华中科技大学：《计算机分散控制系统》课程教学资源（PPT课件）第三章 分散控制系统的主要硬件

《计算机分散控制糸统》 第三章 分散控制系统的主要硬件 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 1 分散控制系统的主要硬件 第三章

《计算机分散控制糸统》 本章扼要介绍DCS的 过程控制设备、人机接口设备、系统通讯设备 第一节过程控制设备 过程控制设备的功能 过程控制设备是DCS最基层(直接控制级)的 自动化设备。 其功能为: 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 2 本章扼要介绍DCS的： 过程控制设备、人机接口设备、系统通讯设备。 第一节 过程控制设备 一. 过程控制设备的功能 过程控制设备是DCS最基层(直接控制级)的 自动化设备。 其功能为：

《计算机分散控制糸统》 1、对现场过程信号迸行实时的数据采集、噪音 滤除、补偿运算、非线性校正、标度变换等 处理 2、按要求进行累积量的计算、上下限报警、测 量值和报警值向通讯网络的传输 3、接受上层通讯网络传来的控制指令,并根据 过程控制的组态进行控制运算 4、输岀驱动现场执行机构的各种控制信号,实 现对生产过程的数字直接控制,满足生产中 连续控制、逻辑控制、顺序控制等的需要。 5、实现手动操作的功能。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 3 1、对现场过程信号进行实时的数据采集、噪音 滤除、补偿运算、非线性校正、标度变换等 处理； 2、按要求进行累积量的计算、上下限报警、测 量值和报警值向通讯网络的传输； 3、接受上层通讯网络传来的控制指令，并根据 过程控制的组态进行控制运算； 4、输出驱动现场执行机构的各种控制信号，实 现对生产过程的数字直接控制，满足生产中 连续控制、逻辑控制、顺序控制等的需要。 5、实现手动操作的功能

《计算机分散控制糸统》 过程控制设备的品种 在DCS的应用中,用于过程控制级的设备有两 类品种: 是:DCS自身的“现场控制单元” 二是:可纳入DCS中应用的其它独立产品,即 可编程逻辑控制器(PLC) 可编程调节器等 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 4 二. 过程控制设备的品种 在DCS的应用中，用于过程控制级的设备有两 类品种： 可编程逻辑控制器(PLC)﹑ 可编程调节器等。 一是：DCS自身的“现场控制单元”， 二是：可纳入DCS中应用的其它独立产品，即：

《计算机分散控制糸统》 1.现场控制单元 是DCS中与现场关系最密切最靠近生产现场的控 制装置。 不同厂家的现场控制单元所采用的结构形式大 致相同。概括地说,现场控制单元是一个以微处 理器为核心的、按功能要求组合的各种电子模件 的集合体,并配以机柜和电源等而形成的一个相 对独立的控制装置。 不同的DCS生产厂家,对自己系统中的过程控 制设备取有独特的名称,如表3-1所示 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 5 不同厂家的现场控制单元所采用的结构形式大 致相同。概括地说，现场控制单元是一个以微处 理器为核心的、按功能要求组合的各种电子模件 的集合体，并配以机柜和电源等而形成的一个相 对独立的控制装置。 不同的DCS生产厂家，对自己系统中的过程控 制设备取有独特的名称，如表3—1所示： 1．现场控制单元 是DCS中与现场关系最密切最靠近生产现场的控 制装置

《计算机分散控制糸统》 表 3-1 典型系统的过程控制设备 厂商 系统名称 过程控制设备名称 Process Control Unit Bailey Controls INFI-90 (过程控制单 Distributed Processing Unit Westinghouse WDPF-II (分布式处理单元 Leeds northrup Remote Processing Unit MAX-1000 (远程处理单元) Automation Subsystem Siemens Teleperm-ME (自动子系统) Foxboro LA Series 控制处理机和现场总线模件 HISEC-O4M/L M/F HITACH HIACS-3000 高性能控制器 各典型系统的过程控制设备,其名称无一相同,为 叙述方便起见,下面将统称之为“现场控制单元 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 6 各典型系统的过程控制设备，其名称无一相同，为 叙述方便起见，下面将统称之为“现场控制单元”。 表 3—1 典型系统的过程控制设备 厂 商 系 统 名 称 过程控制设备名称 Bailey Controls INFI-90 Process Control Unit (过程控制单元) Westinghouse WDPF-II Distributed Processing Unit (分布式处理单元) Leeds & Northrup MAX-1000 Remote Processing Unit (远程处理单元) Siemens Teleperm-ME Automation Subsystem (自动子系统) Foxboro I/A Series 控制处理机和现场总线模件 HITACH HIACS-3000 HISEC-04M/L, M/F 高性能控制器

