工控DCS系统介绍ppt课件.pptx
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1、,http:/ auto. ,唯进步,不止步,为客户提供全方位的服务,安徽海螺信息技术工程有限责任公司,工控DCS系统总体介绍、日常使用操作及维护要领,1,2022/12/24,一、工控系统概念二、工控系统组成三、工控系统在集团应用四、工控系统维护要点五、常见工控系统故障处理六、培训测试,介绍提纲(目录),2022/12/24,工控指的是工业自动化控制,主要利用电子电气、机械、软件组合实现。即是工业控制(Factory control),或者是工厂自动化控制(Factory Automation control)。主要是指使用计算机技术,微电子技术,电气手段,使工厂的生产和制造过程更加自动化、
2、效率化、精确化,并具有可控性及可视性。,工控概念,2022/12/24,一、CCS(计算机集中控制系统) 在CCS中,数字计算机取代了传统的模拟仪表,从而能够使用更为先进的控制技术,例如复杂控制算法和协调控制。从而使自动控制发生了质的飞跃。二、DCS(集散控制系统) 由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路,同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统 。三、FCS(现场总线控制系统) 现场总线控制系统(FCSFieldbus Control System),它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联,构成现场总线控制系统,同时控制功能彻底下放
3、到现场,降低了安装成本和维修费用。,工控发展历程,2022/12/24,DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System),又称为分散控制系统,分散型控制系统,集散控制系统.行业内业称4C技术即Control控制技术;Computer 计算机技术;Communication 通信技术;Cathode Ray Tube CRT显示技术。 在国内自控行业又称之为集散控制系统,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、配置灵活以及组态方便。,DCS简介,2022/12/24,从
4、结构上划分,DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成,是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括:操作员站和工程师站,完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统(MIS系统),作为DCS更高层次的应用,目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。 DCS的控制程序:DCS的控制决策是由过程控制站完成的,所以控制程序是由过程控制站执行的。 过程控制站的组成: DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统,主要由电源、CPU(中央处理器)、网络接口和I/O组成 I/O:控制系统需要建立信号的输入和输出通道,这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的,一个I
5、/O模块上有一个或多个I/O通道,用来连接传感器和执行器(调节阀)。 I/O单元:通常,一个过程控制站是有几个机架组成,每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元,同一个过程站中只能有一个CPU单元,其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元,DCS组成,2022/12/24,高可靠性由于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。 开放性 DCS采
6、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。 灵活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。 易于维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。,DCS特点-1,2022/12
7、/24,协调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。控制功能齐全控制算法丰富,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。 DCS的构成方式十分灵活,可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成,也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。 处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制,并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作
8、管理,如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展,DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能,如计划调度、仓储管理、能源管理等。,DCS特点-2,2022/12/24,集团工控系统应用范围 工控系统在按照类型划分来讲,主要包括了DCS、PCS、PLC、SCADA(数据采集与监控系统)、就地测控设备(本地智能仪表、远程监控等)等。 这些系统在集团有着广泛的应用,主要是水泥熟料线(单线规模从2000-12000t/d不等)、粉磨站(单台规模从30-80万吨/年不等)、余热发电(单台机组规模从4500-18000kw不等)、大型装备电控系
9、统(堆取料机、长皮带、立磨、冷却机、辊压机等)、油站、总降、胴扫、工业电视等。,集团工控系统应用范围,2022/12/24,目前公司熟料生产线工控系统使用情况:Freelance 800F系统(CBF),如宁国三线等。Industrial IT 800 xA系统(CBM) ,如芜湖海螺等。目前熟料线基本上都是使用这两套系统。FOXBORO系统,如荻港海螺一线烧成系统。Siemens PCS7系统,如新疆哈密。浙大中控系统,如众喜凤凰山等。SCHNEIDER系统,如云南壮乡。,集团工控系统应用情况(熟料线),2022/12/24,目前公司粉磨站工控系统使用情况:Siemens PLC+WINCC
10、系统,如南通海螺等。Siemens PLC+IFIX系统 ,如淮南海螺等。 GE PLC+IFIX系统 ,如赣江海螺等。 CBM+IFIX系统,如双峰海螺5、6号水泥磨系统。,集团工控系统应用情况(粉磨站),2022/12/24,目前公司余热发电约60台机组工控系统使用情况:英国欧陆系统(NETWORK-6000)+DEH,如宁国三线等。约50台机组都是使用此系统。南京科远NT6000系统(KM940) ,如千阳海螺等。英国欧陆系统(NETWORK-6000)+505 ,如平凉海螺。南京科远NT6000系统+505,如宁国一线。浙大中控ECS100+505 ,如众喜凤凰山等。Siemens P
