DCS及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)第1章

1、1DCS及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) DCSDistributed Control SystemFCSFieldbus Control System*23 4*5控制器控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象被控對(duì)象測(cè)量變送器測(cè)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ym*6u計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)保持器保持器廣義對(duì)象廣義對(duì)象測(cè)量變送器測(cè)量變送器e(kT)u(kT)被調(diào)參數(shù)被調(diào)參數(shù) y圖圖b 單回路計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)示意圖單回路計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)示意圖ym采樣器采樣器A/DD/A計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)定值設(shè)定值r*7采樣器采樣器 A/D計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) A/D保持器保持器y(t)y

2、*(t) y(kT) u(kT) u*(kT) u(t)*8y(t)t采樣器采樣器y(t)y*(t)y*(t)2T4Tt原始過(guò)程信號(hào)原始過(guò)程信號(hào)信號(hào)通過(guò)采樣器信號(hào)通過(guò)采樣器采樣后的信號(hào)采樣后的信號(hào)過(guò)程信號(hào)采樣過(guò)程示意圖過(guò)程信號(hào)采樣過(guò)程示意圖 9*10 6T 4T 2Tt y采樣信號(hào)采樣信號(hào)y(kT)原信號(hào)原信號(hào)y(t)恢復(fù)信號(hào)恢復(fù)信號(hào)yh(t)零階保持器算式零階保持器算式y(tǒng)h(kT+t)=y(kT) 0tT, k=0, 1, 2,由于它只是簡(jiǎn)單地由于它只是簡(jiǎn)單地外推，故只有當(dāng)外推，故只有當(dāng)T T足足夠小時(shí)，零階保持夠小時(shí)，零階保持器才能較好地恢復(fù)器才能較好地恢復(fù)原信號(hào)原信號(hào)。11*12顯然：要

3、改變顯然：要改變控制策略及算法控制策略及算法，只要改變計(jì)算機(jī)，只要改變計(jì)算機(jī)的的程序程序就可以（軟）實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。就可以（軟）實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。計(jì) 算 機(jī)給 定 值被 控 量數(shù) 字控 制 器模 /數(shù)轉(zhuǎn) 換數(shù) /模轉(zhuǎn) 換執(zhí) 行機(jī) 構(gòu)被 控對(duì) 象檢 測(cè)裝 置計(jì)算機(jī)控制與傳統(tǒng)的繼電控制比較，具有很大的優(yōu)勢(shì)：計(jì)算機(jī)控制與傳統(tǒng)的繼電控制比較，具有很大的優(yōu)勢(shì)： 1、改變控制策略及算法時(shí)，只要改變計(jì)算機(jī)程序，就、改變控制策略及算法時(shí)，只要改變計(jì)算機(jī)程序，就可以進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)?？梢赃M(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。 2、精度高、速度快、存儲(chǔ)容量大和有邏輯判斷功能等。、精度高、速度快、存儲(chǔ)容量大和有邏輯判斷功能等。3、可實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜的控

4、制策略。、可實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜的控制策略。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使整個(gè)人類(lèi)社會(huì)發(fā)生了巨大計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使整個(gè)人類(lèi)社會(huì)發(fā)生了巨大的變化，自然影響了工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管理。越來(lái)越的變化，自然影響了工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管理。越來(lái)越多的的企業(yè)利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將過(guò)程控制和生產(chǎn)多的的企業(yè)利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將過(guò)程控制和生產(chǎn)管理有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的全面自動(dòng)化管理。管理有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的全面自動(dòng)化管理。13*14計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作過(guò)程(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:檢測(cè)被控量的瞬時(shí)值，將采樣結(jié)果輸檢測(cè)被控量的瞬時(shí)值，將采樣結(jié)果輸?shù)接?jì)算機(jī)中。到計(jì)算機(jī)中。(2)實(shí)時(shí)決策實(shí)時(shí)決策: 給定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預(yù)定給

