第9章 計算機控制系統(tǒng)

1、.,第9章 計算機控制系統(tǒng),.,工業(yè)過程中廣泛應(yīng)用的計算機控制系統(tǒng): 集散控制系統(tǒng)(DCS) 是70年代中期發(fā)展起來的以微處理器為基礎(chǔ)的計算機綜合系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS） 是一種基于現(xiàn)場總線技術(shù)的新型計算機控制系統(tǒng)，它采用現(xiàn)場總線把傳感器、變送器、執(zhí)行器和控制器集成在一起，形成真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 可編程控制器系統(tǒng),.,9.1 集散型控制系統(tǒng)（Total Distributed Control System，DCS）,以多臺微型計算機為基礎(chǔ)，采用數(shù)據(jù)通信和CRT顯示技術(shù)，應(yīng)用控制理論，對生產(chǎn)過程進行分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。,.,DCS的特點,硬件

2、積木化 硬件采用積木化組裝結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置靈活，可以方便的構(gòu)成多級控制體統(tǒng)。 軟件模塊化 為用戶提供了豐富的功能軟件，主要包括控制軟件包、操作顯示軟件包、報表顯示軟件包等，用戶只需按要求選用即可。,.,控制組態(tài)化 具有常用的運算和控制模塊 ，控制工程師只需按照系統(tǒng)的控制方案 ，選擇模塊 ，并以填表方式來定義這些軟功能模塊，進行控制系統(tǒng)的組態(tài)。 通信網(wǎng)絡(luò)化 通信網(wǎng)絡(luò)是分散控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它將物理上分散的多臺計算機裝置有機地聯(lián)系起來，實現(xiàn)了相互協(xié)調(diào)、資源共享的集中管理。,.,高可靠性 DCS的可靠性高體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、冗余技術(shù)、自診斷功能、抗干擾措施，高性能的元件等方面。,.,DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)

3、品,DCS的開創(chuàng)期(1975年1980年) DCS的組成 現(xiàn)場控制站 現(xiàn)場監(jiān)測站 CRT操作站 數(shù)據(jù)高速公路 監(jiān)控計算機 基本上體現(xiàn)了集中管理、分散控制的特點,.,DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品,DCS的成長與完善時期(1980年1985年) 特點： 控制功能擴充，常規(guī)控制、邏輯控制、批量控制；增強了顯示功能；以局部網(wǎng)絡(luò)LAN為主干，其它各單元都是掛在它上面的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點工作站，通信范圍擴大，數(shù)據(jù)傳送速率提高。 主要組成部分 局部網(wǎng)絡(luò)、多功能現(xiàn)場控制站、增強型操作站、通用型操作站、網(wǎng)關(guān)、系統(tǒng)管理模塊、主計算機,.,DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品,第二代DCS基本結(jié)構(gòu)示意圖,.,DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品,DCS的擴展

4、期（1985年以后） 第三代DCS的主要特點是： 開放式的系統(tǒng)通信，向上能與MAP和Ethernet接口，或者通過網(wǎng)間連接器與其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，構(gòu)成綜合管理系統(tǒng)；向下支持現(xiàn)場總線。 控制站使用32位微處理器，控制功能更強，體積更小，可靠性更高。 操作站采用高檔微型計算機，增強圖形顯示功能，多窗口技術(shù)和觸摸屏技術(shù)。 過程控制組態(tài)使用CAD方法，更加直觀方便；引入專家系統(tǒng)，實現(xiàn)參數(shù)自整定。,.,DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品,典型產(chǎn)品有 Honeywell 公司的TDC 3000/PM YOKAGAWA 公司的Centum-XL Foxboro 公司的I/A Series TAILOR Instruments

5、 公司的Mod 300 Bailey Control公司的INFI-90等,.,DCS的發(fā)展及典型產(chǎn)品,第四代集散控制系統(tǒng)以管控一體化的形式出現(xiàn)。廣泛采用了開放的工作站和客戶機服務(wù)器結(jié)構(gòu)；增加了工廠信息網(wǎng)。 典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TPS，YOKOGAWA公司的CENTUMCS，F(xiàn)oxboro公司的I/A S 50/5l等。,.,集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),.,DCS的結(jié)構(gòu)與功能,.,其標準體系結(jié)構(gòu)按功能分為三層功能結(jié)構(gòu)： 管理層主要功能為生產(chǎn)調(diào)度管理及廠級優(yōu)化； 監(jiān)督控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化層主要是機組級的集中操作、協(xié)調(diào)控制和運行優(yōu)化，這部分可分為運行人員操作站、工程師工作站和監(jiān)控計算機；,.,

