第六章 計算機在過程控制中的應用

1、第六章第六章 過程控制中的計算機應用過程控制中的計算機應用6-1 6-1 控制機的特點控制機的特點6-2 6-2 計算機過程控制系統(tǒng)的組成計算機過程控制系統(tǒng)的組成6-3 6-3 微機過程控制系統(tǒng)典型的應用方式微機過程控制系統(tǒng)典型的應用方式 專用工業(yè)控制機與一般的計算機相比較，具有以下特點；專用工業(yè)控制機與一般的計算機相比較，具有以下特點； 1 1、可靠性高、可靠性高：一般要求連續(xù)無故障運行時間達幾千小時以上，：一般要求連續(xù)無故障運行時間達幾千小時以上，同時平均故障時間要短同時平均故障時間要短( (一次故障時間不超過幾分鐘一次故障時間不超過幾分鐘) )。 2 2、對計算機的速度和精度要求較低、對

2、計算機的速度和精度要求較低( (相對而言相對而言) )：因為工業(yè)生：因為工業(yè)生產(chǎn)過程往往是一個慢過程，而且提高速度的主要矛盾在于輸入、產(chǎn)過程往往是一個慢過程，而且提高速度的主要矛盾在于輸入、輸出設備。每秒幾十萬次的運算速度一般均能滿足過程控制的輸出設備。每秒幾十萬次的運算速度一般均能滿足過程控制的要求。要求。 3 3、輸入、輸出等外圍設備較完善、輸入、輸出等外圍設備較完善：除了常用的外圍設備，還：除了常用的外圍設備，還要有包括不同數(shù)度的要有包括不同數(shù)度的i/oi/o部件、記錄、顯示等設備。部件、記錄、顯示等設備。 4 4、實時響應性要好實時響應性要好：在某一限定時間內(nèi)必須完成規(guī)定的處理：在某一

3、限定時間內(nèi)必須完成規(guī)定的處理任務。任務。 5 5、中斷系統(tǒng)比較完善中斷系統(tǒng)比較完善：一旦出現(xiàn)中斷請求，就暫停執(zhí)行現(xiàn)行：一旦出現(xiàn)中斷請求，就暫停執(zhí)行現(xiàn)行的程序，而去執(zhí)行中斷請求的相應程序。的程序，而去執(zhí)行中斷請求的相應程序。 6 6、具有豐富的指令系統(tǒng)具有豐富的指令系統(tǒng)：尤其是邏輯判斷指令和外圍設備的：尤其是邏輯判斷指令和外圍設備的控制指令。控制指令。 6-1 6-1 控制機的特點控制機的特點7 7、有正確反映生產(chǎn)過程的數(shù)學模型有正確反映生產(chǎn)過程的數(shù)學模型( (控制算法控制算法) )：為了尋：為了尋求生產(chǎn)過程中的最優(yōu)工況，實現(xiàn)最優(yōu)控制，必須建立求生產(chǎn)過程中的最優(yōu)工況，實現(xiàn)最優(yōu)控制，必須建立正確反

4、映生產(chǎn)過程規(guī)律的數(shù)學模型。正確反映生產(chǎn)過程規(guī)律的數(shù)學模型。( (實現(xiàn)高級控制的實現(xiàn)高級控制的前提。前提。) ) 8 8、有比較完善的軟件系統(tǒng)有比較完善的軟件系統(tǒng)：操作系統(tǒng)、應用軟件。：操作系統(tǒng)、應用軟件。 計算機過程控制系統(tǒng)的典型構成如下圖所示。計算機過程控制系統(tǒng)的典型構成如下圖所示。6-2 6-2 計算機過程控制系統(tǒng)的組成計算機過程控制系統(tǒng)的組成 其基本硬件組成如下圖所示。其基本硬件組成如下圖所示。1 1、主機、主機2 2、過程接口、過程接口: :輸入、輸出；模擬量、開關量。輸入、輸出；模擬量、開關量。 3 3、外圍設備：輸入設備、輸出設備、外存儲器。、外圍設備：輸入設備、輸出設備、外存儲器

