從DCS到SDCS的進化
SDCS分布式監控系統(Smart Distributed Control System)是一種由DCS集散控制系統發展而來的工業過程控制系統。它具有過程控制系統DCS、FCS之外的,分布,自主的特點。
SDCS是基于現場設備、現場總線、現場控制、局域網的化監控系統。它以現場設備層為核心,實現由小及大,自下而上的監控系統,將現場設備與模塊相結合,現場控制與系統聯網控制相結合,以太網絡和現場總線相結合,實現現場設備傳感器的數字化,現場數據和控制的實時化,工業控制和管理的系統化,適用于工礦企業的重要生產設備的監控。
SDCS一條現場總線將現場傳感器、控制裝置、執行機構等設備連成系統,可隨時增減,具有現場控制單元,實現現場控制,接入局域網實現多臺設備或生產線的聯網系統控制。
SDCS具有現場控制的特點,所有的現場監控單元都具有數據采集處理功能的程序來實現,控制現場監控裝置。現場設備的監控,不依賴于網絡的上位機。
SDCS具備自主分布的特點,用戶在設備上安裝組態模塊,使用總線式網絡串聯,就近接入傳感器和控制器,無需配置地址,配置控制點表,系統自動識別模塊,無需硬件配置設計,現場用戶和設備制造商技術人員即可設計配置監控設備和系統。
SDCS具備自主式的組態方式,根據用戶選擇的系統進線向導化的配置,使用模塊化的圖元積木式搭建系統,無需編程,方便了用戶自主設計自動化控制系統、組網和維護。
與DCS、FCS的綜合對比
實現方案 |
SDCS分布式控制系統 |
DCS集散控制系統 |
FCS現場總線式控制系統 |
可靠性 |
每個單元可單獨工作,不依賴于上位機邏輯或核心CPU邏輯,多種安裝方式,實現任意設備的分散控制 |
設備控制單元無法脫離上位機和網絡獨立工作,必須配置高度的冗余和后備系統,系統復雜,難以實現危險分散。 |
每個單元具備獨立工作的能力,但總體功能依賴于網絡,網絡通訊的速率和質量直接影響系統的運行。 |
開放性 |
可接入多個廠家的設備,包含輸入,輸出信號,各種協議,自定義協議等。 |
只能使用同一廠家的設備 |
總線搭建完成后,用戶可選擇兼容此網絡和協議的設備,但有一定局限性。 |
拓展性 |
可拓展控制單元,系統自動分配地址,無需開放授權和設置地址,無需編程。 |
在有授權的情況下可實現一定程度的拓展,但需要設置地址,二次編程。 |
在有授權的情況下可實現一定程度的拓展,但需要設置地址,二次編程。 |
兼容性 |
采用GD-BUS總線,兼容RS485和CAN總線,協議內容完全公開。 |
協議由廠家定制,不開放或有限度開放。 |
FF,CAN,Profibus,CC-Link,Ethernet等協議內容公開,但使用多級結構,網絡構建復雜,調試,維護工作量大。 |
投資成本 |
在設備就地安裝,總線式布線,無需配置控制柜,減少人力成本和時間成本。 |
成本高,需要完善的設計和復雜的調試過程 |
價格高,需建設網絡,耗費大量人力和時間。 |
- SCZ組態控制站
SCZ組態控制站內置雙核工控主板和10寸工業液晶顯示器,它嵌入定制的管理軟件,用戶可以搭建需求的功能,如現場組態,運行監視,數據采集,數據趨勢曲線,故障事件記錄,報表打印。適合多臺設備構成的整體控制系統,也可對單臺設備進行控制。
- SCF智能控制分站
SCF控制分站內置32位高性能ARM處理器,可對現場數據進行處理和分析。無需編程,可加載預制的數據處理算法和控制功能,如流量積算,純流量積算,智能PID控制,模糊控制等,適合于就地搭建局部控制系統。
