中控DCS基础知识课件

DCSDCS基础知识基础知识孟庆浩孟庆浩20152015年年0303月月内容提要内容提要DCS系统概述及特点DCS系统发展历史DCS基础知识联锁逻辑基础知识简单控制系统复杂控制系统DCSDCS系统概述及特点系统概述及特点DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCSDCS系统概述及特点系统概述及特点高高可可靠靠性性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。DCSDCS系统概述及特点系统概述及特点开开放放性性DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。DCSDCS系统概述及特点系统概述及特点灵灵活活性性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。DCSDCS系统概述及特点系统概述及特点易易于于维维护护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。DCSDCS系统概述及特点系统概述及特点协协调调性性各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。DCSDCS系统概述及特点系统概述及特点控控制制功功能能齐齐全全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCSDCS发展历史发展历史1975 年美国最大的仪表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC2000(Toal Distributed Control-2000),这一系统的发表,立即引起美国工业控制界高度评价，称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大公司也纷纷仿效，推出了一个又一个集散系统，从此过程控制进入了集散系统的新时期。DCSDCS发展历史发展历史第第一一阶阶段段1975-1980，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1）采用微处理器为基础的控制单元，实现分散控制，有各种各样的算法，通过组态独立完成回路控制，具有自诊断功能2）采用带CRT显示器的操作站与过程单元分离，实现集中监视，集中操作3）采用较先进的冗余通信系统DCSDCS发展历史发展历史第第二二阶阶段段19801985.，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1）微处理器的位数提高，CRT显示器的分辨率提高2）强化的模块化系统3）强化了系统信息管理，加强通信功能DCSDCS发展历史发展历史第第三三阶阶段段1985-2000，集散系统进入第三代，其技术特点表现为：1）采用开放系统管理2）操作站采用32位微处理器3）采用实时多用户多任务的操作系统DCSDCS发展历史发展历史第第四四阶阶段段2000年以后，DCS系统进入第四代，技术特点主要表现为：体系结构主要分为四层结构：现场仪表层、控制装置单元层、工厂（车间）层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平台（ERP、CRM、SCM等）。所以说，当今DCS主要提供工厂（车间）级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。DCSDCS发展历史发展历史DCSDCS基础知识基础知识仪表功能标志仪表功能常用字母附加功能符号（字母Y）仪表常用缩写字母仪表常用图形符号ECS-700流程图画面DCSDCS基础知识基础知识仪表功能标志仪表功能标志仪仪表表功功能能标标志志组组成成仪表功能标志由一个首字母及一个或二至三个后继字母组成。示例如下：例例1 PI-功能标志 P-首位字母（表示被测变量类型为压力）I-后继字母（表示指示功能）例例2 TIC-功能标志 T-首位字母（表示被测变量类型为温度）IC-后继字母（表示指示功能+控制功能）DCSDCS基础知识基础知识仪表功能标志仪表功能标志仪仪表表功功能能标标志志组组成成例例3 HIC-功能标志 H-首位字母（表示手动操作）IC-后继字母（表示指示功能+控制功能）例例4 FFICA-功能标志 FF-首位字母（表示被测变量类型为流量+修饰字母功能为比值）ICA-后继字母（表示指示功能+控制功能+报警功能）DCSDCS基础知识基础知识仪表功能标志仪表功能标志仪仪表表位位号号仪表位号由仪表功能标志与仪表回路编号两部分组成。