5、定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行控制運(yùn)算的控制規(guī)律進(jìn)行控制運(yùn)算實(shí)時(shí)決策。實(shí)時(shí)決策。(3)實(shí)時(shí)控制實(shí)時(shí)控制: 將實(shí)時(shí)決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)適時(shí)地送將實(shí)時(shí)決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)適時(shí)地送給執(zhí)行裝置給執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制。實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制。(4)信息管理信息管理: 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應(yīng)用。享及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應(yīng)用。*15*上述上述測(cè)、算、控、管測(cè)、算、控、管的過(guò)程不斷重復(fù)，使系統(tǒng)按一定的的過(guò)程不斷重復(fù)，使系統(tǒng)按一定的動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)(過(guò)渡過(guò)程過(guò)渡過(guò)程)指標(biāo)進(jìn)行工作。并同時(shí)可對(duì)被控制量和設(shè)指標(biāo)進(jìn)行工作。并同

6、時(shí)可對(duì)被控制量和設(shè)備本身所出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)督并迅速做出處理備本身所出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)督并迅速做出處理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最基本的功能。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最基本的功能。*實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)控制控制指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間間(采樣采樣控制間隔控制間隔)內(nèi)完成。內(nèi)完成。*分時(shí)分時(shí)控制控制因計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理速度遠(yuǎn)高控制回路的速度因計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理速度遠(yuǎn)高控制回路的速度要求，故可使計(jì)算機(jī)依次的完成多個(gè)通道（回路）的要求，故可使計(jì)算機(jī)依次的完成多個(gè)通道（回路）的實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)控制?？刂啤?16*計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備指微機(jī)本身及其外圍設(shè)備，是指微機(jī)本身及其外圍設(shè)

7、備，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；*計(jì)算機(jī)控制軟件計(jì)算機(jī)控制軟件指管理計(jì)算機(jī)的程序以及過(guò)程指管理計(jì)算機(jī)的程序以及過(guò)程控制的應(yīng)用程序，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的靈魂；控制的應(yīng)用程序，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的靈魂；*計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和控制單元指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和控制單元之間的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，是進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交之間的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，是進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交換的通道。換的通道。*17 軟件部分軟件部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 硬件部分硬件部分控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)主機(jī)、外設(shè)、系統(tǒng)總線(xiàn)主機(jī)、外設(shè)、系統(tǒng)總線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程輸入輸出通道生產(chǎn)過(guò)程輸入輸出通道人人機(jī)聯(lián)系設(shè)備、通信設(shè)備機(jī)聯(lián)系設(shè)

8、備、通信設(shè)備 現(xiàn)場(chǎng)儀表（測(cè)量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）現(xiàn)場(chǎng)儀表（測(cè)量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等） 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 匯編或高級(jí)語(yǔ)言、過(guò)程控制語(yǔ)言匯編或高級(jí)語(yǔ)言、過(guò)程控制語(yǔ)言 通信網(wǎng)絡(luò)軟件、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(guò)程輸入過(guò)程輸入/輸出程序、過(guò)程控制程序輸出程序、過(guò)程控制程序 人機(jī)接口程序、打印顯示程序人機(jī)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(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)*18計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各部分功能 由主機(jī)、接口電路及外圍設(shè)備組成。不由主機(jī)、接口電路及外圍設(shè)備組成。不同的系統(tǒng)，所需硬件也不同，一般可根據(jù)控制同的系統(tǒng)，所需硬件也不

9、同，一般可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要進(jìn)行擴(kuò)展。系統(tǒng)的需要進(jìn)行擴(kuò)展。 具有各種功能的插件板或功能模塊，可用標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)具有各種功能的插件板或功能模塊，可用標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)連接起來(lái)，如連接起來(lái)，如PCPC總線(xiàn)構(gòu)成的各種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、總線(xiàn)構(gòu)成的各種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLCPLC、DCSDCS等。等。 1.硬件硬件*19*由由CPU和存儲(chǔ)器構(gòu)成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的指揮和存儲(chǔ)器構(gòu)成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的指揮部。部。*它自動(dòng)地對(duì)過(guò)程輸入通道發(fā)送來(lái)的工業(yè)參數(shù)進(jìn)它自動(dòng)地對(duì)過(guò)程輸入通道發(fā)送來(lái)的工業(yè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，按照人們預(yù)先安排的程序，進(jìn)行行巡回檢測(cè)，按照人們預(yù)先安排的程序，進(jìn)行信息處理、分析和計(jì)算，并作出相應(yīng)的控制決信息處理、分析和

