6.1分散控制系统的控制站分析
分散控制系统（DCS）知识讲解
分散控制系统（DCS）知识讲解分散控制系统技术规范（硬件与软件）一、总则1、DCS系统功能：模拟量控制(MCS)，锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、顺序控制(SCS)和数据采集(DAS)，以满足各种运行工况的要求，确保机组安全、高效运行。
2、DCS应由分散处理单元、数据通讯系统和人机接口组成。
3、DCS系统应易于组态，易于使用，易于扩展。
4、DCS的设计应采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，使其具有高度的可靠性。
系统内任一组件发生故障，均不应影响整个系统的工作。
5、系统的参数、报警和自诊断功能应高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统应在功能和物理上适当分散。
6、DCS应采取有效措施，以防止各类计算机病毒的侵害和DCS 内各存贮器的数据丢失。
7、整个DCS的可利用率至少应为99．9％。
二、硬件要求1、一般要求（1）系统使用以微处理器为基础的分散型的硬件。
（2）所有模件均应是固态电路，标准化、模件化和插入式结构。
（3）模件的编址不应受在机柜内的插槽位置所影响，而是在机柜内的任何插槽位置上都应能执行其功能。
2、处理器模件（1）处理器模件应各司其职(功能上应分离)，以提高系统可靠性．处理器模件应使用I／O 处理系统采集的过程信息采完成模拟控制和数字控制．（2）处理器模件带有LED自诊断、显示。
（3）处理器模件若使用随机存取存储器(RAM)，则应有电池作数据存储的后备电源，电池的更换不应影响模件的工作。
（4）某一个处理器模件故障，不应影响其它处理器模件的运行。
此外，数据通讯总线故障时，处理器模件应能继续运行。
（5）对某一个处理器模件的切除，修改或恢复投运，均不应影响其它处理器模件的运行。
（6）执行机组联锁保护和重要的模拟量控制功能的控制器应冗余配置。
（7）冗余配置的处理器模件与系统均应有并行的接口，即均能接受系统对它们进行组态和组态修改。
处于后备状态的处理器模件，应能不断更新其自身获得的信息。
分散控制系统概论
分散控制系统概论分散控制系统(Distributed Control System)是以微处理器为基础，全面融合计算机技术、测量控制技术、网络数字通信技术、显示与人机界面技术而成的现代控制系统。
其主要特性在于分散控制和集中管理，即对生产过程进行集中监视、操作和管理，而控制任务则由不同的计算机控制装置去完成。
因此也有人将DCS称为集散控制系统。
随着技术的发展，DCS系统自20世纪70年代由美国霍尼威尔(Honeywell)公司推出TDC-2000系统开始至今，30余年间已经经历了四代。
分散控制系统已经在工业生产过程控制中迅速普及，广泛用于电力、石化、冶金、建材、制药等各行业，成为过程控制系统的核心。
分散控制系统的应用大幅度地提高了生产过程的安全性、经济性、稳定性和可靠性。
从电力行业看，我国电力行业在20世纪80年代末期随引进大型火电机组开始应用DCS，到今天DCS已成为电站控制的标准装备。
大到1000MW的主力单元机组，小到几十兆瓦的循环流化床热电联产机组，到处都有DCS在保障其安全运行。
第一节分散控制系统的发展历程分散控制系统是生产过程监视、控制技术发展和计算机与网络技术应用的产物，但它更是在过程工业发展对新型控制系统的强烈需求下产生的。
过程工业的生产组织形式大致经历了从分散到集中的两个阶段。
早期的过程控制系统采用分散控制方式。
当时，控制装置安装在被控过程附近，而且每个控制回路都有一个单独的控制器。
这些控制装置就地测量出过程变量的数值，并把它与给定值相比较而得到偏差值，然后按照一定的控制规律产生控制作用，通过执行机构去控制生产过程，运行人员分散在全厂的各处，分别管理着自己所负责的那一部分生产过程。
这种分散控制方式适用于那些生产规模不太大、工艺过程不太复杂的企业。
我国在单元制机组出现以前，母管制火电机组的运行控制方式就是这种分散控制方式的典型代表。
现在，在大型单元机组中那些比较简单的过程控制领域中仍然使用它们，如轴封压力、燃油压力、高低压加热器水位、疏水箱水位的控制就常常采用这种类型的基地式调节器。
控制工程基础- 第6章 控制系统校正
arctan 1 2
tr
n 1 2
tp
n
1 2
ts
3
n
或4
n
% exp( ) 100%
