DCS及現(xiàn)場總線技術(shù)第1章

1、1 DCSDistributed Control System FCSFieldbus Control System 下午下午10時時13分分 2 3 4 下午下午10時時13分分5 控制器控制器執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)被控對象被控對象 測量變送器測量變送器 設(shè)定值設(shè)定值r e u 被調(diào)參數(shù)被調(diào)參數(shù) y 圖圖a 單回路常規(guī)控制系統(tǒng)示意圖單回路常規(guī)控制系統(tǒng)示意圖 ym 下午下午10時時13分分6 u 計算機計算機保持器保持器廣義對象廣義對象 測量變送器測量變送器 e(kT)u(kT)被調(diào)參數(shù)被調(diào)參數(shù) y 圖圖b 單回路計算機控制系統(tǒng)示意圖單回路計算機控制系統(tǒng)示意圖 ym 采樣器采樣器A/D D/A 計算

2、機系統(tǒng)計算機系統(tǒng) 設(shè)定值設(shè)定值r 下午下午10時時13分分7 采樣器采樣器 A/D計算機計算機 A/D保持器保持器 y(t)y*(t) y(kT) u(kT) u*(kT) u(t) 下午下午10時時13分分8 y(t) t 采樣器采樣器 y(t)y*(t) y*(t) 2T4T t 原始過程信號原始過程信號信號通過采樣器信號通過采樣器采樣后的信號采樣后的信號 過程信號采樣過程示意圖過程信號采樣過程示意圖 9 下午下午10時時13分分10 6T 4T 2T t y 采樣信號采樣信號y(kT) 原信號原信號y(t) 恢復(fù)信號恢復(fù)信號yh(t) 零階保持器算式零階保持器算式 yh(kT+t)=y(

3、kT) 0tT, k=0, 1, 2, 由于它只是簡單地由于它只是簡單地 外推，故只有當(dāng)外推，故只有當(dāng)T T足足 夠小時，零階保持夠小時，零階保持 器才能較好地恢復(fù)器才能較好地恢復(fù) 原信號原信號。 11 下午下午10時時13分分12 顯然：要改變顯然：要改變控制策略及算法控制策略及算法，只要改變計算機，只要改變計算機 的的程序程序就可以（軟）實現(xiàn)相應(yīng)功能。就可以（軟）實現(xiàn)相應(yīng)功能。 計 算 機 給 定 值被 控 量 數(shù) 字 控 制 器 模 /數(shù) 轉(zhuǎn) 換 數(shù) /模 轉(zhuǎn) 換 執(zhí) 行 機 構(gòu) 被 控 對 象 檢 測 裝 置 計算機控制與傳統(tǒng)的繼電控制比較，具有很大的優(yōu)勢：計算機控制與傳統(tǒng)的繼電控制比

4、較，具有很大的優(yōu)勢： 1、改變控制策略及算法時，只要改變計算機程序，就、改變控制策略及算法時，只要改變計算機程序，就 可以進(jìn)行功能實現(xiàn)?？梢赃M(jìn)行功能實現(xiàn)。 2、精度高、速度快、存儲容量大和有邏輯判斷功能等。、精度高、速度快、存儲容量大和有邏輯判斷功能等。 3、可實現(xiàn)高級復(fù)雜的控制策略。、可實現(xiàn)高級復(fù)雜的控制策略。 計算機技術(shù)的發(fā)展使整個人類社會發(fā)生了巨大計算機技術(shù)的發(fā)展使整個人類社會發(fā)生了巨大 的變化，自然影響了工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管理。越來越的變化，自然影響了工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管理。越來越 多的的企業(yè)利用計算機控制系統(tǒng)將過程控制和生產(chǎn)多的的企業(yè)利用計算機控制系統(tǒng)將過程控制和生產(chǎn) 管理有機的結(jié)合起來，實

