计算机控制技术的发展及应用.ppt

计算机控制技术的发展及应用 计算机控制 是关于将计算机技术应用于工农业生产 国防等行业的一门综合性学科与技术 计算机控制是以计算机 控制工程 电工电子学和自动化仪表为基础的综合学科 计算机控制系统简单地说就是以计算机替代了原模拟控制系统的控制器 控制仪表 组成的自动控制系统 但是这种取代决不是一种简单的替代而是一种升华 1计算机控制系统概述 在工业生产中计算机一般包括三种类型 单片机 PLC 工业控制计算机 可编程控制器 定义 可编程序逻辑控制器 Programmable Logic Controller 简称为PLC 是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字式 模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家美国A B公司 Allen Bradley 德国西门子公司 Siemens 美国GE Fanuc公司美国的莫迪康 Modicon 和法国的TE电器公司日本欧姆公司 OMRON 日本三菱电机株式会社 MITSUBISHI 日本富士电机株式会社 FujiElectric 日本东芝公司 TOSHIBA 日本的光洋电子 KOYO 和中国的华光电子 CKE 日本松下电工株式会社 MEW MatsushitaElectricWorksLtd 计算机控制系统的应用领域计算机控制在工业自动化中起着举足轻重的作用 在国内外已广泛应用于机械 冶金 石油 化工 轻工 纺织 电力 电子 食品 交通等行业 经验表明 80 以上的工业控制可以使用PLC来完成 这就意味着我们需要掌握一定的计算机控制技术 典型的计算机控制系统的硬件主要包括 计算机主机 过程控制通道 操作控制台和常用的外设 如下图所示 1 1计算机控制系统硬件组成 FW351标准信号输入卡 FW352热电偶信号输入卡 FW353热电阻信号输入卡 FW372模拟量输出卡 FW366开关量输入卡 FW367开关量输出卡 系统I O卡件 应用软件是用户根据控制对象 控制要求 为实现高效 可靠 灵活的控制而自行编译的各种程序 它们包括 数据采集 数字滤波 标度变换 键盘的处理 过程控制算法 输出与控制等程序 用于应用软件开发的程序设计语言 一般有 汇编 C C VB VC等 目前也有一些专门用于控制的引用组态软件 这些软件功能强 使用方便 组态灵活 具有很强的应用前景 1 2计算机控制系统软件介绍 工业组态软件是指数据采集与过程控制的专用软件 它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台 容易实现和完成监控层的各项功能 世界上第一个把组态软件做为商品进行开发 销售的专业软件公司是美国的Wonderware公司 它于80年代末率先推出第一个商品化监控组态软件Intouch 此后组态软件得到了迅猛的发展 目前世界上的组态软件有几十种之多 国际上较知名的监控组态软件有 Fix Intouch Wincc LabView Citech等 我国 三维力控 ForceControl 组态王通用组态 现代化电站的集中控制室 1 在深度方面 则向高速度 智能化方向发展 2 在广度方面 向大系统或系统工程的方向发展 向管理控制一体化的方向发展 从单一过程 单一对象的局部控制 发展到对整个工厂 整个企业 甚至对社会经济 国土利用 生态平衡 环境保护等大规模复杂对象和系统进行综合控制 1 2 3计算机控制系统的发展方向 2直接数字控制系统 DirectDigitalControl 直接数字系统是计算机控制系统的最基本形式 也是应用最多的一类计算机控制系统 其一般结构如图所示 这类控制系统是计算机通过过程控制通道对工业生产过程进行在线实时控制 应用举例 水箱水位的手动控制 观测实际水位 将实际水位与要求的水位值相比较 得出两者偏差 根据偏差的大小和方向调节进水阀门的开度 即当实际水位高于要求值时 关小进水阀门开度 否则加大阀门开度以改变进水量 从而改变水箱水位 使之与要求值保持一致 水箱水位的自动控制浮子 测量作用连杆 比较作用放大器 伺服电动机和减速器 调节作用阀门 执行元件作用 当实际水位低于要求水位时 电位器输出电压值为正 且其大小反映了实际水位与水位要求值的差值 放大器输出信号将有正的变化 电动机带动减速器使阀门开度增加 直到实际水位重新与水位要求值相等时为止 水位自动控制的目的 使偏差消除或减小 使实际水位达到要求的水位值 水箱水位的自动控制示意图 手动控制与自动控制的比较 对应系统方框图 PLC系统示意图 水位信号 连续变化的 称之为模拟信号 