第十章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

1、化工儀表及自動化化工儀表及自動化 第十章第十章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 n 概述概述 n計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 n計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) n計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程 n 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) n集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) n集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 nCENTUM-CSCENTUM-CS集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 1 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 n 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) n現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn) n現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化 n主要的現(xiàn)場總線系統(tǒng)

2、簡介主要的現(xiàn)場總線系統(tǒng)簡介 2 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 n 一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 3 是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過 程的自動控制系統(tǒng)。 圖10-1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖 計(jì)算機(jī)控制的工作過程的： 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 4 圖10-2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 n 二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 5 計(jì)算機(jī)采用分時操作，用一臺計(jì)算機(jī)可以代替許 多臺常規(guī)儀表，在一臺計(jì)算機(jī)上操作與監(jiān)視很方便。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由于其所實(shí)現(xiàn)功能的軟件化， 復(fù)雜控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)或控制方案的修改可能只需修改 程序、重新組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概

3、述 6 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以通過通信網(wǎng)絡(luò)而互通信息，實(shí) 現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息共享，能使操作人員及時了解生產(chǎn)情況， 改變生產(chǎn)控制和經(jīng)營策略，使生產(chǎn)處于最優(yōu)狀態(tài)。 計(jì)算機(jī)具有記憶和判斷功能，它能夠綜合生產(chǎn)中各 方面的信息，在生產(chǎn)發(fā)生異常情況下，及時做出判斷， 采取適當(dāng)措施，并提供故障原因的準(zhǔn)確指導(dǎo)，縮短系 統(tǒng)維修和排除故障時間，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，提 高生產(chǎn)效率，這是常規(guī)儀表所達(dá)不到的。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 n 三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程 7 由于提供了計(jì)算機(jī)與過程裝置間的接口，實(shí)現(xiàn) 了“傳感器計(jì)算機(jī)執(zhí)行器”三者電氣信號的直接 傳遞，計(jì)算機(jī)在配備了傳感器、執(zhí)行器以及相關(guān)的

4、電 氣接口后就可以實(shí)現(xiàn)過程的檢測、監(jiān)視、控制和管理。 這種用數(shù)字控制技術(shù)簡單地取代模擬控制技術(shù)， 而不改變原有的控制功能。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 8 本質(zhì)本質(zhì) 用一臺計(jì)算機(jī)取代一組模擬控制器，構(gòu)成閉 環(huán)控制回路。 計(jì)算靈活，它不僅能實(shí)現(xiàn)典型的DDC控制規(guī) 律，而且能方便地對傳統(tǒng)的PID算法進(jìn)行改 進(jìn)或?qū)崿F(xiàn)其他的控制算法。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 9 圖10-3 集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 10 3.3.集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的 不斷興起和過程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的綜合 控制系統(tǒng)。 特點(diǎn)特點(diǎn) 集中管理和分散控制 第一節(jié)第一節(jié) 概述概

5、述 11 4.4.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù) 字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。 全數(shù)字式的，取消了原來DCS系統(tǒng)中獨(dú)立的控 制器，避免了反復(fù)進(jìn)行AD、DA的轉(zhuǎn)換。 雙向數(shù)據(jù)通信能力； 把控制任務(wù)下移到智能現(xiàn)場設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)測 量控制一體化，從而提高系統(tǒng)固有可靠性。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) n 一、集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)一、集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 12 控制功能豐富 監(jiān)視操作方便 信息和數(shù)據(jù)共享 系統(tǒng)擴(kuò)展靈活 安裝維護(hù)方便 系統(tǒng)可靠性高 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) n 二、集散控制系統(tǒng)的基本組成二、集散控制系統(tǒng)的基本組成

6、13 圖10-4 集散控制系統(tǒng)基本構(gòu) 成圖 圖10-5 CENTUM-CS系統(tǒng)外觀圖 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 14 圖10-6 集散型控制系統(tǒng)的體 系結(jié)構(gòu) 操作站、工程師站和上 位計(jì)算機(jī)構(gòu)成集中管理部分； 現(xiàn)場監(jiān)測站、現(xiàn)場控制站構(gòu) 成分散控制部分；通信網(wǎng)絡(luò) 是連接集散系統(tǒng)各部分的紐 帶，是實(shí)現(xiàn)集中管理、分散 控制的關(guān)鍵。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) n 三、三、CENTUM-CS集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 15 圖10-7 CENTUM-CS系統(tǒng)構(gòu)成 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 16 操作站的畫面有三大類：操作畫面、應(yīng)用畫面和 組態(tài)畫面。 利用畫面名稱調(diào)出

7、。 利用功能鍵調(diào)出。 利用畫面選擇鍵或操作員應(yīng)用功能鍵調(diào)出。 利用畫面展開調(diào)出。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 17 綜觀畫面綜觀畫面OV 趨勢點(diǎn)畫面趨勢點(diǎn)畫面TP 分組畫面分組畫面CG 流程圖畫面流程圖畫面GR 報(bào)警畫面報(bào)警畫面AL 過程報(bào)警畫面過程報(bào)警畫面 PR 操作指導(dǎo)信操作指導(dǎo)信 息畫面息畫面 OG 操作應(yīng)用畫面操作應(yīng)用畫面OU 趨勢組畫面趨勢組畫面TG 系統(tǒng)維護(hù)畫面系統(tǒng)維護(hù)畫面SM 表10-1 CENTUMCS系統(tǒng)10種監(jiān)視畫面名稱 注： 表示頁面號 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 18 控制方式的調(diào)整 DCS控制系統(tǒng)一般有幾種控制方式，在操作過程中， 可以調(diào)整。調(diào)