5、。 4 4、自動化儀表：過程通道必須通過自動化儀表才能和、自動化儀表：過程通道必須通過自動化儀表才能和 被控過程發(fā)生聯(lián)系。被控過程發(fā)生聯(lián)系。 5 5、軟件系統(tǒng)：程序設計系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和診斷、軟件系統(tǒng)：程序設計系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和診斷 系統(tǒng)等，通常由計算機制造廠家提供。系統(tǒng)等，通常由計算機制造廠家提供。 6 6、應用軟件：是用戶根據(jù)具體的生產(chǎn)工藝要求完成某種控、應用軟件：是用戶根據(jù)具體的生產(chǎn)工藝要求完成某種控 制功能所必須的軟件，由用戶自編。制功能所必須的軟件，由用戶自編。 對于不同的被控過程和生產(chǎn)工藝，其控制方案是不同的。對于不同的被控過程和生產(chǎn)工藝，其控制方案是不同的。6-3

6、 6-3 微機過程控制系統(tǒng)典型的應用方式微機過程控制系統(tǒng)典型的應用方式 由圖可見，微型計算機取代了模擬調(diào)節(jié)器，對生產(chǎn)過程直由圖可見，微型計算機取代了模擬調(diào)節(jié)器，對生產(chǎn)過程直接進行控制。直接數(shù)字控制系統(tǒng)是最普遍的一種應用形式。接進行控制。直接數(shù)字控制系統(tǒng)是最普遍的一種應用形式。1 1、直接數(shù)字控制、直接數(shù)字控制( (ddc)ddc)系統(tǒng)：系統(tǒng)：2 2、監(jiān)督控制、監(jiān)督控制( (scc)scc)系統(tǒng)：系統(tǒng)： 或根據(jù)最優(yōu)化數(shù)學模型，計算出各被控參數(shù)的最佳給定或根據(jù)最優(yōu)化數(shù)學模型，計算出各被控參數(shù)的最佳給定值，利用計算機自動調(diào)整模擬調(diào)節(jié)器的給定值；值，利用計算機自動調(diào)整模擬調(diào)節(jié)器的給定值； 或可調(diào)參數(shù)值

7、，或由第二或可調(diào)參數(shù)值，或由第二級級計算機監(jiān)控第一級計算機監(jiān)控第一級ddcddc系統(tǒng)，系統(tǒng)，使生產(chǎn)處于最優(yōu)工況。使生產(chǎn)處于最優(yōu)工況。 計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)是針對某一種生產(chǎn)過程計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)是針對某一種生產(chǎn)過程,依據(jù)生產(chǎn)過依據(jù)生產(chǎn)過程的各種狀態(tài)程的各種狀態(tài),按生產(chǎn)過程的數(shù)學模型計算出生產(chǎn)設備應按生產(chǎn)過程的數(shù)學模型計算出生產(chǎn)設備應運行的最佳給定值運行的最佳給定值,并將最佳值自動地或人工對并將最佳值自動地或人工對ddc執(zhí)執(zhí)行級的計算機或?qū)δM調(diào)節(jié)儀表進行調(diào)正或設定控制的行級的計算機或?qū)δM調(diào)節(jié)儀表進行調(diào)正或設定控制的目標值目標值. 直接影響直接影響scc效果優(yōu)劣的首先是它的數(shù)學模型效果優(yōu)劣的首先是它的數(shù)學模型,為此要經(jīng)為此要經(jīng)常在運行過程中改進數(shù)學模型常在運行過程中改進數(shù)學模型,并相應修改控制算法和應并相應修改控制算法和應用控制程序用控制程序. 在上圖中，第二級計算機根據(jù)最優(yōu)化數(shù)學模型，計算出在上圖中，第二級計算機根據(jù)最優(yōu)化數(shù)學模型，計算出被控參數(shù)的給定值，以監(jiān)督第一級被控參數(shù)的給定值，以監(jiān)督第一級ddcddc系統(tǒng)的工作。系統(tǒng)的工作。監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)監(jiān)督計算機控制系統(tǒng) 不僅要完成生不僅要完成生產(chǎn)過程的在線控產(chǎn)過程的在線控制任務，還要進制任務，還要進行現(xiàn)代化的集中行現(xiàn)代化的集中管理。管理。 利用小型或微利用小型或微型計算機進行型計算機進行ddcddc控制，再用中型控制，