自动控制原理与系统项目五过程控制系统任务四

SP A
SP O N+1
N
TR
A N+2
TS
C/R N+4
S18 MI S19 AX
C N+3
C-F N+5
S20 C/R
S21 LX
S22 CX
S29 TRS2 S30 TRPV
T
工程师站——组态实例（功能块）
控制技术基础
一个控制方案是由若干个功能块（Function Block）组合而成 的。当选用一个功能码添加到控制方案中时，必须为该功能码指定 一个块号（即块地址），确定了块地址的功能码称为功能块。
系统状态、流程图等）的显示； • 打印报表、状态和报警信息； • 选择自动／手动控制方式，调整过程设定值或直接手操输出； • 进行在线变量计算和性能计算； • 具有磁盘操作、数据库组织、显示格式编辑、程序诊断处理等功能。
操作员站——屏幕显示画面
控制技术基础
• 总貌显示画面
操作员站——屏幕显示画面
操作员站的任务 是在标准画面和用户 组态画面上汇集和显 示所有有关信息，供 运行人员对机组的运 行工况进行监视，并 通过触摸屏或专用薄 膜键盘进行相应的操 作控制。
操作员站——基本功能
控制技术基础
• 收集各现场控制站的过程信息，建立数据库； • 自动检测和控制整个系统的工作状态； • 在屏幕上进行各种画面（总貌、区域、分组、回路、趋势、报警、
操作员站
控制技术基础
DCS系统在屏幕上集中 显示生产过程的各项参数， 操作人员坐在椅子上就可以 对生产过程进行监视，一个 操作人员完成了从前十几个 人才能完成的监视和操作任 务，人机联系发生了根本性 的变化。
操作员站——组成
控制技术基础
操作员站的硬件 主要由主机、显示器、 键盘、鼠标或球标、 打印机等组成。
控制技术基础
各DCS产品现场控制站的实时数据库结构各不相同， 但一般通用系统中的实时数据库应该包括系统中的采集点 、控制算法结构、计算中间变量点、输出控制点等各种处 理点的有关信息，即点索引号、点字符名称（又称仪表号 ）、说明信息、报警管理信息、显示信息、转换信息、计 算信息等，每一点的信息构成一条“记录”，又称“点记 录”。
（0＝正常；1＝积分）； S12－控制器正反作用
（0＝正作用；1＝反作用）
PV SP e
Y
K
K
p
e
KI
edt
KD
de dt
△
S2
PID
SP
S1
PV
S3
S4 TR
TF
（19） N
控制技术基础
工程师站——组态实例（功能码80：M/A操作站）
S3－自动信号（A）； S6－启动后该操作站的初始方式；
现场控制站内各功能模件所需电源通常为直流电源，一 般有＋5V、±12V、±15V、＋24V等。
现场控制站——硬件（I/O模件）
控制技术基础
在现场控制站中，种类最多、数量最大的就是各种I/O模件，包括模 拟量I/O模件，开关量（数字量）I/O模件和脉冲量输入模件以及一些 特殊过程变量的输入输出模件等，并根据信号的类型、幅值大小等通 常提供不同型号的模件。
为了保证现场I/O通道不受外界的干扰和偶然出现的高电压、大电流 干扰信号的破坏，I/O模件必须配备各种隔离和保护电路，如开关量 信号输入、输出的光电隔离，模拟量信号输入采用隔离放大器隔离等
各种I/O模件在设计时为保证其通用性和系统的可组态性，在板上常 设有一些用于改变信号量程与种类的跳线或开关，并有一组地址设置 开关，用于本模件地址的确定，在系统安装时必须按组态数据仔细设 定。
控制技术基础
Fundamentals of Control Technology
项目五 任务四
过程控制系统 分布式控制系统（DCS）
DCS的概念
控制技术基础
控制室
控制技术基础
控制室
控制技术基础
DCS的发展
控制技术基础
控制技术基础
第四代DCS——20世纪90年代中后期
❖ 受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入 式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数 据库技术等）发展的影响，以及用户对先进的控制功 能与管理功能需求的增加，各DCS厂商纷纷提升DCS 系统的技术水平，并不断丰富其内容。新一代DCS已 经形成。
控制技术基础
• 分组显示画面 基于分组显示画
面，操作员可以进行 下列操作：调整给定 值;控制方式切换 （自动、手动和串 级）；手动方式下的 输出调节；启动和停 止一个控制开关；显 示一个回路的详细信 息等。
操作员站——屏幕显示画面
控制技术基础
• 细目显示画面（点显示） DCS系统中的每一个点对
应一个记录。 例如，一个模拟量点包
