《DCS與現(xiàn)場(chǎng)總線》-第1章-1

1、集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線 人類現(xiàn)代文明與工業(yè)控制 主要參考書主要參考書 王錦標(biāo)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 清華出版社，2004 李正軍，現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)，機(jī)械工業(yè)，2005 楊寧 趙玉剛，集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線，北航出版 社，2003 王常力，廖道文集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，清 華出版社，1993 主要參考書主要參考書(Continue) 熊淑燕，火力發(fā)電廠集散控制系統(tǒng)，科學(xué)出版社， 2000 羅鴻，ERP原理設(shè)計(jì)實(shí)施，電子工業(yè)出版社，2003 鄒益仁 馬增良 蒲維，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和 開發(fā)，國(guó)防工業(yè)出版社，2003 瑞典Jonas Berge著 陳小楓 董景辰 曹迎東等

2、譯， 過程控制現(xiàn)場(chǎng)總線工程、運(yùn)行與維護(hù)，清華大學(xué) 出版社2003 顧洪軍 等 編著，工業(yè)企業(yè)網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及 應(yīng)用，人民郵電出版社，2002 課程學(xué)習(xí)內(nèi)容課程學(xué)習(xí)內(nèi)容 集散型控制系統(tǒng)（DCS）原理及其應(yīng)用 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）原理及其應(yīng)用 第一章第一章 概述概述 第一節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 第二節(jié) DCS系統(tǒng)簡(jiǎn)介 第三節(jié) FCS系統(tǒng)簡(jiǎn)介 第四節(jié) 控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) 顯示儀表顯示儀表 被測(cè)參數(shù)被測(cè)參數(shù) 1、傳統(tǒng)測(cè)控時(shí)代、傳統(tǒng)測(cè)控時(shí)代 傳統(tǒng)手動(dòng)傳統(tǒng)手動(dòng)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 顯示器顯示器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被測(cè)控參數(shù)被測(cè)控參數(shù) 傳感器傳感器檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) 傳感器傳感器 調(diào)理電路調(diào)理電路

3、 模塊模塊顯示儀表顯示儀表 被被 測(cè)測(cè) 參參 數(shù)數(shù) 2、電氣測(cè)控時(shí)代、電氣測(cè)控時(shí)代 現(xiàn)代手動(dòng)控制現(xiàn)代手動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng) 傳感器傳感器 調(diào)理電路調(diào)理電路 模塊模塊顯示儀表顯示儀表 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被被 測(cè)測(cè) 控控 參參 數(shù)數(shù) 電氣控制電氣控制系統(tǒng)系統(tǒng) 傳感器傳感器 調(diào)理電路調(diào)理電路 模塊模塊顯示器顯示器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制電路控制電路 模塊模塊 被被 測(cè)測(cè) 控控 參參 數(shù)數(shù) 智能智能檢測(cè)檢測(cè)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 傳感器傳感器 智能儀表智能儀表 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被測(cè)控參數(shù)被測(cè)控參數(shù) 3、智能測(cè)控時(shí)代、智能測(cè)控時(shí)代 計(jì)算機(jī)測(cè)控計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)系統(tǒng) 傳感器傳感器 調(diào)理電路調(diào)理電路 模塊模塊 計(jì)計(jì) 算算

4、機(jī)機(jī) 被被 測(cè)測(cè) 控控 參參 數(shù)數(shù) 輸入通道輸入通道 輸出通道輸出通道 控制電路控制電路 模塊模塊 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 4、計(jì)算機(jī)測(cè)控時(shí)代、計(jì)算機(jī)測(cè)控時(shí)代 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作為當(dāng)今工業(yè)控制的主流系統(tǒng)，已取代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作為當(dāng)今工業(yè)控制的主流系統(tǒng)，已取代 常規(guī)的模擬檢測(cè)、調(diào)節(jié)、顯示、記錄等儀器設(shè)備和很大部分操常規(guī)的模擬檢測(cè)、調(diào)節(jié)、顯示、記錄等儀器設(shè)備和很大部分操 作管理的人工職能，并具有較高級(jí)復(fù)雜的計(jì)算方法和處理方法，作管理的人工職能，并具有較高級(jí)復(fù)雜的計(jì)算方法和處理方法， 以完成各種過程控制、操作管理等任務(wù)。以完成各種過程控制、操作管理等任務(wù)。 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日