10、計(jì)算，并作出相應(yīng)的控制決策，通過(guò)輸出通道及時(shí)發(fā)出有關(guān)的控制命令。策，通過(guò)輸出通道及時(shí)發(fā)出有關(guān)的控制命令。*20*計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置信息的傳遞和交換計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置信息的傳遞和交換的連接通道的連接通道輸入輸入/輸出通道輸出通道，(過(guò)程通道過(guò)程通道)*過(guò)程通道一般可分為模擬量輸入通道（過(guò)程通道一般可分為模擬量輸入通道（A/D）、模擬量）、模擬量輸出通道輸出通道(D/A)、開(kāi)關(guān)量輸入通道和開(kāi)關(guān)量輸出通道、開(kāi)關(guān)量輸入通道和開(kāi)關(guān)量輸出通道等。等。 *過(guò)程通道是不能直接由主機(jī)控制的，必須由過(guò)程通道是不能直接由主機(jī)控制的，必須由“接口接口”來(lái)傳送相應(yīng)的信息和命令。來(lái)傳送相應(yīng)的信息和命令。*21

11、*通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大主機(jī)的功通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能而設(shè)置的，能而設(shè)置的，*通用外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)通用外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模備和存儲(chǔ)設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模和要求來(lái)配置。和要求來(lái)配置。*22*工業(yè)過(guò)程參數(shù)一般是非電物理量，必須經(jīng)過(guò)傳感工業(yè)過(guò)程參數(shù)一般是非電物理量，必須經(jīng)過(guò)傳感器變換為等效的電信號(hào)。因此，器變換為等效的電信號(hào)。因此，檢測(cè)檢測(cè)元件精度的元件精度的高低直接影響微機(jī)控制系統(tǒng)的精度。高低直接影響微機(jī)控制系統(tǒng)的精度。* 為了控制生產(chǎn)過(guò)程，還需要有為了控制生產(chǎn)過(guò)程，還需要有執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常用機(jī)構(gòu)。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)

12、、液動(dòng)和氣動(dòng)等形式。另有動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)等形式。另有動(dòng)力電機(jī)和控制電機(jī)等。力電機(jī)和控制電機(jī)等。*23*操作臺(tái)是操作臺(tái)是人機(jī)對(duì)話(huà)（接口）人機(jī)對(duì)話(huà)（接口）的聯(lián)系紐帶。程序的聯(lián)系紐帶。程序員使用該人機(jī)設(shè)備員使用該人機(jī)設(shè)備(運(yùn)行操作臺(tái)運(yùn)行操作臺(tái))來(lái)輸入、修改來(lái)輸入、修改和檢查程序。和檢查程序。*生產(chǎn)過(guò)程的操作人員必須了解控制臺(tái)的使用細(xì)生產(chǎn)過(guò)程的操作人員必須了解控制臺(tái)的使用細(xì)節(jié)，否則會(huì)引起嚴(yán)重后果。節(jié)，否則會(huì)引起嚴(yán)重后果。*24（2）.軟件*軟件軟件各種功能程序的總和各種功能程序的總和操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、管理程序、控制程序、計(jì)算和自診斷程序等。管理程序、控制程序、計(jì)算和

13、自診斷程序等。*軟件是微機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是在軟軟件是微機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作的。件指揮下協(xié)調(diào)工作的。*軟件質(zhì)量關(guān)系到計(jì)算機(jī)運(yùn)行和控制效果的好壞，及硬件軟件質(zhì)量關(guān)系到計(jì)算機(jī)運(yùn)行和控制效果的好壞，及硬件功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。軟件通常分兩類(lèi)：軟件通常分兩類(lèi)：*系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件*應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)。 *25（3）.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的比重越來(lái)越大。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的比重越來(lái)越大。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為兩大類(lèi)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為兩大

