通常情況下,工業(yè)控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)或功能組件包括但不限于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCADA)系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)、可編程邏輯控制器(PLC)、遠(yuǎn)程測(cè)控單元(RTU)等相關(guān)信息系統(tǒng)。
1、工業(yè)控制數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)設(shè)備、工業(yè)過程控制組件和網(wǎng)絡(luò)組成的控制系統(tǒng),對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和控制,保證工業(yè)生產(chǎn)過程的正常運(yùn)轉(zhuǎn),它是電力、石油、冶金、天然氣、鐵路、供水、化工等關(guān)系國家命脈的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的神經(jīng)中樞。
4、一個(gè)SCADA系統(tǒng)通常由一個(gè)主站和多個(gè)子站(遠(yuǎn)方終端裝置RTU或其他自動(dòng)化系統(tǒng))組成。主站通常在調(diào)度控制中心(主站端),子站安裝在廠站端,主站通過廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與子站的通信,完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制。主站除了接收子站的信息外,還以數(shù)據(jù)通信的方式接收從下級(jí)調(diào)度控制中心主站轉(zhuǎn)發(fā)來的信息,又向上級(jí)調(diào)度控制中心主站轉(zhuǎn)發(fā)本站的信息。廠站端是SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源,又是進(jìn)行控制的目的地。SCADA所采集的數(shù)據(jù)包括模擬量測(cè)量、狀態(tài)測(cè)點(diǎn)和脈沖累加量。SCADA系統(tǒng)的主站分為前置子系統(tǒng)和后臺(tái)子系統(tǒng),二者通過局域網(wǎng)相連并相互進(jìn)行通信。前置子系統(tǒng)主要完成與廠站端及其他調(diào)度控制中心的通信,并將獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺(tái)子系統(tǒng),后臺(tái)子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
1、DCS是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通信(Communication)、終端顯示(CRT)和控制(Control)技術(shù)而發(fā)展起來的新型控制系統(tǒng)。其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。它滿足了大型工業(yè)生產(chǎn)和日益復(fù)雜的過程控制要求,從綜合自動(dòng)化的角度出發(fā),按功能分散、管理集中的原則構(gòu)思,采用了多層分級(jí)、合作自治的結(jié)構(gòu)形式。
2、DCS網(wǎng)絡(luò)是整體的基礎(chǔ)和核心。網(wǎng)絡(luò)對(duì)于DCS整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和擴(kuò)充性起著決定性作用,因此對(duì)于DCS網(wǎng)絡(luò)來說,它必須滿足實(shí)時(shí)性的要求,即在確定的時(shí)間限度內(nèi)完成信息的傳送。這里所說的“確定”的時(shí)間限度,是指無論在何種情況下,信息傳送都能在這個(gè)時(shí)間限度內(nèi)完成,而這個(gè)時(shí)間限度則是根據(jù)被控制過程的實(shí)時(shí)性確定的。因此,衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)并不是網(wǎng)絡(luò)的速率,即通常所說的每秒比特?cái)?shù)(bit/s),而是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性,即能在多長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)確保所需信息的傳輸?shù)靡酝瓿伞?br>3、DCS是以微處理器和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)。它包括操作員站、工程師站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站、通信系統(tǒng)。
4、
(1)操作員站:操作員站是操作人員對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行顯示、監(jiān)視、操作控制和管理的主要設(shè)備。
(2)工程師站:工程師站用于對(duì)DCS進(jìn)行離線的組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制與維護(hù)。
(3)監(jiān)控計(jì)算機(jī):監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)收集系統(tǒng)中各單元的數(shù)據(jù)信息,根據(jù)數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化控制指標(biāo)進(jìn)行后臺(tái)計(jì)算、優(yōu)化控制等,它還用于全系統(tǒng)信息的綜合管理。
(4)現(xiàn)場(chǎng)控制站:現(xiàn)場(chǎng)控制站通過現(xiàn)場(chǎng)儀表直接與生產(chǎn)過程相連接,采集過程變量信息,并進(jìn)行轉(zhuǎn)換和運(yùn)算等處理,產(chǎn)生控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),最終實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制。
(5)數(shù)據(jù)采集站:數(shù)據(jù)采集站與生產(chǎn)過程相連接,對(duì)過程非控制變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理,并對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工;為操作員站提供數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)過程的監(jiān)視和信息存儲(chǔ),為控制回路的運(yùn)算提供輔助數(shù)據(jù)和信息。
(6)通信系統(tǒng):通信系統(tǒng)連接DCS的各操作員站、工程師站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站等部分,傳遞各工作站之間的數(shù)據(jù)、指令及其他信息,使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息資源的共享。
控制器(Controller)是指按照預(yù)定順序通過改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向的主令裝置,是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”,完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。
1、可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是一種特殊的控制器,是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)。
2、可編程自動(dòng)化控制器(PAC)的定義為:由一個(gè)輕便的控制引擎支持,且對(duì)多種應(yīng)用使用同一種開發(fā)工具。
3、PAC與PLC根本的不同在于它們的基礎(chǔ)不同。PLC的性能依賴于專用硬件,應(yīng)用程序的執(zhí)行是依靠專用硬件芯片實(shí)現(xiàn)的。
4、遠(yuǎn)程終端單元(Remote Terminal Unit,RTU)是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的電子設(shè)備,用來對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制,負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制,獲得設(shè)備數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳給 SCADA 系統(tǒng)的調(diào)度中心。
5、在遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中,RTU 是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的關(guān)鍵設(shè)備,承擔(dān)著中心站和測(cè)站間信息的上傳下達(dá)工作,它主要有遙信、遙測(cè)、遙控和遙調(diào)4個(gè)功能。
遙信功能:要求采用無源接點(diǎn)方式即某一路遙信量的輸入應(yīng)是一對(duì)繼電器的觸點(diǎn),或者是閉合,或者是斷開。
遙測(cè)功能:通過采集現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器和變送器的信號(hào)獲得現(xiàn)場(chǎng)各種物理參數(shù),將采集到的變量存儲(chǔ)、編碼成遙測(cè)信息,按通信規(guī)約傳送給監(jiān)控中心。
遙控功能:由監(jiān)控中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)行遠(yuǎn)程操控,如啟動(dòng)或關(guān)停某設(shè)備、打開或關(guān)閉某閥門。
遙調(diào)功能:監(jiān)控中心對(duì)被控站某些設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)的調(diào)整。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是工業(yè)控制系統(tǒng)的基本組成部分。
1、智能電子設(shè)備(Intelligent Electronic Device,IED):由一個(gè)或多個(gè)處理器組成,從外部源接收和傳送數(shù)據(jù)或控制外部源的任何設(shè)備(即電子多功能儀表、微機(jī)保護(hù)、控制器),在特定的環(huán)境下接口所限定范圍內(nèi)能夠執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)任務(wù)的實(shí)體。
2、人機(jī)界面(HMI):人機(jī)界面(Human-Machine Interface,HMI)是連接可編程邏輯控制器(PLC)、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備,利用顯示屏顯示,通過輸入單元(如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等)寫入工作參數(shù)或輸入操作命令,實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備。
典型PLC的組成如圖所示,分別是中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)模塊、電源和編程器。
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