1 2
控制工程基础
控制系统校正的基本概念
二阶系统的频域性能指标
c n 1 4 4 2 2
arctan
2
1 4 4 2 2
p n 1 2 2
1
Mp
2
1 2
b n 1 2 2 2 4 2 2 4
控制工程基础
控制系统校正的基本概念
(2) 滞后校正装置 校正装置输出信号在相位上落后于输入信号，即
校正装置具有负的相角特性，这种校正装置称为滞后 校正装置，对系统的校正称为滞后校正(积分校正)。 主要改善系统的静态性能。 (3) 滞后-超前校正装置
若校正装置在某一频率范围内具有负的相角特性， 而在另一频率范围内却具有正的相角特性，这种校正 装置称滞后-超前校正装置，对系统的校正称为滞后超前校正(积分-微分校正)。
2. 频域性能指标
(1) 开环频域指标
开环截止频率ωc (rad/s) ； 相角裕度γ；
幅值裕度Lg 。 (2) 闭环频域指标
谐振频率ωp ； 谐振峰值 Mp ；
频带宽度ωb。
控制工程基础
控制系统校正的基本概念
3. 各类性能指标之间的关系 各类性能指标是从不同的角度表示系统的性能，它们之间
存在必然的内在联系。对于二阶系统，时域指标和频域指标之 间能用准确的数学式子表示出来。它们可统一采用阻尼比ζ和 无阻尼自然振荡频率ωn来描述。 二阶系统的时域性能指标
经变换后接入系统，形成一条附加的、对干扰的影响进 行补偿的通道。
控制工程基础
《分散控制系统》课件
详细描述
该钢铁厂分散控制系统出现故障时，能够快速定位并采取 有效措施进行处理，确保了生产的连续性和稳定性。
总结词
提高员工故障处理能力
总结词
建立完善的故障预防机制
详细描述
该钢铁厂注重员工故障处理能力的培训和提高，通过实际 操作和模拟演练等方式，使员工能够熟练掌握故障诊断和 处理技能。
THANKS
总结词
降低能耗和减少排放
详细描述
该化工厂分散控制系统通过优化控制策略，有效降低了 能耗和减少排放，符合绿色环保要求，提高了企业的社 会责任感。
某钢铁厂分散控制系统的故障诊断与处理
总结词
快速定位和解决故障
详细描述
该钢铁厂通过建立完善的故障预防机制，定期对分散控制 系统进行维护和检查，有效预防了故障的发生。
06
分散控制系统的案例分析
某电厂分散控制系统的设计与实施
总结词
成功实现自动化控制
01
02
详细描述
该电厂采用分散控制系统，实现了对发电机 组、锅炉、汽轮机等设备的自动化控制，提 高了生产效率和安全性。
总结词
注重系统稳定性与可靠性
03
总结词
优化人机界面，提高操作便利性
05
06
04
详细描述
设计过程中，充分考虑了系统稳定性 和可靠性，采用了冗余技术和故障诊 断功能，确保了系统的高效稳定运行 。
详细描述
该电厂分散控制系统的界面设计简洁明了，易 于操作，大大提高了操作员的工作效率和准确 性。
某化工厂分散控制系统的优化与改进
总结词
提升系统性能和安全性
详细描述
通过对原有分散控制系统的优化和改进，提高了系统的 性能和安全性，满足了化工厂生产工艺的特殊要求。
DCS分散控制系统安全分析分散控制系统
DCS分散控制系统安全分析分散控制系统0引言在大型火电机组的控制过程中应用DCS分散控制系统能够大幅度地提升机组的自动化水平。
目前的火电厂中已经大规模应用了DCS分散控制系统，虽然有效提升了机组的自动化水平，但是作为大型火电机组的控制核心，一旦该系统的任何环节出现问题，便会导致各种故障或者问题（例如，机组跳闸、装置失灵、设备损坏以及其它危及电网安全的故障或者问题）。
DCS分散控制系统在我国的火电厂应用了较长时间，通过统计与分析该系统近几年的运行故障和异常问题可以发现，DCS分散控制系统在设计方面和应用方面均存在着许多因素会导致影响火电机组的运行安全。
正是因为以上原因，需要提升DCS分散控制系统的设备性能和应用技术水平，强化热控技术的监督力度，借此来提升DCS分散控制系统的安全可靠运行水平。
1影响DCS分散控制系统安全的若干因素分析 1.1计算机系统的可靠性方面高可靠水平的计算机系统是保证DCS分散控制系统安全的重要的基础性因素，它的安全级别应该要显著高于机组的可靠性水平。
影响的计算机系统安全的因素可能存在计算机系统的设计环节，也有可能存在于计算机系统的制造环节、安装调试环节或者维护环节，如果在以上环节当中没有遵照相应的技术规范认真核对计算机系统的纠错能力、系统组态以及自我诊断能力，则计算机系统的可靠性便根本得不到保证。
同时，工作环境对计算机系统通常也会产生非常的影响。
具体而言，首先，计算机系统对工作环境的温度和湿度要求非常严格。
