軋制過程計算機控制系統(tǒng)4

1、 過程計算機控制系統(tǒng)的組成過程計算機控制系統(tǒng)的組成 1.1 過程計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概述過程計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概述 1.2第一章第一章 緒論緒論 軋制過程計算機控制概述軋制過程計算機控制概述 1.3 過程計算機控制系統(tǒng)的基本類型過程計算機控制系統(tǒng)的基本類型 1.41. 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（Date Acquired System-DAS）2. 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)( Direct Digital ControlDDC系統(tǒng)）系統(tǒng)）3. 直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制( Direct Digital ControlDDC系統(tǒng)）系統(tǒng)）4. 集中型計算機控制系統(tǒng)集中型計算機控制系統(tǒng)(C

2、oncentric Control system-CCS)5. 分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control SystemDCS系統(tǒng)系統(tǒng)6. 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)（Fieldbus Control SystemFCS系統(tǒng)）系統(tǒng)）控制是作為一個系統(tǒng)與生產(chǎn)過程結(jié)合在一起的。根據(jù)應(yīng)用特控制是作為一個系統(tǒng)與生產(chǎn)過程結(jié)合在一起的。根據(jù)應(yīng)用特點、控制目的、控制方法和系統(tǒng)的構(gòu)成，過程計算機控制系點、控制目的、控制方法和系統(tǒng)的構(gòu)成，過程計算機控制系統(tǒng)大體上可分成以下幾種基本類型：統(tǒng)大體上可分成以下幾種基本類型： 工業(yè)工業(yè) 對象對象 數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)收集 裝置裝置 計算機計算機

3、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)參數(shù)：參數(shù)：壓力、流量、溫度的輸入信號；壓力、流量、溫度的輸入信號； 模擬量：模擬量： 脈沖量：脈沖量： 開關(guān)量：開關(guān)量：通過光電編碼器測量的速度、位移通過光電編碼器測量的速度、位移信號。信號。操作臺上的開關(guān)、按鈕；行程開關(guān)、極限開關(guān)；操作臺上的開關(guān)、按鈕；行程開關(guān)、極限開關(guān)；信號指示燈、音響報警、繼電器的接通與斷開、電磁閥的信號指示燈、音響報警、繼電器的接通與斷開、電磁閥的打開與關(guān)閉；電機的啟動與停止；計數(shù)器的預(yù)定數(shù)值計滿；打開與關(guān)閉；電機的啟動與停止；計數(shù)器的預(yù)定數(shù)值計滿；定時器的預(yù)定時間已到達。定時器的預(yù)定時間已到達。電機控制系統(tǒng)中的速度給定、電流給定的輸入信號；

4、電機控制系統(tǒng)中的速度給定、電流給定的輸入信號；控制伺服閥、比例閥的輸出信號控制伺服閥、比例閥的輸出信號。壓力傳感器壓力傳感器光電編碼器光電編碼器光電編碼器光電編碼器v控制目的：控制目的：給予帶鋼小壓下量改善板型平直度，使之達到國家標準；給予帶鋼小壓下量改善板型平直度，使之達到國家標準；v被控量：被控量：平整延伸率平整延伸率 、軋輥輥縫、軋輥輥縫v巡回檢測數(shù)據(jù)：巡回檢測數(shù)據(jù)：軋制力、軋制速度、輥縫。軋制力、軋制速度、輥縫。v應(yīng)用特點：應(yīng)用特點：數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)紀錄和顯示軋制過程中的各種不同情況，分數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)紀錄和顯示軋制過程中的各種不同情況，分析和研究軋制過程，建立和改善數(shù)學(xué)模型。析和研究軋制過程