目前规范模拟信号标准为电压 10V 10V 或0 10V 或4 20mA PLC对模拟信号的处理 10V 10V 32000 320000 10V 0 320000 20mA 0 32000 水位信号可以由水位传感器测量得到 而模拟信号处理为数字量可以由PLC的模拟通道转换实现 实际水位低于要求水位时 即实际值 参考值时 Q0 0输出正电平信号 实际水位低于要求水位时 即实际值 参考值时 Q0 1输出负电平信号 加反向器得到 输出信号是一种什么信号呢 我们称之为数字信号 或开关信号 即0 1 0 表示无输出 1 表示有输出 PLC的内部电路将输出的数字信号 1 转换为 24V 0 转换为0V 电厂 热电厂 自动化系统 多台设备需要协调控制时如何解决 3分布式控制系统 分布式控制系统 又称DCS DistributedControlSystem 即将微处理器作为核心的集中分散控制系统 利用控制技术 Control 计算机技术 Computer 通信技术 Communication 和阴极射线管 CRT 显示技术 4C技术 对生产过程进行集中监视 操作 管理和分散控制的新型控制系统 主要特点 集中管理 分散控制 由于DCS系统大大降低了系统成本 使得市场空间得到扩大 从远程监控 如防盗报警 江河汛情监视 环境监控 电信线路监控 交通管制与监控 矿井报警等 数据采集与计量 如居民水电气表的自动抄表 铁道信号采集与记录等 数据分析 如汽车 机车自动测试 机组 设备参数测试 医疗化验仪器设备实时数据采集 虚拟仪器 生产线产品质量抽检等 到过程控制 3 1现场设备层 主要设备 现场控制单元 主要任务 进行数据采集及处理 对被控对象实施闭环反馈控制 顺序控制和批量控制 用户可以根据不同的应用需求 选择配置不同的现场控制单元以构成现场控制站 3 2过程监控层 DCS操作站一般分为操作员站和工程师站两种 工程师站主要是技术人员与控制系统的人机接口 可以对应用系统进行监视 工程师站为用户提供了一个灵活的 功能齐全的工作平台 通过组态软件来实现用户所要求的各种控制策略 有些小型DCS的工程师站可以用一个操作员站代替 以高性能的工业控制计算机为核心 具有超大容量的存贮器 可根据用户的需要选择CRT LCD显示器 操作站可以是一机多屏 还可以配置工业键盘 鼠标 轨迹球和触摸屏等外部设备 操作站特点 几种现场总线产品的比较 过程监控层与现场设备层之间一般采用现场总线通信方式 3 3信息管理层 1 工程功能 完成系统生成 系统维护 系统测试和系统管理 2 操作功能 监视 记录 运行整个系统 3 通信功能 完成厂级或集团级的数据交换 10M 100Mbps的标准工业以太网符合TCP IP协议工业以太网是在标准Ethernet基础上开发的双通道网络系统增加特殊控制功能 冗余控制 实时故障同步诊测多项指标优化设计 实时响应性网络故障实时诊断信息显示在操作站上工业以太网更适合中大规模控制系统选用 工业以太网 1 现场设备层 主要是PLC控制系统设计 2 过程监控层 主要包括组态软件开发与现场总线通信 3 信息管理层 主要包括组态软件开发与现场总线通信 4计算机控制在热能工程领域的应用 某热电项目结构图 彩色打印机 黑白打印机 MIS网 工程师站 1台 操作站 6台 继电器柜 电源柜 DCS网络总线 2机控制站 3炉控制站1 2炉控制站1 1炉控制站1 1机控制站 公用系统控制站 黑白打印机 OPC驱动软件 FW244接口卡 与PLC等系统接口1 FW244接口卡 与PLC等系统接口2 黑白打印机 打印站 1台 1炉控制站2 2炉控制站2 3炉控制站2 输煤系统我国大型电厂所采用的绝大部分燃料是燃煤 燃煤系统承担从煤源至储煤场 再由储煤场到主机煤仓 或者直接到主机煤仓的备煤和上煤任务 火电厂输煤控制系统包括 上煤程控 配煤程控 上位计算机监控 实现各种管理功能 化学水处理系统火电厂水系统主要包括锅炉补给水 凝结水精处理 包括机组排水槽 化学加药 净化站 废水污水 汽水取样 制氢站 循环水弱酸处理 升压泵房等辅助公共控制子系统 除灰渣系统大型机组的除灰渣系统通常包括 磨煤机排出的石子煤处理锅炉底部渣的处理省煤器 空气预热器和电气除尘器飞灰的处理 除灰除渣装置的控制系统是一个比较复杂的程控项目其主要控制对象 输送风机 气化风机 气锁阀 加热器 各类阀门 卸灰装置 布袋除尘器 收灰风机及管道压力底渣斗 贮水池以及灰库等设备 除灰系统工艺流程 电厂石灰石一石膏湿法烟气脱硫 石灰石一石膏湿法脱硫技术采用石灰石为脱硫吸收剂锅炉引风机出来的烟气 烟气进入吸收塔内与石灰浆液发生吸收反应 反应后的洁净饱和烟气经喷雾器除雾与GGH冷烟侧换热升温后由烟囱排出反应产生的石膏浆液经