第2章集散系統基礎知識21體系22硬件

●2.2集散控制系統的硬件系統●2.3集散控制系統的軟件系統●2.4集散控制系統的基本功能本章主要內容22.1集散控制系統的體系結構本節內容提要?集散控制系統體系結構的特征●縱向分層●橫向分散●設備分級●網絡分層?按照功能，集散控制系統設備分為四級●現場控制級●過程控制級●過程管理級●經營管理級?與四級設備對應的四層網絡●現場網絡●控制網絡●監控網絡●管理網絡3圖2.1集散控制系統的體系結構現場網絡控制網絡監控網絡管理網絡41.現場控制級(1)典型的現場控制級設備●各類傳感器●各類變送器●各類執行器(2)現場控制級設備的主要任務●完成過程數據采集與處理。●直接輸出操作命令、實現分散控制。●完成與上級設備的數據通信，實現網絡數據庫共享。5(1)過程控制級主要設備過程控制站、數據采集站、現場總線服務器①過程控制站●產生控制作用。●可以實現反饋控制、邏輯控制、順序控制和批量控制等功能。6②數據采集站●接收大量的非控制過程信息；●不直接完成控制功能。③現場總線服務器●一臺安裝了現場總線接口卡與監控網絡接口卡的計算機。7（1）過程管理級的主要設備①操作站●操作人員與相互交換信息的人機接口設備；●的核心顯示、監視、操作和管理裝置。②工程師站●對進行配置、組態、調試、維護。③監控計算機●實現對生產過程的監督控制；●機組運行優化和性能計算，先進控制策略的實現等。8（2）過程管理級設備的主要功能●對生產過程進行監測和控制；●對進行配置、組態、調試、維護；●對各種設計文件進行歸類和管理；●實現對生產過程的監督控制，故障檢測和數據存檔。94.經營管理級（1）經營管理級的設備廠級管理計算機監視企業各部門的運行情況。生產裝置的管理計算機具有能夠對控制系統做出高速反應的實時操作系統。10（2）經營管理級設備的主要功能●監視企業各部門的運行情況；●實時監控承擔全廠性能監視、運行優化、全廠負荷分配和日常運行管理等任務；●日常管理承擔全廠的管理決策、計劃管理、行政管理等任務。112.2集散控制系統的硬件系統本節內容提要?控制站包括現場控制站和數據采集站等。●機柜●電源●控制計算機●其他部件?操作站一般分為操作員站和工程師站。●操作臺●微處理機系統●圖形顯示設備●操作鍵盤和鼠標●打印輸出設備等?冗余技術●冗余方式：多重化自動備用和手動備用。●冗余措施：通信網絡冗余、操作站冗余、現場控制站冗余、電源冗余、輸入/輸出模塊冗余。122.2.1現場控制站?主要設備：現場控制單元。?主要任務：進行數據采集及處理，對被控對象實施閉環反饋控制、順序控制和批量控制。?用戶可以根據不同的應用需求，選擇配置不同的現場控制單元以構成現場控制站。●以面向連續生產的過程控制為主，順序邏輯控制為輔，構成一個可以實現多種復雜控制方案的現場控制站;●以順序控制、聯鎖控制功能為主的現場控制站；●構成對大批量過程信號進行總體信息采集的現場控制站。131.機柜現場控制站機柜機柜間機柜組有了現場控制站，生產過程控制的安全性和可靠性都很容易得到保證中央控制室機柜間14現場控制單元多層卡件箱電源單元通信接口接線端子板機柜正面（前面）機柜背面（后面）現場控制站機柜15（1）電源系統的可靠性措施●每一個現場控制站均采用雙電源供電，互為冗余。●采用超級隔離變壓器，將其初級、次級線圈間的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響。●采用交流電子調壓器，快速穩定供電電壓。●配有不間斷供電電源，以保證供電的連續性。?現場控制站內各功能模塊所需直流電源一般為±5V、±15V(或±12V)、以及+24V。16（2）增加直流電源系統的穩定性措施●給主機供電與給現場設備供電的電源要在電氣上隔離，以減少相互間的干擾。●采用冗余的雙電源方式給各功能模塊供電。●一般由統一的主電源單元將交流電變為24V直流電供給柜內的直流母線，然后通過轉換方式將24V直流電源變換為子電源所需的電壓。●主電源一般采用1:1冗余配置，而子電源一般采用N:1冗余配置。17新疆獨山子石化目前使用的1550