5、，建立和改善數(shù)學(xué)模型。ininoutvvvpCPPhS00模擬量輸入通道模擬量輸入通道脈沖輸入計數(shù)器板脈沖輸入計數(shù)器板 2操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)P17優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點：要由人工操作，速度缺點：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象。受到限制，不能控制多個對象。操作指導(dǎo)系統(tǒng)直接從現(xiàn)場輸入實洲操作指導(dǎo)系統(tǒng)直接從現(xiàn)場輸入實洲參數(shù)，由計算機進行分析和計算并參數(shù)，由計算機進行分析和計算并給出操作指導(dǎo)，故稱其為給出操作指導(dǎo)，故稱其為“在線在線”操作指導(dǎo)系統(tǒng)。操作指導(dǎo)系統(tǒng)。計算機：計算機：利用所檢測的數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的利用所檢測的數(shù)據(jù)，根據(jù)一

6、定的控制和管理方法進行計算，給出相應(yīng)的操控制和管理方法進行計算，給出相應(yīng)的操作指導(dǎo)信息，通過作指導(dǎo)信息，通過CRT或打印機輸出給操或打印機輸出給操作人員。作人員。在線操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)在線操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)離線操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)離線操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)HhH 軋制數(shù)據(jù)表軋制數(shù)據(jù)表道次道次 厚度厚度 軋制力軋制力 輥縫輥縫 實測厚度實測厚度 實測壓力實測壓力 實測輥縫實測輥縫 反算壓力反算壓力 自適應(yīng)參數(shù)自適應(yīng)參數(shù) 0 2.728 2.728 1.1501 2.300 74.42 2.190 2.315 80.76 2.192 73.10 1.2152 1.900 77.83 1.780 1.925 81

7、.22 1.782 75.90 1.2593 1.600 71.18 1.499 1.590 77.09 1.497 72.04 1.302 輸入測量厚度輸入測量厚度 h(1)=2.315 h(2)=1.925 h(3)=1.59002. 179. 1HRfLearnQpLearn是自學(xué)習參數(shù)，其初值為是自學(xué)習參數(shù)，其初值為1.08 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)QP用布蘭德用布蘭德-福德公式的福德公式的希爾簡化式計算。希爾簡化式計算。 控制目標：控制目標：厚度精度厚度精度被控量：被控量：輥縫輥縫巡檢參數(shù)：巡檢參數(shù)：軋制力、輥縫、軋制力、輥縫、應(yīng)用特點：應(yīng)用特點：數(shù)據(jù)收集、記錄；在線操數(shù)據(jù)收集、記錄

8、；在線操作指導(dǎo)，建立自適應(yīng)模型。作指導(dǎo)，建立自適應(yīng)模型。用一臺計算機取代一組模擬調(diào)節(jié)用一臺計算機取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路。器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路。計算靈活，精度高，可以處理多個控制回路。不僅能實現(xiàn)常規(guī)計算靈活，精度高，可以處理多個控制回路。不僅能實現(xiàn)常規(guī)的的PIDPID控制規(guī)律，也能實現(xiàn)控制規(guī)律，也能實現(xiàn)PIDPID以外的多種復(fù)雜控制。以外的多種復(fù)雜控制。當時的計算機系統(tǒng)的價格昂貴，計算機運算速度不能滿足快速當時的計算機系統(tǒng)的價格昂貴，計算機運算速度不能滿足快速過程實時控制的需求。過程實時控制的需求。AIAI、DIDIAOAO、DODO控制站控制站 要求：實時性好、可靠性高和適應(yīng)要求

9、：實時性好、可靠性高和適應(yīng)性強性強 一臺計算機通常要控制幾個或幾十個回路一臺計算機通常要控制幾個或幾十個回路輸入通道輸入通道(AI.DI(AI.DI）輸出通道輸出通道(AO.DO)(AO.DO)打印機打印機報報 警警操作臺操作臺CRTCRT計計 算算 機機生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程被測變量被測變量操作變量操作變量控制規(guī)律：控制規(guī)律：基于經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的程序算法?；诮?jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的程序算法。DDC DDC 特點特點：信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換控制功能強大控制功能強大控制方法靈活控制方法靈活要求實時性好、可靠性高、適應(yīng)性強。要求實時性好、可靠性高、適應(yīng)性強。溫度溶氧pH消沫三級缸101

