DCS培訓講義技能培訓班集散控制系統(tǒng)的定義1995年國際標準化組織（ISO）為DCS系統(tǒng)作了如下定義：DCS系統(tǒng)是一類滿足大型工業(yè)生產(chǎn)和日益復雜的過程控制要求，從綜合自動化角度出發(fā)，按功能分散、管理集中的原則構思，具有高可靠性指標，將微處理機技術、數(shù)字通訊技術、人機接口技術、I/O接口技術相結合，用于數(shù)據(jù)采集、過程控制和生產(chǎn)管理的綜合控制系統(tǒng)。DCS的產(chǎn)生50年代前，過程控制主要使用氣動儀表50年代后期，出現(xiàn)電動單元組合儀表一次表留在現(xiàn)場的變送器和執(zhí)行機構二次表集中在中控室的調節(jié)與顯示表60年代，開始使用直接數(shù)字控制（DDC），由一臺過程控制計算機對數(shù)百個回路進行控制，在帶來很多優(yōu)點的同時，出現(xiàn)了“危險集中”。70年代中期，出現(xiàn)集散系統(tǒng)。操作更方便，集中管理，功能分散、任務分散的同時，危險也分散DCS發(fā)展歷程（一）1975年至1980年，初創(chuàng)期，代表產(chǎn)品有HoneywellTDC2000橫河電機CENTUMFoxboroSPECTRUM技術特征：帶顯示器的操作站與過程控制單元分離，實現(xiàn)了集中操作、分散控制在硬件制造和軟件設計上采用了冗余技術引入了網(wǎng)絡通信技術，以數(shù)據(jù)傳輸通道連接各組成部分，實現(xiàn)了系統(tǒng)內的資源共享DCS發(fā)展歷程（二）1980年至1985年，成熟期，代表產(chǎn)品有HoneywellTDC3000（LCN）橫河電機CENTUM-A，-B，-DRosemountRS3技術特征：引入了局域網(wǎng)技術，通信范圍擴大，數(shù)據(jù)傳送速率大大提高，但各廠家網(wǎng)絡通信機制各不相同。主要采用16位CPU，控制功能增強。操作站開始兼有簡單的管理功能采用上位機以完成一些復雜運算和較強的管理功能DCS發(fā)展歷程（三）1985年以后，擴展期，代表產(chǎn)品有FoxboroI/A-SHoneywellTDC3000X，TPS橫河電機CENTUM-XL，-uXL，-CSFisher-RosemountDelta-V技術特征：系統(tǒng)開始走向開放，不同制造廠的產(chǎn)品可以相互連接、相互通信和進行數(shù)據(jù)交換。普遍采用32位CPU，控制功能更加強大，標準算法中開始包括自適應、自整定的復雜控制算法，先進控制技術與過程優(yōu)化技術得到推廣應用。采用高分辨率顯示器、觸摸屏、鼠標器以及窗口技術，人機界面更加友好，操作更簡單；DCS發(fā)展歷程（四）全數(shù)字化、雙向、串行的多站通訊網(wǎng)絡

