DCS - 基础知识

DCS操作的基础知识【分享】
1、 什么是DCS？
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。
2、 DCS有什么特点？
DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。
3、 DCS的结构是怎样的？
上图是一个较为全面的DCS系统结构图，从结构上划分，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。
4、 DCS的控制程序是由谁执行的？
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。
5、 过程控制站的组成如何?
DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（****处理器）、网络接口和I/O组成
6、 I/O是什么？
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/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）。
7、 什么是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。
8、I/O单元和CPU单元是如何连接的？
I/O单元与CPU是通过现场总线连接的。
9、 什么是现场总线？
现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络，它不仅包含有过程控制信息交换，而且还包含设备管理信息的交流。通过现场总线，各种智能设备（智能变送器、调节法、分析仪和分布式I/O单元）可以方便地进行数据交换，过程控制策略可以完全在现场设备层次上实现。目前，使用较多的现场总线主要是FUNDATION fieldbus基金会现场总线（FF总线）和Profibus现场总线。应用现场总线技术可以将各种分布在控制现场的相关智能设备和I/O单元方便的连接在一起，构成控制系统，这种结构已经成为DCS发展的趋势。
10、 常用的系统中采用什么现场总线？
目前常用的系统主要是SIEMENS 的S7和ABB的Freelance2000，其中使用的现场总线是PROFIBUS。
11、表述网络传输速度的单位是什么？
表述网络传输速度一般以波特率（Bps）为单位，其含义是每秒钟传输的二进制数的位数。不同的网络一般波特率不同，相同的网络采用不同的网络电缆也可以达到不同的特率。例如：PROFIBUS现场总线在以双绞线作为网络电缆时通讯速度为1.5KBps，采用光缆时可以12MBps。采用普通双绞线的以太网传输速度为10MBps，采用光缆时可以达到100MBps。另外，传输距离的长短会影响传输速度，一般来说，距离越长，速度越慢。
12、什么是组态？
通过专用的软件定义系统的过程就是组态（configuration）。定义过程站各模块的排列位置和类型的过程叫过程站硬件组态；定义过程站控制策略和控制程序的过程叫控制策略组态；定义操作员站监控程序的过程叫操作员站组态；定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。
13、我公司的操作员站和工程师站采用什么操作系统？
目前，我公司操作员站和工程师站采用的操作系统是中文Windows NT。
14、什么是PLC?
PLC就是可编程逻辑控制器。
15、PLC能用于过程控制吗？
早期的PLC只是用来完成一些电气逻辑控制和开关量，现在的PLC在性能上，特别是对模拟信号的处理能力上已经大大提高，因此现在PLC是可以用于过程控制的。
16、什么是模拟量和数字量？
模拟量是指连续变化的信号（如4~20mA,0~5v）；数字量是只有开关状态的信号。
17、I/O信号是如何分类的？
常用的I/O信号一般分为：AI、AO、DI和DO。
AI－－模拟量输入信号
AO－－模拟量输出信号
DI－－数字量输入信号
DO－－数字量输出信号
18、什么是DCS的开放性？
DCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接，并获取其信息的性能。这种连接主要是通过网络实现的，采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS开放性的保障。我公司目前采用的DCS系统有很好的开放性。
19、什么是系统冗余？
在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。在极端情况下，一些系统会考虑全系统冗余，即还包括I/O冗余。
20、什么是I/O余量？
与冗余不同，I/O余量只是系统中I/O数量大于应用的要求，这种余量只是数量上的，主要目的是使系统今后有继续加入控制信号的可能

。DCS系统接地系统技术知识
DCS系统的可靠接地，是保证电厂DCS安全，可靠运行的首要条件。我根据对一些电厂的系统设计、现场经验，对DCS系统的接地，进行了探讨和简要介绍。
前 言
　　随着电力工业的迅速发展和热工自动化水平的提高，分散控制系统(DCS)已在国内各电厂中得到广泛应用，这对保证电厂安全、经济和文明运行起到了十分重要的作用，并取得了良好的效果。
　　DCS合理、可靠的系统接地，是DCS 系统非常重要的内容。为了保证DCS 系统的监测控制精度和安全、可靠运行，必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等方面，进行认真设计和统筹考虑。本文根据DCS系统的设计规范要求，对DCS系统接地进行讨论和简要的介绍，以供大家在DCS系统设计、安装、维护中参考。
1、DCS系统接地的基本要求
DCS系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。当接地系统发生问题时(接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等)，会造成人员的触电伤害及设备的损坏，据了解，有些电厂DCS系统经常“死机” (或不明原因的“死机”)，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。 因此，完善、可靠、正确的接地，是DCS 系统能够安全、可靠和良好运行的关键。