- SCM自組態采集控制器
SCM自組態采集控制器可接入常見的開關量和模擬量,內嵌多種傳感器驅動程序,即插即用,如電壓,電流,熱電阻,頻率等,實現單獨控制量的運算,工藝流程的自定義,適合接入多路不同信號類型的傳感器、執行器。
- SCZ組態控制站
SCZ組態控制站是現場集控系統的核心,內置工控機,可對設備或多臺設備進行監控,它通過總線和其它SCF分站、SCM自組態采集控制器進行通信,通過內置的10寸顯示屏,顯示設備的運行情況。
主要參數
監控主板 |
采用工控主板,配置定值的I/O接口板,實現數據采集,數據處理等功能。 |
顯示屏 |
采用10寸65K色顯示屏,分辨率達到1024*768可實現豐富的色彩顯示。 |
8位可編程多功能按鍵 |
8位可編程多功能按鍵,F1-F8,可完成翻頁、輸入、切換等多種自動控制功能。 |
6位自定義快捷操作按鈕 |
6個自定義快捷操作按鈕,K1-K6,可對設備進行啟動,停止操作或自動、手動、檢修、試驗模式等的切換操作。 |
4*5防水操作鍵盤 |
配合預裝輸入法,可進行漢字、英語的輸入。 |
功能特點
簡單易用 |
內置工控主板,嵌入SC-Viewer運行版組態軟件,運行在Windows系統平臺上,視窗化操作,直觀易用。 |
操作便捷 |
通過可編程的按鍵和快捷操作按鈕,使操作人員對設備的操作更加便捷,對設備的監控信息掌握更加快捷。 |
接口豐富 |
內部含2路以太網接口,4路RS485接口和2路CAN接口。 |
IP6X級防水防塵設計 |
適應工業現場的惡劣環境,密封達到P65級。 |
插接設計 |
對下通信總線和供電總線采用插接設計,提高監控系統的實施效率。 |
內置電源轉換 |
標配220V輸入,內置電源轉換模塊,本安型需搭配本安電源使用。 |
- SCF控制分站
SCF控制分站是在現場進行顯示在控制的設備,它可串聯在總線中,將下層SCM自組態采集控制器的數據集中處理并顯示,向上接入SCZ組態控制站中。適合在設備就近處配置局部的控制系統,或在多臺設備的聯合控制系統中,作為局部控制分站。
主要參數
核心CPU |
內置32位高性能ARM處理器。 |
顯示屏 |
選用3.5寸、320*240分辨率的彩色液晶顯示器。 |
通訊接口 |
紅外接口:遙控器操作。
GDBUS接口:用于數據的上傳和下發,兼容RS485和CAN總線。
選配對上以太網接口:在無SCZ控制站的總線中,實現現場的監控數據收發,完成監控功能。 |
數據處理精度 |
處理模擬量、頻率量精度≤5‰ |
功能特點
采集功能 |
內置32位高性能ARM處理器,保證了算法的執行和大容量數據的處理能力。 |
控制算法 |
內置控制算法和多種常見的自動控制流程,如皮帶,水泵控制流程,水位PID控制,溫度PID控制等算法 |
兼容協議 |
包含常見工業控制協議,如Modbus-RTU,Modbus-ASCCII,CAN2.0,CANOpen301等。 |
殼體設計 |
一體化機身設計,達到P65級密封殼體,適應惡劣的工業現場環境。 |
操控功能 |
操作界面由6位紅外遙控器完成。 |
- SCM自組態采集控制器
SCM自組態采集控制器可單獨1路使用,也可多個組態單元模塊組合成多路使用,各個組態單元模塊之間為鏈式插接,接入GDBUS通訊總線中,可按照現場設備的監控點類型和數量進行組態。
組態單元模塊介紹
無源開入量 |
無源開入量輸入模塊采集開入量接點信號,判斷設備的狀態,如開關的分、合,到位等,適合無源開出傳感器,執行設備的信號接入。 |