5、現(xiàn)生產(chǎn)的全面自動化管理。管理有機的結(jié)合起來，實現(xiàn)生產(chǎn)的全面自動化管理。 13 下午下午10時時13分分14 (1)實時數(shù)據(jù)采集實時數(shù)據(jù)采集:檢測被控量的瞬時值，將采樣結(jié)果輸檢測被控量的瞬時值，將采樣結(jié)果輸 到計算機中。到計算機中。 (2)實時決策實時決策: 給定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預(yù)定給定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預(yù)定 的控制規(guī)律進(jìn)行控制運算的控制規(guī)律進(jìn)行控制運算實時決策。實時決策。 (3)實時控制實時控制: 將實時決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號適時地送將實時決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號適時地送 給執(zhí)行裝置給執(zhí)行裝置實現(xiàn)過程控制。實現(xiàn)過程控制。 (4)信息管理信息管理: 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)

6、展，信息共隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共 享及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應(yīng)用。享及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應(yīng)用。 下午下午10時時13分分15 *上述上述測、算、控、管測、算、控、管的過程不斷重復(fù)，使系統(tǒng)按一定的的過程不斷重復(fù)，使系統(tǒng)按一定的 動態(tài)動態(tài)(過渡過程過渡過程)指標(biāo)進(jìn)行工作。并同時可對被控制量和設(shè)指標(biāo)進(jìn)行工作。并同時可對被控制量和設(shè) 備本身所出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時進(jìn)行監(jiān)督并迅速做出處理備本身所出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時進(jìn)行監(jiān)督并迅速做出處理 計算機控制系統(tǒng)最基本的功能。計算機控制系統(tǒng)最基本的功能。 *實時實時控制控制指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時指信號的輸入、計算和輸出都要在一定

7、的時 間間(采樣采樣控制間隔控制間隔)內(nèi)完成。內(nèi)完成。 *分時分時控制控制因計算機運算處理速度遠(yuǎn)高控制回路的速度因計算機運算處理速度遠(yuǎn)高控制回路的速度 要求，故可使計算機依次的完成多個通道（回路）的要求，故可使計算機依次的完成多個通道（回路）的實時實時 控制。控制。 下午下午10時時13分分16 *計算機硬件設(shè)備計算機硬件設(shè)備指微機本身及其外圍設(shè)備，是指微機本身及其外圍設(shè)備，是 計算機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；計算機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)； *計算機控制軟件計算機控制軟件指管理計算機的程序以及過程指管理計算機的程序以及過程 控制的應(yīng)用程序，是計算機控制系統(tǒng)的靈魂；控制的應(yīng)用程序，是計算機控制系統(tǒng)的靈魂； *計算

8、機通信網(wǎng)絡(luò)計算機通信網(wǎng)絡(luò)指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制單元指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制單元 之間的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，是進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交之間的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，是進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交 換的通道。換的通道。 下午下午10時時13分分17 軟件部分軟件部分 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 硬件部分硬件部分 控制計算機控制計算機 主機、外設(shè)、系統(tǒng)總線主機、外設(shè)、系統(tǒng)總線 生產(chǎn)過程輸入輸出通道生產(chǎn)過程輸入輸出通道 人人機聯(lián)系設(shè)備、通信設(shè)備機聯(lián)系設(shè)備、通信設(shè)備 現(xiàn)場儀表（測量傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等）現(xiàn)場儀表（測量傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等） 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 匯編或高級語言、過程控制語言匯編或高級語言、過程控制語言 通信網(wǎng)絡(luò)軟件、診斷程

9、序等通信網(wǎng)絡(luò)軟件、診斷程序等 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 過程輸入過程輸入/輸出程序、過程控制程序輸出程序、過程控制程序 人機接口程序、打印顯示程序人機接口程序、打印顯示程序 各種公共子程序各種公共子程序 歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫 下午下午10時時13分分18 由主機、接口電路及外圍設(shè)備組成。不由主機、接口電路及外圍設(shè)備組成。不 同的系統(tǒng)，所需硬件也不同，一般可根據(jù)控制同的系統(tǒng)，所需硬件也不同，一般可根據(jù)控制 系統(tǒng)的需要進(jìn)行擴展。系統(tǒng)的需要進(jìn)行擴展。 具有各種功能的插件板或功能模塊，可用標(biāo)準(zhǔn)總線具有各種功能的插件板或功能模塊，可用標(biāo)準(zhǔn)總線 連接起來，如連接起來，如P

