計算機(jī)控制技術(shù)第1章 概述示例2

1、第一章 計算機(jī)控制系統(tǒng) 緒論（之二）u計算機(jī)控制技術(shù)的基本概念、特點計算機(jī)控制技術(shù)的基本概念、特點u典型工程實例等作簡要介紹，以作典型工程實例等作簡要介紹，以作為整個課程教學(xué)的為整個課程教學(xué)的“向?qū)驅(qū)А?。n受控對象受控對象 n控制基本結(jié)構(gòu)控制基本結(jié)構(gòu)n控制過程的基本步驟控制過程的基本步驟n控制目的控制目的u連續(xù)過程：不間斷的生產(chǎn)過程連續(xù)過程：不間斷的生產(chǎn)過程 如：火電廠的鍋爐燃燒過程、脫硫過程、如：火電廠的鍋爐燃燒過程、脫硫過程、 合成氨的生產(chǎn)過程合成氨的生產(chǎn)過程; ; 該過程中典型的控制量有該過程中典型的控制量有: : 溫度、壓溫度、壓 力、力、流量、速度、成分等隨時間變化的量。流量、速度

2、、成分等隨時間變化的量。 【計算機(jī)過程控制計算機(jī)過程控制】 對過程參數(shù)進(jìn)行測量與控制的系統(tǒng)對過程參數(shù)進(jìn)行測量與控制的系統(tǒng)u 離散過程離散過程u 批次（量）過程批次（量）過程閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)：閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)：控制器控制器執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置對象對象檢測與檢測與變送變送模擬量輸入通道（A/D）模擬量輸入通道（A/D）模擬量輸模擬量輸出D/A出D/AW給定值給定值CCS偏差偏差輸出輸出+ +Coordination Control System 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS），），汽機(jī)汽機(jī)和和鍋爐鍋爐協(xié)調(diào)控制的一種理論。能量的供求平衡協(xié)調(diào)控制的一種理論。能量的供求平衡n實時數(shù)據(jù)采集（輸入）實時數(shù)據(jù)采集（

3、輸入）n實時計算（算法）實時計算（算法）n實時控制（輸出）實時控制（輸出）n信息管理與協(xié)調(diào)信息管理與協(xié)調(diào)u降低原材料消耗降低原材料消耗u 提高生產(chǎn)率提高生產(chǎn)率u 提高產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品質(zhì)量u 減輕勞動強(qiáng)度減輕勞動強(qiáng)度u 實現(xiàn)其他要求（如環(huán)保）實現(xiàn)其他要求（如環(huán)保）u 燃煤鍋爐的計算機(jī)控制系統(tǒng)燃煤鍋爐的計算機(jī)控制系統(tǒng)u 循環(huán)流化床干法煙氣脫硫控制系統(tǒng)循環(huán)流化床干法煙氣脫硫控制系統(tǒng)實例一實例一: : 燃煤鏈條鍋爐的計算機(jī)控制燃煤鏈條鍋爐的計算機(jī)控制擋板擋板擋板擋板省煤器省煤器空氣預(yù)熱空氣預(yù)熱控制作用控制作用給水閥給水閥空氣空氣鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)給水泵給水泵水水除除塵塵器器引風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)煙氣煙氣煙煙囪囪煤斗煤

4、斗電動機(jī)電動機(jī)空氣空氣蒸蒸汽汽引風(fēng)引風(fēng)水水爐爐排排負(fù)微壓負(fù)微壓供氣（發(fā)電機(jī)組）供氣（發(fā)電機(jī)組）爐爐膛膛u 煤塊煤塊爐排爐排在爐膛燃燒在爐膛燃燒加熱汽包加熱汽包產(chǎn)生蒸氣產(chǎn)生蒸氣u 空氣空氣鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器爐膛爐膛u 引風(fēng)引風(fēng)省煤器省煤器除塵脫流除塵脫流引風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)煙囪煙囪u 水水給水泵增壓給水泵增壓省煤器預(yù)熱省煤器預(yù)熱汽包水位汽包水位 u 煤量調(diào)節(jié)：通過改變爐排走速實現(xiàn)煤量調(diào)節(jié)：通過改變爐排走速實現(xiàn) u 送風(fēng)量調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)鼓風(fēng)擋板開度或變頻調(diào)節(jié)送風(fēng)量調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)鼓風(fēng)擋板開度或變頻調(diào)節(jié) u 引風(fēng)量調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)引風(fēng)擋板開度或變頻調(diào)節(jié)引風(fēng)量調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)引風(fēng)擋板開度或變頻調(diào)節(jié) u 給水調(diào)節(jié)：保持

