第1章CS3000簡(jiǎn)介

1、第一章過(guò)程控制系統(tǒng)的進(jìn)展和系統(tǒng)概念 控制生產(chǎn)過(guò)程的方法 隨著時(shí)間不斷地變化著。它開(kāi)始地使用模擬調(diào)節(jié)器的單回路控制?，F(xiàn)在，使用數(shù)字信號(hào)的分散控制系統(tǒng)在過(guò)程控制領(lǐng)域一直在不斷增長(zhǎng)著。進(jìn)而，在工廠(chǎng)中應(yīng)用的各種控制系統(tǒng)綜合成一體的趨勢(shì)也在不斷向前發(fā)展（如CIM：Computer Integrated Manufacturing計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)*）。第一章講述控制系統(tǒng)的進(jìn)展，當(dāng)然系統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)容也將說(shuō)明。目 錄1.1 關(guān)鍵詞條11.2 調(diào)節(jié)器進(jìn)行的過(guò)程控制21.3 過(guò)程控制功能31.4 過(guò)程控制系統(tǒng)41.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史51.6 綜合生產(chǎn)控制系統(tǒng)81.7 CENTUM CS的系統(tǒng)概念10*譯注

2、：CIM在中國(guó)稱(chēng)為CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）機(jī)械制造和裝配工業(yè)中從接受定單到向用戶(hù)交貨全過(guò)程的計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)。近年來(lái)對(duì)化工、發(fā)電、煉油等過(guò)程工業(yè)也發(fā)展了與CIMS類(lèi)似的COPS（Computer Integrated Process System）技術(shù)。1.1 關(guān)鍵詞條下列各條為本章中將研究的內(nèi)容（1）調(diào)節(jié)器，指示調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器1.2（2）反饋控制1.3（3）順序控制1.3（4）直接數(shù)字控制（DDC）1.4（5）集中控制系統(tǒng)1.5（6）分散控制系統(tǒng)1.5（7）集中監(jiān)視和分散控制1.5（8）一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)1.6（9）

3、CS系統(tǒng)概念1.71.2 調(diào)節(jié)器進(jìn)行的過(guò)程控制圖1.1為使用模擬調(diào)節(jié)器的溫度控制回路。操作者設(shè)定一個(gè)溫度“給定值”，調(diào)節(jié)器自動(dòng)的調(diào)整操作變量，即輸出（例中為調(diào)整控制蒸汽流量的閥門(mén)開(kāi)度）以減小測(cè)得的“過(guò)程變量”（溫度）和目標(biāo)值“給定值”之間的偏差。這種調(diào)整操作變量以減小“過(guò)程變量”和“給定值”之間偏差的過(guò)程稱(chēng)之為反饋控制。指示調(diào)節(jié)器（PID）指示測(cè)得的 “過(guò)程變量”（遠(yuǎn)處貯槽中液體的溫度），使用PID算法（P比例，I積分和D微分）計(jì)算操作變量輸出（蒸汽流量），蒸汽流量的變化將減小“過(guò)程變量”和“設(shè)定”溫度間的偏差，也控制了貯槽中液體的溫度。圖1.1 使用模擬調(diào)節(jié)器的過(guò)程控制圖1.1也可用圖1.2

4、來(lái)表示。1.3 過(guò)程控制功能直接控制生產(chǎn)過(guò)程的方法大體分為兩大類(lèi)：回路控制（包括反饋和前饋控制）和順序控制。前者輸入模擬測(cè)量信號(hào)，后者輸入操作順序和過(guò)程的狀態(tài)信號(hào)。l 反饋控制：控制動(dòng)作直接校正過(guò)程變量（如貯槽中液體溫度）, 比較目標(biāo)值（設(shè)定值），使兩者一致。l 前饋控制：借助測(cè)量干擾量（如環(huán)境溫度）產(chǎn)生校正動(dòng)作，在干擾尚未對(duì)過(guò)程產(chǎn)生影響前直接作用于閥門(mén)。l 順序控制：根據(jù)預(yù)先指定的順序，控制作用為一系列連續(xù)完成的控制步程.在CENTUM CS中，所有回路控制，包括前饋控制均歸于“反饋控制”類(lèi)中。同樣，它還包括諸如電動(dòng)機(jī)控制，電力分配控制。1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)為完成圖1.1所示的溫度控制，需要

5、一個(gè)控制系統(tǒng)（即一種完成控制運(yùn)算的設(shè)備）。有多種可選用的控制系統(tǒng)，它們一般可分為模擬控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。模擬控制系統(tǒng)：使用運(yùn)算放大器等，控制設(shè)備用模擬信號(hào)（如電壓）進(jìn)行控制運(yùn)算，不能進(jìn)行順序控制。數(shù)字控制系統(tǒng)：使用處理器（處理單元），控制設(shè)備用數(shù)字信號(hào)完成控制運(yùn)算，它不僅可以完成反饋和前饋控制（總稱(chēng)直接數(shù)字控制DDC），而且還可用于順序控制。l DDC（直接數(shù)字控制）：由數(shù)字設(shè)備完成調(diào)節(jié)器功能，控制器的輸入和輸出可以是模擬信號(hào)。同樣，在監(jiān)視時(shí)，上位機(jī)直接驅(qū)動(dòng)數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出。1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史數(shù)字控制系統(tǒng)隨著它的組件變化而取得的進(jìn)步而不斷進(jìn)展，圖1.5展示了這些進(jìn)展。電子計(jì)算機(jī)

