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  • 介绍dcs的基础知识dcs的发展,主要生产厂商及类型
  • DCS集散控制系统

    2011-12-09 16:21:57
    DCS(集散控制系统,也称分散控制系统)相关知识介绍。
  • 集散控制系统(DCS)的基本知识

    千次阅读 2006-08-05 16:47:00
    为了让大家对于刚才我写的所谓“集散控制系统(DCS)”有个...---------------------------------------------------------------------------------集散控制系统(DCS)的基本知识集散控制系统(DCS)简介 DCS,即所谓的


    为了让大家对于刚才我写的所谓“集散控制系统(DCS)”有个了解,我这里特找到一篇介绍“集散控制系统(DCS)”的普及性文章,以便于大家对照。

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    集散控制系统(DCS)的基本知识

    集散控制系统(DCS)简介
      
      DCS,即所谓的分布式控制系统,或在有些资料中称之为集散系统,是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统,它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面,DCS和集中式控制系统的区别不大,但在系统功能的实现方法上却完全不同。
      
      首先,DCS的骨架——系统网络,它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性,起着决定性的作用,因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说,它必须满足实时性的要求,即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度,是指在无论何种情况下,信息传送都能在这个时间限度内完成,而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此,衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率,即通常所说的每秒比特数(bps),而是系统网络的实时性,即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠,无论在任何情况下,网络通信都不能中断,因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求,系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样,一方面可以随时增加新的节点,另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态,以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中,各个节点的上网和下网是随时可能发生的,特别是操作员站,这样,网络重构会经常进行,而这种操作绝对不能影响系统的正常运行,因此,系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
      
      其次,这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制(DOS)功能的网络节点。一般一套DCS中要设置现场I/O控制站,用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效,提高系统可靠性,也可以使各站点分担数据采集和控制功能,有利于提高整个系统的性能。DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面(HMI-Human Machine Interface或operator interface)功能的网络节点。
      
      系统网络是DCS的工程师站,它是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点,其主要功能是提供对DCS进行组态,配置工作的工具软件(即组态软件),并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况,使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定,使DCS随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同,所有的DCS都要求有系统组态功能,可以说,没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。
      
      DCS自1975年问世以来,已经经历了二十多年的发展历程。在这二十多年中,DCS虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变,但是经过不断的发展和完善,其功能和性能都得到了巨大的提高。总的来说,DCS正在向着更加开放,更加标准化,更加产品化的方向发展。
      
      作为生产过程自动化领域的计算机控制系统,传统的DCS仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS只是生产过程的自动化系统,那就会引出错误的结论,因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了,它不仅包括过去DCS中所包含的各种内容,还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构,向上发展到了生产管理,企业经营的方方面面。传统意义上的DCS现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化,而工业自动化系统的概念,则应定位到企业全面解决方案,即total solution 的层次。只有从这个角度上提出问题并解决问题,才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。
      
      进入九十年代以后,计算机技术突飞猛进,更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备,它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛,以至于有些人已做出预测:基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。
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    分散控制系统(DCS) 是20 世纪70年代中期发展起来的新型控制系统,因其具有可靠性高、系统配置灵活、使用维护方便等特点。不但可以保障设备安全,提高机组经济性, 减轻劳动强度, 改善劳动环境,而且可以为先进控制方法在热工过程控制中的应用提供便利的条件。
    华北电力大学杰德控制研发中心和国电南京自动化研究所共同开发的基于eXtremeDB的拥有自主知识产权的新一代分散控制系统PAS-300M分散控制系统,增强了国产DCS的竞争力。PAS300M现场控制站
    PAS300M 现场控制站采用了eXtremeDB 实时数据库作为实时数据管理的解决方案,不仅减小了编码复杂度,缩短了开发周期,降低了程序维护难度,提高了软件的开发和维护效率,而且实现了过去基于传统数据管理方式难以实现的一些功能(如控制组态的在线下装),有效地提高控制站的性能。
    eXtremeDB 用于现场控制站实时控制软件的设计核心是对实际问题提炼出合理的数据模型,能够正确地定位对象。
    控制站实时控制软件结构利用数据库思想设计研发了以内存嵌入式实时数据库作为数据管理和交换平台的控制站系统。
    eXtremeDB 适用性
    “eXtremeDB 用最小的开销、最高的性能,为实时数据管理提供功能完全的数据库系统。微秒级的处理速度和强健的稳定性,是它能够在国产DCS 发挥作用的关键,我们很高兴eXtremeDB 能够为中国的电力事业做贡献。”美国麦科捷亚太区副总裁杜虎生先生这样说。
    McObject 公司的eXtremeDB 嵌入式实时数据库系列产品被全球范围内包括能源电力、网络设备、消费电子、国防、航空航天、工业控制、轨道交通、金融实时交易、通信技术、医疗设备、车载以及互联网等领域的公司广泛使用。McObject 的eXtremeDB 包括标准版、混合版(内存与磁盘存储)、SQL 组件、HA 组件、Cluster组件、LOG 组件、XML 扩展等。
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  • DPU(Distributed Processing Unit),即分散处理单元,常应用于DCS控制系统中.它能执行工程师组态的控制策略,它既可实现离散梯形逻辑控制,也能实现连续调节控制。DPU可执行70多种特殊功能及150多种过程控制算法;...