現(xiàn)場總線（Fieldbus）控制系統(tǒng)技術特征：現(xiàn)場與中控室采用數(shù)字通信，取代4～20mA模擬信號通信，實現(xiàn)雙向通通訊數(shù)字通信信號傳送誤差小，傳送精度高。開放性、互操作性/互換性增強控制功能完全下放到現(xiàn)場，實現(xiàn)完全分散控制硬件和軟件尚待研究和開發(fā)。DCS如何構成DCS系統(tǒng)硬件軟件操作管理系統(tǒng)、過程控制站、通信系統(tǒng)診斷程序應用程序組態(tài)程序標準畫面等系統(tǒng)軟件用戶軟件組態(tài)結果運行數(shù)據(jù)過程歷史數(shù)據(jù)操作管理系統(tǒng)負責操作、管理的設備：操作站、上位機、通訊站、打印機等。操作站（工程師站）是DCS的人-機接口，它有豐富的外設和友好的人-機界面。操作站功能：操作員功能、工程師功能、通訊功能和高級語言編程功能等。操作站組成：計算機主機、顯示器、鍵盤（專用或PC標準鍵盤）、網(wǎng)卡、打印機等組成。第四代DCS操作站普遍采用PC機來取代專用的操作站，操作系統(tǒng)采用Windows系統(tǒng)。鼠標或觸屏操作過程控制站控制站是DCS的核心部分，集多種計算機技術于一體的計算機，實現(xiàn)對過程的控制。功能：常規(guī)控制（PID）、邏輯、順控和批量控制及通訊功能?？刂普就ㄟ^采集現(xiàn)場信號和通過操作站發(fā)出的指令進行各種運算，并將計算結果送到現(xiàn)場進行控制。組成：電源、CPU卡、通訊卡和各種信號輸入/輸出卡（即I/O卡）及其端子板、連接電纜等組成。通訊總線作用：實現(xiàn)各個設備的數(shù)據(jù)交換，它將控制站、操作站等DCS的計算機設備連接成一個完整的系統(tǒng)。組成：局域網(wǎng)通信總線、控制通信總線、遠程I/O總線等。通信介質：同軸電纜（50歐姆、75歐姆）、光纖或雙絞線。通信網(wǎng)絡結構：總線型、環(huán)型、樹型和星型，如Honeywell和Yokogawa的DCS采用總線型。通訊協(xié)議：IEEE802通訊協(xié)議（IEEE802.2、IEEE802.4）DCS以令牌傳輸方式按設備地址進行巡回通訊。DCS的特點DCS系統(tǒng)都是由操作管理系統(tǒng)、過程控制站、數(shù)據(jù)通信總線等構成。DCS系統(tǒng)都采用分級遞階分布式結構，控制、危險分散，操作、管理集中。集散系統(tǒng)的處理器、內部總線、電源、控制用輸入/輸出卡件等采用冗余配置，從根本上提高了系統(tǒng)長期連續(xù)運行的能力和抗故障能力。

系統(tǒng)的硬件和軟件均具備自診斷功能和自修正功能。DCS組態(tài)由系統(tǒng)軟件生成用戶軟件的過程叫做“組態(tài)”在線組態(tài):整個系統(tǒng)硬件已構建完成，操作站、控制站及各節(jié)點間的通訊都能正常工作。離線組態(tài)：系統(tǒng)未構建好，在脫離系統(tǒng)的PC機上進行的組態(tài)。DCS組態(tài)內容：系統(tǒng)組織結構組態(tài)：整個項目有多少臺操作站、控制站，及各站的地址，控制站有哪些卡件組成等等控制策略組態(tài)：建點，建立點的連接流程圖繪制數(shù)據(jù)庫組態(tài)：歷史組、控制組等DCS的下裝下裝（Download)：組態(tài)工作完成后，將組態(tài)內容寫進設備，以更新相應設備的內存數(shù)據(jù)，使組態(tài)內容起作用需執(zhí)行下裝操作。在線下裝:在處理器運行時進行的下裝，用戶軟件的修改可在線下裝。離線下裝：在處理器停止運行時才能進行的下裝，項目初始下裝、增減系統(tǒng)硬設備等需離線下裝。DCS報警功能（1）系統(tǒng)報警：由于DCS本身的故障產(chǎn)生的報警，控制系統(tǒng)卡件故障、通訊錯誤等報警。不需組態(tài)，有標準的故障代碼、故障提示符。過程報警：工藝參數(shù)越限報警。如PV高、高高、低、低低報警、偏差報警、變化率等的報警。需專門定義。DCS報警功能（2）報警級別：LOW、HIGH、EMERGENCY、JOUNAL、NOACTION報警死區(qū):通過工程單位量程的百分數(shù)的調整使報警恢復正常，防止頻繁的報警循環(huán)。某溫度點的測量范圍是0～200℃,它的PVHITP=150,超過150℃就報警。若PVALDB=1%,則正常值只有回到148℃才會消除報警。DCS歷史趨勢歷史趨勢：系統(tǒng)采集的過程點的歷史數(shù)據(jù)，用于故障的查找和分析判斷，DCS系統(tǒng)中多根據(jù)需要保存模擬量過程點的PV、SP、OP值。DCS歷史趨勢（1）HONEYWELL歷史趨勢：由工程師組態(tài)歷史組（趨勢組）后生成，保存于歷史模件(HM)中。HONEYWELL歷史組個數(shù)按單元在NCF組態(tài)時已分配好，如各歷史組已用完，只有在HM容量充足的情況下，重新修改NCF組態(tài)。一個歷史組20個點。保存于HM中，根據(jù)HM容量、采集時間的長短保存的時間有限。。