10、CPC總線構(gòu)成的各種工業(yè)控制計算機、總線構(gòu)成的各種工業(yè)控制計算機、PLCPLC、 DCSDCS等。等。 1.硬件硬件 下午下午10時時13分分19 *由由CPU和存儲器構(gòu)成，是整個控制系統(tǒng)的指揮和存儲器構(gòu)成，是整個控制系統(tǒng)的指揮 部。部。 *它自動地對過程輸入通道發(fā)送來的工業(yè)參數(shù)進(jìn)它自動地對過程輸入通道發(fā)送來的工業(yè)參數(shù)進(jìn) 行巡回檢測，按照人們預(yù)先安排的程序，進(jìn)行行巡回檢測，按照人們預(yù)先安排的程序，進(jìn)行 信息處理、分析和計算，并作出相應(yīng)的控制決信息處理、分析和計算，并作出相應(yīng)的控制決 策，通過輸出通道及時發(fā)出有關(guān)的控制命令。策，通過輸出通道及時發(fā)出有關(guān)的控制命令。 下午下午10時時13分分20

11、*計算機和生產(chǎn)過程之間設(shè)置信息的傳遞和交換計算機和生產(chǎn)過程之間設(shè)置信息的傳遞和交換 的連接通道的連接通道輸入輸入/輸出通道輸出通道，(過程通道過程通道) *過程通道一般可分為模擬量輸入通道（過程通道一般可分為模擬量輸入通道（A/D）、模擬量）、模擬量 輸出通道輸出通道(D/A)、開關(guān)量輸入通道和開關(guān)量輸出通道、開關(guān)量輸入通道和開關(guān)量輸出通道 等。等。 *過程通道是不能直接由主機控制的，必須由過程通道是不能直接由主機控制的，必須由 “接口接口”來傳送相應(yīng)的信息和命令。來傳送相應(yīng)的信息和命令。 下午下午10時時13分分21 *通用外圍設(shè)備主要是為了擴大主機的功通用外圍設(shè)備主要是為了擴大主機的功 能

12、而設(shè)置的，能而設(shè)置的， *通用外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)通用外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè) 備和存儲設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模備和存儲設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模 和要求來配置。和要求來配置。 下午下午10時時13分分22 *工業(yè)過程參數(shù)一般是非電物理量，必須經(jīng)過傳感工業(yè)過程參數(shù)一般是非電物理量，必須經(jīng)過傳感 器變換為等效的電信號。因此，器變換為等效的電信號。因此，檢測檢測元件精度的元件精度的 高低直接影響微機控制系統(tǒng)的精度。高低直接影響微機控制系統(tǒng)的精度。 * 為了控制生產(chǎn)過程，還需要有為了控制生產(chǎn)過程，還需要有執(zhí)行執(zhí)行機構(gòu)。常用機構(gòu)。常用 的執(zhí)行機構(gòu)有電動、液動和氣動等形式。另有動的執(zhí)行

13、機構(gòu)有電動、液動和氣動等形式。另有動 力電機和控制電機等。力電機和控制電機等。 下午下午10時時13分分23 *操作臺是操作臺是人機對話（接口）人機對話（接口）的聯(lián)系紐帶。程序的聯(lián)系紐帶。程序 員使用該人機設(shè)備員使用該人機設(shè)備(運行操作臺運行操作臺)來輸入、修改來輸入、修改 和檢查程序。和檢查程序。 *生產(chǎn)過程的操作人員必須了解控制臺的使用細(xì)生產(chǎn)過程的操作人員必須了解控制臺的使用細(xì) 節(jié)，否則會引起嚴(yán)重后果。節(jié)，否則會引起嚴(yán)重后果。 下午下午10時時13分分24 *軟件軟件各種功能程序的總和各種功能程序的總和操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、 管理程序、控制程序、計算和自診斷程序等。管理程

14、序、控制程序、計算和自診斷程序等。 *軟件是微機系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟軟件是微機系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟 件指揮下協(xié)調(diào)工作的。件指揮下協(xié)調(diào)工作的。 *軟件質(zhì)量關(guān)系到計算機運行和控制效果的好壞，及硬件軟件質(zhì)量關(guān)系到計算機運行和控制效果的好壞，及硬件 功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。 軟件通常分兩類：軟件通常分兩類： *系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 *應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫。 下午下午10時時13分分25 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計算機控制系統(tǒng)中的比重越來越大。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計算機控制系統(tǒng)中的比重越來越大。 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為

