计算机控制系统

学院 电气信息工程学院 专业 电气工程及其制动 化 班级 09 1 班 姓名 张景辉 学号 540901020155 计算机控制系统综述 摘要 摘要 目前工业计算机控制系统按结构层次基本上划分为 直接数字控制 DDC 系统 监督控制 SCC 系统 集散型控制系统 DCS 递阶控制系统 HCS 和现场总线控制系统 FCS 等几种 工业计算机控制系统是为了提高 产品质量 降低成本 减少环境污染 因此 计算机控制系统已成为生产设备 及过程控制等重要的组成部分 关键字 关键字 DDC SCC DCS HCS FCS 一 直接数字控制 一 直接数字控制 DDC 系统 系统 DDC 系统是利用微信号处理器来 做执行各种逻辑控制功能 它主要采 用电子驱动 但也可用传感器连接气 动机构 DDC 系统的最大特点就是从 参数的采集 传输到控制等各个环节 均采用数字控制功能来实现 同时一 个数字控制器可实现多个常规仪表控 制器的功能 可有多个不同对象的控 制环路 目前 DDC 控制系统常采用的网络结构 有两种 即 Bus 总线结构和环流网络 结构 其中 Bus 总线结构是所有 DDC 控制器均通过一条 Bus 总线与集中控 制电脑相连 它的最大优点就是系统 简单 通信速度较快 对一些中 小 型工程较为适用 但在大型工程时就 会导致布线复杂 为此目前有些公司 又推出了支路 Bus 总线结构网络 它 是通过一个通讯处理设备 NCU 后产 生支路 Bus 总线 这样各支路又可带 数个现场 DDC 控制器 对一个 大区 域而言 只需几个 NCU 与系统 Bus 总 线相联即可 这样可大大简化该系统 对于环流网络结构 它是利用两根总 线形成一个环路 每一个环路可带数 个 DDC 控制器 多个环路之间通过环 路接口相联 因此这种系统最大优点 就是扩充能力较强 通讯网络是用于完成集中控制电 脑与现场 DDC 控制器以及现场设备之 间的信息交换 其联接材料通常采用 截面积为 1 0mm2 的 RVVP 聚氯乙烯绝 缘 聚氯乙烯护套 铜芯电缆或采用 专用通信电缆 现场 DDC 控制器与现 场设备 如传感器 阀门等 之间的控 制电缆一般采用 1 1 5mm2 聚氯乙烯 绝缘 聚氯乙烯护套 铜芯电缆 是 否需要采用屏蔽线应根据具体设备而 定 二 监督控制 二 监督控制 SCC 系统 系统 监督控制 SCC 系统又称设定 值控制系统 SPC 它是将操作指导 和 DDC 综合起来的一种较高级形式的 控制系统 它和 DDC 一样属于闭环控 制 在这类系统中 生产过程的闭环 自动调节是依靠模拟调节器或 DDC 计 算机来完成的 SCC 计算机对生产过 程的工艺参数进行巡检 并根据生产 过程的数学模型 计算出最佳给定值 直接对模拟调节器或 DDC 计算机进行 设定 使生产过程在最优工况下运行 此外 它还可以通过在线的模型辩识 随时对现有模型进行修改 实现最优 控制和自适应控制 模拟调节器或 DDC 计算机直接面 向生产过程 SCC 计算机则面向模拟 调节器或 DDC 计算机 也就是说 含 有 SCC 的系统至少是一个两级控制系 统 一台 SCC 计算机可监督控制多台 DDC 或模拟调节器 SCC 系统具有较 高的运行性能和可靠性 采用 SCC 系 统的原因是由于 DDC 系统在进行实时 控制时 采样周期不能太长 而较短 的采样周期又难以完成较为复杂的运 算与控制 SCC 系统则可以完成较为 复杂的计算 如优化计算 自适应算 法等 而将计算出的最佳设定值送给 DDC 系统或模拟调节器去执行 因此 可实时实现优化控制 但是 DDC 系 统和 SCC 系统都属于集中型控制系统 当这种系统集中了很多的控制回路时 就必然会带来 危险高度集中 的问 题 从而使系统的可靠性大为降低 这就要求直接数字控制由集中型向分 散型转移 于是出现了 控制分散 信息集中 的集散型控制系统 三 集散控制系统 三 集散控制系统 DCS 集散控制系统 Distributed control system 是以微处理器为基础 的对生产过程进行集中监视 操作 管理和分散控制的集中分散控制系统 简称 DCS 系统 该系统将若干台微机 分散应用于过程控制 全部信息通过 通信网络由上位管理计算机监控 实 