在温度方面，如果工作环境的温度每增加10℃，则计算机系统的可靠性便会大幅度降低1/4；如果工作环境温度超过60℃，则计算机系统的故障率便会急剧增加；同时，温度的变化加速各种元器件的老化。
在湿度方面，如果工作环境湿度过低，便会出现静电现象，如果静电电压大于2kV时，计算机系统的可靠性水平便会显著降低。
其次，计算机系统对工作环境的空气洁净度要求很高。
如果空气中尘土过多，则尘土进入到计算机硬件系统当中，不仅有可能增加磁盘和磁头之间的磨损几率，还会增加电子元件与集成电路的短路事故的发生率。
分散控制系统配置的基本要求
分散控制系统配置的基本要求。
14.1.1DCS 系统配置应能满足机组任何工况下的监控要求（包括紧急故障处理），CPU负荷率应控制在设计指标之内并留有适当裕度。
14.1.1.1所有控制站的CPU负荷率在恶劣工况下不得超过60%所有计算机站、数据管理站、操作员站、工程师站、历史站等的CPU负荷率在恶劣工况下不得超过40%，并应留有适当的裕度。
14.1.1.2CPU 的负荷率应定期检查统计，如超过设计指标，应迅速采取措施处理。
14.1.1.3控制站、操作员站、计算机站、数据管理站、历史站或服务器脱网、离线、死机，在其他操作员站监视器上应设有醒目的报警功能，或在控制室内设有独立于DCS系统之外的声光报警。
14.1.2控制器，FSSS ETS系统的I/O卡应采用冗余配置，重要I /O点应考虑采用非同一板件的冗余配置。
14.1.2.1分配控制回路和I/O 信号时，应使一个控制器或一块I/O 板件损坏时对机组安全运行的影响尽可能小。
I/O 板件及其电源故障时，应使I/O 处于对系统安全的状态，不出现误动。
14.1.2.2冗余I/O 板件及冗余信号应进行定期检查和试验，确保处于热备用状态。
14.1.3系统电源应设计有可靠的后备手段（如采用UPS电源），备用电源的切换时间应小于5ms （应保证控制器不能初始化）。
系统电源故障应在控制室内设有独立于DCS之外的声光报警。
14.1.3.1DCS 宜采用隔离变压器供电。
系统应设计双回路供电。
其中一路电源要采用UPS供电。
14.1.3.2UPS电源应能保证连续供电30min,确保安全停机停炉需要。
14.1.3.3采用直流供电方式的重要I/O 板件，其直流电源应采用冗余配置，其中一路电源故障应有报警信号。
14.1.4主系统及与主系统连接的所有相关系统（包括专用装置）的通信负荷率设计必须控制在合理的范围（保证在高负荷运行时不出现“瓶颈”现象）之内，其接口设备（板件）应稳定可靠。
集散控制系统与现场总线6
DCS与现场总线
6.3.2 现场总线协议模型
4.用户层 主要任务是制定现场总线设备中数据库信息的存取规则 ， 定 义功能块，提供系统组态语言。 网络管理部分将4个层次有机地结合在一起，协调地工作。
DCS与现场总线
6.3.3 现场总线仪表
1.所有公司生产的现场仪表，具有统一的总线协议，或者是必 须遵守相关的通信规约。
·工作时间记录; · 温度测量：当前温度、最小/最大温度（记忆）、 每个温度段的工作时间、设定点报警检测。 ·在线控制阀座（上、下行程位置）; ·监视或显示可调阈值：累积行程、100％阀位、 动作次数、死区补偿; ·报警1和2（位置报警）的次数。
信息差错检测 可帮助技术人员缩短查找故障的时间。
DCS与现场总线
6.1.1 现场总线的基本定义
2.全数字化 现场总线采用数字信号通信，用数字通信代替4-20mA的连接 标准。 各种开关量、模拟量信号转变为数字信号，然后通过总线传 输。 3.双向传输 一条总线上既可以向上传递各类传感器信号，又可以向下传 递执行器的控制信号。 通过串行通信接口部件，使所有现场设备采用统一的协议标 准。
6.4 现场总线的技术应用
6.4.1 现场总线网络的应用特征
1. 通信介质——双绞线、光纤、无线等，实现成本低；IT网络需要专用电缆
，如同轴电缆、光纤等，实现成本高。
2. 通信响应的实时性——对实时性要求较高；IT网络的实时性可以忽略。
3. 传输的信息长度
数据传输长度一般都比较小，节点通常也较少，对网络传输吞吐量要求不高
。IT网络传输大批量数据信息，通信量较大。
4. 环境适应性与安全性
较强的环境适应性和安全性，包括防电磁干扰、防潮、防震动等；IT网络则
电力行业防止分散控制系统失灵事故的重点要求