1.1DCS接地分类
在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。
　　1.1.1保护地（CG，Cabinet Grounding） 是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。DCS系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4Ω。
　　1.1.2逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。
　　1.1.3屏蔽地（AG，Analog Grounding） 也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。接入公共接地极。
1.1.4本安地应独立设置接地系统，接地电阻≤4Ω。本安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。
1.2DCS系统接地方式 DCS系统一般接地方式
　　1.2.1利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地；
　　1.2.2设DCS系统专用独立的接地网；
　　1.2.3设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网；
由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离(因不易在厂房内找到合适的位置)，管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。如某电厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次。根据调查，不少电厂DCS后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果。
1.3对公共接地极（网）的要求
　　1.3.1当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极（网）。
　　1.3.2当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为DCS系统的公共接地极（网）。
　　1.3.3没有本安地接入的公共接地极（网）的对地分布电阻小于4欧姆；有本安地的小于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。
　　1.3.4接地极周围15米内无避雷地的接入点，8米内无 30KW 以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离10米以上。
2、DCS系统的接地原则
2.1DCS系统设置的接地装置
　　2.2.1操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉。
　　2.2.2继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护地螺钉。
　　2.2.3DCS的I/O机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉。系统地(+24V地)悬浮。
　　2.2.4仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。
　　2.2.5安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排，保护地螺钉。
2.2信号屏蔽及其接地
　　2.2.1根据有关技术规定要求，计算机或 DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式应符合下列规定：
　　2.2.1.1当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；
　　2.2.1.2当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；
　　2.2.1.3当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地(当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地)。
2.2.1.4当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
　　2.2.2 DCS系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高DCS 系统的抗干扰能力，DCS系统开关量输入/输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。

6 模块的功能特点及技术指标
本系统I/O子系统采用了具备最高可用性及鲁棒性的过程管理站I/O（PMIO）。PMIO包含I/O模件以及对应的FTA端子板，采用与现场一体化供电的方式，方便了安装与维护，同时所有I/O模件具有开路/短路检测功能并均可带电插拔，且具有输出保持。
系统I/O模件的主要功能是进行信号调理及A/D、D/A转换、并完成包括线性化、工程单位转换在内的各种数据预处理，同时可对信号进行数字滤波。I/O模件的参数设置均由组态软件完成，不必开关跳线及电位器进行调整。每个I/O模件的扫描周期可根据需要分别进行设置。I/O模件具有自诊断和内部工作温度监测报警功能，所有I/O模件均可设置故障安全值（数据保持/预设值/最大或最小值），一旦模件故障或通讯出错，输入输出结果即可切换到事先组态好的安全值。
FTA端子板是为了便于现场接线而采用的智能模块结构。根据信号的不同，每块FTA板可以提供16路或32路接线端子。
在连接文件卡板箱和FTA模块时，要注意两者位号一致，防止接错。对于大多FTA模块可以通过标准专用电缆直接与文件卡板箱进行连接，低电平模拟输入信号是一个特例。低电平模拟输入信号FTA需要经过低电平输入配电器与文件卡板箱相连，每个低阶输入配电器可以带2块低电平输入模块，这2个模块需要通过跳线设置低16位以及高16位。
本节将说明各主要模块的性能参数和使用。
6.1低电平模拟量输入
6.1.1 功能说明
低电平模拟量输入模块分两种类型：热电阻输入和热电偶输入。每个模块可以实现对32路输入低电平模拟信号进行高精度转换，并通过控制网络与C200控制器交换数据。低电平输入FTA需要电源适配器，每个电源适配器可以为2块FTA供电，它们之间通过Honeywell专用双绞线连接。
6.1.2 接线说明
 热电阻输入：1个RTD的FTA端子板有16个RTD通道，三个端子为一个通道，从上往下分别接热电阻的A/B/C三根线。
热电偶输入：1个TC的FTA端子板有16个TC通道,两个端子为一个通道，从上往下分别接热电偶的+/-两根线。
6.1.3 输入模件技术指标
型号    MC-PLAM02
输入信号类型输入处理    TC, RTD, 毫伏信号 (0 -100mv)线性, 平方根, 5阶多项式温度输入特性变换
RTD分度号    Pt 100 DIN, Pt 100 JIS, Ni 120, Gu 10 16个RTD连接端子, 3线直接连接 
TC分度号    ANSI J, K, E, T, B, S, R等热电偶 16个TC连接端子, 带冷端补偿, TC开路检查
6.2 高电平模拟量输入
6.2.1 功能说明该模块可以接受16路高电平模拟输入信号，并实现信号与地，信号与信号的隔离。
6.2.2 接线说明
现场FTA可以接2线制/3线制/4线制变送器。
两线制变送器接线方法：现场电缆接线端子从上往下每三个端子为一组，例如：1～12号端子，则1～3、4～6、7～9、10～12分为4组，如果现场信号为有源信号，现场线接2(+)、3(-)两个端子，如果现场信号是无源信号，现场线接1(+)、2(-)两个端子。该模块既可以系统内供电，也可以采用仪表外供电。