15、兩大類：的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為兩大類： *對等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Peer to peer； *客戶機客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)服務(wù)器結(jié)構(gòu)Client/Server。 *自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng) 下午下午10時時13分分26 (1)(1)消除模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點消除模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點: :漂移問題，參漂移問題，參 數(shù)整定范圍窄，比例、積分和微分系數(shù)不能單獨調(diào)整，數(shù)整定范圍窄，比例、積分和微分系數(shù)不能單獨調(diào)整， (2) (2) 可在整個控制范圍內(nèi)實行多參數(shù)調(diào)節(jié)?？稍谡麄€控制范圍內(nèi)實行多參數(shù)調(diào)節(jié)。 (3) (3) 當(dāng)信號噪聲大時，數(shù)字低通濾波器與模擬濾波器當(dāng)信號噪聲大時，

16、數(shù)字低通濾波器與模擬濾波器 相配合，對高頻的脈沖噪聲有較好的濾波效果，特別相配合，對高頻的脈沖噪聲有較好的濾波效果，特別 數(shù)字濾波可抑制甚低頻的周期干擾。數(shù)字濾波可抑制甚低頻的周期干擾。 下午下午10時時13分分27 (4) (4) 使用靈活，便于實現(xiàn)特殊的控制規(guī)律，如修使用靈活，便于實現(xiàn)特殊的控制規(guī)律，如修 改部分程序就能改變調(diào)節(jié)規(guī)律，而無需改變硬改部分程序就能改變調(diào)節(jié)規(guī)律，而無需改變硬 件設(shè)備，計算機控制系統(tǒng)可以在線改變控制方件設(shè)備，計算機控制系統(tǒng)可以在線改變控制方 案。因而可以在不增加硬件設(shè)備的情況下逐步案。因而可以在不增加硬件設(shè)備的情況下逐步 提高控制水平。提高控制水平。 (5)(5)

17、具有增加控制回路而不會顯著地增加費用的具有增加控制回路而不會顯著地增加費用的 特點，還可實現(xiàn)打印、制表、報警、顯示等附特點，還可實現(xiàn)打印、制表、報警、顯示等附 加功能。加功能。 下午下午10時時13分分28 *強調(diào)強調(diào) 下午下午10時時13分分29 檢測及變送檢測及變送控制對象控制對象 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 多路開關(guān)多路開關(guān)接口接口 外部通道外部通道 變送器變送器 接口接口 接口接口 接口接口 接口接口 A/DA/D D/AD/A反多路開關(guān)反多路開關(guān) 開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入 開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出 傳感器傳感器 主機及操作臺主機及操作臺通用外部設(shè)備通用外部設(shè)備 顯示終端顯示終端 磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器

18、打印機打印機 軟件軟件 微微 型型 計計 算算 機機 生生 產(chǎn)產(chǎn) 對對 象象 操作操作 臺臺 實時實時 時鐘時鐘 下午下午10時時13分分30 下午下午10時時13分分31 1、 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng) 主要對過程參數(shù)進(jìn)行定時巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、主要對過程參數(shù)進(jìn)行定時巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、 數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、參數(shù)的越限報警以及數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、參數(shù)的越限報警以及 對數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實時分析。對數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實時分析。 *計算機計算機不不直接參與生產(chǎn)過程的直接參與生產(chǎn)過程的控制控制。 *代替大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對整個生產(chǎn)過程代替大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對整個生產(chǎn)

19、過程 進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)視集中監(jiān)視。 下午下午10時時13分分32 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖 數(shù)數(shù) 字字 計計 算算 機機 CRT打印機打印機報報 警警 過程輸入通道過程輸入通道 測量變送測量變送 測量變送測量變送 被被 控控 生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 人人 下午下午10時時13分分33 DDCDDC系統(tǒng)中用一臺微機對多個被控參數(shù)進(jìn)行巡回系統(tǒng)中用一臺微機對多個被控參數(shù)進(jìn)行巡回 檢測，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進(jìn)行控制運算，檢測，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進(jìn)行控制運算， 并輸出到執(zhí)行機構(gòu)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。并輸出到執(zhí)行機構(gòu)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。 *DDCDDC系統(tǒng)中，計算機不僅完全

