中控制系统的形成

本节介绍 DCS 体系结构的形成,先看中央计算机集中控制系统的形成。

图2-1 专用计算机控制系统:由专用计算机直接承担对整个生产过程的集中控制。

第4页:图:中央计算机的引入

图示为中央计算机的引入:在原有控制回路之上引入中央计算机,由中央计算机完成集中监视、操作与管理,下层仍保留常规控制手段。

第5页:集中式计算机控制系统存在问题

集中式计算机控制系统存在问题:

  1. 计算机的处理速度问题;
  2. 系统的复杂性问题;
  3. 系统维修改造问题。

第6页:图:二级自动化控制系统结构

二级自动化控制系统结构:一级计算机(前端计算机)直接面向现场设备完成采集与控制,二级计算机(中央计算机)负责集中管理,形成上下两级结构。

第7页:图:三层结构的计算机控制系统

图示为三层结构的计算机控制系统:在二级结构基础上进一步细分,形成现场设备层、过程控制层与管理层的三层分工。

第8页:集散控制系统的体系结构提要

集散控制系统体系结构的特征

  • 纵向分层
  • 横向分散
  • 设备分级
  • 网络分层

按照功能,集散控制系统设备分为四级:现场控制级、过程控制级、过程管理级、经营管理级。

与四级设备对应的四层网络:现场网络、控制网络、监控网络、管理网络。

第9页:图:集散控制系统的体系结构

图:集散控制系统的体系结构

自下而上依次为现场网络、控制网络、监控网络和管理网络,分别与现场控制级、过程控制级、过程管理级、经营管理级设备对应。

第10页:1、现场控制级

典型的现场控制级设备

  • 各类传感器
  • 各类变送器
  • 各类执行器

现场控制级设备的主要任务

  • 完成过程数据采集与处理;
  • 直接输出操作命令、实现分散控制;
  • 完成与上级设备的数据通信,实现网络数据库共享。

第11页:2、过程控制级

过程控制级主要设备:过程控制站、数据采集站和现场总线服务器等。

过程控制站产生控制作用,可以实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制等功能。

第12页:过程控制级设备的主要功能

  • 数据采集站:接收大量的非控制过程信息,不直接完成控制功能。
  • 现场总线服务器:一台安装了现场总线接口卡与 DCS 监控网络接口卡的计算机。

过程控制级设备的主要功能

  • 采集过程数据,进行数据转换与处理;
  • 对生产过程进行监测和控制;
  • 现场设备及 I/O 卡件的自诊断;
  • 与过程管理级进行数据通信。

第13页:3、过程管理级

过程管理级的主要设备:操作站、工程师站和监控计算机等。

  • 操作站: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、监视、操作和管理装置。
  • 工程师站:对 DCS 进行配置、组态、调试、维护。
  • 监控计算机:实现对生产过程的监督控制,机组运行优化和性能计算,先进控制策略的实现等。

第14页:过程管理级设备的主要功能

过程管理级设备的主要功能:

  • 对生产过程进行监测和控制;
  • 对 DCS 进行配置、组态、调试、维护;
  • 对各种设计文件进行归类和管理;
  • 实现对生产过程的监督控制,故障检测和数据存档。

第15页:4、经营管理级

经营管理级的设备可能是厂级管理计算机,也可能是若干个生产装置的管理计算机。

  • 厂级管理系统的主要功能是监视企业各部门的运行情况。
  • 管理计算机的要求是具有能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统。

第16页:经营管理级设备的主要功能

经营管理级设备的主要功能:

  • 监视企业各部门的运行情况;
  • 实时监控: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;
  • 日常管理:承担全厂的管理决策、计划管理、行政管理等任务。

第17页:DCS系统层次结构

本节标题:DCS 系统层次结构。

后续图示按过程控制级、集中监控级、生产管理级与综合管理级给出各层承担的功能。

第18页:图2-6 DCS体系结构的各层功能

图2-6 DCS 体系结构的各层功能

综合管理级
市场和用户分析,订货和销售统计,销售计划,产品生产协调,合同事宜,期限监测等。
生产管理级
规划产品结构和规模,产品监视,产品报告,工厂生产监视。
集中监控级
过程操作测试,设备间协调,优化过程控制,自适应控制,错误检测,数据存档。
过程控制级
进行过程数据的采集,数据检查,进行数字开环和闭环控制,设备监测和系统测试和诊断,实施安全性、冗余化措施。
现场设备
现场检测与执行装置。

第19页:1、hollias-macs系统的体系结构

常见 DCS 系统之一:和利时 hollias-macs 系统

图示为 hollias-macs 系统的体系结构,该系统基于 Profibus 现场总线技术设计,采用分布式数据库与 C/S 体系结构。

第20页:2、I/A Series系统的体系结构

常见 DCS 系统之二:I/A Series 系统

图示为 I/A Series 系统的体系结构。I/A Series(Intelligent Automation Series)是美国 FOXBORO 公司推出的新一代开放式智能 DCS 控制系统。

第21页:3、JX-300XP系统网络结构

常见 DCS 系统之三:浙大中控 JX-300XP 系统

图示为 JX-300XP 系统网络结构,其通信系统对不同结构层次分别采用信息管理网、SCnet Ⅱ 网络和 SBUS 总线。

第22页:4、SIMATIC NET结构

常见 DCS 系统之四:SIMATIC NET 结构

图示为西门子 SIMATIC NET 的网络结构。

第23页:5、Advant OCS结构

常见 DCS 系统之五:Advant OCS 结构

图示为 ABB 公司 Advant OCS 的系统结构。

第24页:6、罗克韦尔ControlLogix系统结构

常见 DCS 系统之六:罗克韦尔 ControlLogix 系统结构

图示为罗克韦尔 ControlLogix 系统的网络结构,采用信息层以太网、控制层控制网与设备层设备网的三层结构。

第25页:7、SunyPCC800小型集散控制系统网络结构

常见 DCS 系统之七:SunyPCC800 小型集散控制系统

图示为 SunyPCC800 的网络结构,采用二层网络:系统网络 SNet 与控制网络 CNet;I/O 功能模板通过 SmartBus 连接智能 I/O 调理模块,SNet 采用工业以太网并可无缝连接 MIS/ERP。

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