DCS系统培训内容.docx

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DCS系统培训内容

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一、基本常识

1、什么是DCS（DistributedControlSystem）

DCS系统是一种在工业领域应用较广的一种过程控制系统，它是由硬件、软件、及系统网络构成的一种控制系统，它继承了常规模拟仪表和计算机系统集中控制的优点，并且克服了单微机控制控制系统危险性高度集中以及常规控制仪表控制功能单一、人/机界面差的缺点。

2、DCS系统的特点

1）功能齐全——集散控制系统可以完成从简单的单回路控制到复杂的多变量模型优化控制，可以实现监控、打印、报警、历史数据存储等日常全部操作要求。

2）人/机界面友好，实现了集中监控管理。

操作员通过CRT和键盘、鼠标操作，可以监控全部生产装置以及整个工厂的生产情况。

按预定的控制方案，对电机设备进行各种控制，实现了真正的集中操作和监控管理。

3）系统扩展灵活

集散系统采用了模块式结构，用户可以方便的扩大和缩小系统规模。

集散系统采用组态方式来完成各种控制，很容易对方案进行修改。

4）安全可靠性高

由于采用分散控制结构，危险性分散，系统的CPU、网络、电源等采用冗余结构，还有完善的自诊断功能，系统的平均无故障时间达到20万小时。

5）安装调试简单

集散系统的各种模件都安装在标准机柜内，从现场站到中控室只需要通过网线或光纤来传递数据。

布线量大大减少，调试时采用专用的组态软件，大大减少了系统的调试时间。

6）良好的性能价格比

现在采用集散控制系统的投资已经和常规仪表差不多。

3、国内外知名DCS厂商及产品

国外：

HONWELL的TDC3000、PLANTSCAPE系列；FOXBORO的I/A‘S系列；ABB的INFI90、NET90、FREELANCE2000系列；日本横河的CENTUM系列。

国内：

浙大中控的JX-300、WEBFIELD；北京和利时的MACSII、SMARTPRO系统。

4、系统基本构成

虽然集散系统的品种繁多，但基本结构是类似的，可以简化成下图的形式：

由图可见，集散系统一般由以下四大部分组成：

（1）输入输出卡件

（2）主控制单元（3）操作站、工程师站（4）网络

（一）输入/输出卡件

主要功能：

完成数据采集及处理，主要卡件有AI、AO、DI、DO、TC、RTD等卡件

（二）主控单元

主要功能：

是集散控制系统的核心，主要是负责控制策略的实施。

由工程师站编制的算法组态程序，经过下装到主控单元。

（三）操作站

是集散系统的人/机接口，完成对现场设备状态的实时监控和对现场设备的操作。

以及趋势浏览、报表打印等。

（四）系统网络

实际上是一种具有高速通信能力的信息总线，一般采用双绞线、同轴电缆、光纤等介质。

1、网络结构

常用和流行的网络结构有环型网络、双冗余工业以太网。

环网结构示意图

双冗余工业以太网结构示意图

2、网络协议

通常采用标准的TCP/IP通讯协议。

二、DCS项目如何实施

1、数据库（测点统计），在数据库中定义标签属性，如点名、点说明、站号、模件号、通道号、量程上、下限、以及中间点等

2、控制方案的制定、如设备分组、工艺联锁关系、启动许可、以及组选择等。

3、下层程序的编制，根据水泥厂的工艺控制要求，可用功能块或梯形图来完成程序的编制。

一般用自定义功能块来实现水泥厂的电机控制。

4、流程图的绘制，用组态软件所提供的画图工具完成流程图的绘制。

5、动态点的连接，在已经画好的工艺流程图的基础上，完成现场实际模拟量点的动态连接，以及报警颜色的设置；同时完成电机设备的状态连接（备妥、运行、故障等）；组开、组停、急停、消故障、联锁/解锁等按钮属性的连接。

6、报表编制、趋势曲线的设定。

7、对整个工程进行编译、编译成功后下装操作员站和现场控制站。

三、PLC型DCS与传统DCS的区别

PLC最早应用于控制电动机的顺序控制，当应用了微处理器后，由于其价格便宜、可靠性高、扫描周期在10ms以内，因此应用范围越来越广。

更为重要的是越来越多的软件公司开发出了实时的、多任务的工业控制软件，并能与PLC硬件生产厂商的PLC进行联网通讯，一起构成了一个分散控制，集中管理的控制系统。

在价格上比传统的DCS系统要低，PLC型DCS几乎和传统的DCS同时应用于水泥生产线的自动控制。

在二十几年的应用中，基本上各占半壁江山。

传统的DCS和PLC型DCS在竞争过程中，显示出了传统的DCS在连续的过程控制和复杂的控制系统中占有优势；PLC型DCS在以开关量为主的批量过程控制中占有优势。

在谁也打不跨对方的情况下，开始相互渗透和融合。

由于微处理器价格的降低，性能的提高，传统DCS和PLC型DCS在价格上基本持平。

在功能、性能上也越来越接近了。

因此，也就没有必要刻意的区分它们了。

有时两种系统混合起来使用。

四、实例（以华强水泥为例）

1、系统概述

FREELANCE2000系统是ABB公司推出的一种综合型开放控制系统，系统既可以连接I/O，又可以连接远程I/O及PROFIBUS、FF、CAN、MODBUS等各种现场总线设备。