有源開入量 |
有源開入量輸入模塊采集有源的開關量接點信號,判斷設備的狀態,如設備的分、合、斷線等,適合有源開出信號量的傳感器接入,可判斷傳感器信號的分、合、斷線三種信號。 |
電流輸入量 |
電流型采集模塊采集的電力信號范圍為0-20mA,可適配常見的4-20mA電流,0-10mA電流信號。 |
頻率輸入量 |
模塊采集0-2000HZ的傳感器輸出信號。 |
電壓輸入量 |
電壓型模擬量采集模塊采集0-10V的傳感器輸出信號,可接入常見的0-5VDC,0-10VDC,1-5VDC信號,內置工程量變換斷線報警、上下限報警等功能。 |
無源開出量 |
無源開出量模塊通過繼電器提供無源的常開和常閉空節點,用于控制設備或開關的動作,作為現場執行設備的信號驅動。 |
熱電阻輸入量 |
熱電阻采集模塊可采集常見的工業熱電阻信號,如PT100,K型,J型,E型等常見溫度傳感器,可實現斷線報警,上下限報警等功能。 |
功能特點
數據處理功能 |
每個組態單元,均具備獨立MCU芯片,可完成相關數據的采集處理。常用的數據處理如:簡單數學運算、時間段平均、極值、峰值濾波、積分、微分運算、工程量變換、流量積算等。 |
控制程序 |
每個組態單元都可以編程,進線相關的控制,如對模擬量數據的上下限報警,故障輸出。 |
自動適應地址 |
采集單元組成SCM采集控制器后,無需人工分配節點地址,系統自動識別設備標號,完成地址適配。 |
數據采集修正功能
自動修正 |
內部有環境溫度檢測模塊,識別環境溫度,進行軟件補償。 |
手動修正 |
運行10%差值范圍內采集值與預校準值得校準功能。 |
內部采集單元熱插拔 |
采集單元可進線熱插拔,可在不影響設備運行的情況下進線故障模塊的調換。 |
低功耗的運行 |
開關量模塊功耗≤2.5W,模擬量模塊功耗≤5W。 |
安裝方式
安裝方式 |
導軌式安裝、獨立箱體、嵌入式安裝 |
防爆形式 |
地面一般型、井下本安型、地面防爆型 |
獨立箱體 |
將SCM自組態采集控制器分為1路,2路,4路或多路定制的組合,安裝在定制的殼體內。 |
導軌式組合 |
適合受控設備或傳感器在就地的控制箱內,通過控制箱內導軌進行安裝。 |
嵌入式安裝 |
針對傳感器進行改造,在傳感器內部安裝嵌入式組態單元模塊,實現采集和數據通信輸出。 |
單臺水泵控制系統
SCF組態分站可作為單臺水泵的智能控制核心,通過SC-Maker開發版配置軟件,可以載入內置的幾套水泵控制程序,通過對水泵的閥門控制,傳感器數據采集和啟動,停止設備的控制,實現排水泵運行。單臺水泵的控制包含以下幾個部分:排水閥門控制、射流總成控制、低壓啟動器控制、電機及水泵狀態傳感器采集。
排水閥門接入
排水電控閥門的接入一般由4個開入量,3個開出量和一個模擬量實現,通過自組態采集控制器,接入對應的信號量,配合SCF內置閥門控制程序,完成排水閥門的控制。
射流總成接入
射流總成由2個電控球閥與2個壓力表組成,每個電控球閥保護2個開入量,2個開出量和1個模擬量,需要配置2臺5路的采集控制器(2DI,2DO,1AI)和1臺2路的采集控制器(2AI),通過SCF內置的射流總成控制程序,實現水泵啟動過程的監控。
電機水泵狀態
電機狀態采集包含電機的定子溫度、軸承溫度數據監測;水泵的狀態采集包含水泵的軸承溫度、轉速平衡盤位移監測等。通過在電機副井和水泵附近的自組態瓷肌控制器,實現水泵及電機的狀態監測。
SDCS系統在煤礦企業中的應用