5、汽包水位在允許的范圍內(nèi)給水調(diào)節(jié)：保持汽包水位在允許的范圍內(nèi)u 特點：蒸汽負(fù)荷變動頻繁且不穩(wěn)定特點：蒸汽負(fù)荷變動頻繁且不穩(wěn)定u 控制系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)：控制系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)： 節(jié)煤（氧氣充分燃燒）節(jié)煤（氧氣充分燃燒）風(fēng)、煤風(fēng)、煤 蒸汽壓力穩(wěn)定，溫度滿足要求蒸汽壓力穩(wěn)定，溫度滿足要求 水水 可靠性高，維修、操作方便可靠性高，維修、操作方便系統(tǒng)特點和控制目標(biāo)系統(tǒng)特點和控制目標(biāo) 3/四個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)：四個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)：汽包水位控制汽包水位控制 爐膛負(fù)壓控制爐膛負(fù)壓控制熱負(fù)荷控制熱負(fù)荷控制 燃燒經(jīng)濟(jì)性控制燃燒經(jīng)濟(jì)性控制四個調(diào)節(jié)量：四個調(diào)節(jié)量：給水量給水量 送風(fēng)量送風(fēng)量引風(fēng)量引風(fēng)量 給煤量給煤量控控制制系系

6、統(tǒng)統(tǒng)煤/風(fēng) 比煤/風(fēng) 比. 反饋信號反饋信號蒸汽壓力蒸汽壓力水位水位爐膛負(fù)壓爐膛負(fù)壓含氧量含氧量給水閥給水閥鼓風(fēng)擋板鼓風(fēng)擋板引風(fēng)擋板引風(fēng)擋板爐排速度爐排速度給煤量給煤量引風(fēng)量引風(fēng)量送風(fēng)量送風(fēng)量給水流量給水流量汽包水位汽包水位蒸汽壓力蒸汽壓力蒸汽流量蒸汽流量爐膛負(fù)壓爐膛負(fù)壓煙氣含氧量煙氣含氧量爐膛溫度爐膛溫度子系統(tǒng)與控制量子系統(tǒng)與控制量 4/汽包水位是一個很重要的參數(shù)汽包水位是一個很重要的參數(shù)水位過高水位過高蒸汽容積減小，影響汽包的汽水分離蒸汽容積減小，影響汽包的汽水分離 ， 產(chǎn)生蒸汽帶水產(chǎn)生蒸汽帶水水位過低水位過低汽包本身較小，負(fù)荷蒸汽變化大，汽包本身較小，負(fù)荷蒸汽變化大， 水量變化速度快，容

7、易全部氣化，水量變化速度快，容易全部氣化， 出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，引起事故。出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，引起事故。水位調(diào)節(jié)任務(wù)：保持水位在允許范圍內(nèi)水位調(diào)節(jié)任務(wù)：保持水位在允許范圍內(nèi); 保持給水量保持給水量穩(wěn)定穩(wěn)定控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器汽包汽包X XWNH H水水位位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器蒸蒸汽汽過熱器過熱器省煤器省煤器給水閥給水閥X調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器XX X+蒸蒸汽汽過熱器過熱器給水閥給水閥控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器汽包汽包X XWHH水水位位- -前饋前饋調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器XX X+蒸蒸汽汽過熱器過熱器給水閥給水閥X X-省煤器省煤器WH水位水位給定量給定量給水閥給水閥汽包汽包調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器- -WN+ +- -蒸汽流量蒸汽流量H水水

8、位位給水給水流量流量+ +u了解工藝過程入手，按照控制要求，正了解工藝過程入手，按照控制要求，正確制定控制策略確制定控制策略u實現(xiàn)控制，要有恰當(dāng)?shù)目刂扑惴▽崿F(xiàn)控制，要有恰當(dāng)?shù)目刂扑惴╱要有實現(xiàn)檢測與控制的正確手段要有實現(xiàn)檢測與控制的正確手段u要選擇可靠有效的計算機(jī)控制系統(tǒng)要選擇可靠有效的計算機(jī)控制系統(tǒng)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) CFB-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 u應(yīng)用于應(yīng)用于2300MW機(jī)組，共采用兩套脫機(jī)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，

