計算機控制系統(tǒng)PPT-1

1、2022-6-26第一章 緒 論11 開課目的和任務(wù)開課目的和任務(wù) (1/2) 工業(yè)控制是計算機的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，計算機控制工業(yè)控制是計算機的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，計算機控制正是為了適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)正是為了適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術(shù)。技術(shù)。 它主要研究如何將計算機技術(shù)和自動控制理論應(yīng)用于它主要研究如何將計算機技術(shù)和自動控制理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設(shè)計出所需要的計算機控制系統(tǒng)。工業(yè)生產(chǎn)過程，并設(shè)計出所需要的計算機控制系統(tǒng)。 目的在于使學(xué)生了解和掌握以微型機為核心組成的控目的在于使學(xué)生了解和掌握以微型機為核心組成的控制系統(tǒng)的硬件、軟件基礎(chǔ)知識和基本應(yīng)用技術(shù)。制

2、系統(tǒng)的硬件、軟件基礎(chǔ)知識和基本應(yīng)用技術(shù)。2022-6-26第一章 緒 論21 開課目的和任務(wù)開課目的和任務(wù) (2/2) 本課程是自動化和測控專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和專本課程是自動化和測控專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)主干課程之一。業(yè)主干課程之一。 哪幾門？哪幾門？ 自動控制理論，現(xiàn)代控制理論，微機原理及接自動控制理論，現(xiàn)代控制理論，微機原理及接口技術(shù)，微機控制技術(shù)，運動控制系統(tǒng)，過程口技術(shù)，微機控制技術(shù)，運動控制系統(tǒng)，過程控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 該加該加系統(tǒng)工程理論系統(tǒng)工程理論?+管理管理?2022-6-26第一章 緒 論32 主要的參考文獻主要的參考文獻作者作者書名書名 出版社出版社年年張德江等張德江等計算

3、機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社2008劉士榮等劉士榮等計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社2009王慧等王慧等計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社2005于海生等于海生等微型計算機控制技術(shù)微型計算機控制技術(shù)機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社2008孫增圻等孫增圻等計算機控制理論及應(yīng)用計算機控制理論及應(yīng)用清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社2022-6-2642022-6-26第一章 緒 論52022-6-2662022-6-26第一章 緒 論72022-6-268“一些自動化實驗一些自動化實驗實驗裝置圖片實驗裝置圖片”2022-6-26第一章

4、緒 論9 水處理水處理生產(chǎn)線生產(chǎn)線裝置裝置2022-6-26第一章 緒 論10 填料塔換熱填料塔換熱裝置裝置2022-6-26第一章 緒 論11 加熱反應(yīng)器加熱反應(yīng)器 開環(huán)不穩(wěn)開環(huán)不穩(wěn)定的對象定的對象2022-6-26第一章 緒 論12 非線性非線性液位對液位對象象2022-6-26第一章 緒 論132022-6-26第一章 緒 論14模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)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reu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ym2022-6-26第一章 緒 論15u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

5、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/DD/A計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)設(shè)定值設(shè)定值r2022-6-26第一章 緒 論16計算機控制系統(tǒng)的組成框圖計算機控制系統(tǒng)的組成框圖2022-6-26第一章 緒 論17從本質(zhì)上看，計算機控制系統(tǒng)的作用如下三個方面： 實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。 實時控制決策：對采集到的被控量進行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。 實時控制輸出：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。 2022-6-26第一章 緒 論

6、18（2）幾個概念在線方式和離線方式：on-line/off-line 生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式； 生產(chǎn)過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機方式。實時：指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成，亦即計算機對輸入信息，以足夠快的速度進行控制，超出了這個時間，就失去了控制的時機，控制也就失去了意義。 ！而且這個時間范圍的大小跟被空對象聯(lián)系非常的緊密！不同的被控對象，對時間范圍的要求不同：發(fā)酵過程和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的對比！2022-6-26第一章 緒 論19思考兩個問題一.在線系統(tǒng)是否一定是實時系

7、統(tǒng)？二.實時系統(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)時就進行處理，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時性。2022-6-26第一章 緒 論202022-6-26第一章 緒 論21采樣器采樣器 A/D計算機計算機D/A保持器保持器y(t)y*(t) y(kT) u(kT) u*(kT) u(t)2022-6-26第一章 緒 論222022-6-26第一章 緒 論23y(t)t采樣器采樣器y(t)y*(t)y*(t)2T4Tt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2022-6-2