    基本单元

    PLC:

    可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

    DPU:

    DPU(Distributed Processing Unit),即分散处理单元,常应用于DCS控制系统中.它能执行工程师组态的控制策略,它既可实现离散梯形逻辑控制,也能实现连续调节控制。DPU可执行70多种特殊功能及150多种过程控制算法;此外,它还能实现数据采集、标度变换、报警限值检查、操作记录、顺序事件记录等功能。

    RTU:

    RTU(远程终端单元),中文全称为远程终端控制系统.,是SCADA系统的基本组成单元之一。负责对现场信号、工业设备的监测和控制,是构成企业综合自动化系统的核心装置,通常由信号输入/出模块、微处理器、有线/无线通讯设备、电源及外壳等组成,由微处理器控制,并支持网络系统。它通过自身的软件(或智能软件)系统,可理想地实现企业中央监控与调度系统对生产现场一次仪表的遥测、遥控、遥信和遥调等功能。可以大概理解为,GPRS RTU是在DTU的基础上,加了采集模拟量及变量的设备。

    DTU:

    DTU(Data Transfer unit),数据传输单元,一般安装在常规的开闭所(站)、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处,完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算,对开关进行分合闸操作,实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。部分DTU还具备保护和备用电源自动投入的功能。

    GPRS DTU是采用GPRS的通信模块下,加载了传输协议,有核心的处理器及存储器的设备,主要将串口数据打包发送的装置.

    FTU:

    馈线终端设备(简称FTU),具有遥控、遥信,故障检测功能,并与配电自动化主站通信,提供配电系统运行情况和各种参数即监测控制所需信息,包括开关状态、电能参数、相间故障、接地故障以及故障时的参数,并执行配电主站下发的命令,对配电设备进行调节和控制,实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电等功能。

    TTU:

    TTU(配电变压器监测终端)。在电力供配电系统中,配电变压器监测终端(TTU)用于对配电变压器的信息采集和控制,它实时监测配电变压器的运行工况,并能将采集的信息传送到主站或其他的智能装置,提供配电系统运行控制及管理所需的数据。

    控制系统

    DCS:

    DCS分布式控制系统。在国内自控行业又称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系统或在有些资料中称之为集散系统,是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统,它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

    SCADA:

    SCADA数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广,它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。主要用于数据采集,如电力的监控系统、输油管线的监控系统。

    SCADA的特点:

    控制点分散:一个系统可能覆盖方圆数千功能[如北美的油气管道监控系统];通信结构复杂:不是一般控制系统所能比拟的[从光纤到无线甚至卫星通讯]。它的基本单元是RTU。

    监控系统

    SIS:

    SIS系统厂级监控系统,属于企业生产过程自动化范畴。该系统是各种分散控制系统与企业管理应用系统(如ERP、EAM等)之间数据桥梁,为管理提供多层次的实时数据支持。主要是处理实时数据,完成生产过程的监控和 管理,故障诊断和分析,性能计算、分析和经济负荷调度等。

    在电力行业领域:SIS系统以分散控制系统为基础,以经济运行和提高发电企业整体效益为目的,采用先进、适用、有效的专业计算方法,实现整个电厂范围内信息共享和全厂生产过程的实时信息监控,提高了机组运行的可靠性。

    Ref

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    2.2 分布式控制系统

    本文讲的是工业控制网络安全技术与实践一2.2 分布式控制系统,分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)又称为集散式控制系统,是工业控制系统的组成部分。本节主要介绍分布式控制系统相关知识,包括DCS的基本概念、组成机构和特点。
    2.2.1 什么是DCS
    DCS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)、通信(Communication)、终端显示(CRT)和控制(Control)技术而发展起来的新型控制系统。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。它满足了大型工业生产和日益复杂的过程控制要求,从综合自动化的角度出发,按功能分散、管理集中的原则构思,采用了多层分级、合作自治的结构形式。
    DCS网络是整体的基础和核心。网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性起着决定性作用,因此对于DCS网络来说,它必须满足实时性的要求,即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度,是指无论在何种情况下,信息传送都能在这个时间限度内完成,而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性确定的。因此,衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率,即通常所说的每秒比特数(bit/s),而是系统网络的实时性,即能在多长的时间内确保所需信息的传输得以完成。

    原文标题:工业控制网络安全技术与实践一2.2 分布式控制系统

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