5、隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日 益廣泛，在冶金、化工、電力、自動(dòng)化機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人控制、益廣泛，在冶金、化工、電力、自動(dòng)化機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人控制、 柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等工業(yè)控制方面已取得了柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等工業(yè)控制方面已取得了 令人矚目的研究與應(yīng)用成果，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越大的令人矚目的研究與應(yīng)用成果，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越大的 作用。作用。 基本概念基本概念 v測(cè)量：采用各種方法獲得客觀事物的量值，測(cè)量：采用各種方法獲得客觀事物的量值， 稱之為稱之為“測(cè)量測(cè)量” ” v控制：采用各種方法支配或約束某一客觀控制：采用各種方法支配或約束某一客

6、觀 事物的進(jìn)程結(jié)果，稱之為事物的進(jìn)程結(jié)果，稱之為“控制控制” 測(cè)控系統(tǒng)的分類測(cè)控系統(tǒng)的分類 按照儀器和系統(tǒng)擔(dān)負(fù)的任務(wù)不同，測(cè)控系統(tǒng)可分按照儀器和系統(tǒng)擔(dān)負(fù)的任務(wù)不同，測(cè)控系統(tǒng)可分 為三大類：為三大類： v單純以控制為目的的單純以控制為目的的“控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)” v單純以測(cè)量和檢測(cè)為目的的單純以測(cè)量和檢測(cè)為目的的“測(cè)試（檢測(cè)）系統(tǒng)測(cè)試（檢測(cè)）系統(tǒng)” v 測(cè)控一體的測(cè)控一體的“測(cè)控系統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)”或或“監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)” （1）開環(huán)（前饋）控制系統(tǒng)開環(huán)（前饋）控制系統(tǒng) 控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象 控制量控制量輸入量輸入量 擾動(dòng)擾動(dòng) 輸出量輸出量 系統(tǒng)的被控制量（輸出量）對(duì)系統(tǒng)的控制量（輸入量）沒有影

7、響，即被控系統(tǒng)的被控制量（輸出量）對(duì)系統(tǒng)的控制量（輸入量）沒有影響，即被控 制量只受控于控制量，而對(duì)控制量無反作用，這類系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)，或前饋制量只受控于控制量，而對(duì)控制量無反作用，這類系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)，或前饋 控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 按信號(hào)傳遞路徑分類按信號(hào)傳遞路徑分類：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng) 特點(diǎn)特點(diǎn)： 1)控制量與輸出量之間僅有前向通路，沒有反饋通路，輸出量只被檢測(cè)，無控制量與輸出量之間僅有前向通路，沒有反饋通路，輸出量只被檢測(cè)，無 直接控制作用；直接控制作用； 2)外部條件和系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)保持不變時(shí)，對(duì)于一個(gè)確定的輸入量，總存在一外部條件和系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)保持不

8、變時(shí)，對(duì)于一個(gè)確定的輸入量，總存在一 個(gè)與之對(duì)應(yīng)的輸出量；個(gè)與之對(duì)應(yīng)的輸出量； 3)控制精度取決于控制器各被控對(duì)象的參數(shù)穩(wěn)定性，易受干擾影響（抗干擾控制精度取決于控制器各被控對(duì)象的參數(shù)穩(wěn)定性，易受干擾影響（抗干擾 能力差），缺乏精確性和適應(yīng)性能力差），缺乏精確性和適應(yīng)性。 開環(huán)控制系統(tǒng)工作原理：根據(jù)給定的信號(hào)去控制被控對(duì)象，不能自動(dòng)消除被控參開環(huán)控制系統(tǒng)工作原理：根據(jù)給定的信號(hào)去控制被控對(duì)象，不能自動(dòng)消除被控參 數(shù)偏離給定值所帶來的誤差。數(shù)偏離給定值所帶來的誤差。 （2）閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng) 反饋：指輸出量通過適當(dāng)?shù)难b置將測(cè)量信號(hào)的全部或一部分返回輸入端，使之與反饋：指輸出