分類：（1）實時趨勢：1分鐘和2分鐘趨勢，（2）歷史趨勢：20分鐘以上的數(shù)據(jù)一定是來自HM。5分鐘、10分鐘、20分鐘該點的數(shù)據(jù)可以來自HM，也可以來自RT當在線修改歷史組時最好將HM的歷史采集停止后在下裝，否則可能引起HM出錯甚至損壞。DCS歷史趨勢（2）CS3000歷史趨勢：保存于操作站硬盤，由工程師組態(tài)，操作員可調整趨勢窗口中各趨勢組的點的分配。一臺HIS最多可組態(tài)20個本地站趨勢塊，30個其它站趨勢塊，一個趨勢塊含16個組，一個組8個點。類型：（1）趨勢畫面：根據(jù)設置的采集周期不同而時間長短不同，（2）長趨勢：當操作站安裝有長趨勢軟件包時，可組態(tài)長趨勢，在設置的保存時間（月、年）內，按星期打包，可根據(jù)日期查看。DCS控制組HONEYWELL控制組:(1)工程師組態(tài)控制組：保存于HM（HONEYWELL)或操作站硬盤(CS3000)。(2)操作員組態(tài)的臨時控制組，在變更區(qū)域或重新啟機后會消失。（3）一個控制組有8個點參數(shù)。CS3000控制組:可有工程師站組態(tài)后下裝的操作站，也可在操作站進行組態(tài)定義，保存在操作站硬盤上。DCS過程點過程點是控制系統(tǒng)組態(tài)中的最小單元，其主要因素包括點位號ID、參數(shù)、功能點類型：硬點:來自現(xiàn)場或送到現(xiàn)場去的有硬接線的點,包括:AI(模擬量輸入點)、AO（模擬量輸出點）、DI（開關量輸入點）、DO（開關量輸出點）、PI(脈沖量輸入點）等軟點：在DCS中連接輸入/輸出以實現(xiàn)某種控制功能的中間點,包括:RPV（常規(guī)PV處理點）、RC（常規(guī)控制點）、DC（數(shù)字組合點）、Logic（邏輯點）、Array（數(shù)組點）、PM（CL程序點）、FLAG（標志量寄存器點）、Numeric（數(shù)值寄存器點）、Timer（定時器點）

DCS回路一組點及點之間的信號聯(lián)系構成回路。

顯示回路：只進行現(xiàn)場信號的顯示，不進行控制，只有輸入點及軟點，無輸出點，如溫度、壓力等工藝參數(shù)的顯示，調節(jié)閥、泵、電機運行狀態(tài)的顯示?？刂苹芈罚海?）模擬控制回路：即能進行現(xiàn)場信號的顯示又能進行參數(shù)控制調節(jié)，是由輸入點、中間軟點、輸出點構成，通過定義點的輸入、輸出連接參數(shù)來形成信號連接回路，（2）聯(lián)鎖控制回路：現(xiàn)場設備的啟、停，閥的開、關等由數(shù)字量控制的回路，多由邏輯執(zhí)行控制。DCS回路構成圖FTAAIPT100+1212現(xiàn)場變送器現(xiàn)場接線箱機柜間端子排輸入端子板FIC101FTAAOPV100+–3434現(xiàn)場調節(jié)閥現(xiàn)場接線箱機柜間端子排控制點模擬輸出卡輸出端子板