20、取代模擬調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)中，計算機不僅完全取代模擬調(diào)節(jié)器， 實現(xiàn)實現(xiàn)多回路多回路的的PIDPID調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通 過過改變改變軟件就可以實現(xiàn)較復(fù)雜的軟件就可以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法控制算法。 下午下午10時時13分分34 圖圖 DDC系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制(DDC)計算機計算機 CRT打印機打印機 報報 警警操作臺操作臺 過程輸入通道過程輸入通道 測量變送測量變送 測量變送測量變送 被被 控控 生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程 過程輸出通道過程輸出通道 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 下午下午10時時13分分35 兩級控制兩級控制 *第第1 1級用級

21、用DDCDDC計算機或調(diào)節(jié)器，完成直接控制；計算機或調(diào)節(jié)器，完成直接控制； *第第2 2級用級用SCCSCC計算機根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)計算機根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)即按即按 照一定算法進(jìn)行優(yōu)化計算，照一定算法進(jìn)行優(yōu)化計算，自動地改變自動地改變DDCDDC系統(tǒng)的系統(tǒng)的給給 定定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況( (最低消耗、最低消耗、 最低成本、最高產(chǎn)量等最低成本、最高產(chǎn)量等) )。 *又稱給定值控制又稱給定值控制SPC(Set Point Computer Control)SPC(Set Point Computer Control)。 *SCCSCC系統(tǒng)不

22、僅可以進(jìn)行給定值控制，同時還可以進(jìn)行系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，同時還可以進(jìn)行 順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。 下午下午10時時13分分36 監(jiān)督控制計算機監(jiān)督控制計算機(SCC) CRT 打印機打印機報警報警 DDC計算機或調(diào)節(jié)器計算機或調(diào)節(jié)器 輸入通道輸入通道 輸出通道輸出通道 被被 控控 生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程 操作臺操作臺 輸入通道輸入通道 下午下午10時時13分分37 監(jiān)控計算機監(jiān)控計算機CRT操作站操作站 現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站 被控對象被控對象 被控對象被控對象 . 高高 速速 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 通通 道道 . . 集散控制系

23、統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）組成框圖）組成框圖 DCSDCS采用采用和和的控制理念與網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)，靈的控制理念與網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)，靈 活地將控制設(shè)備、服務(wù)器、基礎(chǔ)自動化單元等聯(lián)系在一起?；畹貙⒖刂圃O(shè)備、服務(wù)器、基礎(chǔ)自動化單元等聯(lián)系在一起。 按功能分散、危險分散、管理集中和應(yīng)用靈活等原則進(jìn)行設(shè)計，按功能分散、危險分散、管理集中和應(yīng)用靈活等原則進(jìn)行設(shè)計， 具有高可靠性能，便于維修與更新。具有高可靠性能，便于維修與更新。 下午下午10時時13分分 38 *它以系統(tǒng)最優(yōu)化為目標(biāo)，以計算機為核心并與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、控制技術(shù)、它以系統(tǒng)最優(yōu)化為目標(biāo)，以計算機為核心并與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、控制技術(shù)、 顯示技術(shù)、人機

24、接口技術(shù)、顯示技術(shù)、人機接口技術(shù)、I/OI/O接口等技術(shù)相結(jié)合接口等技術(shù)相結(jié)合用于過程控制和生用于過程控制和生 產(chǎn)管理的工控主流控制系統(tǒng)。產(chǎn)管理的工控主流控制系統(tǒng)。 分 析 儀 傳 統(tǒng) 儀 表 LAN PLC 控 制 站 操 作 站 G 下午下午10時時13分分39 下午下午10時時13分分40 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、 雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。 服 務(wù) 器 32 現(xiàn) 場 設(shè) 備 H1 現(xiàn) 場 總 線 H1 現(xiàn) 場 總 線 LAN32 現(xiàn) 場 設(shè) 備 124 現(xiàn) 場 設(shè) 備 H1 H1