6、首次用于過(guò)程控制領(lǐng)域是在60年代，隨后一些數(shù)字控制技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展。引入計(jì)算機(jī)的目的有兩個(gè): ¬數(shù)據(jù)報(bào)表; ­初期的設(shè)定點(diǎn)控制（SPS）.¬計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)報(bào)表操作指導(dǎo) ­計(jì)算機(jī)控制設(shè)定值控制（SPS） 圖1.6 數(shù)據(jù)報(bào)表 圖1.7 設(shè)定值控制計(jì)算機(jī)引入過(guò)程控制初期，調(diào)節(jié)器功能由計(jì)算機(jī)代替和DDC控制，在DDC控制中，開(kāi)始用計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)過(guò)程。早期，控制系統(tǒng)是集中的那里一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)不僅完成監(jiān)督和操作，而且還完成全部過(guò)程控制。這樣做最重要的原因是計(jì)算機(jī)的成本。微處理器的出現(xiàn)大大地改變了上述情況。研究的主題變?yōu)槿缈蓪?shí)現(xiàn)多種多樣的功能分散風(fēng)險(xiǎn)，分散功能

7、，等等），如何將各種各樣專(zhuān)有的和普遍要求結(jié)合在一起。分散控制系統(tǒng)（DCS）根據(jù)過(guò)程控制的要求，現(xiàn)在已有輸入點(diǎn)分散至1個(gè)回路8個(gè)回路16個(gè)回路直至80個(gè)回路的適用系統(tǒng)。®集中控制： ¯分散控制： 集中控制 , 集中監(jiān)測(cè) 分散控制 集中檢測(cè)圖1.8集中控制 圖1.9分散式控制1.6 綜合生產(chǎn)控制系統(tǒng)當(dāng)今對(duì)分布于全工廠(chǎng)的控制系統(tǒng)一體化的趨勢(shì)已達(dá)到實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）水平。下面的4種方法促進(jìn)了CIM的實(shí)現(xiàn)。由于這些方法是相互結(jié)合的，故將來(lái)的系統(tǒng)需要一體化。l 控制室的一體化減少控制室數(shù)量以減少操作各個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)界面的數(shù)量。l 現(xiàn)存系統(tǒng)的一體化現(xiàn)存多個(gè)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接成一個(gè)新

8、系統(tǒng)，以達(dá)到在新系統(tǒng)中的ICS站上集中操 作。l 單窗口作為CIM的一部分，應(yīng)用CENTUM CS人機(jī)接口中的“X-window”功能操作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。l 過(guò)程儀表裝置和電氣控制的一體化過(guò)程控制和電氣控制由DCS的一個(gè)操作界面操作.圖1.11 一體化控制系舉例（2）1.7 CENTUM CS的系統(tǒng)概念這一節(jié)將引入“綜合處理 ”的概念，這是橫河電機(jī)系統(tǒng)工作引出的一個(gè)基本概念。本節(jié)將講述這個(gè)概念和CENTUM CS一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)之間的關(guān)系及其特點(diǎn)。（1） 綜合處理綜合處理（CS）是橫河系統(tǒng)業(yè)務(wù)工作中產(chǎn)生的一個(gè)基本概念。橫河電機(jī)支持用戶(hù)總結(jié)多年來(lái)為滿(mǎn)足生產(chǎn)需要解決各種問(wèn)題而積累的技術(shù)專(zhuān)利。為實(shí)現(xiàn)上述目的，橫河電機(jī)與用戶(hù)密切使用相結(jié)合，集中精力通過(guò)一體化技術(shù)如計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）和生產(chǎn)中心組織等方式構(gòu)筑先進(jìn)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。*生產(chǎn)中心組織：這是一種構(gòu)想，目的是將生產(chǎn)組織得更合理，方法是提高直接生產(chǎn)各部分和間接生產(chǎn)各部分間的協(xié)調(diào)性。CENTUM CS是一個(gè)中央系統(tǒng) , 通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)橫河電機(jī)實(shí)現(xiàn)了它的系統(tǒng)工作“綜合處理”的基本思想。 CS也含用戶(hù)滿(mǎn)意（Customer Satisfaction）之義.通過(guò)CENTUM CS，橫河電機(jī)可提供滿(mǎn)足用戶(hù)要求的各種解決方案。（2） 系統(tǒng)概念為滿(mǎn)足預(yù)期9