现最优化控制 整个装置继承了常规 仪表分散控制和计算机集中控制的优 点 克服了常规仪表功能单一 人 机 联系差以及单台微型计算机控制系统 危险性高度集中的缺点 既实现了在 管理 操作和显示三方面集中 又实 现了在功能 负荷和危险性三方面的 分散 DCS 系统在现代化生产过程控 制中起着重要的作用 DCS 控制系统与常规模拟仪表及 集中型计算机控制系统相比 具有很 显著的特点 1 系统构成灵活 从 总体上看 DCS 就是由各个工作站通 过网络通信系统组网而成的 你可以 把他现象成 因特网 根据生产需 求 你可以随时加入或者撤去工作站 系统组态很灵活 2 操作管理便捷 DCS 的人机反馈都是通过 CRT 跟键盘 鼠标等实现的 3 控制功能丰富 原先用模拟控制回路实现的复杂运算 通过高精度的微处理器来实现 4 信息资源共享 你可以把工作站想象 成因特网上的各个网站 只要你在 DCS 系统中 并且权限够大 你就能 了解到你要的任何参数 5 安装 调试方便 相比原先的模拟控制系统 那么多的飞线头 一大堆类似头发丝 的电线 DCS 系统算是很方便了 6 安全可靠性高 四 递阶控制系统 四 递阶控制系统 HCS 集散系统进一步向上联网 和上 层的管理信息系统一起构成递阶控制 系统 随着计算机技术的发展 人们 把注意力转向工厂的生产效率 能源 消耗 利润指标等管理信息方面 于 是就把生产过程的监控与科学化的企 业管理结合起来 递阶控制系统一般 分成 4 级 在直接控制级上 过程控制计算 机直接与现场各类装置 如变送器 执行器 记录仪表等 相连 对所连 接的装置实施监测 控制 同时它还 向上与第 2 层的计算机相连 接收上 层的管理信息 并向上传递装置的特 征数据和采集到的实时数据 在过程管理级上的过程管理计算 机主要有监控计算机 操作站和工程 师站 它综合监视过程各站的所有信 息 集中显示操作 控制回路组态和 参数修正 优化过程处理等 在生产管理级上的管理计算机根 据产品各部件的特点 协调各单元级 的参数设定 是产品的总体协调员和 控制器 经营管理级居于中央计算机上 并与办公室自动化连接起来 担负起 全厂的总体协调管理 包括各类经营 活动 人事管理等 五 现场总线控制系统 五 现场总线控制系统 FCS FCS 是 fieldbus control system 的 意思 即现场控制系统在无线通信系 统中 FCS 代表 帧检验序列 FCS 是 由 PLC 发展而来的 而在另一些行业 FCS 又是由 DCS 发展而来的 所以 FCS 与 PLC 及 DCS 之间有着千丝万缕 的联系 又存在着本质的差异 现场总线技术自推广以来 已经 在世界范围内应用于工业控制的各个 领域 现场总线的技术推广有了三 四年的时间 已经或正在应用于冶金 汽车制造 烟草机械 环境保护 石 油化工 电力能源 纺织机械等各个 行业 应用的总线协议主要包括 PROFIBUS DeviceNet Foundation F ieldbus Interbus S 等 在汽车行业 现场总线控制技术应用的非常普 遍 近两年国内新的汽车生产线和旧 的生产线的改造 大部分都采用了现 场总线的控制技术 国外设计的现场 总线控制系统已应用很广泛 从单机 设备到整个生产线的输送系统 全部 采用现场总线的控制方法 而国内的 应用仍大多集中中生产线的输送系统 随着技术的不断发展和观念的更新必 然会逐步扩展其应用领域 对于一个 控制系统 无论是采用 DCS 还是采用 现场总线 系统需要处理的信息量至 少是一样多的 实际上 采用现场总 线后 可以从现场得到更多的信息 现场总线系统的信息量没有减少 甚 至增加了 而传输信息的线缆却大大 减少了 这就要求一方面要大大提高 线缆传输信息的能力 另一方面要让 大量信息在现场就地完成处理 减少 现场与控制机房之间的信息往返 可 以说现场总线的本质就是信息处理的 现场化 结束语 结束语 从上述分析论述中 我们可知当今社会是计算机的时代 而工业控制 领域 计算机更是扮演着不可缺少的角色 随着计算机技术 自动控制技术与 网络通信技术的不断发展 数字式分散控制 DCS 并不会消亡 但其主导地位也 将会被现场总线控制系统 FCS 取代 参考文献 参考文献 1 王永华 现场总