电力行业防止分散控制系统失灵事故的重点要求1 防止分散控制系统供电系统事故1.1 分散控制系统电源应设计有可靠的后备手段，电源的切换时间应保证控制器、服务器不被初始化；操作员站如无双路电源切换装置，则必须将两路供电电源分别连接于不同的操作员站；系统电源故障应设置最高级别的报警；严禁非分散控制系统用电设备接到分散控制系统的电源装置上；公用分散控制系统电源，应分别取自不同机组的不间断电源系统,且具备无扰切换功能。
分散控制系统电源的各级电源开关容量和熔断器熔丝应匹配，防止故障越级。
1.2 交、直流电源开关和接线端子应分开布置，交、直流电源开关和接线端子应有明显的标示。
1.3 分散控制系统（DCS）使用的不间断电源（UPS）电源装置应做定期维护，蓄电池应定期进行充放电试验，应对UPS 装置及电源冗余切换装置出口电源进行录波试验，确保供电质量。
如有条件，宜对所有 UPS 电源进行远程实时监控，并作相应 UPS 故障报警。
1.4 热控设备需要两路直流电源互备时，严禁采用大功率二极管将厂用直流两段电源进行耦合。
1.5 DCS 各等级电压电源应按照“专电专用”原则，严禁接入其他非核心负载，例如机柜风扇、指示灯、操作面板、检修用电源、伴热电源、照明电源等。
1.6 DCS 应具有可靠的电源失电报警功能。
当外部供电或内部供电任一路电源故障时，均能在人机界面显示故障信息，触发报警。
1.7 DCS 网络通信设备电源应双路配置，电源的切换时间应保证网络通信设备不被初始化，且应有失电报警功能。
1.8 分散控制系统设计阶段时，用于重要联锁保护的输入输出信号，应避免多个信号通过短接线或母线共用直流正极或负极，或应根据控制设备的重要等级进行分组，各组电源分别配以熔丝或空气开关做电气隔离，尽可能降低集中供电风险。
1.9 热控设备进行改造后，应针对电源回路复核空气开关或熔丝的额定参数，确保设备的用电容量不超过空气开关或熔丝的额定容量，同时核算上下级电源匹配功耗，防止因空气开关或熔丝越级跳闸或熔断导致失电事故范围扩大。
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如上
通信协议国际化， 使用现场总线技术
第四代 1990-
Honeywell的Experi OnPKS ABB的Industrial IT等
信息化（Information）：信息管理平台 集成化（Integration）：功能和产品的集成
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
二、分散控制系统在我国的发展和应用
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
第六章 分散控制系统
第一节 分散控制系统概述 第二节 典型分散控制系统简介 第三节 分散控制系统的过程控制站 第四节 分散控制系统的操作员站 第五节 分散控制系统的工程师员站
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
（三）控制模件 CPU、存储器（ROM、RAM）、总线 控制模件的特点：P177
沈阳工程学院动力系 崔长春
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
（四）I／O 模件
为分散控制系统的各种输入／输出信号提供信息通道的专用模件 1、模拟量输入（AI）模件 2．模拟量输出（AO）模件 3．开关量输入（DI）模件 4．开关量输出（DO）模件 5．脉冲量输入（PI）模件
《Байду номын сангаас算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
第一节 分散控制系统概述
一、分散控制系统的发展历程
年代
代表系统
控制站
操作站
通信网络
第一代
Honeywell的TDC-2000， 只能实现连续控制
1975-1980 Baily的N-90 等
管理、显示和 初级工业控制局部 操作功能集中 网络，系统专用的
通信协议
第二代 1980-1985
Honeywell的TDC-3000， Baily的N-90Ⅱ等
能实现连续控制、顺 序控制、批量控制功 能，兼有数据采集、 事件顺序记录SOE能力
管理、显示和 操作功能分散
工业局域网络，多 采用生产厂家自己 的通信协议
第三代 Honeywell的TDCS-3000 如上 1985-1990 Bailey的INFI-90 等
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
一、过程控制站的硬件