系统分两级：

操作管理级（操作站OS工程师站ES）和过程控制级（过程控制站和现场控制器AC800F）。

操作管理级不仅实现传统的控制系统监控功能，而且能完成数据交换等管理功能。

过程控制站包括各种复杂控制回路在内的各种调节回路、高速逻辑控制、顺序控制等控制功能。

每个过程站支持5个机架单元，可配置44个I/O模件（1408个I/O点），过程站的CPU模件、电源及网络接口均可冗余。

AC800F是总线控制器，通过以太网和整个系统通讯。

采用两种普遍的工业总线，用于过程控制站内部通讯的是DigiNetP/CAN（DIN/ISO11898标准）总线。

过程站和操作站之间的通讯是由DigiNetS（以太网IEEE802.3）实现。

操作系统采用NT。

系统组态语言基于IEC1131_3工业标准，提供了功能块图（FBD），梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、ST（结构化文本）等多种图形化组态手段。

系统特点：

1）集成DCS、PLC、FIELDBUS的功能

2）全局数据库

3）AC800F冗余

4）支持HART协议

5）通用性、标准化、灵活性、开放性

6）组态容易、界面友好、维护简单

2、软件

分为DIGITOOLS（操作员在线软件、可以对生产过程进行在线监控以及参数的调整等功能）、CONTROLBUILDF（是离线组态软件，编制控制算法，利用功能块、梯形图等工具）

3、项目管理器和项目树

ConotrolBuildF软件启动首先进入项目管理器，ConotrolBuildF是系统的组态、调试、和文档管理工具。

ConotrolBuildF基于IEC1131_3标准，使用全局数据库。

可以离线进行组态。

项目树是用户组态、调试系统的接口。

项目树的最顶层是ConfigurationCONF,所有的系统资源和项目对象都在CONF的组织之下。

项目树的第一层由系统资源组成：

*D-PS过程站资源包括机架、AC800F等

*D-OS操作站

*D-GSGATEWAY资源，包括DDE等

*P-CD用于存储下载到各个站的OS公用图形

另外，项目文件中还有一个POOL对象。

用于临时存储项目组件。

项目树的建立是通过插入各种资源以及资源下各种对象来完成。

4、硬件组态

5、过程站组态

FREELANCE2000采用IEC1131-3标准，有功能块图（FBD）、指令表（LL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC），程序结构如下：

6、操作员站组态

操作员站组态包括以下内容：

*用户自定义图形组态。

完成用户流程图的生成，用户首先做静态图形，然后插入动态标签。

*系统标准组态。

包括总貌组态、趋势组态等

*报警信息处理：

指系统所有报警提示信息的归类及确认。

*记录。

包括事件记录和状态记录。

五、用户自定义功能块

在现代化的水泥生产过程中，DCS系统以其分散控制、集中管理的结构特点，已被越来越多的厂家所采用。

控制系统的作用能否得以充分发挥，软件设计是至关重要的。

在早期DCS系统应用程序设计过程中，开关量控制大多采用梯形图（LD）、功能块图（FBD）来设计。

编程量比较大，编程周期比较长。

随着DCS系统的发展，现在DCS厂家的系统软件中都含有“用户自定义功能块”的功能。

大大减少用户编程量，缩短编程调试周期。

2、功能块介绍

2.1电机启停时序用户自定义功能块

2.1.1变量说明

I1：

组启停命令

I2：

复位命令

T1~T8：

1~8号设备的组启、停延时时间

O1~O8：

1~8号设备的组启停输出

2.1.2功能简介

该功能块按照“逆流程启动、顺流程停车”对8个电机设备的启、停进行顺序控制。

用TON定时器的外部输入在线设定每个设备的启停时间，PULSE定时器发出设备的组启停脉冲启动命令。

启动和停车的时序各用一个功能块控制。

程序见图1

图1电机启停时序用户自定义功能块程序控制图

2.2电机控制用户自定义功能块

2.2.1变量说明

GO:

组启动命令GC：

组停车命令MA：

联锁/解锁RD：

备妥

RN：

运行LK：

工艺联锁LR：

运行许可LO：

启动许可

UA：

故障复位EM：

紧急停车DR：

驱动命令FA：

故障

MO：

单机启动命令MC：

单机停车命令MA1：

内部联锁/解锁

M1：

设备启动时间M2：

设备消抖时间M4~M10：

中间变量

2.2.2功能简介

该功能块能完成组/单机启动、组/单机停车、急停、故障复位；备妥、运行、故障等状态显示；设备联锁保护等功能。

程序见图2

图2电机控制自定义功能块程序控制图

组启停程序举例（煤粉输送组）

六、DCS的发展趋势

目前，无论是传统的DCS还是PLC型DCS，控制范围已经从水泥厂的主工艺流程扩展到整个生产线，处理的信息量也比早期的设计增加了许多。

随着各种智能仪表和各种带有小型PLC的单机控制装置以及全数字变频器的应用，加上DCS和这些控制装置以及仪表之间的接口迅速的发展，从技术上已经保证了DCS系统和仪表之间的通讯方式已经不限于传统的“点对点”的通讯，而是采用通讯方式进行通讯。

这样可以节省大量的输入/输出点，大量的控制电缆，从而降低整个工程的造价。

水泥生产线上的DCS与生料质量控制系统、变频器之间实现通讯已经有许多成功的经验。

当前，自动化的热点是现场总线技术，有些专家认为，现场总线控制系统将逐步取代传统的DCS，现场总线是一个计算机网络，是用于现场总线仪表与控制室控制系统之间的一种全数字化、双向、多站的通讯系统。

由于网上传输的是数字信号，因此提高了信号传输的精度和可靠性。

现场总线将改变传统的DCS的输入/输出模式，各种智能化仪表和全数字化的控制装置的使用，已经将由传统的DCS所能完成的功能下放到仪表中去，传统DCS将会被现场总线控制系统所代替。