6.2.3 技术说明
型号：    MC-PAIH03
输入信号范围：    0-5V, 1-5V, 0.4-2V, 4-20mA
输入处理：    线性、平方根
6.3 高电平模拟量输出
6.3.1 功能说明
该模块为比例控制阀等设备提供4～20mA的模拟量输出信号。负载阻抗1000欧姆，所保持的值由组态确定，具有正反向输出功能。
6.3.2 接线说明
AO输出FTA端子板有16个4～20mA输出通道，每两个端子为一组，从上往下分别接现场线的＋/－两根线。
6.4 开关量输入模块
6.4.1 功能说明
该模块可以接受32路开关量（无源接点/有源接点、数字量信号、脉冲信号、时序信号）输入信号，并实现信号与地，信号与信号的隔离。
6.4.2 接线说明
开关量输入FTA需要内部电源。连接方法为：模块TB1 4个接线柱分别标有1、2、3、4四个标记，用导线将TB1的1、3端子以及2、4端子短接即可。
FTA接线端子的接线方法是分别在两个输入端子接入现场信号的两个接点即可。
6.5 开关量输出模块
6.5.1 功能说明
该模块可以提供32路开关量（无源触点）输出，并且实现信号与信号之间的隔离。
6.5.2 接线说明
开关量输出FTA需要外供24V电源。连接方法为：模块TB1的两个接线柱分别接外供电源的正负极。FTA的输出端子与输出继电器相连。
6.6 I/O 模件状态
文件卡板箱在正常运行情况下：Power指示灯和Status指示灯均为稳绿状态。相应的各FTA模件的指示灯也为稳绿状态.

-200----500 度选热电阻 500-200度选热电偶



选择热电偶要根据使用温度范围、所需精度、使用气氛、测定对象的性能、响应时间和经济效益等综合考虑。
1、测量精度和温度测量范围的选择
使用温度在1300~1800℃，要求精度又比较高时，一般选用B型热电偶；要求精度不高，气氛又允许可用钨铼热电偶，高于1800℃一般选用钨铼热电偶；使用温度在1000~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶和N型热电偶；在1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶，低于400℃一般用E型热电偶；250℃下以及负温测量一般用T型电偶，在低温时T型热电偶稳定而且精度高。
2、使用气氛的选择

S型、B型、K型热电偶适合于强的氧化和弱的还原气氛中使用，J型和T型热电偶适合于弱氧化和还原气氛，若使用气密性比较好的保护管，对气氛的要求就不太严格。
3、耐久性及热响应性的选择
线径大的热电偶耐久性好，但响应较慢一些，对于热容量大的热电偶，响应就慢，测量梯度大的温度时，在温度控制的情况下，控温就差。要求响应时间快又要求有一定的耐久性，选择铠装偶比较合适。
4、测量对象的性质和状态对热电偶的选择
运动物体、振动物体、高压容器的测温要求机械强度高，有化学污染的气氛要求有保护管，有电气干扰的情况下要求绝缘比较高。
选型流程：型号--分度号—防爆等级—精度等级—安装固定形式—保护管材质—长度或插入深度

热电偶 TC-I（内部比较）（热电电压测量）忽略线性化
热电偶 TC-E（外部比较）（热电电压测量) 忽略线性化
热电偶TC_IL（线性，内部比较） （温度测量）
热电偶TC_EL（线性，外部比较）（温度测量）
TC-L00C：(热电偶，线性，0 °C参考温度)
TC-L50C：(热电偶，线性，50 °C参考温度)
I表示内部比较 内部补偿基于使用模块内部温度进行的比较E表示外部比较 每个热电偶的馈线中带补偿盒的外部补偿，使用各个热电偶的馈线中彼此互连的补偿盒测量并补偿参比接点温度，无需对模块的信号做进一步处理。
L线性化
00C 0 °C参考温度
50C 50 °C参考温度
对热电隅信号来说，温度值（摄氏度）均是采集的数据值除以10，不过要注意温度的有效范围。各种型号的热电隅有效温度不同。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/de0f868682d049649b6648d7c1c708a1284a0a70.html