14、類(lèi)：*對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Peer to peer；*客戶(hù)機(jī)客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)服務(wù)器結(jié)構(gòu)Client/Server。*自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)*26計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)(1)(1)消除模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點(diǎn)消除模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點(diǎn): :漂移問(wèn)題，參漂移問(wèn)題，參數(shù)整定范圍窄，比例、積分和微分系數(shù)不能單獨(dú)調(diào)整，數(shù)整定范圍窄，比例、積分和微分系數(shù)不能單獨(dú)調(diào)整，(2) (2) 可在整個(gè)控制范圍內(nèi)實(shí)行多參數(shù)調(diào)節(jié)?？稍谡麄€(gè)控制范圍內(nèi)實(shí)行多參數(shù)調(diào)節(jié)。(3) (3) 當(dāng)信號(hào)噪聲大時(shí)，數(shù)字低通濾波器與模擬濾波器當(dāng)信號(hào)噪聲大時(shí)，數(shù)字低通濾波器與模擬濾波器相配合，對(duì)高頻的脈沖噪聲有

15、較好的濾波效果，特別相配合，對(duì)高頻的脈沖噪聲有較好的濾波效果，特別數(shù)字濾波可抑制甚低頻的周期干擾。數(shù)字濾波可抑制甚低頻的周期干擾。 *27(4) (4) 使用靈活，便于實(shí)現(xiàn)特殊的控制規(guī)律，如修使用靈活，便于實(shí)現(xiàn)特殊的控制規(guī)律，如修改部分程序就能改變調(diào)節(jié)規(guī)律，而無(wú)需改變硬改部分程序就能改變調(diào)節(jié)規(guī)律，而無(wú)需改變硬件設(shè)備，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以在線(xiàn)改變控制方件設(shè)備，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以在線(xiàn)改變控制方案。因而可以在不增加硬件設(shè)備的情況下逐步案。因而可以在不增加硬件設(shè)備的情況下逐步提高控制水平。提高控制水平。(5)(5)具有增加控制回路而不會(huì)顯著地增加費(fèi)用的具有增加控制回路而不會(huì)顯著地增加費(fèi)用的特點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)

16、打印、制表、報(bào)警、顯示等附特點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)打印、制表、報(bào)警、顯示等附加功能。加功能。*28*強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào) *29檢測(cè)及變送檢測(cè)及變送控制對(duì)象控制對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)接口接口外部通道外部通道變送器變送器接口接口接口接口接口接口接口接口A/DA/DD/AD/A反多路開(kāi)關(guān)反多路開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸出開(kāi)關(guān)量輸出傳感器傳感器主機(jī)及操作臺(tái)主機(jī)及操作臺(tái)通用外部設(shè)備通用外部設(shè)備顯示終端顯示終端磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器打印機(jī)打印機(jī)軟件軟件微微型型計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)生生產(chǎn)產(chǎn)對(duì)對(duì)象象操作操作臺(tái)臺(tái)實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)鐘*30按照系統(tǒng)的功能分類(lèi)*311、 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng) 主要對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行定

17、時(shí)巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、主要對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行定時(shí)巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理、參數(shù)的越限報(bào)警以及數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理、參數(shù)的越限報(bào)警以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實(shí)時(shí)分析。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實(shí)時(shí)分析。*計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)不不直接參與生產(chǎn)過(guò)程的直接參與生產(chǎn)過(guò)程的控制控制。*代替大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程代替大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)視集中監(jiān)視。*32 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖 數(shù)數(shù) 字字 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)CRT打印機(jī)打印機(jī)報(bào)報(bào) 警警過(guò)程輸入通道過(guò)程輸入通道 測(cè)量變送測(cè)量變送 測(cè)量變送測(cè)量變送被被 控控 生生 產(chǎn)產(chǎn) 過(guò)過(guò) 程程執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 人