容錯型直流電源。18報警監視——所有關鍵部位均有自動報警監視，通過顯示報警信息并可通過報警繼電器觸點輸出。191550交流輸入端子模塊帶2路獨立的相互隔離的電源輸入端子和報警輸出端子20212223內置冷卻風扇三個內置散熱風扇，均帶指示，內部統一報警監視。24所有模塊均支持在線熱插拔功能容錯性:交流輸入和直流24V輸出都可配置成1模塊冗余253.控制計算機控制器電源單元卡件現場總線接口卡件導軌控制計算機26?控制計算機一般是由、存儲器、輸入/輸出通道等基本部分組成。(1)●用以實現算術運算和邏輯運算。●可以執行復雜的先進控制算法，如自動整定、預測控制、模糊控制和自適應控制等。27(2)存儲器●控制計算機的存儲器分為和。●在控制計算機中占有較大的比例。●由于控制計算機在正常工作時運行的是一套固定的程序，中大都采用了程序固化的辦法。●在冗余控制計算機系統中，還特別設有雙端口隨機存儲器，其中存放有過程輸入輸出數據、設定值和參數等。28(3)總線●總線是將現場控制站內部各單元連接起來的通信介質。(4)輸入/輸出通道●模擬量輸入/輸出()●開關量輸入/輸出()●脈沖量輸入通道()29①模擬量輸入輸出通道()●模擬量輸入通道()?模擬量輸入通道()將來自在線檢測儀表和變送器的連續性模擬電信號轉換成數字信號，送給進行處理。●模擬量輸出通道()?模擬量輸出通道()一般將計算機輸出的數字信號轉換為4~20(或1~5)的連續直流信號，用于控制各種執行機構。30②開關量輸入/輸出通道()●開關量輸入通道()主要用來采集各種限位開關、繼電器或電磁閥連動觸點的開、關狀態，并輸入至計算機。●開關量輸出通道()主要用于控制電磁閥、繼電器、指示燈、聲光報警器等只具有開、關兩種狀態的設備。31③脈沖輸入通道()脈沖輸入通道()將現場儀表（如渦輪流量計等）輸出的脈沖信號處理后送入計算機。322.2.2操作站嵌入型臺式操作站桌面型操作站信息報警站工程師站控制站顯示器標準鍵盤主機操作站主機柜工作臺中央控制室設備33●操作臺

●微處理機系統

●外部存儲設備

●圖形顯示設備

●操作鍵盤和鼠標

●打印輸出設備操作站主要設備操作站設備34辦公桌式操作臺打印機顯示器鍵盤計算機系統操作臺做成一臺桌子形式，桌臺面上放置顯示器和操作鍵盤，而處理機系統放在桌下或桌上。35集成式操作臺操作臺是一個金屬整體，將處理機系統、顯示器和操作鍵盤等嵌在其內。36雙屏操作臺上屏下屏操作鍵盤在一個操作臺內嵌有上、下兩個屏幕，雙屏幕用一個處理機系統和一個操作鍵盤控制。37處理機——高性能的工業控制機38專用薄膜鍵盤系列39300X的操作員鍵盤40工程師站畫面一41工程師站畫面二42儀表面板顯示畫面操作員站畫面一43時間范圍前翻半頁后翻半頁當前顯示在數據庫中位置本頁時間本頁描述時間軸時間軸指示時間顯示全部曲線消隱全部曲線趨勢曲線顯示畫面操作員站畫面二44報警顯示畫面操作員站畫面三45故障診斷畫面操作員站畫面四46調整畫面操作員站畫面五47典型控制室布局482.2.3冗余技術1.冗余方式冗余技術多重化自動備用簡易的手動備用后退運轉同步運轉待機運轉49（1）多重化自動備用雙重化配置輸入輸出輸入輸出三重化配置50①同步運轉方式●讓兩臺或兩臺以上的設備或部件同步運行，進行相同的處理，并將其輸出進行核對。●兩臺設備同步運行，只有當它們的輸出一致時，才作為正確的輸出，這種系統稱為“雙重化系統”()。●三臺設備同步運行，將三臺設備的輸出信號進行比較，取兩個相等的輸出作為正確的輸出值，這就是設備的三重化設置。51②待機運轉方式●同時配備兩臺設備，使一臺設備處于待機備用狀態。●當工作設備發生故障時，啟動待機設備來保證系統正常運行。這種方式稱為1:1的備用方式。●對于N臺同樣設備，采用一臺待機設備的備用方式就稱為N:1備用。●待機運行方式是中主要采用的冗余技術。52③后退運轉方式●使用多臺設備，在正常運行時，各自分擔各種功能運行。●當其中之一發生故障時，其他設備放棄其中一些不重要的功能，進行互相備用。53（2）簡易的手動備用方式●采用手動操作方式實現對自動控制方式的備用。●當自動方式發生故障時，通過切換成手動工作方式，來保持系統的控制功能。54●操作站的冗余：采用工作冗余的方式。●現場控制站的冗余：有的采用1:1冗余，也有的采用N:1冗余。采用無中斷自動切換方式。●電源的冗余：除了220V交流供電外，還采用了鎳鎘電池、