11、LC+WINCC +505 ,如四合工贸。,集团工控系统应用情况(余热发电),2022/12/24,工控系统层级划分:过程级控制站,包括处理器,网卡,通讯卡等组件。I/O站,包括DI、DO、AI、AO、FI、中继等组成。操作监控级操作站,即操作员控制站,负责设备的操作。 工程师站,负责程序维护、修改等工作。网络,包括光缆、交换机、网线、光电转换等组件。管理级MIS、QCX,负责计划调度、仓储管理、能源管理,常见工控系统层级划分(DCS),2022/12/24,目前集团常用工控系统网络常用的分为星形、环形两种。星形网的组成通过中心设备将许多点到点连接。经常用的电话、Hub都属于星形结构,具有控制
12、简单、故障诊断和隔离容易、方便服务的特点环形网络 是使用一个连续的环将每台设备连接在一起。它能够保证一台设备上发送的信号可以被环上其他所有的设备都看到,具有投资小、冗余性的特点,工控系统常见网络分类(星形、环形),2022/12/24,工控系统网络(星形)拓扑图(熟料线),2022/12/24,余热发电系统基本网络示意图,工控系统网络(环形)拓扑图(余热发电),环形以太网100 Mbps,MIS,汽机跳闸和直流油泵启动,隔离 网关, 冗余配置:1、冗余的控制器;2、四台操作站;3、网络交换机冗余;4、环形光缆网络冗余;5、机柜双路电源进线;,2022/12/24,开关量数据输入、输出(DI、D
13、O),工控系统开关量控制示意图( DI、DO ),中继,s1,com+,Com-,DI卡件,硬件通道,变量,L+ L-DC24V,线圈,触点,画面及程序应用,现场,程序,中继,K,主接触器线圈,N L低压柜AC220V,DO卡件,硬件通道,变量,L-DC24V,线圈,触点,画面及程序应用,端子排,L+,T1,2022/12/24,模拟量数据输入、输出(AI 、AO),工控系统模拟量控制示意图( AI、AO ),+,AI卡件,硬件通道,变量,画面及程序应用,现场,程序,4-20MA,-,端子排,0-10V,通常AI卡件接受020mA,420mA,010V,210V等标准信号,输入阻抗(电流)大概
14、在230-270,接线方式对于仪表来讲,二线制:DCS提供电源,信号及电源共用三线制:仪表电源和信号源负端共用四线制:仪表外接电源,信号进DCS。硬件采集信号的工程值通过量程转化为所需要的显示数值。,硬件通道,变量,画面及程序应用,T1,+,AO卡件,4-20MA,-,0-10V,通常AO卡件根据不同类型可输出020mA,420mA,010V,210V等标准信号,输出阻抗(电流)大概在500,接线方式一般都是二线制,2022/12/24,温度模拟量数据输入(RTD)Resistance Temperature Detector,工控系统热电阻温度检测数据采集示意图( RTD),现场,程序,热电
15、阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。常用的是Pt100,代表温度0时阻值为100,1大概是100/38.5 ,约2.59 / ,RTD,RTD卡件,目前热电阻的引线主要有三种方式 1二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制:这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻r,r大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合 2三线制:在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用
16、的。 3四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测。,2022/12/24,温度模拟量数据输入(TC热电偶 thermocouple ),工控系统热电偶温度检测数据采集示意图( TC),现场,程序,热电偶就是利用两种不同成份的导体两端接合成回路,当两个接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势的原理进行温度测量的,其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与显示仪表或配
17、套仪表连接,显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。,TC,补偿导线,TC卡件,+,-,+,-,补偿导线 由于热电偶的材料一般都比较贵重,而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。,冷端补偿热电偶测量温度时要求其冷端(测量端为热端,通过引线与测量电路连接的端称为冷端)的温度保持不变,其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。,2022/12/24,系统维护
18、意义 工控系统作为工艺生产监控及设备保护的重要组成部分,决定着整个生产的稳定与运行,一旦系统出现故障,轻则造成工艺波动影 响产品产质量,重则全线停产。故其保证可靠稳定运行,延长其使用寿命。系统性能的发挥和保证生产的连续性、安全性等方面是极其重要的。日常维护、预防性维护和故障维护日常维护和预防维护是在系统未发生故障所进行的维护。故障维护发生在故障产生之后,往往 已造成系统部分功能失灵并对生产造成不良影响;相反,预防性维护是在系统正常运行时,对系统进行有计划的定期维护,及时掌握系统运行状态、消除系统故障隐 患、保证系统长期稳定可靠地运行,形成定期维护的概念。实践证明,定期维护能够有效地防止DCS
19、突发故障的产生,形成可观的间接经济效益。,工控系统维护分类,2022/12/24,日常定期维护1) 完善DCS系统管理制度。 2) 保证空调设备稳定运行,保证室温变化小于5/h ,避免由于温度、湿度急剧变化导致在系统设备上的凝露。 3) 尽量避免电磁场对系统的干扰,避免移动运行中的操作站、显示器等,避免拉动或碰伤设备连接电缆和通讯电缆等。 4) 注意防尘,现场与控制室合理隔离,并定时清扫,保持清洁,防止粉尘对元件运行及散热产生不良影响; 5) 严禁使用非正版软件和安装与系统无关软件。 6) 做好控制子目录文件的备份,各自控回路的PID 参数、调节器正反作用等系统数据记录工作。 7) 检查控制主
20、机、显示器、鼠标、键盘等硬件是否完好,实时监控工作是否正常。 8) 查看故障诊断画面,是否有故障提示。 9) 系统上电后,通信接头不能与机柜等导电体相碰,互为冗余的通信线、通信接头不能碰在一起,以免烧坏通信网卡。,工控系统维护(日常定期维护),2022/12/24,预防性维护1) 系统冗余测试: 对冗余电源、服务器、控制器、通讯网络进行冗余测试。操作站、控制站停电检修。包括计算机内部、控制站机笼、电源箱等部件的灰尘清理。 2) 系统供电线路检修。并对UPS进行供电能力测试和实施放电操作。 3) 接地系统检修。包括端子检查、对地电阻测试。 4) 现场设备检修。故障处理维护1) DCS系统往往具有
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