25、H1 網(wǎng) 橋 H2 現(xiàn) 場 總 線 操 作 站 下午下午10時時13分分41 下午下午10時時13分分42 ASAS Ethernet, TCP/IP 監(jiān)控 計算機 顯示操作站 現(xiàn)場總線 網(wǎng)間連接器 H2 或高速Ethernet 現(xiàn)場總線橋 低速現(xiàn)場 總線(H1) 小型PLC 過程控制 生產(chǎn)制造 裝置級網(wǎng)絡(luò) 下午下午10時時13分分43 下午下午10時時13分分44 流程計算機集成制造系統(tǒng)流程計算機集成制造系統(tǒng) 經(jīng)營決策經(jīng)營決策 企業(yè)管理企業(yè)管理 生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)調(diào)度 過程優(yōu)化過程優(yōu)化 過程控制過程控制 第五層：企業(yè)決策，生產(chǎn)規(guī)劃第五層：企業(yè)決策，生產(chǎn)規(guī)劃 第四層：供銷第四層：供銷,財務(wù)財務(wù),計劃

26、計劃,管理等管理等 第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)優(yōu)化第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)優(yōu)化 第二層：先進(jìn)控制，過程優(yōu)化第二層：先進(jìn)控制，過程優(yōu)化 第一層：單元自動化第一層：單元自動化,簡單控制簡單控制 生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程 流程流程CIMS的遞階控制示意圖的遞階控制示意圖 下午下午10時時13分分45 被 控 對 象 檢測控制 設(shè)備級 DDC 管理指令到主管部門數(shù)據(jù) 銷售訂貨等數(shù)據(jù)市場動向信息 到其他工廠生產(chǎn)運輸指令 存儲 數(shù)據(jù)來自其他工廠生產(chǎn)和庫存信息 企業(yè)級經(jīng)營管理計算機 工廠級集中監(jiān)督計算機 車間級監(jiān)督計算機車間級監(jiān)督計算機 檢 測 被 控 對 象 檢測控制 設(shè)備級 DDC 檢 測 下午下午10時時13

27、分分46 下午下午10時時13分分47 下午下午10時時13分分2011-2012（2） 48 * 程序控制是控制被控量按照預(yù)先規(guī)定的時間函數(shù)變程序控制是控制被控量按照預(yù)先規(guī)定的時間函數(shù)變 化，被控制量是時間的函數(shù)，如加熱爐的溫度控制?；?，被控制量是時間的函數(shù)，如加熱爐的溫度控制。 *順序控制則可以看作是程序控制的擴展，在各個時期順序控制則可以看作是程序控制的擴展，在各個時期 所給出的設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定所給出的設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定 值的給出，不僅取決于時間，還取決于對以前的控制值的給出，不僅取決于時間，還取決于對以前的控制 結(jié)果的邏輯判斷結(jié)果的邏輯判斷。

28、下午下午10時時13分分49 2) PID2) PID控制控制 *調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分 的函數(shù)。的函數(shù)。PIDPID控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整, ,因此因此 一直是應(yīng)用最廣、最為成熟的技術(shù)。一直是應(yīng)用最廣、最為成熟的技術(shù)。 *有限拍控制的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時間最短，要求設(shè)有限拍控制的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時間最短，要求設(shè) 計的系統(tǒng)在盡可能短的時間里完成調(diào)節(jié)過程。有計的系統(tǒng)在盡可能短的時間里完成調(diào)節(jié)過程。有 限拍控制通常在數(shù)字隨動系統(tǒng)中應(yīng)用。限拍控制通常在數(shù)字隨動系統(tǒng)中應(yīng)用。 下午下午10時時13分分2011-2012

