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04 第4章 DCS的软件及组态.pptx

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本课件为《集散控制系统》第四章,先区分系统软件与应用软件并说明组态的含义,再按输入处理、报警处理、控制运算、回路组态与输出处理展开现场控制站的反馈控制功能,随后介绍逻辑控制、顺序控制与批量控制,最后给出操作站功能与自诊断机制。

第四章DCS的软件及组态章节封面,标示本章围绕软件体系、组态与控制层监控软件功能展开
第四章知识点与学习目标页,列出了解软件体系概念、掌握组态软件与了解通讯网络标准协议五项要求
软件体系内容提要页,区分系统软件的实时多任务操作系统与编程语言工具和应用软件的通信管理与组态诊断程序
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第1页:第四章DCS的软件及组态封面

本章为《集散控制系统》第四章,围绕软件体系的基本概念、控制层软件和监控软件的功能、组态软件,以及 DCS 通讯网络系统的组成与控制网络标准及协议展开。

第2页:知识点与学习目标

知识点

  • 了解软件体系的基本概念
  • 了解控制层软件和监控软件的功能
  • 掌握组态软件
  • 掌握 DCS 通讯网络系统的组成
  • 了解控制网络标准及协议

第3页:集散控制系统的软件体系

系统软件

  • 实时多任务操作系统
  • 面向过程的编程语言
  • 工具软件

应用软件

  • 通信管理软件
  • 组态生成软件
  • 诊断软件

第4页:集散控制系统的系统软件

集散控制系统的系统软件是一组支持开发、生成、测试、运行和维护程序的工具软件。

操作系统
用来控制计算机系统中用户程序的执行顺序;为用户程序与系统硬件提供接口软件;允许这些程序(包括系统程序和用户程序)之间交换信息。

第5页:集散控制系统的组态软件

在实时工业计算机系统中,应用程序用来完成功能规范中所规定的功能。

DCS 组态(组态设计)
根据实际生产过程控制的需要,预先将 DCS 所提供的硬件设备和软件功能模块组织起来,以完成特定的任务。

DCS 组态分为硬件组态与软件组态。

第6页:集散控制软件系统的基本功能

控制站的基本功能:反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理、数据通信。

操作站的基本功能:显示、操作、报警、组态、系统维护、报告生成。

自诊断功能:离线自诊断、在线自诊断、显示故障代码、定位故障卡件。

第7页:1、反馈控制

现场控制站的基本功能之一是反馈控制。

反馈控制功能分布图:输入处理 → 报警处理 → 控制运算 → 回路组态 → 输出处理。

第8页:(1)输入信号处理

模拟输入信号处理

  • 合理性检验
  • 零偏修正
  • 规格化
  • 工程量变换
  • 非线性处理
  • 开方运算
  • 补偿运算
  • 脉冲序列的瞬时值变换及累计

第9页:数字信号与脉冲序列的处理

  • 对于数字信号:状态报警及输出方式处理;
  • 对于脉冲序列:瞬时值变换及累积计算。

第10页:(2)报警处理

报警处理相关参数:

  1. 报警类型
  2. 报警限值
  3. 报警优先级(报警优先级参数、报警链中断参数、最高报警选择参数)

第11页:(3)控制运算

常用算法包括:

  • 常规 PID、微分先行 PID、积分分离
  • 开关控制、时间比例式开关控制
  • 信号选择、比率设定、时间程序设定
  • Smith 预估控制、多变量解耦控制
  • 一阶滞后运算、超前-滞后运算及其他运算

第12页:(4)控制回路组态

根据控制策略的需要,将一些功能模块通过软件连接起来,构成检测回路或控制回路。

示例:温度与压力串级控制系统回路组态图。

第13页:(5)输出信号处理

输出信号处理包括:

  • 输出开路检验
  • 输出上下限检验
  • 输出变化率限幅
  • 模拟输出、开关输出、脉冲宽度输出

第14页:2、逻辑控制

逻辑控制是根据输入变量的状态,按逻辑关系进行的控制,在 DCS 中由逻辑功能模块实现。

逻辑控制功能模块:与(AND)、或(OR)、非(NO)、异或(XOR)、连接(LINK)、进行延时(ON DELAY)、停止延时(OFF DELAY)、触发器(FLIP-FLOP)、脉冲(PULSE)。

第15页:3、顺序控制

顺序控制
按预定的动作顺序或逻辑,依次执行各阶段动作程序;顺序控制中可以兼用反馈控制、逻辑控制和输入/输出监视等功能。

实现顺序控制的常用方法:

  • 顺序表法
  • 程序语言方式
  • 梯形图法

第16页:顺序控制三种实现方法

顺序表法
将控制顺序按逻辑关系和时间关系预先编成顺序记录,存储于管理文件中,然后逐项执行。
程序语言方式
通过语言编程来实现顺序控制。
梯形图法(梯形逻辑控制语言)
由继电器逻辑电路图演变而来的一种解释执行程序的设计语言。

随着 DCS 的发展,已出现了梯形逻辑与连续控制算法相结合的复合控制功能。

第17页:4、批量控制

批量控制是根据工艺要求,将反馈控制与逻辑、顺序控制结合起来,使一个间歇式生产过程得到合格产品的控制。

顺序控制的条件信号来自:反馈控制的报警信号、回路状态信号、模拟信号的比较、判断、运算结果。

第18页:批量控制的切换与转换条件

批量控制中的切换与变更内容包括:

  • 回路的切换
  • 参数的变更
  • 设定值的调整
  • 控制算法的变更
  • 控制方案的变更
  • 由顺序控制转换为反馈控制的条件

第19页:5、辅助功能(1)控制方式选择

辅助功能之一是控制方式选择,包括:

  • 手动(MAN)
  • 自动(AUT)
  • 串级(CAS)
  • 计算机(COMP)

第20页:(2)测量值跟踪

测量值跟踪:在手动方式时,使本回路的设定值不再保持原来的值,而跟踪测量值。

第21页:(3)输出值跟踪

  • 在手动方式时,使内存单元中 PID 输出值跟踪手操输出值;从手动切换到自动时,内存单元中的自动输出数值与手操输出值相等,切换是无扰动的。
  • 在自动方式时,手操器的输出值始终跟踪控制器的自动输出值;从自动切换到手动时,手操器的输出值与 PID 的输出值相等,切换是无扰动的。

第22页:操作站的基本功能

操作站的基本功能分布图:显示、操作、报警、系统组态、系统维护、报告生成。

第23页:自诊断功能

  • 在系统投运前,用离线诊断程序检查各部分的工作状态;
  • 系统运行中,各设备不断执行在线自诊断程序。一旦发现错误,立即切换到备用设备,同时经过通信网络在显示器上显示出故障代码,等待及时处理;故障代码可以定位到卡件板,用户只需及时更换卡件。
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