18、人 *33 DDCDDC系統(tǒng)中用一臺(tái)微機(jī)對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回系統(tǒng)中用一臺(tái)微機(jī)對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進(jìn)行控制運(yùn)算，檢測(cè)，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進(jìn)行控制運(yùn)算，并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。*DDCDDC系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)不僅完全取代模擬調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)不僅完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)多回路多回路的的PIDPID調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通過(guò)過(guò)改變改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的軟件就可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法控制算法。 )*34圖圖 DDC系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)CRT打

19、印機(jī)打印機(jī)報(bào)報(bào) 警警操作臺(tái)操作臺(tái)過(guò)程輸入通道過(guò)程輸入通道 測(cè)量變送測(cè)量變送 測(cè)量變送測(cè)量變送被被 控控 生生 產(chǎn)產(chǎn) 過(guò)過(guò) 程程過(guò)程輸出通道過(guò)程輸出通道 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) *353、 微機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(Supervisory Computer Control）兩級(jí)控制兩級(jí)控制*第第1 1級(jí)用級(jí)用DDCDDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器，完成直接控制；計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器，完成直接控制；*第第2 2級(jí)用級(jí)用SCCSCC計(jì)算機(jī)根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)計(jì)算機(jī)根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)即按即按照一定算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，照一定算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，自動(dòng)地改變自動(dòng)地改變DDCDDC系統(tǒng)的系統(tǒng)的給給定定值，從而使生產(chǎn)過(guò)程始

20、終處于最優(yōu)工況值，從而使生產(chǎn)過(guò)程始終處于最優(yōu)工況( (最低消耗、最低消耗、最低成本、最高產(chǎn)量等最低成本、最高產(chǎn)量等) )。*又稱(chēng)給定值控制又稱(chēng)給定值控制SPC(Set Point Computer Control)SPC(Set Point Computer Control)。*SCCSCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，同時(shí)還可以進(jìn)行系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，同時(shí)還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。*36監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC)CRT打印機(jī)打印機(jī)報(bào)警報(bào)警DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器輸入通道輸入通道 輸出通道

21、輸出通道被被 控控 生生 產(chǎn)產(chǎn) 過(guò)過(guò) 程程操作臺(tái)操作臺(tái)輸入通道輸入通道*37 監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)CRT操作站操作站現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站 被控對(duì)象被控對(duì)象被控對(duì)象被控對(duì)象.高高 速速 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 通通 道道.集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）組成框圖）組成框圖DCSDCS采用采用和和的控制理念與網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)，靈的控制理念與網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)，靈活地將控制設(shè)備、服務(wù)器、基礎(chǔ)自動(dòng)化單元等聯(lián)系在一起。活地將控制設(shè)備、服務(wù)器、基礎(chǔ)自動(dòng)化單元等聯(lián)系在一起。按功能分散、危險(xiǎn)分散、管理集中和應(yīng)用靈活等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，按功能分散、危險(xiǎn)分散、管理集中和應(yīng)用靈活等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有高可靠性能

22、，便于維修與更新。具有高可靠性能，便于維修與更新。*38*它以系統(tǒng)最優(yōu)化為目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)為核心并與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、控制技術(shù)、它以系統(tǒng)最優(yōu)化為目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)為核心并與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、控制技術(shù)、顯示技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、顯示技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、I/OI/O接口等技術(shù)相結(jié)合接口等技術(shù)相結(jié)合用于過(guò)程控制和生用于過(guò)程控制和生產(chǎn)管理的工控主流控制系統(tǒng)。產(chǎn)管理的工控主流控制系統(tǒng)。分 析 儀傳統(tǒng)儀表LANPLC控制站操 作 站G*39*40現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。服 務(wù) 器32現(xiàn) 場(chǎng)

23、設(shè) 備H1 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線(xiàn)H1 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線(xiàn)LAN32現(xiàn) 場(chǎng) 設(shè) 備124現(xiàn) 場(chǎng) 設(shè) 備H1H1H1網(wǎng) 橋H2 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線(xiàn)操 作 站*41*42 ASASEthernet, TCP/IP監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示操作站現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)間連接器H2 或高速Ethernet 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)橋 低速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)(H1)小型PLC過(guò)程控制 生產(chǎn)制造裝置級(jí)網(wǎng)絡(luò)*43*44 流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 經(jīng)營(yíng)決策經(jīng)營(yíng)決策企業(yè)管理企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)調(diào)度過(guò)程優(yōu)化過(guò)程優(yōu)化過(guò)程控制過(guò)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(xiāo)第四層：供銷(xiāo),財(cái)務(wù)財(cái)務(wù),計(jì)劃計(jì)劃,管理等管理等第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系