模擬輸入卡–HPMMHPMM控制器

HPMMHPMM控制器

PT100PIC100PV100FTA電纜I/OLINK電纜I/OLINK電纜FTA電纜DCS信號的轉換(1)模擬輸入(AI)信號:溫度(T)、壓力(P)、流量(F)、物位(L)等工藝參數(shù)經(jīng)變送器轉換成4～20mADC信號接入DCS系統(tǒng)卡件后，轉換成1～5VDC的系統(tǒng)內部信號，根據(jù)設置的表（點）的測量范圍，控制器再將1～5VDC信號轉換成相應的工程量數(shù)值進行顯示。DCS信號的轉換(2)模擬輸出(AO)信號:

0-100%的控制信號（OP)對應1～5VDC的系統(tǒng)內部信號，控制器將1～5VDC信號轉換成4～20mADC信號后送往現(xiàn)場,控制調節(jié)閥的開度、變頻電機的轉速等。DCS信號的轉換(3)開關量輸入(DI)信號:

現(xiàn)場來開關量信號接入DCS系統(tǒng)卡件后，當開關量信號發(fā)生狀態(tài)改變，由斷開到閉合時，使得卡件內的電路接通，控制器檢測到電路接通后將對應該回路的點置為ON(1),反之則置為OFF(0)，用于報警、聯(lián)鎖或狀態(tài)顯示。DCS信號的轉換（4）開關量輸出(DO)信號:

控制器發(fā)出的開關量控制信號發(fā)生狀態(tài)改變，由OFF到ON時，使DCS系統(tǒng)卡件內的電路接通，使得外回路接通（有的卡件直接相外回路供24VDC信號，有的卡件只給出一干觸點信號），實現(xiàn)泵、電機的啟動和閥的打開，反之則使外回路斷開實現(xiàn)泵、電機的停止和閥的關閉。

DCS實現(xiàn)無擾動切換的方法實現(xiàn)無擾動切換的方法設置PV跟蹤：在MAN方式下時，SP自動地跟蹤等于PV，沒有任何的偏差。根據(jù)實際需要組態(tài)控制器是否需要PV跟蹤功能。

DCS實現(xiàn)無擾動切換的方法初始化功能：當組態(tài)控制器把它的輸出推給它的輸出點，而輸出點又不能接受該值時就會產(chǎn)生初始化。初始化的功能就是當輸出點變成可以接收控制器輸出的時候，控制器的輸出要強行與輸出點的數(shù)值一樣。在串級控制中當副控制器置出串級方式時發(fā)生初始化，使主控制器的輸出自動跟蹤副控制器的設定值，當副控制器投回串級時實現(xiàn)無擾動切換。DCS使用環(huán)境

1）相對濕度：40%-60%（無凝露）。2）環(huán)境溫度：10-28℃，溫度的變化率要在10℃/小時以內。3）無電磁干擾，不準在機柜間使用報話機和手機。35）防靜電6）防小動物進入DCS供電電源穩(wěn)壓市電、UPS電同時供電電壓：220±10％VAC頻率：50HZ±1HZ諧波（波形）失真率＜5％電源瞬間斷電時間應小于用電設備的允許電源瞬間斷電時間。瞬時電壓降小于20%

采取防雷、EP諧波吸收裝置保護措施，防止過電壓對控制儀表電源系統(tǒng)的危害

DCS故障

硬件故障:電源故障、通訊電纜損壞、DCS通訊/控制卡故障、IOP卡/FTA卡故障等，由設備故障所引起的DCS不能正常工作的故障。軟件故障:又分系統(tǒng)軟件故障和用戶軟件故障，系統(tǒng)軟件故障是DCS廠家設計DCS系統(tǒng)軟件時存在缺陷而造成的；用戶軟件組態(tài)復雜、工作量大，在運行時出現(xiàn)錯誤。操作/使用不當造成的故障：因操作人員快速、頻繁調用畫面而使操作站畫面不能更新、數(shù)據(jù)不能更新等操作站死機故障DCS故障的判斷與查找判斷與查找的途徑：系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視畫面。系統(tǒng)報警信息。各卡件狀態(tài)指示燈亮、滅，顏色的變化專門的診斷軟件操作站故障

