第7講 計算機控制

過程控制系統(tǒng)主講人：錢艷平2010.092第七講計算機控制系統(tǒng)7.1計算機控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)（DCS）系統(tǒng)基于PLC的監(jiān)督控制與采集（PLC-SCADA）系統(tǒng)7.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)37.1.1計算機控制系統(tǒng)的特點控制器采用控制計算機（包括數(shù)字調(diào)節(jié)器、IPC、PLC、DCS等），不再是模擬調(diào)節(jié)器。

與一般個人電腦PC相比，特點：可靠性高；對計算機速度和精度要求相對較低；輸入/輸出等外圍設(shè)備完善；實時響應(yīng)性好；中斷系統(tǒng)完善。47.1.2計算機過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成

57.1.3計算機過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用型式

（一）巡回檢測與數(shù)據(jù)處理

（二）直接數(shù)字控制（DDC）

（三）監(jiān)督控制（SCC）（四）集散控制系統(tǒng)（DCS）

6（一）巡回檢測與數(shù)據(jù)處理7（二）直接數(shù)字控制（DDC）8（三）監(jiān)督控制（SCC）

9（四）集散控制系統(tǒng)（DCS）1、DCS產(chǎn)生的背景早期的集中式控制系統(tǒng)將所有功能集中于一臺計算機，包括：過程數(shù)據(jù)輸入/出；實時數(shù)據(jù)的處理與保存；實時和歷史數(shù)據(jù)庫的管理及保存；人機界面處理；報警與日志記錄；報表；系統(tǒng)本身的監(jiān)督管理等。集中式控制系統(tǒng)缺點：軟件系統(tǒng)相當(dāng)龐大，運行效率、可靠性低；經(jīng)濟性和可擴展性差；計算機失效或故障對整個系統(tǒng)造成的危害性很大。10（四）集散控制系統(tǒng)（DCS）2、DCS設(shè)計思想“控制分散、管理集中”。與集中式計算機控制系統(tǒng)相比，控制系統(tǒng)的危險被分散，可靠性大大增加。DCS已成為大中型流程工業(yè)企業(yè)過程控制系統(tǒng)的主流。113、集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

12（1）I/O控制站現(xiàn)場I/O控制站包括模擬量輸入/出、開關(guān)量輸入/出和脈沖量輸入/出等信號調(diào)理板。采集現(xiàn)場各種過程量（溫度、壓力、流量、物位及各種開關(guān)狀態(tài)等），通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到操作員站、工程師站及其它現(xiàn)場I/O控制站。在本站實現(xiàn)局部自動控制功能。13（2）操作員站為系統(tǒng)的運行操作人員提供人機界面，使操作員可及時了解：現(xiàn)場運行狀態(tài)；各種運行參數(shù)的當(dāng)前值；是否有異常情況發(fā)生，等等。并可使操作員對工藝過程進行控制和調(diào)節(jié)，保證生產(chǎn)過程安全、高效。監(jiān)控的方式：生產(chǎn)過程的模擬流程圖；實時趨勢及歷史曲線顯示；報警窗口，等等。14（3）工程師站對DCS進行離線組態(tài)，在線系統(tǒng)監(jiān)督、控制和維護。在DCS在線運行時，實時監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個節(jié)點的運行情況，使系統(tǒng)工程師可及時調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，以確保DCS隨時處在最佳的工作狀態(tài)。154、典型DCS代表廠家：美國Honeywell公司的TDC3000；日本橫河（YAKOGAWA）的CENTUM；西屋Westinghouse的WDPF；西門子（Siemens）PCS7，等等。國產(chǎn)DCS代表廠家：北京和利時；浙大中控。167.1.2PLC-SCADA系統(tǒng)監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)多以PLC作為現(xiàn)場控制站。PLC-SCADA系統(tǒng)具有和DCS幾乎相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制性能。17（一）PLC-SCADA與DCS的區(qū)別

1、起初，PLC主要面向數(shù)字量控制；DCS則面向模擬量控制。至今，兩者都能控制數(shù)字量和模擬量。2、DCS由處理器、I/O模塊、運行界面和與之相匹配的軟硬件組成的一個完整系統(tǒng)；PLC-SCADA則將整個系統(tǒng)分成不同部分，各部分之間需進行組合和通訊。18（一）PLC-SCADA與DCS的區(qū)別3、DCS只有一個全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，一旦修改了這個數(shù)據(jù)庫，它將影響整個系統(tǒng)的運行；PLC-SCADA至少有兩個不同數(shù)據(jù)庫，一個用于PLC，另一個用于SCADA應(yīng)用程序。任何修改需在所有數(shù)據(jù)庫中進行。