8、出要進(jìn)行操作的控制系統(tǒng)對應(yīng)的儀表圖， 根據(jù)儀表圖下的軟鍵號調(diào)整對應(yīng)控制鍵上的手動、自 動按鍵。 圖10-8 控制方式更改確認(rèn)窗口 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 19 改變閥位輸出值（MV）僅在手動方式時能操作。 改變設(shè)定值（SV）在自動方式下操作同； 數(shù)據(jù)錄入 a.按壓ITEM數(shù)據(jù)類型鍵來確定更改數(shù)據(jù) 類型。但在流程圖上利用光標(biāo)調(diào)出字符輸入?yún)^(qū)時例外。 b.按壓DATA更改后的數(shù)字。 c.輸入錯誤可用BS鍵進(jìn)行修改。 d.數(shù)據(jù)輸入后或控制方式更改后，按確認(rèn)鍵數(shù)據(jù)真 正進(jìn)入內(nèi)部儀表。最后用CL鍵關(guān)閉錄入窗口。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 20 CENTUM-CS系統(tǒng)的操作站主

9、要有種類型的畫 面用于系統(tǒng)的監(jiān)視和操作，它們分別是、 及。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) l 儀表圖是系統(tǒng)顯示的主要內(nèi)容，也是操作的關(guān)鍵。 l 儀表圖沒有單獨(dú)的顯示畫面，但在大部分顯示畫面 中都可調(diào)出。 l 儀表圖顯示由工位號說明、工程單位、數(shù)字顯示、 方式狀態(tài)顯示、模擬顯示和工位號幾部分組成。 21 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 22 圖10-9 主要的儀表圖（一） 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 23 圖10-9 主要的儀表圖（二） 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 24 作用作用 把反饋控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)、各種 操作畫面定義在一個個顯示塊中，以便了解

10、 過程系統(tǒng)的綜合概貌。若發(fā)生報(bào)警時，可用 聲光通知操作人員進(jìn)行確認(rèn)。利用光標(biāo)的操 作，也可以從綜觀畫面轉(zhuǎn)移到其他畫面上。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 25 圖10-10 綜觀顯示畫面 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 26 圖10-11 分組顯示畫面 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 27 一個工位號反饋控制的內(nèi)部儀表或順序 控制的順序元素的各種設(shè)定參數(shù)、控制參數(shù)、點(diǎn) 調(diào)整趨勢圖和儀表圖。 包括工位號標(biāo)記、工位號、工位號說明、 該工位號的設(shè)定及控制參數(shù)、調(diào)整趨勢圖和儀表圖。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 28 圖10-12 調(diào)整畫面 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)

11、集散控制系統(tǒng) 29 實(shí)時趨勢實(shí)時趨勢、歷史趨勢歷史趨勢和批量趨勢批量趨勢三種。 實(shí)時趨勢用于記錄控制系統(tǒng)的過渡過程曲線， 可以進(jìn)行PID參數(shù)的整定； 歷史趨勢用于記錄控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，以備 檢查，或?qū)⑵鋽?shù)據(jù)存入硬盤及軟盤； 批量趨勢用于記錄批量過程的數(shù)據(jù)。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 30 圖10-13 趨勢組畫面 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 31 趨勢點(diǎn)畫面顯示趨勢組畫面中某一個數(shù)據(jù)項(xiàng)， 顯示兩組趨勢圖：包含所有采樣點(diǎn)的總體趨勢圖總體趨勢圖和 放大的詳細(xì)趨勢圖詳細(xì)趨勢圖。 趨勢點(diǎn)畫面與趨勢組畫面相似。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 32 流程圖畫面流程圖畫

12、面可以用圖形、顏色和數(shù)據(jù)，將設(shè)備和 控制系統(tǒng)圖案化，以滿足用戶監(jiān)視和操作的要求。 在主顯示區(qū)顯示的內(nèi)容是用戶自己編制的工藝設(shè) 備、控制系統(tǒng)的顯示圖案以及儀表圖。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 33 圖10-14 顯示畫面格式 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 34 報(bào)警畫面報(bào)警畫面按報(bào)警發(fā)生的順序，依次在主顯示區(qū)顯 示20個報(bào)警信息。 每個報(bào)警信息按序號，工位號標(biāo)記，報(bào)警發(fā)生的 月、日、分、秒，工位號，工位號說明，報(bào)警狀態(tài)這 一順序進(jìn)行顯示。 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 35 圖10-15 報(bào)警概要畫面 第三節(jié)第三節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) n 一、現(xiàn)場總

13、線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)一、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 36 圖10-16 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 這種傳輸方式一方面要 使用大量的信號線纜； 另一方面模擬信號的傳 輸和抗干擾能力低。 第三節(jié)第三節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 37 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是在DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展 而成的，它繼承了DCS的分布式特點(diǎn)，但在各功能子 系統(tǒng)之間，尤其是在現(xiàn)場設(shè)備和儀表之間的連接上， 采用了開放式的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，從而使系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備的連 接形式發(fā)生了根本的改變，具有自己所特有的性能和 特征。 現(xiàn)場總線采用數(shù)字信號傳輸取代模擬信號傳輸。 現(xiàn)場總線允許在一條通信線上掛多個現(xiàn)場設(shè)備，而不 需要AD、DA等IO組件， 第三節(jié)第三節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 38 圖10-17 現(xiàn)場總線控制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 全數(shù)字化通信 開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 互操作性與互用性 系統(tǒng)的全分散式 現(xiàn)場設(shè)備的智能化 第三節(jié)第三節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 39 節(jié)省硬件數(shù)量和投資 節(jié)省安裝費(fèi)用 節(jié)省維護(hù)費(fèi)用 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán) 提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 第三節(jié)第三節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) n 二、現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化二、現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化 40 圖10-18 IEC61158采用的8種類型 的8種類型是 平等的。