29、（2） 50 *控制系統(tǒng)性能指標(biāo)不單是過渡過程的品質(zhì)，而且包括控制系統(tǒng)性能指標(biāo)不單是過渡過程的品質(zhì)，而且包括 能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指標(biāo)。能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指標(biāo)。 *對于存在隨機擾動、純滯后對象以及多變量耦合的系對于存在隨機擾動、純滯后對象以及多變量耦合的系 統(tǒng)，僅用統(tǒng)，僅用PIDPID控制是難以達(dá)到滿意的性能指標(biāo)的，因控制是難以達(dá)到滿意的性能指標(biāo)的，因 此，針對實際情況采用各種復(fù)雜規(guī)律的控制此，針對實際情況采用各種復(fù)雜規(guī)律的控制串級串級 控制，前饋控制，純滯后補償控制，多變量解耦控制控制，前饋控制，純滯后補償控制，多變量解耦控制 以及最優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制等

30、。以及最優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制等。 下午下午10時時13分分51 *智能控制理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問智能控制理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問 題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學(xué)科。題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學(xué)科。 *智能控制理論可以看作是三個主要理論領(lǐng)域的交叉或匯智能控制理論可以看作是三個主要理論領(lǐng)域的交叉或匯 合合:人工智能、運籌學(xué)和控制理論。人工智能、運籌學(xué)和控制理論。 *智能控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一個大系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一個大系統(tǒng)綜合的自動化系綜合的自動化系 統(tǒng)。統(tǒng)。 *模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家系統(tǒng)等均可稱智模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家系統(tǒng)等均可稱智

31、 能控制能控制 下午下午10時時13分分52 *它是綜合了它是綜合了4 4C C技術(shù)的控制系統(tǒng)。技術(shù)的控制系統(tǒng)。 *設(shè)計原則及主要特點：設(shè)計原則及主要特點： *危險、控制分散危險、控制分散 操作、管理集中操作、管理集中 分級管理、分而自治分級管理、分而自治 *集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、功能完備、應(yīng)用靈活、操集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、功能完備、應(yīng)用靈活、操 作方便、運行可靠等多方面顯著特點，為計算機控制開作方便、運行可靠等多方面顯著特點，為計算機控制開 創(chuàng)了一個嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，并得到了廣泛的應(yīng)用。創(chuàng)了一個嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，并得到了廣泛的應(yīng)用。 下午下午10時時13分分53 初期初期DCSDCS產(chǎn)生

32、的基本思路：產(chǎn)生的基本思路： *1 1）分散控制分散控制：分解集中控制：分解集中控制多個專門的多個專門的 過程分散控制裝置（過程分散控制裝置（FCSFCS） *2 2）集中操作：集中操作：保持操作習(xí)慣保持操作習(xí)慣良好的人良好的人/ /機機 操作界面操作界面( (操作站操作站) ) *數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信：建立操作站：建立操作站 過程分散控制過程分散控制 裝置的數(shù)據(jù)聯(lián)系裝置的數(shù)據(jù)聯(lián)系 下午下午10時時13分分54 下午下午10時時13分分55 下午下午10時時13分分56 下午下午10時時13分分57 下午下午10時時13分分58 下午下午10時時13分分59 從其本質(zhì)和內(nèi)部從其本質(zhì)和內(nèi)部上講上講

33、它是以微處理機為核心的計算機控制系統(tǒng)；它是以微處理機為核心的計算機控制系統(tǒng)； 從其外部構(gòu)成方式和應(yīng)用角度上講從其外部構(gòu)成方式和應(yīng)用角度上講 它類似于單元它類似于單元式儀表控制系統(tǒng)。式儀表控制系統(tǒng)。 *因而，系統(tǒng)的因而，系統(tǒng)的及擴展都十分容易。及擴展都十分容易。 下午下午10時時13分分2011-2012（2） 60 *既實現(xiàn)了操作、管理和監(jiān)視的縱向分級集中，既實現(xiàn)了操作、管理和監(jiān)視的縱向分級集中， *又實現(xiàn)了控制、危險的橫向分散，從根本上提又實現(xiàn)了控制、危險的橫向分散，從根本上提 高了系統(tǒng)的可靠性。高了系統(tǒng)的可靠性。 *DCSDCS系統(tǒng)是目前公認(rèn)的最理想的工業(yè)控制系統(tǒng)之系統(tǒng)是目前公認(rèn)的最理想的

