工业控制系统概述

1、.,工业控制系统概述,史洪源 2004.7,工业过程的类型,流程工业（Process Industry） 连续生产过程 产品论“斤”卖 如：化肥 制造业（Manufacturing Industry） 离散制造过程 产品论“个数”卖 如：螺丝钉,工业控制的分类,过程控制（Process Control） 控制流程工业的生产过程 一条生产线只生产一种产品 主要控制手段是PID 现在流行叫Process Automation（过程自动化） 离散控制（Discrete Control） 控制制造业的加工过程 主要手段是顺序与逻辑控制 现在流行叫Factory Automation（工厂自动化） 批量

2、控制（Batch Control） 同一生产线上的间歇性、多品种生产过程，半连续过程。 既有顺序与逻辑控制，也有连续过程控制 每种产品有自己的“配方” 主要是食品和制药行业,连续控制：流程工业,离散控制：制造业,批量过程：制药行业,工业控制的分类,output,controller,+,-,plant state,display,control variable(analog),set-point,plant,measurement,plant state,sequencer,on/off,plant,display,过程控制：闭环的特征 closed-loop control / regul

3、ation,keywords: feedback, analog variables, continuous processes, process control,离散控制：开环的特征 open-loop control / command,keywords: sequential / combinatorial, binary variables, discrete processes,batch control, manufacturing,output,error (deviation),binary,%,process value,measurement,clock,大部分工厂都是混合

4、过程工厂,啤酒厂： 发酵是 连续过程（Process Control） 装瓶灌封是 离散过程（Discrete Control）,Automotive Manufacturing Electronics Machinery Textiles Pharmaceuticals Fine Chemical Food & Beverage Metals & Mining Water & Waste Pulp & Paper Petrochemicals Oil & Gas Electrical Power,discrete,continuous,工业控制系统分类,分布式控制系统（Distributed

5、 Control System：DCS） 属于过程控制系统（Process Control） 适用于流程工业（Process Industry） 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller：PLC） 属于离散控制系统（Discrete Control） 适用于制造业（Manufacturing Industry）,批量过程有对应的控制系统吗？,工业控制：几个重要的阶段,模拟监测仪表手动控制（1930以前） 模拟单回路反馈控制器（1930以后） 1945年美国人Bode，奠定了控制理论的基础。 监督控制（SCADA：Supervisory Control and

6、 Data Aquisition） 计算机开始用于过程控制，主要是监视功能（1950s） 设定值控制（SPC：Set Point Control） 由计算机计算出给定值，输出给模拟调节器（1960s） 直接数字控制（DDC：Direct Digital Control） 模拟PID电路变成了数字PID（1960s） 可编程控制器（PLC：Programmable Logic Controller） Dick Morley博士，1968年，Modicon公司，084系列 分布式控制系统（DCS：Distributed Control System） 分布式控制器，集中CRT监视（1975年，Ho

7、neywell：TDC2000） 现场总线仪表（Fieldbus Instrument） 用数字信号仪表取代420mA模拟仪表（1990s）,“间接数字控制”呢？,信息化工厂的层次,DCS,信息化工厂的层次,MES,单元控制,回路控制,输入输出,传感器、变送器、执行器,A,V,控制室操作接口,control room,被控主设备,工作流与生产执行过程控制,SCADA =,Supervisory Control,And Data Acquisition,T,ERP,企业管理,现场设备：传感器、变送器、执行器,控制器与输入输出,控制室人机接口：模拟时代,控制室人机接口：数字时代,各层次系统的相应时

8、间,Planning Level,Execution Level,Control Level,Supervisory Level,ms Seconds Hours Days Weeks Month Years,ERP(Enterprise Resource Planning),DCS,MES (Manufacturing Execution System),PLC (Programmable Logic Controller),(Distributed Control System),(Supervisory Control and Data Acquisition),SCADA,DCS的基本

9、体系结构,DCS组成,IO模块 模入（AI）、模出（AO）、开入（DI）、开出（DO）、脉入（PI）。 主控制器（Main Control Unit：MCU） 执行控制运算 控制网络（Control Network） 将主控制器与IO模块连接起来 系统网络（System Network） 将主控制器、操作员站、工程师站和系统服务器连接 操作员站（Operator Station） 操作工用计算机 工程师站（Engineer Station） 组态（configuration）工程师用计算机 系统服务器（System Server） 集中存储组态或历史数据信息,什么是“组态”？,组态（Confi

10、guration）,设备组态：确定系统中的硬件设备 图形组态：设计操作员站画面 控制算法组态：设计控制算法 其它组态：趋势、报表、报警,图形组态,控制算法组态：IEC61131-3五种语言,Structured Text (ST),Ladder Diagram (LD),AUTO,MAN_ON,ACT,CALC1,CALC,IN1,IN2,OUT,PUMP,Function Block Diagram (FBD),CALC1,CALC,IN1,IN2,OUT,PUMP,AUTO,MAN_ON,ACT,=1,DI,V,DO,V,Instruction List (IL),A: LD %IX1 (* PUSH BUTTON *),ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *),ST %QX2 (* FAN ON *),Sequential Flow Chart (SFC),一个专业的仪控工程师（I&C Professional）,通晓各