示例如下：例例1 FIC-1206-仪表位号 FIC-功能标志 1206-回路编号例例2 12TIC1001-仪表位号 TIC-功能标志 12+1001-回路编号DCSDCS基础知识基础知识仪表功能标志仪表功能标志仪仪表表位位号号回路编号可以用工序号加仪表顺序号组成（例1），也可用其他规定的方法进行编号。示例如下：例例1 FIC-1206-仪表位号 12-工序号（一般用两位数字，也可用三位数字）06-仪表顺序号（一般用两位数字，也可用三位数字）例例2 12TIC1001-仪表位号 12-工序号 1001-仪表顺序号DCSDCS基础知识基础知识仪表常用字母仪表常用字母功功能能字字母母代代号号首位字母首位字母后继字母后继字母被测变量被测变量修饰词修饰词读出功能读出功能输出功能输出功能修饰词修饰词A分析报警C控制D密度差F流量比值H手动高I指示L物位低P压力DCSDCS基础知识基础知识仪表常用字母仪表常用字母功功能能字字母母代代号号首位字母首位字母后继字母后继字母被测变量被测变量修饰词修饰词读出功能读出功能输出功能输出功能修饰词修饰词Q累计S联锁T温度变送V振动阀门XX轴YY轴Z位置Z轴DCSDCS基础知识基础知识仪表常用字母仪表常用字母常常用用组组合合字字母母表表首位字母首位字母后继字母后继字母被测变量被测变量读出功能读出功能输出功能输出功能检测检测元件元件E指示指示I记录记录R报警报警A变送变送器器T控制器控制器C功能功能Y阀门阀门V联锁联锁SAHAL指示指示I记录记录RSHSLA分析AEAIARAAHAALATAICARCAYAVASHASLD密度DEDIDRDAHDALDTDICDRCDYDVDSHDSLF流量FEFIFRFAHFALFTFICFRCFYFVFSHFSLFF流量比FFEFFIFFRFFAHFFALFFTFFICFFRCFFYFFVFFSHFFSLH手动HICHVL物位LELILRLAHLALLTLICLRCLYLVLSHLSLDCSDCS基础知识基础知识仪表常用字母仪表常用字母常常用用组组合合字字母母表表首位字母首位字母后继字母后继字母被测变量被测变量读出功能读出功能输出功能输出功能检测检测元件元件E指示指示I记录记录R报警报警A变送变送器器T控制器控制器C功能功能Y阀门阀门V联锁联锁SAHAL指示指示I记录记录RSHSLP压力PEPIPRPAHPALPTPICPRCPYPVPSHPSLPD压差PDEPDIPDRPDAHPDALPDTPDICPDRCPDYPDVPDSHPDSLT温度TETITRTAHTALTTTICTRCTYTVTSHTSLV振动VEVIVRVAHVALVTVYVZVSHW质量WEWIWRWAHWALWTWICWRCWYWVWSHWSLZ位置ZEZIZRZAHZALZTZICZRCZYZVZSHDCSDCS基础知识基础知识附加功能符号（字母附加功能符号（字母Y Y）附附加加功功能能符符号号（字字母母Y）HG/T 20505-2000序号序号功能功能符号符号数学方程式数学方程式说明明1和M=X1+X2+.Xn输出等于输入信号的代数和2平均值/n输出等于输入信号的代数和除以输入信号的数目3差M=X1-X2输出等于输入信号的代数差4比值K 1:1 2:1M=Kx输入与输入成正比5乘法xM=X1X2输出等于两个输入信号的乘积6除法输出等于两个输入信号的商7高选M=X1当X1X2M=X2当X2X1输出等于几个输入信号中最大值8低选M=X1当X1X2M=X2当X2X1输出等于几个输入信号中最小值DCSDCS基础知识基础知识仪表常用缩写字母仪表常用缩写字母仪仪表表常常用用缩缩写写字字母母序号序号缩写缩写说明说明1AC交流电2A/M自动/手动3AND“与”门4AVG平均值5DC直流电6FC故障关7FI故障保持8FO故障开9H高10HH高高DCSDCS基础知识基础知识仪表常用缩写字母仪表常用缩写字母仪仪表表常常用用缩缩写写字字母母序号序号缩写缩写说明说明11IA仪表空气12IN输入13L低14LL低低15MAX最大16MIN最小17NOT“非”门18OR“或”门19OUT输出20PID比例积分微分调节DCSDCS基础知识基础知识仪表常用图形符号仪表常用图形符号仪仪表表常常用用图图形形符符号号常规仪表图形为细实线圆圈，图例如下：DCS图形由细实线正方形与内切圆组成，图例如下：可编程逻辑控制器图形由细实线正方形与内接四边形组成，图例如下：联锁系统图形为细实线菱形，菱形中标注“I”（Interlock缩写），在局部联锁系统多时，应将联锁系统编号，图例如下：II xxxDCSDCS基础知识基础知识仪表常用图形符号仪表常用图形符号DCSDCS基础知识基础知识ECS-700ECS-700流程图画面流程图画面DCSDCS基础知识基础知识ECS-700ECS-700流程图画面流程图画面监监控控界界面面简简介介工工具具栏栏 鼠标放至图标上方对应画面名称即有提示 工具栏可实现画面选择、切换、操作、设置等。