死機:操作站不響應操作員的操作，重新啟動。黑屏：顯示屏無信號輸入，主機無法重啟，內存條故障或主板故障，更換新備件。操作員鍵盤無響應，重新插拔，或更換操作員鍵盤。HONEYWELL的DISPLAYBUIDER流程畫面上的點參數(shù)出現(xiàn)?號，無法監(jiān)視過程點，重新注銷用戶或重啟?？刂普竟收?/p>

故障類型：冗余輸入、輸出卡件同步故障。輸入、輸出卡件出現(xiàn)NR(無響應）故障。FTA端子板損壞。連接電纜接觸不良、出現(xiàn)破皮絕緣不良。通訊/控制卡故障。故障危害:不同的硬件，發(fā)生故障時的影響大小不同

FTA端子板損壞,則此卡件上的點都無法監(jiān)視控制。冗余配置的卡件有一塊卡件故障時，不影響控制，如冗余卡件都故障或非冗余卡件故障，則此卡件上的點都無法監(jiān)視控制。控制站故障處理故障處理：冗余配置的卡件，在確定主卡工作正常的情況下，重新插拔，如軟故障則可消除，如為硬故障則無法消除，需更換同型號的卡件非冗余的卡件在確認其上的點的用途后，直接重新插拔或更換新備件。故障處理注意事項：首先進行故障分析、風險評估，制定處理方案。如要處理AO/DO卡件時，可能影響到其上的調節(jié)閥、聯(lián)鎖設備動作，一定要與工藝人員協(xié)商制定預案，采取手動（手輪）控制等。通訊總線故障

故障類型：電磁干擾造成通訊出錯。終端電阻、各連接頭松動。接口卡件損壞、存在軟故障。通訊電纜破皮、被老鼠咬斷。故障危害:無法傳輸數(shù)據(jù)，不能監(jiān)控。通訊總線故障處理

故障處理：進行消磁消噪聲處理。更換接口卡件。檢查終端電阻、各連接頭緊固情況，重新緊固。檢查通訊總線完好情況，必要時更換新電纜。故障處理注意事項：要在工藝過程平穩(wěn)期間進行；要在冗余電纜工作正常的情況下進行；預備好卡件、電纜備件；工藝人員盡量避免頻繁操作；單控制回路

單控制回路通常是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)LChhspQiQo

LIC111PIDLT111（AI）LV111（AO）變送器調節(jié)閥現(xiàn)場中控室PVOP單控制回路實現(xiàn)現(xiàn)場變送器、調節(jié)閥接線連接好串級控制回路串級控制由主、副兩個調節(jié)器串接而工作,主調節(jié)器的輸出作為副調節(jié)器的給定值，副調節(jié)器的輸出去控制調節(jié)閥，從而實現(xiàn)對主變量的定值控制。應用于對象的滯后和時間常數(shù)很大、干擾作用強而頻繁、負荷變化大、對控制質量要求較高的場合。

現(xiàn)場控制室FT211(AI)FV211（AO)TIC211PIDFIC211PID副變送器調節(jié)閥TT211(AI)主變送器PVPVSPOP串級控制回路的實現(xiàn)現(xiàn)場溫度、流量變送器、調節(jié)閥接線連接正確，超馳控制回路超馳控制也叫選擇性控制、高/低選控制，超馳控制一般有兩個調節(jié)器，它們的輸出通過一個選擇器后送到執(zhí)行器。主要特點：超馳控制有兩個控制回路，但在任何情況下僅有一個控制回路在工作，而另一個控制回路處于開環(huán)狀態(tài)，此時該回路中的調節(jié)器的輸出被選擇器切斷，不能送到調節(jié)閥，可通過快速的自動選擇消除生產(chǎn)中的不安全因素。超馳控制示例TC裂解氣液丙烯LC選擇器88℃