《计算机分散控制糸统》 2.可编程调节器 是由微处理器、RAM、ROM、模拟量和数字量I/0 通道、电源等基本部分组成的、外貌类似一般盘装 仪表的一个时间分享的微机控制装置。 这种调节器的生产厂家和品种较多,仅就控制回路的 能力而言,有单回路、双回路、四回路、八回路等区别 该调节器具有:PID控制运算、信号选择控制、按预定 曲线控制等功能,可实现前馈、串级、单回路、多回路控 制,并可进行故障检测、报警、手动操作等。 该调节器一般设有异步通讯接口(RS-232或RS422),使 之可与DCS或其它上位机联网通讯 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 7 这种调节器的生产厂家和品种较多，仅就控制回路的 能力而言，有单回路、双回路、四回路、八回路等区别。 2．可编程调节器 是由微处理器、RAM、ROM、模拟量和数字量I/O 通道、电源等基本部分组成的、外貌类似一般盘装 仪表的一个时间分享的微机控制装置。 该调节器具有：PID控制运算、信号选择控制、按预定 曲线控制等功能，可实现前馈、串级、单回路、多回路控 制，并可进行故障检测、报警、手动操作等。 该调节器一般设有异步通讯接口(RS-232或RS-422)，使 之可与DCS或其它上位机联网通讯

《计算机分散控制糸统》 3.可编程逻辑控制器(PLC PLC是一种以微处理器为核心、具有存贮记忆 功能、可提供开关量输入、输出通道,能通过预 先编制好的程序来实现时间顺序控制或逻辑顺序 控制的数字化控制装置。 PCL取代以往复杂的继电器控制装置 PLC均已标准化、模块化、系列化。 PLC中的一个Ⅳ/O模块通常可输入或输出16~64个点。 用户可根据需要灵活选配模块构成不同规模的PLC PLC一般设有异步通讯接口(RS-232或RS-422),它 既可作为一个独立的控制站,也可以与DCS通讯网络连 接。新型的PLC还提供了模拟量输入、输岀通道和PD等控 制算法,可以实现连续过程的控制。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 8 新型的PLC还提供了模拟量输入、输出通道和PID等控 制算法，可以实现连续过程的控制。 3．可编程逻辑控制器(PLC) PLC是一种以微处理器为核心、具有存贮记忆 功能、可提供开关量输入、输出通道，能通过预 先编制好的程序来实现时间顺序控制或逻辑顺序 控制的数字化控制装置。 PCL取代以往复杂的继电器控制装置。 PLC均已标准化、模块化、系列化。 PLC中的一个I/O模块通常可输入或输出16～64个点。 用户可根据需要灵活选配模块构成不同规模的PLC。 PLC一般设有异步通讯接口(RS-232或RS-422)，它 既可作为一个独立的控制站，也可以与DCS通讯网络连 接

《计算机分散控制糸统》 一般,可编程调节器和PLC尚不属于DCS的配套产品 此处不作详细介绍。而本节着重介绍现场控制单元。 三.现场控制单元 现场控制单元一般是由机柜、电源、I/0通道、 以徼处理器为核心的功能模件等几部分组成 (一)机柜 般是用金属材料(如钢板)制成的立式柜。柜 内装有6~8层机架,供安装电源和各种模件之用。 每层机横向可插4~12个模件。 机柜通常应采取:电磁屏蔽、散热降温、柜内 温度自动检测与报警、防尘、防潮、防火、防腐蚀。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 9 一般，可编程调节器和PLC尚不属于DCS的配套产品， 此处不作详细介绍。而本节着重介绍现场控制单元。 现场控制单元一般是由机柜、电源、I/O通道、 以微处理器为核心的功能模件等几部分组成。 三． 现场控制单元 一般是用金属材料(如钢板)制成的立式柜。柜 内装有6～8层机架，供安装电源和各种模件之用。 每层机横向可插4～12个模件。 (一) 机柜 机柜通常应采取： 电磁屏蔽、散热降温、柜内 温度自动检测与报警、防尘、防潮、防火、防腐蚀

《计算机分散控制糸统》 使用机柜时保留一定数量(约10~15%)的扩展空间。 (二)电源 1.交流电源 现场控制单元的供电来自220V或120V交流 电源,这个交流电源一般是由DCS的总电源装置 分配提供的。 交流电源经现场控制单元内的配电盘、断路 器给直流稳压电源及系统供电。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22

《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 10 使用机柜时保留一定数量(约10～15%)的扩展空间。 (二) 电源 1． 交流电源 现场控制单元的供电来自220V或120V交流 电源，这个交流电源一般是由DCS的总电源装置 分配提供的。 交流电源经现场控制单元内的配电盘、断路 器给直流稳压电源及系统供电