信信息息栏栏DCSDCS基础知识基础知识ECS-700ECS-700流程图画面流程图画面DCS基础知识ECS-700流程图画面DCS基础知识ECS-700流程图画面DCS基础知识ECS-700流程图画面HMI控制台右上角的编辑框用于显示系统当前位号，编辑框右边的按钮和下拉菜单用于进行对当前位号的操作。DCS基础知识ECS-700流程图画面报警确认：点击后确认当前报警（当前显示的报警中被选中的那一个报警），当前用户有确认权限的才能进行确认。取消报警选中：点击后释放选中状态（即当前显示的报警中被选中的那一个报警取消选中）。过程报警：弹出过程报警表，显示当前操作小组下的所有过程报警信息。系统报警：弹出系统报警表，若产生了系统报警则按钮背景显示红色，若有未确认的系统报警，则背景红色闪烁。状态表：弹出各状态表（强制表、OOS表、故障安全、故障恢复、报警屏蔽表、抖动开关量表、超量程表、仿真表）。可显示各种状态的实时和历史记录。DCS基础知识ECS-700流程图画面报警确认：点击后确认当前报警（当前显示的报警中被选中的那一个报警），当前用户有确认权限的才能进行确认。取消报警选中：点击后释放选中状态（即当前显示的报警中被选中的那一个报警取消选中）。过程报警：弹出过程报警表，显示当前操作小组下的所有过程报警信息。系统报警：弹出系统报警表，若产生了系统报警则按钮背景显示红色，若有未确认的系统报警，则背景红色闪烁。状态表：弹出各状态表（强制表、OOS表、故障安全、故障恢复、报警屏蔽表、抖动开关量表、超量程表、仿真表）。可显示各种状态的实时和历史记录。DCSDCS基础知识基础知识ECS-700ECS-700流程图画面流程图画面AI位号仪表面板及说明AO位号仪表面板及说明DCSDCS基础知识基础知识ECS-700ECS-700流程图画面流程图画面DI位号仪表面板及说明DO位号仪表面板及说明DCS基础知识ECS-700流程图画面每个仪表面板中都有四个跳转按钮，每个仪表面板中都有四个跳转按钮，其功能分别打开与位号关联的各个画面其功能分别打开与位号关联的各个画面流程图趋势图历史报警调整画面联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识程序概述编程语言数据类型变量类型逻辑运算功能联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识程序概述程序概述IEC 61131-3是可编程序控制器的编程语言的标准，它将现代软件的概念和现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功地结合，使它在工业控制领域的影响越出PLC的界限，成为DCS、IPC、PAC、PC控制、运动控制以及SCADA的编程系统事实上的标准。联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识编程语言编程语言图图形形化化编编程程语语言言功能块图（FBD:Function Block Diagram）梯形图 （LD：Ladder Diagram）顺控图 （SFC：Sequential Function Chart）文文本本化化编编程程语语言言结构化文本 （ST：Structured Text）指令表 （IL：Instruction List）联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识编程语言编程语言VisualField系统软件符合IEC61131-3标准，为用户提供高效的图形编程环境。编辑工具：功能块图（FBD）、梯形图（LD）、顺控图（SFC）、结构化文本（ST）。联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识数据类型数据类型联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识变量变量类型类型联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能与与门门是是对对两两个个BOOL 型型的的变变量量进进行行逻逻辑辑与与运运算算。逻逻辑辑符符号号真真值值表表输入输入A输入输入B输出输出Y000010100111联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能或或门门是是对对两两个个BOOL 型型的的变变量量进进行行或或运运算算。逻逻辑辑符符号号真真值值表表输入输入A输入输入B输出输出Y000011101111联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能非非门门是是对对输输入入BOOL 型型的的变变量量进进行行逻逻辑辑非非运运算算。