9、量通過適當(dāng)?shù)难b置將測(cè)量信號(hào)的全部或一部分返回輸入端，使之與 輸入量進(jìn)行比較的過程。輸入量進(jìn)行比較的過程。 如果輸出量和反饋量相減則稱為負(fù)反饋，反之，若二者相加，則稱為正反如果輸出量和反饋量相減則稱為負(fù)反饋，反之，若二者相加，則稱為正反 饋。輸入量和反饋量之差稱為偏差信號(hào)。饋。輸入量和反饋量之差稱為偏差信號(hào)。 系統(tǒng)的被控量對(duì)控制作用有直接影響的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的被控量對(duì)控制作用有直接影響的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 反饋控制系統(tǒng)是指在負(fù)反饋的基礎(chǔ)上，用反饋控制系統(tǒng)是指在負(fù)反饋的基礎(chǔ)上，用“檢測(cè)誤差用以糾正誤差檢測(cè)誤差用以糾正誤差”這一這一 原理組成的系統(tǒng)。由于此類系統(tǒng)信息的傳遞途徑有一個(gè)自

10、己閉合的環(huán)路，所以原理組成的系統(tǒng)。由于此類系統(tǒng)信息的傳遞途徑有一個(gè)自己閉合的環(huán)路，所以 稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1)由負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)，利用誤差信號(hào)進(jìn)行控制；由負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)，利用誤差信號(hào)進(jìn)行控制； 2)對(duì)于外界擾動(dòng)和系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的變化等引起的誤差能夠自動(dòng)糾正；對(duì)于外界擾動(dòng)和系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的變化等引起的誤差能夠自動(dòng)糾正； 3)系統(tǒng)元件參數(shù)配合不當(dāng)，容易產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)不能正常工作，因而存在穩(wěn)系統(tǒng)元件參數(shù)配合不當(dāng)，容易產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)不能正常工作，因而存在穩(wěn) 定性問題。定性問題。 閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別在于閉環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別在于閉環(huán) 控

11、制系統(tǒng)有一條從系統(tǒng)輸出端經(jīng)過測(cè)量元件到輸入端的反控制系統(tǒng)有一條從系統(tǒng)輸出端經(jīng)過測(cè)量元件到輸入端的反 饋通路饋通路 輸入量輸入量 控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象 控制量控制量 擾動(dòng)擾動(dòng) 輸出量輸出量 反饋元件反饋元件 + - 輸輸 入入 變變 換換 電電 壓壓 放放 大大 執(zhí)執(zhí) 行行 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) 功功 率率 放放 大大 減減 速速 器器 電電 熱熱 器器 調(diào)調(diào) 壓壓 器器 爐爐 子子 + 熱電偶熱電偶 期望溫度期望溫度實(shí)際溫度實(shí)際溫度 模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象被控對(duì)象 測(cè)量變送器測(cè)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

12、制系統(tǒng)示意圖 ym u 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)保持器保持器廣義對(duì)象廣義對(duì)象 測(cè)量變送器測(cè)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)示意圖單回路計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)示意圖 ym 采樣器采樣器A/D D/A 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 設(shè)定值設(shè)定值r 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖 從本質(zhì)上看，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的作用如下三個(gè)方面： 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來自測(cè)量變送裝置的被控 量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入。 實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析 和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控 制行為。 實(shí)時(shí)控制輸出：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。

13、（2 2）幾個(gè)概念）幾個(gè)概念 在線方式和離線方式：on-line/off-line 生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方 式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式； 生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而 是靠人進(jìn)行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫 機(jī)方式。 實(shí)時(shí)：指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間 范圍內(nèi)完成，亦即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息，以足夠快的速度 進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控 制也就失去了意義。 ！而且這個(gè)時(shí)間范圍的大小跟被空對(duì)象聯(lián)系非常的 緊密！不同的被控對(duì)象，對(duì)時(shí)間范圍的要求不同：發(fā)酵 過程和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的對(duì)比！ 思考兩個(gè)問題思考兩個(gè)問題 一.在線系統(tǒng)是否一