10、01010二級缸55/一級缸55/土霉素生產(chǎn)車間土霉素生產(chǎn)車間2020只發(fā)酵缸每個缸只發(fā)酵缸每個缸有有2-42-4個參數(shù)，共需個參數(shù)，共需6060個參數(shù)進行個參數(shù)進行實時控制實時控制系統(tǒng)完成的功能：系統(tǒng)完成的功能：對對2020只缸共只缸共5050個參數(shù)（溫度、溶氧、個參數(shù)（溫度、溶氧、pH)pH)實實現(xiàn)現(xiàn)PIDPID控制；控制；對對1010只三級缸實行消沫控制（開關(guān)量控制）；只三級缸實行消沫控制（開關(guān)量控制）；對對2020只缸的溫度、溶樣、只缸的溫度、溶樣、pHpH進行巡回檢測；進行巡回檢測；對以上對以上6060個參數(shù)定時制表；個參數(shù)定時制表；對上限、下限、實時鐘停等故障實現(xiàn)故障報對上限、下限

11、、實時鐘停等故障實現(xiàn)故障報警；警；土霉素車間的土霉素車間的DDC控制框圖控制框圖計算機：計算機：對各路信號按對各路信號按PIDPID調(diào)節(jié)規(guī)律進行運算，并對生產(chǎn)過程進行實時控制、巡回檢測、實時制表、調(diào)節(jié)規(guī)律進行運算，并對生產(chǎn)過程進行實時控制、巡回檢測、實時制表、越限報警、事故報警。越限報警、事故報警。中央控制臺：中央控制臺：在操作臺顯示各路參數(shù)值；設(shè)置和改變參數(shù)的給定值和上下限；打印。在操作臺顯示各路參數(shù)值；設(shè)置和改變參數(shù)的給定值和上下限；打印。( ( 人機接口）人機接口） 路路 給定值給定值 偏差值偏差值 單位單位 01 30.00 +0.06 C01 30.00 +0.06 C010mA+2

12、4V010mA=40ms60=2.4s用一臺計算機來控制盡可能多的控制回路用一臺計算機來控制盡可能多的控制回路( (幾百個回路幾百個回路) )，實現(xiàn)盡可能多的功能。，實現(xiàn)盡可能多的功能。數(shù)字調(diào)節(jié)器數(shù)字調(diào)節(jié)器控制計算機控制計算機現(xiàn)場操作臺現(xiàn)場操作臺終端顯示器終端顯示器I/O設(shè)備設(shè)備監(jiān)測儀表監(jiān)測儀表執(zhí)行設(shè)備執(zhí)行設(shè)備數(shù)據(jù)處理、上下限報數(shù)據(jù)處理、上下限報警、過程控制、顯示警、過程控制、顯示輸出、生產(chǎn)調(diào)度輸出、生產(chǎn)調(diào)度 優(yōu)點：優(yōu)點： 信息集中，便于實信息集中，便于實 現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)?，F(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。 問題：一方面容易出現(xiàn)負荷問題：一方面容易出現(xiàn)負荷 過載，另一方面控制的集中過載，另一方面控制

13、的集中 也直接導(dǎo)致危險的集中。也直接導(dǎo)致危險的集中。SCC計算機：根據(jù)反映生產(chǎn)過程工況的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型，進行必要的計算，給DDC計算機提供各種控制信號，如最佳給定值、最優(yōu)控制量等。一般選用高檔微型機或小型機作為SCC用計算機。 3 3監(jiān)督控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng)（Supervisory Computer Control SCC ） DDCDDC計算機計算機生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程SSC SSC 計算機計算機記錄記錄顯示顯示打印打印調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)測量測量設(shè)定值設(shè)定值(b)(b)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)模擬模擬調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程SSC SSC 計計 算算 機機記錄記錄顯示顯示打印打印調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)測量測量設(shè)