逻逻辑辑符符号号真真值值表表输入输入A输出输出Y0110联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能RS触触发发器器复复位位优优先先型型RS 触触发发器器是是最最基基本本的的时时序序逻逻辑辑装装置置，任任意意时时刻刻，功功能能块块的的输输出出不不仅仅与与该该时时刻刻的的输输入入BOOL 型型变变量量有有关关，还还与与原原来来的的状状态态有有关关，是是一一种种双双稳稳态态触触发发器器。在在RS 触触发发器器中中，由由于于输输入入信信号号的的触触发发，它它的的输输出出从从一一个个稳稳态态转转换换到到另另一一个个稳稳态态，并并长长期期保保持持，直直到到下下一一个个触触发发信信号号来来临临，具具有有记记忆忆功功能能。逻逻辑辑符符号号 真真值值表表SRQ11010101000保持联锁逻辑基础知识联锁逻辑基础知识逻辑运算功能逻辑运算功能SR触触发发器器置置位位优优先先型型SR 触触发发器器是是最最基基本本的的时时序序逻逻辑辑装装置置，任任意意时时刻刻，功功能能块块的的输输出出不不仅仅与与该该时时刻刻的的输输入入BOOL 型型变变量量有有关关，还还与与原原来来的的状状态态有有关关，是是一一种种双双稳稳态态触触发发器器。在在SR 触触发发器器中中，由由于于输输入入信信号号的的触触发发，它它的的输输出出从从一一个个稳稳态态转转换换到到另另一一个个稳稳态态，并并长长期期保保持持，直直到到下下一一个个触触发发信信号号来来临临，具具有有记记忆忆功功能能。逻逻辑辑符符号号 真真值值表表SRQ11110101000保持简单控制系统简单控制系统概概述述简简单单控控制制系系统统的的几几大大参参数数三三种种控控制制器器的的比比较较简单简单控制系统控制系统概述概述简简单单控控制制系系统统通通常常是是指指由由一一个个测测量量元元件件、变变送送器器、一一个个控控制制器器、一一个个控控制制阀阀和和一一个个对对象象所所构构成成的的单单闭闭环环控控制制系系统统。简单简单控制系统控制系统概述概述简简单单控控制制系系统统通通常常是是指指由由一一个个测测量量元元件件、变变送送器器、一一个个控控制制器器、一一个个控控制制阀阀和和一一个个对对象象所所构构成成的的单单闭闭环环控控制制系系统统。简单简单控制系统控制系统简单简单控制系统的几大参数控制系统的几大参数从从上上图图中中可可知知简简单单控控制制系系统统由由四四个个基基本本环环节节组组成成，即即被被控控对对象象、测测量量变变送送装装置置、控控制制器器和和执执行行器器。被被控控变变量量生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。执执行行器器接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调节介质的输送量,达到控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的目的。测测量量变变送送器器用于检测各被控变量（如流量、温度、压力、液位）工艺参数各类仪表。对对象象工艺上所需控制的各类设备如塔、罐等。简单简单控制系统控制系统简单简单控制系统的几大参数控制系统的几大参数控控制制器器对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果。控控制制器器有有三三种种：比比例例控控制制器器、比比例例积积分分控控制制器器、比比例例积积分分微微分分控控制制器器简单简单控制系统控制系统三三种控制器性能比较表种控制器性能比较表特点特点适用于适用于比例控比例控制器制器控制器的输出与偏差成比例,阀门位置与偏差之间有一一对应关系。当负荷变化时,比例控制器克服干扰能力强,过渡过程时间短。纯比例控制器在过渡过程终了时存在余差。调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。比例比例积分控制分控制器器积分作用使控制器输出与偏差的积分成比例,过渡过程结束时无余差。但使稳定性降低。调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。比例比例积分微分分微分控制器控制器微分作用使控制器的输出与偏差变化速度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性,再加上积分作用可以消除余差。容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统 简单简单控制系统控制系统流程图流程图简单简单控制系统控制系统功能块功能块复杂复杂控制系统控制系统串串级级控控制制系系统统分分程程控控制制系系统统选选择择控控制制系系统统复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统串串级级控控制制系系统统-两两只只调调节节器器串串联联起起来来工工作作，其其中中一一个个调调节节器器的的输输出出作作为为另另一一个个调调节节器器的的给给定定值值的的系系统统。