24、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(jìn)控制，過(guò)程優(yōu)化第二層：先進(jìn)控制，過(guò)程優(yōu)化第一層：?jiǎn)卧詣?dòng)化第一層：?jiǎn)卧詣?dòng)化,簡(jiǎn)單控制簡(jiǎn)單控制生生 產(chǎn)產(chǎn) 過(guò)過(guò) 程程 流程流程CIMS的遞階控制示意圖的遞階控制示意圖*45被 控 對(duì) 象檢 測(cè)控 制設(shè) 備 級(jí)DDC管 理 指 令到 主 管 部 門(mén) 數(shù) 據(jù)銷(xiāo) 售 訂 貨 等 數(shù) 據(jù)市 場(chǎng) 動(dòng) 向 信 息到 其 他 工 廠 生 產(chǎn) 運(yùn) 輸 指 令存 儲(chǔ)數(shù) 據(jù)來(lái) 自 其 他 工 廠 生 產(chǎn) 和 庫(kù) 存 信 息企 業(yè) 級(jí) 經(jīng) 營(yíng) 管 理 計(jì) 算 機(jī)工 廠 級(jí) 集 中 監(jiān) 督 計(jì) 算 機(jī)車(chē) 間 級(jí) 監(jiān) 督 計(jì) 算 機(jī)車(chē) 間 級(jí) 監(jiān) 督 計(jì) 算 機(jī)檢 測(cè)被 控

25、對(duì) 象檢 測(cè)控 制設(shè) 備 級(jí)DDC檢 測(cè)*46*47*2011-2012（2） 48* 程序控制是控制被控量按照預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)變程序控制是控制被控量按照預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)變化，被控制量是時(shí)間的函數(shù)，如加熱爐的溫度控制?；?，被控制量是時(shí)間的函數(shù)，如加熱爐的溫度控制。*順序控制則可以看作是程序控制的擴(kuò)展，在各個(gè)時(shí)期順序控制則可以看作是程序控制的擴(kuò)展，在各個(gè)時(shí)期所給出的設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定所給出的設(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(shí)間，還取決于對(duì)以前的控制值的給出，不僅取決于時(shí)間，還取決于對(duì)以前的控制結(jié)果的邏輯判斷結(jié)果的邏輯判斷。*492) PID2)

26、PID控制控制*調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分的函數(shù)。的函數(shù)。PIDPID控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整, ,因此因此一直是應(yīng)用最廣、最為成熟的技術(shù)。一直是應(yīng)用最廣、最為成熟的技術(shù)。*有限拍控制的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時(shí)間最短，要求設(shè)有限拍控制的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時(shí)間最短，要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在盡可能短的時(shí)間里完成調(diào)節(jié)過(guò)程。有計(jì)的系統(tǒng)在盡可能短的時(shí)間里完成調(diào)節(jié)過(guò)程。有限拍控制通常在數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用。限拍控制通常在數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用。*2011-2012（2） 50*控制系統(tǒng)性能指標(biāo)不單是過(guò)渡過(guò)程的品質(zhì)，而且包括控制系統(tǒng)性能指標(biāo)不單是過(guò)

27、渡過(guò)程的品質(zhì)，而且包括能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指標(biāo)。能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指標(biāo)。*對(duì)于存在隨機(jī)擾動(dòng)、純滯后對(duì)象以及多變量耦合的系對(duì)于存在隨機(jī)擾動(dòng)、純滯后對(duì)象以及多變量耦合的系統(tǒng)，僅用統(tǒng)，僅用PIDPID控制是難以達(dá)到滿(mǎn)意的性能指標(biāo)的，因控制是難以達(dá)到滿(mǎn)意的性能指標(biāo)的，因此，針對(duì)實(shí)際情況采用各種復(fù)雜規(guī)律的控制此，針對(duì)實(shí)際情況采用各種復(fù)雜規(guī)律的控制串級(jí)串級(jí)控制，前饋控制，純滯后補(bǔ)償控制，多變量解耦控制控制，前饋控制，純滯后補(bǔ)償控制，多變量解耦控制以及最優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制等。以及最優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制等。*51*智能控制理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問(wèn)智能控制