14、定是實(shí)時(shí)系統(tǒng)？ 二.實(shí)時(shí)系統(tǒng)是否一定是在線系統(tǒng)？ 一.不一定。在線采集的數(shù)據(jù)不一定在當(dāng)時(shí)就進(jìn)行 處理，只要把數(shù)據(jù)采集來就可以！ 二.是。不在線肯定不能滿足實(shí)時(shí)性。 采樣器采樣器 A/D計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)D/A保持器保持器 y(t)y*(t) y(kT) u(kT) u*(kT) u(t) y(t) t 采樣器采樣器 y(t)y*(t) y*(t) 2T4T t 原始過程信號(hào)原始過程信號(hào)信號(hào)通過采樣器信號(hào)通過采樣器采樣后的信號(hào)采樣后的信號(hào) 過程信號(hào)采樣過程示意圖過程信號(hào)采樣過程示意圖 0 * )()()( k kTtkTyty 設(shè)設(shè)(t-kT)是是t=kT時(shí)刻的理想采樣脈沖，則時(shí)刻的理想采樣脈沖，則

15、0 * )()()( k kTttyty 采樣周期采樣周期T的選擇相當(dāng)重要。的選擇相當(dāng)重要。 因?yàn)橐驗(yàn)閥*(t)只與只與y(t)在脈沖出現(xiàn)瞬間的值在脈沖出現(xiàn)瞬間的值y(kT)有關(guān)，有關(guān)， 故采樣信號(hào)可用下式表示：故采樣信號(hào)可用下式表示： 6T 4T 2T t y 采樣信號(hào)采樣信號(hào)y(kT) 原信號(hào)原信號(hào)y(t) 恢復(fù)信號(hào)恢復(fù)信號(hào)yh(t) 零階保持器算式零階保持器算式 yh(kT+t)=y(kT) 0tT, k=0,1, 2, 由于它只是簡(jiǎn)單地由于它只是簡(jiǎn)單地 外推，故只有當(dāng)外推，故只有當(dāng)T T 足夠小時(shí)，零階保足夠小時(shí)，零階保 持器才能較好地恢持器才能較好地恢 復(fù)原信號(hào)。復(fù)原信號(hào)。 軟件部分

16、軟件部分 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 硬件部分硬件部分 控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī) 主機(jī)、外設(shè)、系統(tǒng)總線主機(jī)、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(jī)聯(lián)系設(shè)備、通信設(shè)備機(jī)聯(lián)系設(shè)備、通信設(shè)備 現(xiàn)場(chǎng)儀表（測(cè)量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）現(xiàn)場(chǎng)儀表（測(cè)量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等） 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 匯編或高級(jí)語言、過程控制語言匯編或高級(jí)語言、過程控制語言 通信網(wǎng)絡(luò)軟件、診斷程序等通信網(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(jī)接口程序、打印顯示程序人機(jī)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(kù)

17、、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) w計(jì)算機(jī)巡回檢測(cè)和操作指導(dǎo)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)巡回檢測(cè)和操作指導(dǎo)系統(tǒng) 數(shù)數(shù) 字字計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī) CRT打印機(jī)打印機(jī)報(bào)報(bào)警警 過程輸入通道過程輸入通道 測(cè)量變送測(cè)量變送測(cè)量變送測(cè)量變送 被被控控生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 人人 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。 缺點(diǎn)缺點(diǎn):要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個(gè)對(duì)象要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個(gè)對(duì)象。 w計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制（計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)）系統(tǒng) 直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) CRT打印機(jī)打印機(jī)報(bào)報(bào)警警操作臺(tái)操作臺(tái) 過程輸入通道過程輸入通道

18、 測(cè)量變送測(cè)量變送 測(cè)量變送測(cè)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(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 可完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)可完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實(shí) 現(xiàn)多回路的現(xiàn)多回路的PIDPID控制，而且控制，而且 只要改變程序就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)只要改變程序就可以實(shí)現(xiàn)復(fù) 雜的控制規(guī)律。雜的控制規(guī)律。 w計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制（計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制（SCC）系統(tǒng)）系統(tǒng) 監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC) CRT打印機(jī)打印機(jī)報(bào)警報(bào)警 DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器計(jì)算機(jī)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(tái)操作臺(tái) 輸入通道輸入通道