6、直接控制層由分布式多功能處理單元組成，按功能分為現(xiàn)場控制站、監(jiān)測站，用于實現(xiàn)地理上分散的回路控制和檢測功能。 整個DCS系統(tǒng)通過通信技術(shù)實現(xiàn)控制指令及各種信息的傳遞和數(shù)據(jù)資源的共享。,.,一、分散控制裝置,分散控制裝置包括現(xiàn)場控制站與過程監(jiān)測站，是集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的接口。 現(xiàn)場控制站（分散處理單元DPU）可以控制一個或多個回路，具有較強的運算能力和控制能力，是集散控制系統(tǒng)中實現(xiàn)分散控制的關(guān)鍵部分。 現(xiàn)場控制站中固化有各種數(shù)據(jù)處理及控制運算算法模塊，通過組態(tài)的方法 可靠性 ：一對一備用、N對一備用,.,.,過程監(jiān)測站（又稱數(shù)據(jù)采集裝置或過程接口單元PIU等） 主要作用：采集過程變量信息，數(shù)

7、據(jù)處理，送入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)管理。 過程監(jiān)測站除不具備控制功能外，與現(xiàn)場控制站的功能和結(jié)構(gòu)相似。,.,二、操作管理裝置,操作管理裝置包括操作員站、工程師站、監(jiān)控計算機等，是操作、管理人員與集散控制系統(tǒng)的接口。 完成監(jiān)視、操作、系統(tǒng)組態(tài)、優(yōu)化控制等任務(wù)。,.,圖9-3 操作員站結(jié)構(gòu)框圖,.,操作員站 CRT顯示器 ： 生產(chǎn)畫面的總貌顯示、分組顯示、單回路細目顯示、流程圖顯示、歷史趨勢顯示和報警概貌顯示等。 鍵盤：發(fā)出畫面選擇、功能請求、數(shù)據(jù)輸入和報警確認等操作指令。 打印機：打印時、班、日等報表。 數(shù)據(jù)存儲器：保存歷史數(shù)據(jù) 微處理器 ：控制各實時任務(wù)執(zhí)行,.,工程師站 完成系統(tǒng)組態(tài)、畫面生成

8、、參數(shù)調(diào)整、文檔管理、系統(tǒng)調(diào)試等工作 監(jiān)控計算機 通過通信接口，綜合監(jiān)視全系統(tǒng)的各工作站，管理全系統(tǒng)的所有信息，實現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制和全廠的優(yōu)化管理。,.,三、通信系統(tǒng),通信系統(tǒng)即計算機網(wǎng)絡(luò)，它將集散控制系統(tǒng)的各工作站連接起來。,.,集散控制系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu),過程控制級 生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集與回路控制。如汽包水位控制、機爐協(xié)調(diào)控制及各種順序控制等。,.,過程管理級主要由操作員站、工程師站及監(jiān)控計算機等組成，其主要功能是： 數(shù)據(jù)顯示與控制操作； 報警顯示與處理； 數(shù)據(jù)存儲與壓縮歸檔； 性能計算與優(yōu)化控制； 制表打??； 系統(tǒng)組態(tài)。,.,生產(chǎn)管理級由服務(wù)器及工作站組成，主要實現(xiàn)實時控制之外的管理功能。如

9、發(fā)電量的分配 。 經(jīng)營管理級與辦公自動化連接起來，擔(dān)負起全廠的總體協(xié)調(diào)管理。包括各類經(jīng)營活動、人事管理、財務(wù)管理等 。,.,集散控制系統(tǒng)的組態(tài),硬件組態(tài) 即系統(tǒng)配置，是根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模及控制要求而進行的硬件選擇。 工程師站的選擇 、操作員站的選擇 、現(xiàn)場控制站的選擇 軟件組態(tài) 畫面組態(tài) 數(shù)據(jù)組態(tài) 報表組態(tài) 控制回路組態(tài),.,典型集散控制系統(tǒng),圖9-5 Symphony 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),.,圖9-9 DCS信號流程圖,.,DSC調(diào)試,（1） 靜態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)還沒有與生產(chǎn)現(xiàn)場相連時的調(diào)試，主要包括： 通電試驗； I/O卡件性能測試； 組態(tài)軟件編譯下裝； 外加仿真信號對系統(tǒng)進行測試。 （2） 動態(tài)調(diào)試。動態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場相連時的調(diào)試。由于生產(chǎn)過程已經(jīng)處于運行或試運行階段，此時應(yīng)以觀察為主，當涉及到必需的系統(tǒng)修改時，應(yīng)做好充分的準備及安全措施，以免影響正常生產(chǎn)，更不允許造成系統(tǒng)或設(shè)備故障。,.,DCS調(diào)試,動態(tài)調(diào)試一般包括以下內(nèi)容： 觀察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機構(gòu)操作是否正常； 檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當時候投入自動運行； 對控制回路進行在線整定； 當系統(tǒng)存在較大問題時，如需進行控制結(jié)構(gòu)修改、增加測點等，應(yīng)盡量在停機狀態(tài)下重新組態(tài)下裝。若條件不允許，也可進行在線組態(tài)，但要熟悉在線組態(tài)的各個環(huán)節(jié)