8、6第一章 緒 論242022-6-26第一章 緒 論250*)()()(kkTtkTyty 設(shè)設(shè)(t-kT) 是是 t=kT時刻的理想采樣脈沖，則時刻的理想采樣脈沖，則0*)()()(kkTttyty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。因為因為y*(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)，故采樣信號可用下式表示：故采樣信號可用下式表示：2022-6-26第一章 緒 論26 2022-6-26第一章 緒 論27 6T 4T 2Tt 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y(tǒng)h(kT+

9、t)=y(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足夠小時，零階保足夠小時，零階保持器才能較好地恢持器才能較好地恢復(fù)原信號。復(fù)原信號。2022-6-26第一章 緒 論28 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

10、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2022-6-26第一章 緒 論29 2022-6-26第一章 緒 論30 2022-6-26312022-6-26第一章 緒 論322022-6-26第一章 緒 論33w計算機巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)計算機巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng) 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

11、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 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。缺點缺點:要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象。2022-6-26第一章 緒 論34w計算機直接數(shù)字控制（計算機直接數(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) 計算機閉環(huán)控制計算機閉環(huán)控

12、制系統(tǒng)。可完全取代模系統(tǒng)?？赏耆〈M調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)多回擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)多回路的路的PIDPID控制，而且控制，而且只要改變程序就可以只要改變程序就可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律。實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律。 2022-6-26第一章 緒 論35w計算機監(jiān)督控制（計算機監(jiān)督控制（SCC）系統(tǒng)）系統(tǒng)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 其作用是改變給其作用是改變給定值，又稱設(shè)定值控定值，又稱設(shè)定值控制制 。它的任務(wù)著重在。它的任務(wù)著重在控制規(guī)律的修正與實控制

13、規(guī)律的修正與實現(xiàn)，如最優(yōu)控制、自現(xiàn)，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等。適應(yīng)控制等。 2022-6-26第一章 緒 論36w計算機集散控制系統(tǒng)（計算機集散控制系統(tǒng)（DCS） 采用分散控制、集中操作、分級管理和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計采用分散控制、集中操作、分級管理和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則與網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)，形成分級分布式控制。原則與網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)，形成分級分布式控制。 2022-6-26第一章 緒 論37w現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)工作站工作站 現(xiàn)場智能儀表現(xiàn)場智能儀表-變送器智能部件變送器智能部件FCS的核心是現(xiàn)場總線，是一種數(shù)字通信協(xié)議，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，是控制技術(shù)、儀表工業(yè)技術(shù)和

14、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者結(jié)合。2022-6-26第一章 緒 論38w現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)工作站工作站 現(xiàn)場智能儀表現(xiàn)場智能儀表-智能電磁流量計智能電磁流量計結(jié)構(gòu)模式為：結(jié)構(gòu)模式為：“工作站工作站一現(xiàn)場總線智能儀表一現(xiàn)場總線智能儀表”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)一國際標(biāo)準(zhǔn)下可實現(xiàn)統(tǒng)一國際標(biāo)準(zhǔn)下可實現(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)。 2022-6-26第一章 緒 論392022-6-26第一章 緒 論40w計算機集成控制系統(tǒng)（計算機集成控制系統(tǒng)（CIMS/CIPS） 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

15、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：先進控制，過程優(yōu)化第二層：先進控制，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2022-6-26第一章 緒 論412022-6-26第一章 緒 論42（1）程序和順序控制（2）比例積分微分控制（PID控制）（3）最小拍控制（4）復(fù)雜規(guī)律的控制（5）智能控制2022-6-26第一章 緒 論43（1 1）程序