19、其作用是改變給定值，其作用是改變給定值， 又稱設(shè)定值控制又稱設(shè)定值控制 。它的任務(wù)。它的任務(wù) 著重在控制規(guī)律的修正與實(shí)著重在控制規(guī)律的修正與實(shí) 現(xiàn)，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控現(xiàn)，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控 制等。制等。 w計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DCS） 采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則與網(wǎng)絡(luò)化的控制采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則與網(wǎng)絡(luò)化的控制 結(jié)構(gòu)，形成分級(jí)分布式控制。結(jié)構(gòu)，形成分級(jí)分布式控制。 w現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 工作站工作站現(xiàn)場(chǎng)智能儀表現(xiàn)場(chǎng)智能儀表-變送器智能部件變送器智能部件 FCS的核心是現(xiàn)場(chǎng)總線，是一種數(shù) 字通信協(xié)議，是

20、連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備和自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，是 控制技術(shù)、儀表工業(yè)技術(shù)和計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者結(jié)合。 w現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 工作站工作站現(xiàn)場(chǎng)智能儀表現(xiàn)場(chǎng)智能儀表-智能電磁流量計(jì)智能電磁流量計(jì) 結(jié)構(gòu)模式為：結(jié)構(gòu)模式為：“工作站工作站 一現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表一現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表” 二層結(jié)構(gòu)，降低了成本，二層結(jié)構(gòu)，降低了成本， 提高了可靠性，并且在提高了可靠性，并且在 統(tǒng)一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下可實(shí)現(xiàn) 真正的開放式互連系統(tǒng)真正的開放式互連系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 w計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)（CIMS/CIPS） 經(jīng)營(yíng)決策經(jīng)營(yíng)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)

21、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(cái)務(wù)財(cái)務(wù),計(jì)劃計(jì)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：?jiǎn)卧詣?dòng)化第一層：?jiǎn)卧詣?dòng)化,簡(jiǎn)單控制簡(jiǎn)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 智能控制智能控制 智能控制把先進(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?？梢钥闯?三個(gè)主要理論領(lǐng)域的交叉或會(huì)合，即： 人工智能 運(yùn)籌學(xué) 控制理論 1.1.5 控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 從一般控制技術(shù)向

22、綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展 經(jīng)營(yíng)決策經(jīng)營(yíng)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 PCS (ProcessControlSystem) MES (ManufacturingExecutionSystem) BPS（包括（包括ERP） (BusinessPlanningSystem) BPS (Business Planning System) BPS產(chǎn)品與工藝設(shè)計(jì)（產(chǎn)品與工藝設(shè)計(jì)（P/PE） 企業(yè)資源計(jì)劃（企業(yè)資源計(jì)劃（ERP） 供應(yīng)鏈管理（供應(yīng)鏈管理（SCM） 電子商務(wù)（電子商務(wù)（EC） 銷售服務(wù)管理（銷售服務(wù)管理（SSM） 第一階段：信息發(fā)布階段第一階段：信息

23、發(fā)布階段 內(nèi)容：一方面是企業(yè)在內(nèi)部全面利用現(xiàn)代內(nèi)容：一方面是企業(yè)在內(nèi)部全面利用現(xiàn)代 信息技術(shù)，建立企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)及管理系信息技術(shù)，建立企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)及管理系 統(tǒng)統(tǒng)；另一方面企業(yè)采用瀏覽器服務(wù)器結(jié)；另一方面企業(yè)采用瀏覽器服務(wù)器結(jié) 構(gòu)、利用構(gòu)、利用WWW服務(wù)器發(fā)布企業(yè)信息服務(wù)器發(fā)布企業(yè)信息 主要特點(diǎn)：企業(yè)利用網(wǎng)站作為企業(yè)形象宣主要特點(diǎn)：企業(yè)利用網(wǎng)站作為企業(yè)形象宣 傳和信息發(fā)布的工具，網(wǎng)站所發(fā)布的信息傳和信息發(fā)布的工具，網(wǎng)站所發(fā)布的信息 是是“靜態(tài)靜態(tài)”信息，與企業(yè)內(nèi)部信息系統(tǒng)沒信息，與企業(yè)內(nèi)部信息系統(tǒng)沒 有直接聯(lián)系。通常這些網(wǎng)站被認(rèn)為是電子有直接聯(lián)系。通常這些網(wǎng)站被認(rèn)為是電子 商務(wù)系統(tǒng)的商務(wù)系統(tǒng)的