28、理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問(wèn)題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來(lái)的學(xué)科。題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來(lái)的學(xué)科。*智能控制理論可以看作是三個(gè)主要理論領(lǐng)域的交叉或匯智能控制理論可以看作是三個(gè)主要理論領(lǐng)域的交叉或匯合合:人工智能、運(yùn)籌學(xué)和控制理論。人工智能、運(yùn)籌學(xué)和控制理論。*智能控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大系統(tǒng)綜合的自動(dòng)化系綜合的自動(dòng)化系統(tǒng)。統(tǒng)。*模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專(zhuān)家系統(tǒng)等均可稱(chēng)智模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專(zhuān)家系統(tǒng)等均可稱(chēng)智能控制能控制*52*它是綜合了它是綜合了4 4C C技術(shù)的控制系統(tǒng)。技術(shù)的控制系統(tǒng)。*設(shè)計(jì)原則及主要特點(diǎn)：設(shè)計(jì)原則及主要特點(diǎn)：*危險(xiǎn)、控

29、制分散危險(xiǎn)、控制分散 操作、管理集中操作、管理集中 分級(jí)管理、分而自治分級(jí)管理、分而自治*集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、功能完備、應(yīng)用靈活、操集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、功能完備、應(yīng)用靈活、操作方便、運(yùn)行可靠等多方面顯著特點(diǎn)，為計(jì)算機(jī)控制開(kāi)作方便、運(yùn)行可靠等多方面顯著特點(diǎn)，為計(jì)算機(jī)控制開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，并得到了廣泛的應(yīng)用。創(chuàng)了一個(gè)嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，并得到了廣泛的應(yīng)用。*53初期初期DCSDCS產(chǎn)生的基本思路：產(chǎn)生的基本思路：*1 1）分散控制分散控制：分解集中控制：分解集中控制多個(gè)專(zhuān)門(mén)的多個(gè)專(zhuān)門(mén)的過(guò)程分散控制裝置（過(guò)程分散控制裝置（FCSFCS）*2 2）集中操作：集中操作：保持操作習(xí)慣保持操

30、作習(xí)慣良好的人良好的人/ /機(jī)機(jī)操作界面操作界面( (操作站操作站) )*數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信：建立操作站：建立操作站 過(guò)程分散控制過(guò)程分散控制裝置的數(shù)據(jù)聯(lián)系裝置的數(shù)據(jù)聯(lián)系 *54*55*56*57*58 DCS的特點(diǎn)*59集散控制系統(tǒng)從其本質(zhì)和內(nèi)部從其本質(zhì)和內(nèi)部上講上講 它是以微處理機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；它是以微處理機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；從其外部構(gòu)成方式和應(yīng)用角度上講從其外部構(gòu)成方式和應(yīng)用角度上講 它類(lèi)似于單元它類(lèi)似于單元式儀表控制系統(tǒng)。式儀表控制系統(tǒng)。*因而，系統(tǒng)的因而，系統(tǒng)的及擴(kuò)展都十分容易。及擴(kuò)展都十分容易。*2011-2012（2） 60集散系統(tǒng)在功能上真正實(shí)現(xiàn)了 管理集中和控制