复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统例例：加加热热炉炉出出口口温温度度与与炉炉膛膛温温度度串串级级控控制制系系统统复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统基基本本概概念念即即组组成成结结构构串串级级控控制制系系统统采采用用两两套套检检测测变变送送器器和和两两个个调调节节器器，前前一一个个调调节节器器的的输输出出作作为为后后一一个个调调节节器器的的设设定定，后后一一个个调调节节器器的的输输出出送送往往调调节节阀阀。前前一一个个调调节节器器称称为为主主调调节节器器，它它所所检检测测和和控控制制的的变变量量称称主主变变量量（主主被被控控参参数数），即即工工艺艺控控制制指指标标；后后一一个个调调节节器器称称为为副副调调节节器器，它它所所检检测测和和控控制制的的变变量量称称副副变变量量（副副被被控控参参数数），是是为为了了稳稳定定主主变变量量而而引引入入的的辅辅助助变变量量。整整个个系系统统包包括括两两个个控控制制回回路路，主主回回路路和和副副回回路路。副副回回路路由由副副变变量量检检测测变变送送、副副调调节节器器、调调节节阀阀和和副副过过程程构构成成；主主回回路路由由主主变变量量检检测测变变送送、主主调调节节器器、副副调调节节器器、调调节节阀阀、副副过过程程和和主主过过程程构构成成。复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统串串级级控控制制系系统统的的工工业业应应用用1.用用于于克克服服被被控控过过程程较较大大的的容容量量滞滞后后2.用用于于克克服服被被控控过过程程的的纯纯滞滞后后3.用用于于抑抑制制变变化化剧剧烈烈幅幅度度较较大大的的扰扰动动4.用用于于克克服服被被控控过过程程的的非非线线性性复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统复杂复杂控制系统控制系统串级控制系统串级控制系统复杂复杂控制系统控制系统分程控制系统分程控制系统分分程程控控制制系系统统-一一般般来来说说，一一台台调调节节器器的的输输出出仅仅操操纵纵一一只只调调节节阀阀，若若一一只只调调节节器器去去控控制制两两个个以以上上的的阀阀并并且且是是按按输输出出信信号号的的不不同同区区间间去去操操作作不不同同的的阀阀门门，这这种种控控制制方方式式习习惯惯上上称称为为分分程程控控制制。复杂复杂控制系统控制系统分程控制系统分程控制系统调调节节系系统统分分类类分分程程控控制制系系统统中中，阀阀的的开开闭闭形形式式，可可分分同同向向和和异异向向两两种种，见见图图。一一般般调调节节阀阀分分程程动动作作采采用用同同向向规规律律的的是是为为了了满满足足工工艺艺上上扩扩大大可可调调比比的的要要求求；反反向向规规律律的的选选择择是是为为了了满满足足工工艺艺的的特特殊殊要要求求。复杂复杂控制系统控制系统分程控制系统分程控制系统复杂复杂控制系统控制系统分程控制系统分程控制系统复杂复杂控制系统控制系统选择控制系统选择控制系统选选择择性性控控制制-是是把把工工业业生生产产过过程程中中的的限限制制条条件件所所构构成成的的逻逻辑辑关关系系，叠叠加加到到正正常常的的自自动动控控制制系系统统上上去去的的一一种种组组合合控控制制方方法法。即即在在一一个个过过程程控控制制系系统统中中，设设有有两两个个调调节节器器(或或两两个个以以上上的的变变送送器器)，通通过过高高、低低值值选选择择器器选选出出能能适适应应生生产产安安全全状状况况的的控控制制信信号号，实实现现对对生生产产过过程程的的自自动动控控制制。称称为为自自动动保保护护系系统统或或称称为为软软保保护护系系统统。构构成成选选择择性性控控制制系系统统应应具具备备两两方方面面:一一是是生生产产操操作作上上有有一一定定的的选选择择性性规规律律；二二是是组组成成控控制制系系统统的的各各个个环环节节中中，必必须须包包含含具具有有选选择择性性功功能能的的选选择择单单元元。结结构构特特点点：有有一一个个选选择择器器，通通常常是是两两个个输输入入信信号号，一一个个输输出出信信号号。复杂复杂控制系统控制系统选择控制系统选择控制系统高高选选器器：输输出出信信号号Y等等于于X1和和X2中中数数值值较较大大的的一一个个，如如X1=5mA，X2=4mA，则则Y=5mA。低低选选器器：输输出出信信号号Y等等于于X1和和X2中中数数值值较较小小的的一一个个。谢谢