集散控制系统课程设计(2)

2021-09-24 15:39

2.集散控制系统的基本组成

现场控制级 又称数据采集装置,主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理,而且对实时数据进一步加工处理,供CRT操作站显示和打印,从而实现开环监视,并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下,能以开关量或者模拟量信号的方式,向终端元件输出计算机控制命令。

这一个级别直接面对现场,跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。在DCS系统中,这一级别的功能就是服从上位机发来的命令,同时向上位机反馈执行的情况。拿军队来举例的话,可以形容为最底层的士兵。它们只要能准确地服从命令,并且准确地向上级汇报情况即完成使命。至于它与上位机交流,就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰,所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。

过程控制级 又称现场控制单元或基本控制器,是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。

上面说到现场控制级是“士兵”,那么给它发号施令的就是过程控制级了。它接受现场控制级传来的信号,按照工艺要求进行控制规律运算,然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。所以,过程控制级要具备聪明的大脑,能将“士兵”反馈的军情进行分析,然后做出命令,以使“士兵”能打赢“战争”。

这个级别不是最高的,相当于军队里的“中尉”。它也一样必须将现场的情况反馈给更高级别的“上校”也就是下面讲的过程管理级。

过程管理级

DCS的人机接口装置,普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况、

这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程,可以通过屏幕了解到生产运行情况,了解每个过程变量的数字跟状态。这一级别在军队中算是很高的“上校”了。它所掌握的“大权”可以根据需要随时进行手动自动切换、修改设定值,调整控制信号、操纵现场设备,以实现对生产过程的控制。

经营管理级

又称上位机,功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连,综合监视系统各单元,管理全系统的所有信息。

这是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。相当于军队中的“元帅”,他们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。

它的权限很大,可以监视各部门的运行情况,利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况,从企业全局利益出发,帮助企业管理人员进行决策,帮助企业实现其计划目标。

3.集散控制系统的硬件结构

DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来,共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。

现场控制站

现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理系统,它的主要任务是进行数据采集及处理,对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求,选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主,辅以顺序逻辑控制,构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站;也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站;还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。

现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备,所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等,与一般的计算机系统有所不同。

操作站 运行在PC硬件平台、NT操作系统下的通用操作站的出现,给DCS用户带来了许多方便。由于通用操作站的适用面广,相对生产量大,成本下降,因而可以节省用户的经费,维护费用也比较少。

为了实现监视和管理等功能,操作站必须配置以下设备:1、操作台,也就是高档电脑桌;2、微处理机系统,就是高档电脑;3、外部存储设备,简单说就是大容量硬盘;4、图形显示设备,就是电脑显示器;5、操作键盘跟鼠标;6打印输出设备。

图为集散控制系统的分布图

操作员

四.思想

一、集散控制系统的各层功能

1. 现场控制级的功能

前提:微处理器进入现场变送器、传感器和执行器;现场总线的应用。 部分或完全完成过程控制级的功能:

采集过程数据,对数据进行数据转换;

输出过程操作命令;

进行直接数字控制;

完成与过程装置控制级的数据通信;

对现场控制级的设备进行检测和诊断。

2. 过程装置控制级的功能

结构:过程控制设备+I/O卡件

采集过程数据,进行数据转换和处理;

数据的监视和存储;

实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控制作用;

数据和设备的自诊断;

数据通信。

3. 车间操作管理级的功能

中央控制室操作站、打印机、拷贝机、工程师站、计算站

数据显示与记录;

过程操作(含组态操作、维护操作);

数据存储和压缩归档;

报警、事件的诊断和处理;

系统组态、维护和优化处理;

数据通信;

二、集散系统三大基本构成的特征

“三大块”与四层的关系:

1. 分散过程控制装置对应于现场控制级和过程控制装置级;

2. 集中操作和管理系统对应于车间操作管理级和全厂优化调度管理级;

3. 通信系统完成各层之间的通信。

三.分散过程控制装置部分

适应恶劣是生产环境;

分散控制;

实时性;

独立性。

四.集散系统的构成要素

1.集散控制系统的结构特征

递阶控制 结构

分散控制 结构

冗余控制 结构

递阶控制结构: 多层结构、多级结构和多重结构

五.多层结构(按控制功能和规律)

直接控制层:一般的简单控制

优化控制或监视层:对象数学模型和参数已知,确定直接控制层的控制器的设定值

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