16、和順序控制）程序和順序控制定義：程序控制是被控制量按照一定的、預(yù)先規(guī)定的時間函數(shù)變化，被控制量是時間函數(shù)的變化。 順序控制是程序控制的擴展，在各個時期所給出設(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結(jié)果的邏輯判斷。2022-6-26第一章 緒 論44（2 2）比例積分微分控制（）比例積分微分控制（PIDPID控制）控制）定義：調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分和微分的函數(shù)。 PID控制是現(xiàn)在應(yīng)用最廣、最為廣大工程技術(shù)人員熟悉的技術(shù)。PID控制結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)容易調(diào)整，因此，無論模擬調(diào)節(jié)器或者數(shù)字調(diào)節(jié)器，多數(shù)使用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。這同樣是我們學(xué)習(xí)的一個重點

17、內(nèi)容。2022-6-26第一章 緒 論45（3）最小拍控制 最小拍控制的性能指標(biāo)是要求設(shè)計的系統(tǒng)在盡可能短的時間內(nèi)完成調(diào)節(jié)過程。 最小拍控制通常用在數(shù)字隨動系統(tǒng)的設(shè)計中。 最小拍控制是我們本書內(nèi)容的重點和難點，是直接離散控制系統(tǒng)設(shè)計！2022-6-26第一章 緒 論46（4 4）復(fù)雜規(guī)律的控制）復(fù)雜規(guī)律的控制 在PID控制的基礎(chǔ)上，引進了各種復(fù)雜規(guī)律的控制，比如串級控制、前饋控制、純滯后補償、解偶控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等，組成復(fù)雜控制系統(tǒng)。 目的：是為了解決隨機擾動問題，使系統(tǒng)控制達到滿意的性能指標(biāo)。2022-6-26第一章 緒 論47（5 5）智能控制）智能控制 智能控制把先進的方法學(xué)理

18、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?？梢钥闯扇齻€主要理論領(lǐng)域的交叉或會合，即：人工智能運籌學(xué)控制理論2022-6-26482022-6-26第一章 緒 論492022-6-26第一章 緒 論502022-6-26第一章 緒 論512022-6-26第一章 緒 論522022-6-26第一章 緒 論532022-6-26542022-6-26第一章 緒 論552022-6-26第一章 緒 論562022-6-2657子系統(tǒng)子系統(tǒng)吸收劑制備吸收劑制備煙氣系統(tǒng)煙氣系統(tǒng)吸收塔吸收塔注水系統(tǒng)注水系統(tǒng)吸收劑定量給料吸收劑定量給料電除塵器電除塵器物料循環(huán)物料循環(huán)副產(chǎn)品排放副產(chǎn)品排放 2022

19、-6-26第一章 緒 論58u應(yīng)用于應(yīng)用于2300MW機組，共采用兩套脫機組，共采用兩套脫硫除塵島系統(tǒng)硫除塵島系統(tǒng)u采用分布式采用分布式IO配置，在現(xiàn)場共安裝配置，在現(xiàn)場共安裝18個個工業(yè)控制柜工業(yè)控制柜u板卡點數(shù)近千點：包含板卡點數(shù)近千點：包含DI、DO、AI、AO、RTD、PI等多種類型信號等多種類型信號2022-6-26第一章 緒 論59主機鍋爐和預(yù)除塵主機鍋爐和預(yù)除塵2022-6-26第一章 緒 論60吸收塔和脫硫除塵島俯視吸收塔和脫硫除塵島俯視2022-6-26第一章 緒 論61預(yù)除塵灰斗和倉泵俯視預(yù)除塵灰斗和倉泵俯視2022-6-26第一章 緒 論62生石灰倉生石灰倉2022-6-

20、26第一章 緒 論63下料秤重計量閥下料秤重計量閥2022-6-26第一章 緒 論64灰斗出料倉泵灰斗出料倉泵2022-6-26第一章 緒 論65中央控制樓中央控制樓2022-6-26第一章 緒 論66中控室控制柜中控室控制柜2022-6-26第一章 緒 論67OS 站/WinCC機組1 OSM 工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換器S7 400 417H帶工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器OS 站/WinCC機組2Y-LINK用于連接吸收劑制備子系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)PCS7 工程師站榆社榆社電廠電廠2x300MW發(fā)電機組脫硫除塵島發(fā)電機組脫硫除塵島 #1機組機組 S7 400417H帶工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器ET200M I/O 站分別位于不同工段中#2機組機組標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)OSM 工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換器Y-LINK用于連接吸收劑制備子系統(tǒng)ET200M I/O 站分別位于不同工段中20