《過程控制與自動(dòng)化儀表》 教案 18.集散控制系統(tǒng)

《過程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.18授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問控制器類型及使用方法學(xué)習(xí)模塊模塊七計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)1集散控制系統(tǒng)授課內(nèi)容計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成及分類集散控制系統(tǒng)基本組成課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成；2.掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類；3.掌握集散控制系統(tǒng)的組成。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類；難點(diǎn)：DCS的組成。授課過程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成多媒體課件、實(shí)例演示2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類多媒體課件、實(shí)例演示3集散控制系統(tǒng)硬件多媒體課件、實(shí)例演示4集散控制系統(tǒng)軟件多媒體課件、實(shí)例演示5授課方式講授教學(xué)地點(diǎn)教室教學(xué)資源過程控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置、投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧控制器相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問。80分鐘一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的三個(gè)作用：1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。2）實(shí)時(shí)監(jiān)督?jīng)Q策。3）實(shí)時(shí)控制及輸出。二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1．計(jì)算機(jī)巡回檢測(cè)和操作指導(dǎo)系統(tǒng)這類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)屬于是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程最早和最簡(jiǎn)單的一類系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：可以用于試驗(yàn)新方案、新系統(tǒng)。缺點(diǎn)：仍需要人工操作，速度受到限制，不能同時(shí)控制多個(gè)回路。2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一種最典型的形式，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：完全取代了模擬控制器直接參與閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了幾十個(gè)甚至更多的單回路控制；而且只要通過改變控制程序即可實(shí)現(xiàn)一些較復(fù)雜的控制規(guī)律。缺點(diǎn)：要求工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的可靠性很高，否則會(huì)直接影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。3.監(jiān)督控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：它在計(jì)算時(shí)可以考慮許多常規(guī)控制器不能考慮的因素，如環(huán)境溫度和濕度對(duì)生產(chǎn)過程的影響；可以進(jìn)行過程操作的在線優(yōu)化；可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的先進(jìn)控制規(guī)律，滿足產(chǎn)品的高質(zhì)量控制要求；可以進(jìn)行故障的診斷與預(yù)報(bào)。4.集散控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：控制算法先進(jìn)、精度高、響應(yīng)速度快，儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護(hù)方便，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律。5.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：降低了系統(tǒng)總成本，提高了可靠性，且在統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下可實(shí)現(xiàn)真正意義上的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、集散控制系統(tǒng)1.DCS的發(fā)展1）第一階段是DCS的初創(chuàng)階段，主要依賴于“4C”技術(shù)，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)分散控制。2）第二階段是DCS的成熟階段。達(dá)到了“4A”目標(biāo)。把過程控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作網(wǎng)絡(luò)和工廠信息網(wǎng)融為一體，推出了TPS全廠一體化的概念。3）第三階段是DCS的擴(kuò)展階段。向計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS、計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)CIPS方向發(fā)展。2.集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（1）DCS的體系結(jié)構(gòu)通常為三級(jí)：第一級(jí)為分散過程控制級(jí)；第二級(jí)為集中操作監(jiān)控級(jí)；第三級(jí)為綜合信息管理級(jí)。（大屏幕投影）逐一解說計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類并進(jìn)行對(duì)比，案例分析讓學(xué)生加深印象。（2）集散控制系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)及各部分功能從DCS使用的功能角度來看，可分成現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、工程師站、通信系統(tǒng)、接口等。1）現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站是集散控制系統(tǒng)的核心部分，又稱現(xiàn)場(chǎng)控制單元或基本控制器，可以控制一個(gè)或多個(gè)回路。主要完成連續(xù)控制功能、順序控制功能、算術(shù)運(yùn)算功能、報(bào)警檢查功能、過程I/O功能、數(shù)據(jù)處理功能和通信功能等。硬件組成：①過程量I/O，包括模擬量輸入輸出，開關(guān)量輸入輸出，累積量（計(jì)數(shù)值）輸入輸出和脈沖寬度輸入輸出等幾種。②主控單元，即實(shí)現(xiàn)處理和計(jì)算的主體，其中包括CPU、存儲(chǔ)器、控制軟件。③電源，分為邏輯電源和現(xiàn)場(chǎng)電源兩種。④通信網(wǎng)絡(luò)，包括根據(jù)需要配置的集線器、交換器、路由器等。⑤機(jī)柜、機(jī)架等機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)件。軟件組成①過程量采集軟件：用于對(duì)采集的過程量進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換。②回路計(jì)算軟件：以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先確定的算法進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為輸出對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)控制。③網(wǎng)絡(luò)通信軟件：將系統(tǒng)中各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、工程師站以及各類功能站聯(lián)結(jié)在一起，互相交換信息，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。2）操作員站操作員站是人和機(jī)器的聯(lián)系通道。安裝有操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件和控制器的驅(qū)動(dòng)軟件，顯示系統(tǒng)的標(biāo)簽、動(dòng)態(tài)流程圖和報(bào)警信息。3）工程師站工程師站的主要工作是組態(tài)設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)結(jié)果下載到模塊中執(zhí)行。主要軟件包括組態(tài)軟件和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的軟件。4）通信系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)把現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、工程師站、管理計(jì)算機(jī)等連成一個(gè)系統(tǒng)。3.實(shí)例：HOLLiAS—MACS集散控制