4、PLC-SCADA的硬件、軟件和授權(quán)與DCS相比相對便宜。

5、PLC能以毫秒級速度掃描，掃描速度由I/O數(shù)量決定；DCS只能以固定的秒級速度掃描。

19（一）PLC-SCADA與DCS的區(qū)別6、起初，DCS很封閉，與其它系統(tǒng)接口設(shè)計困難；SCADA系統(tǒng)基于PC設(shè)計，與其它系統(tǒng)接口通用。7、DCS中通訊檢測、系統(tǒng)性能管理和系統(tǒng)報警都使用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，而PLC-SCADA中這些功能都需編程實現(xiàn)。

8、PLC-SCADA更適用于中小型工程，而DCS則適用于大中型工程。207.1.3組態(tài)軟件通常，軟件功能由軟件人員編程實現(xiàn)，工作量大，通用性差。針對不同對象，要修改或重新設(shè)計應(yīng)用軟件，可靠性低。其實，對于不同對象，系統(tǒng)可執(zhí)行程序代碼一般固定不變，不同對象只需改變數(shù)據(jù)實體即可。采用組態(tài)軟件，只需進行參數(shù)配置即可生成所需應(yīng)用軟件。組態(tài)軟件使從事自動控制開發(fā)的技術(shù)人員從復(fù)雜的軟件編程中解放出來，可更加專注于生產(chǎn)過程控制，同時也提高了軟件系統(tǒng)的可靠性和代碼效率。21（一）組態(tài)功能硬件配置組態(tài)；數(shù)據(jù)庫組態(tài)；控制回路組態(tài)；顯示畫面組態(tài)；報表生成組態(tài)，等等。222324（二）目前流行的通用組態(tài)軟件Intellution公司的iFixSiemens公司的WinCCWanderware公司的Intouch國產(chǎn)組態(tài)王KingView，等等。257.2現(xiàn)場總線（Fieldbus

）1、現(xiàn)場總線定義所謂現(xiàn)場總線，是指將現(xiàn)場設(shè)備（如數(shù)字傳感器、變送器、執(zhí)行器等）與工業(yè)過程控制單元、現(xiàn)場操作站等互連而成的計算機網(wǎng)絡(luò)，具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸?shù)忍攸c，是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)向現(xiàn)場級發(fā)展的產(chǎn)物。262、現(xiàn)場總線的特點實現(xiàn)了控制技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的集成：現(xiàn)場設(shè)備已成為以微處理器為核心的數(shù)字化設(shè)備，彼此通過傳輸媒體（雙絞線、同軸電纜或光纖）以總線拓?fù)湎噙B；摒棄了DCS中的I/O控制站，將這一級功能分配給通信網(wǎng)絡(luò)完成；分散的功能模塊，便于系統(tǒng)維護、管理與擴展，提高可靠性；開放式互連結(jié)構(gòu)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)相連，也可通過網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備與控制級網(wǎng)絡(luò)或管理信息級網(wǎng)絡(luò)相連；互操作性，在遵守同一通信協(xié)議的前提下，可將不同廠家的現(xiàn)場設(shè)備產(chǎn)品統(tǒng)一組態(tài)。273、現(xiàn)場總線的發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)始于80年代，許多國家都投入巨資與人力研發(fā)。已形成各式各樣的企業(yè)、國家、地區(qū)及國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，已出現(xiàn)的現(xiàn)場總線100多種。284、現(xiàn)場總線通信協(xié)議基本遵照ISO/OSI參考模型，該模型共有七層；現(xiàn)場總線主要實現(xiàn)第一層（物理層）、第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）和第七層（應(yīng)用層）的功能：物理層多采用RS485協(xié)議；數(shù)據(jù)鏈路層媒體訪問控制多采用受控訪問（包括輪詢和令牌）協(xié)議。295、代表性的現(xiàn)場總線HART（過渡性協(xié)議）FFLONWORKSPROFIBUSCANMODBUSDEVICENETINDUSTRIALETHERNET306、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）317、現(xiàn)場總線