14、定值設(shè)定值(a)(a)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)IOIO通道通道IOIO通道通道通訊通訊RS232RS232通訊通訊RS232RS232過程自動化級過程自動化級1.初始數(shù)據(jù)輸入；初始數(shù)據(jù)輸入； 5.數(shù)據(jù)采集和處理數(shù)據(jù)采集和處理2.跟蹤；跟蹤； 6.人機界面人機界面3.設(shè)定計算；設(shè)定計算； 7.報告和紀錄報告和紀錄4.模型自適應(yīng)模型自適應(yīng) 8.數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信1.板坯測量；板坯測量；2.板坯確認；板坯確認；3.板坯移動和爐前定板坯移動和爐前定位；位；4.推鋼機控制；推鋼機控制；5.步進梁控制；步進梁控制；6.抽鋼機控制；抽鋼機控制；7.加熱爐溫度控制。加熱爐溫度控制。1.粗軋機設(shè)定；粗軋機設(shè)定；2.輥道控

15、制；輥道控制；3.可逆軋機的順序控制；可逆軋機的順序控制；4.除鱗控制；除鱗控制；5.速度控制；速度控制；6.寬度控制；寬度控制；1.精軋機設(shè)定；精軋機設(shè)定；2.飛將控制；飛將控制；3.速度控制；速度控制；4.活套控制；活套控制；5.除鱗和機架間噴水控除鱗和機架間噴水控制；制；6.穿帶自適應(yīng)控制。穿帶自適應(yīng)控制。1.卷取機控制；卷取機控制；2.張力控制；張力控制；3.順序控制；順序控制；4.卷取機溫度控制；卷取機溫度控制；5.鋼卷運輸控制。鋼卷運輸控制。加熱爐加熱爐1# DDC粗軋機粗軋機2# DDC飛剪、精軋機飛剪、精軋機3# DDC卷取機卷取機4# DDC1# SCC VAX20002#

16、SCC 備用備用基礎(chǔ)自動化基礎(chǔ)自動化qDDCDDC級用來直接控制生產(chǎn)過程，主要進行數(shù)字級用來直接控制生產(chǎn)過程，主要進行數(shù)字PIDPID控制、順序控制、比值控制、順序控制、比值控制串級控制等各種數(shù)字直接控制，數(shù)據(jù)收集、監(jiān)視報警?？刂拼壙刂频雀鞣N數(shù)字直接控制，數(shù)據(jù)收集、監(jiān)視報警。qSCCSCC級主要進行最優(yōu)控制的設(shè)定計算，指揮級主要進行最優(yōu)控制的設(shè)定計算，指揮DDCDDC的工作，調(diào)整常規(guī)控制器的工作，調(diào)整常規(guī)控制器的設(shè)定值和給操作者發(fā)出操作指令等。的設(shè)定值和給操作者發(fā)出操作指令等。qMISMIS級是生產(chǎn)管理級，主要進行生產(chǎn)的計劃和調(diào)度，指揮級是生產(chǎn)管理級，主要進行生產(chǎn)的計劃和調(diào)度，指揮SCCSC

17、C級進行工作。級進行工作。DDC級SCC級 車間管理工廠管理公司管理MIS級(1)(1)不能采取控制回路高度集中的設(shè)計思想，需要把控制功能分不能采取控制回路高度集中的設(shè)計思想，需要把控制功能分散到若干個控制站實現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；散到若干個控制站實現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；(2)(2)考慮到整個生產(chǎn)過程的整體性，各個控制系統(tǒng)（回路）的運考慮到整個生產(chǎn)過程的整體性，各個控制系統(tǒng)（回路）的運行應(yīng)當服從工業(yè)生產(chǎn)管理的總體目標。行應(yīng)當服從工業(yè)生產(chǎn)管理的總體目標。根本特征根本特征: :和和微型機的優(yōu)點：運算速度快、可靠性高、價格便宜、體積小。新技術(shù)：測量控制技術(shù)control、通訊技術(shù)communic

18、ation 人機接口技術(shù)CRT 以及上述的計算機技術(shù)computer 即4C技術(shù)的相互發(fā)展、相互滲透產(chǎn)生的。特征：利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理，分散控制、分散負載、分散危險的一種新型控制技術(shù)。它既不同于分散的儀表控制，也不同于集中的計算機控制系統(tǒng)。它吸收兩者的優(yōu)點，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 6 分布式控制系統(tǒng) Distributed Control System服務(wù)器服務(wù)器工作站工作站終端終端終端終端網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)打印機打印機工程師站工程師站操作員站操作員站管理網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò) MNET系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) SNET現(xiàn)場現(xiàn)場I/OI/O控制站控制站控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò) CNET大型控制系統(tǒng)