34、工業(yè)控制系統(tǒng)之 一，在國內(nèi)外冶金、電力、石油、化工、建筑一，在國內(nèi)外冶金、電力、石油、化工、建筑 等工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。等工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 下午下午10時時14分分61 ( (一）一）1975-1980（初創(chuàng)期）初創(chuàng)期） 相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為第一代第一代DCS 注重控制功能的實現(xiàn)，在功能上更接近儀表控制系統(tǒng)。注重控制功能的實現(xiàn)，在功能上更接近儀表控制系統(tǒng)。 各廠家的各廠家的DCSDCS系統(tǒng)均由專有產(chǎn)品構(gòu)成。系統(tǒng)均由專有產(chǎn)品構(gòu)成。 DCS的發(fā)展階段的發(fā)展階段 Honeywell TDC-2000 Bailey Network-90 Foxboro Spectrum

35、 Leeds & Northrup MAX-1 日本橫河日本橫河 CENTUM Kent公司公司 P4000 西門子西門子 TelepermM 東芝公司東芝公司 TOSDIC 特特 點點 （二）（二）1980-1985( (成熟期成熟期) ) 相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為第二代第二代DCS 引入了引入了局域網(wǎng)局域網(wǎng)作為主干網(wǎng)，開始擺脫儀表控制系統(tǒng)的影響，向計算機控作為主干網(wǎng)，開始擺脫儀表控制系統(tǒng)的影響，向計算機控 制系統(tǒng)靠近，但網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仍各自為政。制系統(tǒng)靠近，但網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仍各自為政。 在控制功能上：除回路控制外，增加了順序控制、邏輯控制；加強了系在控制功能上：除回路控制外，增加了順序控制、邏

36、輯控制；加強了系 統(tǒng)管理站的功能。統(tǒng)管理站的功能。 在人機界面方面：圖形用戶界面逐步豐富。在人機界面方面：圖形用戶界面逐步豐富。 Honeywell TDC-3000(LCN) Westing House WDPF Fisher PROVOX Rosemount RS3 Talor MOD-300 日本橫河日本橫河 YEWPACK-MARK 特特 點點 （三）（三）1985-90年代年代( (擴展期擴展期) ) 相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為 第三代第三代DCS Honeywell TDC-3000(UCN) Westing House WDPF Foxboro I/A Series Bai

37、ley INIF-90 日本橫河日本橫河 CENTUM-XL/XL 日立日立 HIACS 增加了增加了上層網(wǎng)絡(luò)上層網(wǎng)絡(luò)，將生產(chǎn)的管理功能納入到系統(tǒng)中，形成三級結(jié)構(gòu)：，將生產(chǎn)的管理功能納入到系統(tǒng)中，形成三級結(jié)構(gòu)： 直接控制、監(jiān)督控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化、生產(chǎn)管理。直接控制、監(jiān)督控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化、生產(chǎn)管理。 各廠家已普遍采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。除現(xiàn)場控制站專有外，其余已采各廠家已普遍采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。除現(xiàn)場控制站專有外，其余已采 用了市場采購的商品。用了市場采購的商品。 各種各種DCS的直接控制功能幾乎無差異，相互間的差異主要體現(xiàn)在與的直接控制功能幾乎無差異，相互間的差異主要體現(xiàn)在與 不同行業(yè)應(yīng)用密切相關(guān)的不同行業(yè)

38、應(yīng)用密切相關(guān)的控制方法控制方法和和高層管理高層管理功能上。功能上。 組態(tài)實現(xiàn)組態(tài)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化。 特特 點點 Honeywell Plant Scape 、 Experion PKS(過程知識系統(tǒng)）過程知識系統(tǒng)） Foxboro A2 L & N MAX-1000 、 、 MAX- -1000Plus 、 maxDNA 橫河橫河 CS3000-R3 （PRM- -工廠資源管理系統(tǒng)）工廠資源管理系統(tǒng)） ABB Freelance 2000、IndustrialIT 艾默生艾默生 DeltaV Siemens PCS7 Rockwell NetLinx 和利時和利時 HOLLiAS 浙大中控浙大中控 Webfield ECS-100、GCS-200、GCS-1/2 上海新華上海新華 XDPF- -400 國電智深國電智