24、“雛形雛形”。 第二階段：事務(wù)處理階段第二階段：事務(wù)處理階段 數(shù)據(jù)庫(kù) Oracle Sybase SQL Server WWW Server 應(yīng)用程序 其他 應(yīng)用 CGI(Common Gateway Interface) HTTP / HTML XTML 瀏覽器（Browser） 第三階段：系統(tǒng)集成階段第三階段：系統(tǒng)集成階段 CGI JDBC/ODBC Middleware 企業(yè)內(nèi)部信息系統(tǒng) SQL 數(shù)據(jù)庫(kù) 服務(wù)器 DB Server 應(yīng)用 服務(wù)器 Application Server WWW 服務(wù)器 接口中間層 HTTP/WML HTTP/HTML Wireless HTTP/HTML 其

25、他應(yīng)用 第四階段：動(dòng)態(tài)電子商務(wù)第四階段：動(dòng)態(tài)電子商務(wù) 動(dòng)態(tài)電子商務(wù)指電子商務(wù)過程和相關(guān)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電子商務(wù)指電子商務(wù)過程和相關(guān)系統(tǒng) 可以動(dòng)態(tài)地適應(yīng)和支持不斷變化的商業(yè)戰(zhàn)可以動(dòng)態(tài)地適應(yīng)和支持不斷變化的商業(yè)戰(zhàn) 略和行為。企業(yè)和客戶、合作伙伴一起動(dòng)略和行為。企業(yè)和客戶、合作伙伴一起動(dòng) 態(tài)地?cái)U(kuò)展和協(xié)作經(jīng)營(yíng)過程，實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)、態(tài)地?cái)U(kuò)展和協(xié)作經(jīng)營(yíng)過程，實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)、 靈活的集成，并通過網(wǎng)上電子市場(chǎng)靈活的集成，并通過網(wǎng)上電子市場(chǎng)(e- Marketplace)以更標(biāo)準(zhǔn)和開放的形式以更標(biāo)準(zhǔn)和開放的形式(如如 WebServices)響應(yīng)市場(chǎng)需求、尋找合作伙響應(yīng)市場(chǎng)需求、尋找合作伙 伴、形成動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。伴、形成動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。

26、 1.2 DCS系統(tǒng)簡(jiǎn)介系統(tǒng)簡(jiǎn)介 DCS Distributed Control System 核心思想： “控制分散，管理集中” 應(yīng)用: 工業(yè)自動(dòng)化 生產(chǎn)過程自動(dòng)化 制造工業(yè)自動(dòng)化 集散控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)是 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 70 70 年代中期發(fā)年代中期發(fā) 展起來的展起來的、以微處理器為基礎(chǔ)的以微處理器為基礎(chǔ)的、實(shí)行集中管、實(shí)行集中管 理、分散控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)理、分散控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)。由于該系統(tǒng) 在發(fā)展初期以實(shí)行在發(fā)展初期以實(shí)行分散控制分散控制為主，因此又稱為主，因此又稱 為分散型控制系統(tǒng)或分布式控制系統(tǒng)為分散型控制系統(tǒng)或分布式控制系統(tǒng) (Distributed

27、 Control System(Distributed Control System，DCS)DCS)，簡(jiǎn)，簡(jiǎn) 稱為稱為集散系統(tǒng)集散系統(tǒng)或或DCSDCS。 1.2.1 DCS的發(fā)展概況的發(fā)展概況 分布型控制系統(tǒng)分布型控制系統(tǒng)（Distributed Control System， 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱DCS）亦為集散型控制系統(tǒng)，是）亦為集散型控制系統(tǒng)，是4C技術(shù)技術(shù) (Computer、Control、Communication和和CRT) 的產(chǎn)物，是一個(gè)為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)日益復(fù)雜的的產(chǎn)物，是一個(gè)為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)日益復(fù)雜的 過程控制的要求，從綜合自動(dòng)化角度出發(fā)，按功過程控制的要求，從綜合自動(dòng)化角度出發(fā)，