19、大型控制系統(tǒng)大型控制系統(tǒng)大型控制系統(tǒng)1.將現(xiàn)場發(fā)生的過程量將現(xiàn)場發(fā)生的過程量進行數(shù)字化，并將數(shù)字進行數(shù)字化，并將數(shù)字化后的量存在存儲器的化后的量存在存儲器的本地數(shù)據(jù)庫中，并能按本地數(shù)據(jù)庫中，并能按實際運行情況實時地改實際運行情況實時地改變和更新現(xiàn)場過程量。變和更新現(xiàn)場過程量。2.將本站采集的實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)將本站采集的實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)送到操作員站、工程師站、其絡(luò)送到操作員站、工程師站、其他他I/O站，以實現(xiàn)全范圍內(nèi)的監(jiān)督站，以實現(xiàn)全范圍內(nèi)的監(jiān)督和控制。同時現(xiàn)場和控制。同時現(xiàn)場I/O還可以接受還可以接受由操作員站、工程師站下發(fā)的信由操作員站、工程師站下發(fā)的信息，以實現(xiàn)對現(xiàn)場的人工控制，息，以實現(xiàn)對

20、現(xiàn)場的人工控制，或?qū)Ρ菊镜膮?shù)設(shè)定。或?qū)Ρ菊镜膮?shù)設(shè)定。3.在本站實現(xiàn)局部自動在本站實現(xiàn)局部自動控制，回路計算。及閉控制，回路計算。及閉環(huán)控制、順序控制等經(jīng)環(huán)控制、順序控制等經(jīng)典算法，也可下裝非標典算法，也可下裝非標準算法。準算法。大型控制系統(tǒng)大型控制系統(tǒng)與運行操作有關(guān)的人機界與運行操作有關(guān)的人機界面功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。面功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。為操作員提供人機界面，使操作為操作員提供人機界面，使操作員可以通過操作員站及時了解現(xiàn)員可以通過操作員站及時了解現(xiàn)場運行狀態(tài)，各種運行參數(shù)的當場運行狀態(tài)，各種運行參數(shù)的當前值，是否由異常發(fā)生，并通過前值，是否由異常發(fā)生，并通過輸出設(shè)備對工藝過程進行控制和輸出設(shè)備對工

21、藝過程進行控制和調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。大型控制系統(tǒng)大型控制系統(tǒng) 對對DCS進行離線配置、組態(tài)進行離線配置、組態(tài)工作和在線系統(tǒng)監(jiān)督、控制、工作和在線系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。維護的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。大型控制系統(tǒng)大型控制系統(tǒng) 企業(yè)內(nèi)部管理數(shù)據(jù)通信，不同工業(yè)企業(yè)內(nèi)部管理數(shù)據(jù)通信，不同工業(yè)過程之間協(xié)調(diào)控制，采用開放式標過程之間協(xié)調(diào)控制，采用開放式標準局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，諸如準局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，諸如TCP/IP ETHERNET等協(xié)議。等協(xié)議。 I/O站向操作員站的數(shù)據(jù)傳輸，站向操作員站的數(shù)據(jù)傳輸，I/O站之間的數(shù)據(jù)傳遞，以及保持操作站之間的數(shù)據(jù)傳遞，以及保持操作員站之間的數(shù)據(jù)的一致性。員站之間的數(shù)據(jù)的一致性。SENT采用雙冗余結(jié)構(gòu)，采用工業(yè)令采用雙冗余結(jié)構(gòu)，采用工業(yè)令牌、總線協(xié)議，符合牌、總線協(xié)議，符合IEEE標準。標準。 I/O組件之間及各組件內(nèi)部模板之間組件之間及各組件內(nèi)部模板之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，采用工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通的數(shù)據(jù)聯(lián)系，采用工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通信。如信。如ProfiBus ModiBus4 4集散型控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng) （Distributed Contr