现场控制站——硬件（机柜）
控制技术基础
现场控制站——硬件（电源）
控制技术基础
现场控制站的供电来自220V或110V交流电源，交流电源 经现场控制站内的配电盘、断路器给直流稳压电源及系 统供电。
每一个现场控制站均采用两路单相交流电源供电，两路 互为冗余。在控制过程连续性要求较高的应用场合，应 装设不间断电源UPS。
含了很多信息如点的名称、 单位、显示上限、显示下限、 报警优先级、报警上限、报 警下限，报警死区、转换系 数、偏置量、硬件地址等， 在点的细目显示画面中可以 列出所有内容并允许操作员 修改某一项的内容。
操作员站——屏幕显示画面
• 趋势显示画面 包含实时趋势显示和
历史趋势显示
控制技术基础
操作员站——屏幕显示画面
控制技术基础
工程师站——组态实例（功能码19：PID控制器）
S1－过程变量（PV） S2－设定值（SP） S3－跟踪信号（TR） S4－跟踪指令
（TF：0＝跟踪；1＝释放） S5－总增益系数（K） S6－比例系数（KP） S7－积分系数（KI） S8－微分系数（KD） S9－控制器输出上限 S10－控制器输出下限 S11－设定值改变
• 功能模块通常包括结构参数、设置参数和可调参数等。
• 功能模块类型：输入、输出类功能模块、控制算法类功能模块、 运算类功能模块、信号发生器类功能模块、转换类功能模块、信 号选择和状态类功能模块
控制技术基础
工程师站——控制系统组态实例（功能码）
Symphony系统提供了一系列（255种）完成不同基本功能的软件 模块，并给每个模块编排了一个唯一的代码，称为功能码（Functio n Code）。在Symphony系统现场控制单元HCU中控制模件的ROM中存 放有功能码库，它是该控制模件在组态时所能使用的各种功能码的 集合。
SP
S1
PV
S3 S4
TR
TF
（19） 30
S3 S4 S5
S18
S19
S5 =1.0 S6 =1.0 S7 =2.0 S8 =0.0 S9 =105.0 S10 =-5.0 S11 =0 S12 =0
为控制方案中的功能码指定块地址，实质上是为功能码在控制 方案运行中产生的输出在控制模件的内存中分配一个存储区域。
在控制方案中，一种功能码根据需要可以使用多次，但每次使 用必须指定不同的块地址，以分别存放功能码在不同使用条件下产 生的输出。这样，同一种功能码在控制方案中可以形成多个不同的 功能块。这是功能码与功能块的根本区别。
• 报警显示画面 强制报警显示、报警列表显示功能、报警确认功能
控制技术基础
操作员站——屏幕显示画面
控制技术基础
• 系统状态显示画面
操作员站——屏幕显示画面
控制技术基础
• 流程图显示画面
操作员站——屏幕显示画面
• 其他显示画面 包括系统的性能计算画面、特性监视
画面、系统诊断画面、事件记录画面等。
系统组态
种显示画面间的 连接
软件组态 显示画面组态
给硬件系统配置有 关信息和形成所需 功能的应用软件
控制组态
控制组态完成各 控制器、过程控 制装置的控制结 构连接、参数设 置等
工程师站——控制系统组态
控制技术基础
• 功能模块（算法）是控制系统结构中的基本单元，是由集散控制 系统厂家提供的系统应用程序。它由不同功能的子程序组成。
第四代DCS
控制技术基础
❖Information（信息）
DCS系统已经不是一 个以控制功能为主的控 制系统，而是一个充分 发挥信息管理功能的综 合平台系统。DCS提供 了从现场到设备、从设 备到车间、从车间到工 厂、从工厂到企业集团 整个信息通道。
❖Integration（集成 ）
➢功能的集成
➢产品的集成
DCS网络结构图
控制技术基础
操作员站
历史站 /记录站 工程师站
信息高速公路 控制技术基础
（Information Highway） 中心遥控单元
数据高速公路 （Data Highway） 分布式处理单元DPU （Distributed Processing Unit）
PLC网络
DCS组成结构图
N－按百分数表示的控制输出，其值由操作站方式和 自动信号输入（S3）或者手动操作输出确定； N＋2－自动方式标志
（A：1＝自动；0＝手动）； N＋3－级别标志（0＝本机；1＝计算机）； N＋5－计算机状态标志
（C－F：0＝计算机OK；1＝计算机故障）。
M/A
S1 S2 S3
S4 S5
MFC/P
PV
（80）
Symphony 现场控制单元（HCU－Harmony Control Unit）
Teleperm XP 自动控制系统（AS－Automation System）
现场控制站——主要功能
控制技术基础
1、模拟量连续控制
2、顺序逻辑控制