28、按功 能分散、管理集中的原則構(gòu)成的大系統(tǒng)。它具有能分散、管理集中的原則構(gòu)成的大系統(tǒng)。它具有 高可靠性指標(biāo)，不斷以新的技術(shù)成果充實(shí)和研制，高可靠性指標(biāo)，不斷以新的技術(shù)成果充實(shí)和研制， 以微處理器、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心以微處理器、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心, 與數(shù)據(jù)通與數(shù)據(jù)通 信技術(shù)、信技術(shù)、CRT顯示、人機(jī)接口、輸入輸出技術(shù)相顯示、人機(jī)接口、輸入輸出技術(shù)相 結(jié)合的，用于生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和各種過程控結(jié)合的，用于生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和各種過程控 制的處于新技術(shù)前沿的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。制的處于新技術(shù)前沿的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 第一階段（初創(chuàng)期）第一階段（初創(chuàng)期） 第二階段（成熟期）第二階段（成熟期） 第三階段（擴(kuò)

29、展期）第三階段（擴(kuò)展期） 1.2.2 DCS系統(tǒng)的發(fā)展過程系統(tǒng)的發(fā)展過程 儀表分散控制 （單獨(dú)儀表） 儀表集中控制 （DDZ-II、III） SCC到DDC SCC和DDC的復(fù)合系統(tǒng) DCS系統(tǒng) SCC系統(tǒng)系統(tǒng) 單回路單回路 控制器控制器 生產(chǎn)過程及裝備生產(chǎn)過程及裝備 檢測(cè)檢測(cè) 單回路單回路 控制器控制器 單回路單回路 控制器控制器 監(jiān)視監(jiān)視 監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī) DDC- Direct Digital Control 由計(jì)算機(jī)完成檢測(cè)信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)控 制算法，再通過執(zhí)行單元進(jìn)行輸出控制。 控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī) 檢測(cè)檢測(cè)執(zhí)行執(zhí)行 生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程 4-20mA，1- 5V DDZ-III

30、 檢測(cè)檢測(cè)執(zhí)行執(zhí)行檢測(cè)檢測(cè)執(zhí)行執(zhí)行 復(fù)合控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng) 即：SCCDDC SCC Computer 單回路單回路 控制器控制器 DDC Computer 生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程 第二級(jí)第二級(jí) 第一級(jí)第一級(jí) 1.2.3 DCS的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) Central Computer MC FCFC Process Unit MC FCFC Process Unit MC FCFC Process Unit High Way Control Way Field Computer 工程師站操作員站 交換機(jī) 控制器 I/O卡件 現(xiàn)場(chǎng)儀表 DCS控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 1.2.4 DCS系統(tǒng)發(fā)展方向系統(tǒng)

31、發(fā)展方向 1.2.5 DCS典型行業(yè)應(yīng)用典型行業(yè)應(yīng)用 生產(chǎn)過程自動(dòng)化的典型行業(yè)： 冶金、石化、建材、造紙 制造工業(yè)自動(dòng)化的典型行業(yè) 汽車、機(jī)床、飛機(jī) DCS CIMS （Computer Integrated Manufacture System) DCS系統(tǒng)在工廠中的應(yīng)用舉例系統(tǒng)在工廠中的應(yīng)用舉例 水處理水處理 生產(chǎn)線生產(chǎn)線 裝置裝置 填料塔換熱填料塔換熱 裝置裝置 加熱反應(yīng)器加熱反應(yīng)器 開環(huán)不穩(wěn)開環(huán)不穩(wěn) 定的對(duì)象定的對(duì)象 非線性非線性 液位對(duì)液位對(duì) 象象 1.2.6 DCS的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn) 分散性和集中性 自治性和協(xié)調(diào)性 靈活性和擴(kuò)展性 先進(jìn)性和繼承性 可靠性和適應(yīng)性 友好性和新穎性 DCS特點(diǎn)介紹特點(diǎn)介紹 DCS是分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的 簡(jiǎn)稱，國(guó)內(nèi)一般