《過程控制與自動化儀表》 教案 18.集散控制系統(tǒng)

《過程控制與自動化儀表》課程教案NO.18授課班級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)模塊模塊七計算機過程控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)1集散控制系統(tǒng)授課內(nèi)容計算機控制系統(tǒng)組成及分類集散控制系統(tǒng)基本組成課時2教學(xué)目標知識目標：1.了解計算機控制系統(tǒng)組成；2.掌握計算機控制系統(tǒng)的分類；3.掌握集散控制系統(tǒng)的組成。能力目標：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：1.培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進取的精神。重點難點重點：計算機控制系統(tǒng)分類；難點：DCS的組成。授課過程步驟內(nèi)容方法、資源運用1計算機控制系統(tǒng)組成多媒體課件、實例演示2計算機控制系統(tǒng)分類多媒體課件、實例演示3集散控制系統(tǒng)硬件多媒體課件、實例演示4集散控制系統(tǒng)軟件多媒體課件、實例演示5授課方式講授教學(xué)地點教室教學(xué)資源過程控制系統(tǒng)實訓(xùn)裝置、投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧控制器相關(guān)內(nèi)容，進行復(fù)習(xí)提問。80分鐘一、計算機控制系統(tǒng)的組成計算機在控制系統(tǒng)中的三個作用：1）實時數(shù)據(jù)處理。2）實時監(jiān)督?jīng)Q策。3）實時控制及輸出。二、計算機控制系統(tǒng)分類1．計算機巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)這類計算機系統(tǒng)屬于是計算機應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程最早和最簡單的一類系統(tǒng)。優(yōu)點：可以用于試驗新方案、新系統(tǒng)。缺點：仍需要人工操作，速度受到限制，不能同時控制多個回路。2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)計算機直接數(shù)字控制是計算機控制系統(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：完全取代了模擬控制器直接參與閉環(huán)控制，實現(xiàn)了幾十個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現(xiàn)一些較復(fù)雜的控制規(guī)律。缺點：要求工業(yè)控制計算機的可靠性很高，否則會直接影響生產(chǎn)的正常運行。3.監(jiān)督控制系統(tǒng)優(yōu)點：它在計算時可以考慮許多常規(guī)控制器不能考慮的因素，如環(huán)境溫度和濕度對生產(chǎn)過程的影響；可以進行過程操作的在線優(yōu)化；可以實現(xiàn)復(fù)雜的先進控制規(guī)律，滿足產(chǎn)品的高質(zhì)量控制要求；可以進行故障的診斷與預(yù)報。4.集散控制系統(tǒng)優(yōu)點：控制算法先進、精度高、響應(yīng)速度快，儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護方便，容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律。5.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)優(yōu)點：降低了系統(tǒng)總成本，提高了可靠性，且在統(tǒng)一的國際標準下可實現(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)，重點是實現(xiàn)分散控制。2）第二階段是DCS的成熟階段。達到了“4A”目標。把過程控制系統(tǒng)、實時操作網(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的擴展階段。向計算機集成制造系統(tǒng)CIMS、計算機集成過程系統(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：第一級為分散過程控制級；第二級為集中操作監(jiān)控級；第三級為綜合信息管理級。（大屏幕投影）逐一解說計算機控制系統(tǒng)分類并進行對比，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)場控制站、操作員站、工程師站、通信系統(tǒng)、接口等。1）現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站是集散控制系統(tǒng)的核心部分，又稱現(xiàn)場控制單元或基本控制器，可以控制一個或多個回路。主要完成連續(xù)控制功能、順序控制功能、算術(shù)運算功能、報警檢查功能、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，即實現(xiàn)處理和計算的主體，其中包括CPU、存儲器、控制軟件。③電源，分為邏輯電源和現(xiàn)場電源兩種。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機柜、機架等機械安裝結(jié)構(gòu)件。軟件組成①過程量采集軟件：用于對采集的過程量進行工程量轉(zhuǎn)換。②回路計算軟件：以實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先確定的算法進行計算，將計算結(jié)果作為輸出對現(xiàn)場實現(xiàn)控制。③網(wǎng)絡(luò)通信軟件：將系統(tǒng)中各個現(xiàn)場控制站、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，以實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。2）操作員站操作員站是人和機器的聯(lián)系通道。安裝有操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件和控制器的驅(qū)動軟件，顯示系統(tǒng)的標簽、動態(tài)流程圖和報警信息。3）工程師站工程師站的主要工作是組態(tài)設(shè)計，并將設(shè)計結(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)場控制站、操作員站、工程師站、管理計算機等連成一個系統(tǒng)。3.實例：HOLLiAS—MACS集散控制