針對煤礦設備的特點,SDCS系統提供相應的系統框架,用戶根據現場的傳感器、執行機構、配置相應的采集控制設備,配置就地集控系統或遠程管理系統,實現無人值守,到安全監控的目標。
綜采工作面安全監測與控制系統
通過SCM采集控制器,將工作面的支架控制系統、轉載系統、環境安全監測系統、綜采機控制系統等接入。
排水泵房無人值守系統
根據井下排水泵房的設備特點,開發出適合井下電動閥門,井下船安全的分布式采集控制器,實現了井下排水泵房的無人值守運行。
輸送機監控系統
SDCS系統采用總線式的連接結構,通過一條總線連接分布在輸送機沿線的所有采集控制器,利用向導式的配置軟件,組建監控系統。
主通風機監控系統
SDCS系統在主扇通風機中的應用避免了PLC監控技術將所有數據線纜,控制線纜集中的問題,有利于主通風機的故障隱患的排查,實現主扇通風機的不停風倒臺。
膠帶輸送機監控系統
針對膠帶輸送機的監控特點,通過分布在輸送機沿線的采集控制器和中心控制站,實現膠帶輸送機的集控運行、故障保護、運行管理等功能。
監控系統構建方式
- 膠帶輸送機沿線部署一條總線,總線可對采集、控制裝置進行供電和通訊。
- 在膠帶輸送機沿線的傳感器可就近接入SCM采集控制器,如卸載機頭部分的堆煤傳感器,裝載處的撕裂傳感器等。
- SCF組態分站或SCZ組態主站上,選擇膠帶機控制程序,完成系統構建。
技術特點
- 總線式的拓撲結構,適合膠帶輸送機的設備特性,采用一根總線對沿線采集,控制裝置供電和網絡通訊。
- 在設備副井設置監控采集節點,節點數量完全匹配設備所需。
- 使用熱插拔技術,可在不停機的情況下完成維修工作。
配置方式
設備名稱 |
SCZ |
SCF |
SCM |
SCM |
SCM |
數量 |
1臺 |
1臺 |
每電機1臺 |
若干 |
若干 |
備注 |
總控制臺 |
張緊控制系統 |
沿線拉線跑偏 |
撕裂堆煤 |
電機數據采集 |
排水泵房監控系統
系統特點
- 總線式的拓撲結構,每臺泵設置一臺控制分站,互相獨立運行互不干擾,泵房設置一臺主站,負責總管路監控和各臺水泵的開停。
- 使用SCM采集控制器接入閥門和傳感器,系統結構簡潔、易于維護。
- 內置水泵設備類型和啟動方式,適合泵房設備的接入和控制。
- 系統可跟隨設備遷移,即裝即用,無需二次調試。
- 分站、采集控制器熱插拔設計,無需二次編程。
技術特點
- 總線式的拓撲結構,適合膠帶輸送機的設備特性,采用一根總線對沿線采集,控制裝置供電和網絡通訊。
- 在設備附近設置監控采集節點,節點數量完全匹配設備所需。
- 使用熱插拔技術,可在不停機的情況下完成維修工作。
配置方式
設備名稱 |
SCZ |
SCF |
SCM |
SCM |
SCM |
數量 |
1臺 |
每泵1臺 |
每閥門1臺 |
每泵1臺 |
1臺 |
備注 |
泵房總控制站 |
單臺水泵控制 |
排水閥、射流閥 |
負壓正壓、電機溫度 |
總管路壓力流量 |
主扇通風機監控系統
系統特點
- 可以實現雙系統熱備,每個通風機的監控系統均可獨立運行,在任一系統出現異常故障時,可及時投入備用系統。
- 可加入更多的監控點,接入礦井通風監控系統數據。
- 協議接入能力,能夠接入常見工業協議、變頻器、電動機保護器,電測模塊等。
- 上位機具備一鍵倒臺預案配合相關硬件設施,實現礦井主扇通風機的不停風倒臺。
配置方式
設備名稱 |
SCZ |
SCF |
SCM |
SCM |
數量 |
2臺 |
2臺 |
4臺 |
2臺 |
備注 |
總控制站 |
風門控制 |
電機數據采集 |
風道氣體數據采集 |