在線教務輔導網：更多課程配套課件資源請訪問在線教務輔導網1/24/20241第4章網絡化先進控制系統

本章主要內容4.1集散過程控制系統〔DCS〕4.2現場總線控制系統〔FCS〕4.3FCS與DCS的分析比較1/24/202424.1集散過程控制系統〔DCS〕本節主要內容4.1.1DCS系統概述4.1.2現場控制站4.1.3操作員站及工程師站4.1.4DCS系統網絡1/24/202434.1.1DCS系統概述

1．DCS的體系結構集散控制系統的體系結構通常分為三級：第一級為分散過程控制級；第二級為集中操作監控級；第三級為綜合信息管理級。各級之間由通信網絡連接，級內各裝置之間由本級的通信網絡進行通信聯系。其典型的集散控制系統體系結構如圖4-1〔下頁〕所示1/24/202444.1.1DCS系統概述

1/24/202454.1.1DCS系統概述

2．DCS的特點1〕硬件積木化2〕軟件模塊化3〕控制系統組態4〕通信網絡的應用5)可靠性高1/24/202464.1.2現場控制站

1．現場控制站的結構現場控制站由以下5個局部組成，機箱〔柜〕電源工業控制機通信控制單元手動/自動顯示操作單元1/24/202474.1.2現場控制站2．現場控制站的功能現場控制站的功能主要有以下6點。⑴數據采集功能⑵反響控制功能⑶順序控制功能⑷信號報警功能⑸打印報表功能⑹數據通信功能1/24/202484.1.3操作員站及工程師站

1．操作員站操作員站由工業微型計算機或工作站、工業鍵盤、光標控制設備〔鼠標或軌跡球〕、大屏幕CRT、操作控制臺等硬件設備和軟件組成，是系統與操作人員之間的接口。操作人員通過操作站了解生產過程的運行情況，包括各種過程參數的當前值、系統是否有異常情況等。在CRT上還可以顯示系統總貌、分組和單元等的數據、模擬圖、趨勢圖，以及各種操作、報警信息等。操作人員通過操作員站還可以對現場進行直接的調節與控制，如對控制回路進行在線調整；啟動或終止某個回路；手工調節某個回路或控制某個現場設備的動作。操作員站還具有歷史數據的處理功能，可以方便地形成運行報表和歷史趨勢曲線。1/24/202494.1.3操作員站及工程師站2．工程師站工程師站一般由通用微型計算機工作站構成，是對系統進行離線配置、組態和在線監督、控制以及維護的人機接口。〔１〕系統離線配置和組態功能①硬件配置;②數據庫組態;③回路組態;④顯示畫面組態、組態系統畫面和過程操作畫面.1/24/2024104.1.3操作員站及工程師站〔２〕系統監控功能工程師站還具有系統運行狀態的監控功能，包括對各現場控制站的運行狀態、各操作站的運行情況、網絡通信情況等的監控，以便發生異常時，能及時采取措施進行維護或調整，不致對生產過程產生失控或造成損失。另外，工程師站還具有在線修改功能，如：上下限值的改變、控制參數的調整等。1/24/2024114.1.4DCS系統網絡HS2000是我國國內研制的一套分層分布式綜合控制系統。它通過多層數據網絡將各種不同的設備連接在一起，實現各局部信息共享和協調工作，從而完成綜合控制與管理功能。圖4-2〔下頁〕為HS2000系統的總體結構。HS2000系統為三層網絡結構，1.管理協調網絡MNET2.系統網絡SNET3.控制網絡CNET1/24/2024124.1.4DCS系統網絡

不同的網絡適應不同層次和規模的控制與管理任務，這種分層結構提高了系統的整體可靠性和靈活性。每層網絡的功能如下：

1/24/2024134.2現場總線控制系統〔FCS〕

1/24/2024144.2.1現場總線的概念

現場總線作為生產過程自動化、制造工業自動化、樓宇自動化等領域中智能設備之間的互聯通信網絡，溝通了生產過程與現場控制設備之間及其與更高控制管理層之間的聯系，為消除自動化系統的信息孤島創造了條件。因此，在這些領域中具有廣泛的開展和應用前景。1/24/2024154.2.1現場總線的概念1/24/2024161．現場總線系統的結構以下圖為現場總線控制系統與傳統控制系統結構的比較圖。圖中AI、AO和PID分別代表針對現場設備的模擬量輸入、模擬量輸出和PID控制的輸出。1/24/202417由于現場總線的特點，特別是現場總線系統結構的簡化，使控制系統從設計、安裝、到投入正常生產運行以及其后的檢修維護中，都表達出極大的優越性。其主要原因有：⑴高精度、高可靠性⑵一次性硬件投資⑶工程現場安裝費⑷日常維護費用1/24/2024181/24/2024194.2.3現場總線的根本設備

以現場總線基金會〔FF〕的FCS為例，用于過程自動化構成FCS的根本設備如下：1〕變送器2〕執行器3〕效勞器和網橋4〕輔助設備5〕監控設備1/24/2024204.2.4現場總線的未來趨勢

1/24/2024214.2.5以現場總線為根底的控制系統作為控制系統，現場總線控制系統在控制方案的選擇上與普通控制系統根本相同。下面將以鍋爐汽包水位的三沖量系統為例，介紹現場總線控制系統在設計、安裝、運行方面的特色，以及如何一步實現現場總線控制系統。1/24/2024224.2.5以現場總線為根底的控制系統1．根據控制方面的需要選擇必須的智能儀表一個經典的三沖量水位控制系統需要一個液位變送器、蒸汽流量和給水流量兩個流量變送器、一個給水調節閥。

1/24/2024234.2.5以現場總線為根底的控制系統2．選擇計算機與網絡配件圖〔a〕為現場總線根本硬件構成圖。圖中兩臺配置相同的工業PC機主要是為系統的平安冗余而設置的。圖中所表示的現場總線PCI接口卡具有4個通道，每個PCI接口卡可與4條總線網段連接。

圖〔b〕表示另一種流行的硬件配置方法，其一側與現場總線網段連接，另一側按通常采用的PC機聯網方式，通過以太網方式，采用TCP／IP通信協議、網絡BIOS協議，完成現場總線網段與PC機之間的信息交換。1/24/2024244.3FCS與DCS的分析比較1/24/2024254.3FCS與DCS的分析比較1/24/2024261/24/2024271/24/2024281/24/2024291/24/2024301/24/202431饞死1/24/2024321/24/2024331/24/2024341/24/2024351/24/