系统名称 TDC-3000
WDPF Ovation INFI-90 Symphony系统 Teleperm-ME Teleperm-XP
控制柜名称
结构形式
通用型设备
基本控制器BC 多功能控制器MCU 分散处理单元DPU 控制器Controller
当前I／O模件的发展趋势是进一步智能化，通过在I／O模件上应 用微处理器，使原来控制模件承担的工作进一步分散
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
1、模拟量输入（AI）模件 基本功能 输入信号类型 电流、毫伏级电压、常规直流电压 每个AI模件可接收4～64路模拟信号 结构和组成 信号端子板 信号调理器 A／D转换器
沈阳工程学院动力系 崔长春
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
2．模拟量输出(AO)模件 主要功能 输出信号的类型 电压、电流 每个AO模件可提供4-8路 模拟量输出 结构 每路信号都设置独立的D／A 各路信号共用一个D／A
沈阳工程学院动力系 崔长春
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
3．开关量输入（DI）模件
Ovation系统 Symphony系统
1997年 1998年
西屋过程控制公司(现为Emerson 过程控制有限公司公用事业部)
ABB贝利控制公司
I／A Series系统
1987年
美国Foxboro公司
Teleperm-XP系统
1992年
德国西门子(SIEMENS)公司
XDPS-400系统
1994年
第六章 分散控制系统
DCS是以微处理器为基础，全面融合4C技术的现代控制系统 计算机技术 Computer 测量控制技术 Control 通信网络技术 Communication 人机接口技术 CRT
主要特征 分散控制：控制任务由不同的计算机控制装置来完成； 集中管理：对生产过程进行集中监视、操作和管理。
沈阳工程学院动力系 崔长春
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
三、分散控制系统的基本构成
分散过程控制级（面向生产过程） 集中操作监控级（面向操作员和系统工程师） 综合信息管理级 通信网络
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
第二节 典型分散控制系统简介
由大型进口设备成套中引入国外的DCS
西门子 TelepermXP ABB Bailey Symphony、Ovation、Foxboro I／A Series 日立 HIACS-5000M
国内已有多家生产DCS的厂家:
北京和利时系统工程股份有限公司的HSl000和HS2000 上海新华控制工程有限公司的XDPS 国电智深EDPF NT PLUS 浙大中控的SuperconJX 重庆自动化仪表所和上海自动化仪表所开发的DJK--7500 北京航天测控公司的友力-2000
由安装在机柜内 主要包括机柜、 的一些标准化模 电源、控制模件、 件组装而成 。 输入／输出模件、
通信接口等
过程控制单元PCU
现场控制单元HCU
自动控制系统AS
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
（一）机柜 金属立式柜，机柜接地，内装风扇 总线系统制成印刷电路板或汇流条
（二）电源 机柜：220V或110VAC 功能模件：+5V、±12VDC 端子板：+24VDC 均采用冗余配置
上海新华控制工程公司
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
第三节 分散控制系统的过程控制站
一、过程控制站的硬件
是一个以微处理器为核心的、按功能要求组合的电子模件的集合体，并配 以机柜和电源等组成的相对独立的控制装置。
二、过程控制站的软件
实现输入、运算、控制、通信、输出等功能
基本功能 输入信号的类型
交流电压：120VAC 直流电压：5V、12V、24V、48V、125VDC 结构和组成 如图6—13所示 有的DI 模件还设有中断申请电路
沈阳工程学院动力系 崔长春
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
4．开关量输出(DO)模件
基本功能 信号类型和量程范围 随模件的生产厂家和型号不同而异