31、分散*既實(shí)現(xiàn)了操作、管理和監(jiān)視的縱向分級(jí)集中，既實(shí)現(xiàn)了操作、管理和監(jiān)視的縱向分級(jí)集中，*又實(shí)現(xiàn)了控制、危險(xiǎn)的橫向分散，從根本上提又實(shí)現(xiàn)了控制、危險(xiǎn)的橫向分散，從根本上提高了系統(tǒng)的可靠性。高了系統(tǒng)的可靠性。*DCSDCS系統(tǒng)是目前公認(rèn)的最理想的工業(yè)控制系統(tǒng)之系統(tǒng)是目前公認(rèn)的最理想的工業(yè)控制系統(tǒng)之一，在國(guó)內(nèi)外冶金、電力、石油、化工、建筑一，在國(guó)內(nèi)外冶金、電力、石油、化工、建筑等工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。等工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。*61( (一）一）1975-1980（初創(chuàng)期）初創(chuàng)期） 相應(yīng)的產(chǎn)品稱(chēng)之為相應(yīng)的產(chǎn)品稱(chēng)之為第一代第一代DCS 注重控制功能的實(shí)現(xiàn)，在功能上更接近儀表控制系統(tǒng)。注重控制

32、功能的實(shí)現(xiàn)，在功能上更接近儀表控制系統(tǒng)。 各廠家的各廠家的DCSDCS系統(tǒng)均由專(zhuān)有產(chǎn)品構(gòu)成。系統(tǒng)均由專(zhuān)有產(chǎn)品構(gòu)成。DCS的發(fā)展階段的發(fā)展階段 Honeywell TDC-2000 Bailey Network-90 Foxboro Spectrum Leeds & Northrup MAX-1 日本橫河日本橫河 CENTUM Kent公司公司 P4000 西門(mén)子西門(mén)子 TelepermM 東芝公司東芝公司 TOSDIC特特點(diǎn)點(diǎn)（二）（二）1980-1985( (成熟期成熟期) ) 相應(yīng)的產(chǎn)品稱(chēng)之為相應(yīng)的產(chǎn)品稱(chēng)之為第二代第二代DCS 引入了引入了局域網(wǎng)局域網(wǎng)作為主干網(wǎng)，開(kāi)始擺脫儀表控制系

33、統(tǒng)的影響，向計(jì)算機(jī)控作為主干網(wǎng)，開(kāi)始擺脫儀表控制系統(tǒng)的影響，向計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)靠近，但網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仍各自為政。制系統(tǒng)靠近，但網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仍各自為政。 在控制功能上：除回路控制外，增加了順序控制、邏輯控制；加強(qiáng)了系在控制功能上：除回路控制外，增加了順序控制、邏輯控制；加強(qiáng)了系 統(tǒng)管理站的功能。統(tǒng)管理站的功能。 在人機(jī)界面方面：圖形用戶(hù)界面逐步豐富。在人機(jī)界面方面：圖形用戶(hù)界面逐步豐富。 Honeywell TDC-3000(LCN) Westing House WDPF Fisher PROVOX Rosemount RS3 Talor MOD-300 日本橫河日本橫河 YEWPACK-MARK 特特點(diǎn)

34、點(diǎn)（三）（三）1985-90年代年代( (擴(kuò)展期擴(kuò)展期) ) 相應(yīng)的產(chǎn)品稱(chēng)之為相應(yīng)的產(chǎn)品稱(chēng)之為 第三代第三代DCS Honeywell TDC-3000(UCN) Westing House WDPF Foxboro I/A Series Bailey INIF-90 日本橫河日本橫河 CENTUM-XL/XL 日立日立 HIACS 增加了增加了上層網(wǎng)絡(luò)上層網(wǎng)絡(luò)，將生產(chǎn)的管理功能納入到系統(tǒng)中，形成三級(jí)結(jié)構(gòu)：，將生產(chǎn)的管理功能納入到系統(tǒng)中，形成三級(jí)結(jié)構(gòu)： 直接控制、監(jiān)督控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化、生產(chǎn)管理。直接控制、監(jiān)督控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化、生產(chǎn)管理。 各廠家已普遍采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。除現(xiàn)場(chǎng)控制站專(zhuān)有外，其余已采各廠家已普遍采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。除現(xiàn)場(chǎng)控制站專(zhuān)有外，其余已采 用了市場(chǎng)采購(gòu)的商品。用了市場(chǎng)采購(gòu)的商品。各種各種DCS的直接控制功