氣丙烯15℃

在乙烯分離過程中，裂解氣經(jīng)壓縮后其溫度已達到88℃。為了進行低溫分離，必須將它的溫度降下來。為此，工藝上采用了液丙烯低溫下蒸發(fā)吸熱原理，用它與裂解氣換熱，達到降低裂解氣溫度的目的。

超馳控制示例正常工況時：由冷卻器出口裂解氣溫度來控制調節(jié)閥，通過進入冷卻器的液丙烯的多少來穩(wěn)定裂解氣溫度。非正常工況時：當裂解氣溫度過高或負荷過大時，控制閥已被大幅開大，并且冷卻器中所有的列管都有已被淹沒時，裂解氣溫度仍降不下來，則不能再使控制閥開度繼續(xù)開大了，因為一來換熱面積已無法再增加，二來丙烯液位的繼續(xù)上升，會使冷卻器中的丙烯蒸發(fā)空間縮小，使氣丙烯出現(xiàn)帶液現(xiàn)象，給壓縮機帶來損害，此時通過選擇器自動選擇由冷卻器液位控制器來控制進入冷卻器的液丙烯的多少，從而控制冷卻器液位在安全范圍內。

PVPVTIC311PIDTT311（AI）TV311（AO）變送器A調節(jié)閥現(xiàn)場中控室OPLT311（AI）變送器BLIC311PIDLS311低選超馳控制回路的實現(xiàn)現(xiàn)場溫度、流量變送器、調節(jié)閥接線連接正確，分程控制回路

分程控制就是一個調節(jié)器同時控制兩個或兩個以上的調節(jié)閥，每一個調節(jié)閥根據(jù)工藝的需要在調節(jié)器輸出整個范圍的某段信號內動作，即多閥而分程。設置分程控制目的：是為了滿足工藝上擴大可調比的要求、滿足特殊調節(jié)系統(tǒng)的需求?？刂菩盘柨刂菩盘柨刂菩盘?212調節(jié)閥分程動作（異向）閥開度100%420mA120%A420mA12100%0%420mA100%0%420mA100%0%調節(jié)閥分程動作（同向）BABABAB閥開度閥開度閥開度控制信號調節(jié)閥分程動作形式示意圖分程控制實現(xiàn)方法一現(xiàn)場并聯(lián)分程：是通過每個控制閥上的閥門定位器實現(xiàn)，現(xiàn)場通過一個電/氣轉換器后，轉換成的氣動控制信號并聯(lián)送到兩個或多個閥門上的氣/氣閥門定位器。通過調整閥門上的定位器動作點來實現(xiàn)分程曲線分程控制實現(xiàn)方法二現(xiàn)場串聯(lián)分程：通過調節(jié)閥門定位器實現(xiàn)A閥在4-12mA范圍動作，B閥在12-20mA范圍動作PVPIC411PIDPV411B（AO2）調節(jié)閥B現(xiàn)場中控室OPPT411（AI）變送器PV411A（AO1）調節(jié)閥AOPPY411AAUTOMANPY411BAUTOMAN分程控制實現(xiàn)方法三通過DCS軟件實現(xiàn)，通過在DCS內部的AO點組態(tài)中，分別根據(jù)分程曲線區(qū)域數(shù)據(jù)，填寫PV411A/B的折線數(shù)據(jù)。如：0～50%;50～100％的分程曲線，則在PV411A中，IN=0,OUT=0%;IN=50%;OUT=100%.在PV411B中，IN=50%,OUT=0%;IN=100%;OUT=100%.現(xiàn)場的定位器，都是對于4～20mA的電氣閥門定位器。通過AO點中IN/OUT的數(shù)據(jù)與AO的正、反作用特性的組合，就可以實現(xiàn)各種的分程曲線比值控制回路實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關系的控制系統(tǒng)通常