9、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鍋爐汽包側(cè)視圖主機(jī)鍋爐和預(yù)除塵吸收塔和脫硫除塵島俯視預(yù)除塵灰斗和倉泵俯視生石灰倉下料秤重計量閥灰斗出料倉泵中央控制樓中控室控制柜調(diào)試系統(tǒng)中調(diào)試順利進(jìn)行，最終完滿的達(dá)到了98以上的實際脫硫率！OS 站/WinCC機(jī)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(jī)組2Y-LINK用于連接吸收劑制備子系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)光工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)纖環(huán)PCS7 工程師站榆社榆社電廠電廠2x300MW發(fā)電

10、機(jī)組脫硫除塵島發(fā)電機(jī)組脫硫除塵島 #1機(jī)組機(jī)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(jī)組機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)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現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)SO2排放濃度控制排放濃度控制吸收塔床層壓差控制吸收塔床層壓差控制吸收塔溫度控制吸收塔溫度控制吸收塔入口煙氣流量吸收塔入口煙氣流量控制控制 PID算法算法實際系統(tǒng)實際系統(tǒng)仿真模型仿真模型Matlab仿真仿真DMC或或模糊控制算法模糊控制算法控制算法優(yōu)化控制算法優(yōu)化u工業(yè)控制系統(tǒng)基本上采用三層控制網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場

11、總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制系統(tǒng)基本上采用三層控制網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)、標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)、標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)uIOIO采集方式由集中式走向分布式采集方式由集中式走向分布式u在工業(yè)上仍然采用以在工業(yè)上仍然采用以PIDPID，尤其是，尤其是PIPI為主的控制算法為主的控制算法u控制算法正在逐步從經(jīng)典算法（控制算法正在逐步從經(jīng)典算法（PIDPID）走向高級過程控制）走向高級過程控制算法（算法（DMCDMC、模糊控制等）、模糊控制等） 工業(yè)機(jī)器人nISO定義：一種自動的、位置可控的、具一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個軸，能夠借助于可編

12、程序操手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)機(jī)器人的新定義機(jī)器人的發(fā)展機(jī)器人的發(fā)展 春秋后期，春秋后期，魯班曾制造過一只木鳥，能在空中飛行魯班曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日三日不下不下”。 西周時期，西周時期，出現(xiàn)了能歌善舞的伶人，出現(xiàn)了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機(jī)器人。這是我國最早記載的機(jī)器人。 公元前公元前2世紀(jì)，世紀(jì)，亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了最原始的亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人機(jī)器人自動機(jī)。可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。自動機(jī)。可以自己開門，還可以借

13、助蒸汽唱歌。 后漢三國時期，后漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地蜀國丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了創(chuàng)造出了“木牛流馬木牛流馬”。用其運(yùn)送軍糧，支。用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。援前方戰(zhàn)爭。17381738年，年，法國天才技師杰克法國天才技師杰克戴戴瓦克遜發(fā)瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨。它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，明了一只機(jī)器鴨。它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進(jìn)食和排泄。還會進(jìn)食和排泄。 17731773年，年，自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等被連續(xù)推出?，F(xiàn)在自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等被連續(xù)推出?，F(xiàn)在保留下來的瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，還定期彈奏保留下來的瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，還定期彈奏音樂

14、供參觀者欣賞。音樂供參觀者欣賞。 18931893年年摩爾制造了摩爾制造了“蒸汽人蒸汽人”，“蒸汽人蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動雙腿靠蒸汽驅(qū)動雙腿沿圓周走動。沿圓周走動。1962年年美國推出的示教再現(xiàn)機(jī)器美國推出的示教再現(xiàn)機(jī)器人，最早的實用機(jī)型。在線編程、存人，最早的實用機(jī)型。在線編程、存儲、讀出。儲、讀出。 VERSATRANUNIMATE第二第二代：感覺代：感覺 機(jī)器人機(jī)器人 1965年，年，MIT的的Roborts演示了第一個具有視覺演示了第一個具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)傳感器的、能識別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)第三代：智能機(jī)器人第三代：智能機(jī)器人 可理解可理解指令、感知環(huán)境、識別對象、設(shè)計