化工仪表及自动化第10章

1、化学工业出版社化学工业出版社 化工仪表及自动化化工仪表及自动化第十章第十章 计算机控制系统计算机控制系统 化学工业出版社化学工业出版社 n 内容提要内容提要n 概述概述n 集散控制系统集散控制系统n 现场总线控制系统现场总线控制系统1化学工业出版社化学工业出版社 n 第一节第一节 概述概述n 一、计算机控制系统的组成一、计算机控制系统的组成3 是利用计算机实现工业生产过程的自动控制系统。 图10-1 计算机控制系统原理框图计算机控制的工作过程的： 化学工业出版社化学工业出版社 n n外围设备的电信号（开关量或数字量）转外围设备的电信号（开关量或数字量）转换成一定的计算机数据码后，换成一定的计算

2、机数据码后，CPUCPU经过接口经过接口地址就可以获得外部信息，通过相反途径地址就可以获得外部信息，通过相反途径就可以将计算结果输出到外部设备。就可以将计算结果输出到外部设备。n计算机与外部设备的联结部件称为计算机计算机与外部设备的联结部件称为计算机输入输入/ /输出（输出（I/OI/O）模块）模块。化学工业出版社化学工业出版社 n 第一节第一节 概述概述4图10-2 计算机控制系统组成框图化学工业出版社化学工业出版社 n 第一节第一节 概述概述n 二、计算机控制系统的特点二、计算机控制系统的特点5 计算机采用分时操作，用一台计算机可以代替许多台常规仪表，在一台计算机上操作与监视很方便。 计算

3、机控制系统，由于其所实现功能的软件化，复杂控制系统的实现或控制方案的修改可能只需修改程序、重新组态即可实现。 化学工业出版社化学工业出版社 n 第一节第一节 概述概述6计算机控制系统可以通过通信网络而互通信息，实现数据和信息共享，能使操作人员及时了解生产情况，改变生产控制和经营策略，使生产处于最优状态。计算机具有记忆和判断功能，它能够综合生产中各方面的信息，在生产发生异常情况下，及时做出判断，采取适当措施，并提供故障原因的准确指导，缩短系统维修和排除故障时间，提高系统运行的安全性，提高生产效率，这是常规仪表所达不到的。 化学工业出版社化学工业出版社 n 第一节第一节 概述概述n 三、计算机控制

4、系统的发展过程三、计算机控制系统的发展过程7 由于提供了计算机与过程装置间的接口，实现了“传感器计算机执行器”三者电气信号的直接传递，计算机在配备了传感器、执行器以及相关的电气接口后就可以实现过程的检测、监视、控制和管理。DDC控制系统实质上是以计算机为控制器过控制系统实质上是以计算机为控制器过程控制系统。程控制系统。 这种用数字控制技术简单地取代模拟控制技术，而不改变原有的控制功能。 （Direct Digital Control DDC）化学工业出版社化学工业出版社 n 第一节第一节 概述概述8本质本质用一台计算机取代一组模拟控制器，构成闭环控制回路。 计算灵活，它不仅能实现典型的DDC控

5、制规律，而且能方便地对传统的PID算法进行改进或实现其他的控制算法。 化学工业出版社化学工业出版社 n 第一节第一节 概述概述9图10-3 集中型计算机控制系统原理图 特点：企图用特点：企图用一一台计算机台计算机来控制来控制尽可能多的控制尽可能多的控制回路，回路，实现集中实现集中检测、集中控制检测、集中控制和集中管理和集中管理。这。这样一来，常常由样一来，常常由于计算机故障或于计算机故障或一个输入、输出一个输入、输出回路发生故障，回路发生故障，就要对全厂或整就要对全厂或整个装置进行停车个装置进行停车检修，严重地影检修，严重地影响了生产。响了生产。化学工业出版社化学工业出版社 n 第一节第一节

6、概述概述103.3.集散控制系统集散控制系统 是由于采用了多微型机的分散控制结构，控制分散，使危险也“分散”了，管理和操作集中了。特点特点集中管理和分散控制 结构：采用分级递阶结构结构：采用分级递阶结构 通常分为四级，第通常分为四级，第一级为过程控制，第二线为优化控制，第三级为一级为过程控制，第二线为优化控制，第三级为自适应控制，第四级为工厂管理；自适应控制，第四级为工厂管理；（DCS-Distributed Control System）组成：现场控制站、人机接口、通信网络、组成：现场控制站、人机接口、通信网络、通用计算机接口及通用计算机。通用计算机接口及通用计算机。化学工业出版社化学工业出

7、版社 n 4.现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线现场总线是连接智能现场装置和自动化系统的数字是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线控制系统现场总线控制系统是现场通信网络与控制系统的结是现场通信网络与控制系统的结合。它是计算机技术、通信技术和控制技术的综合合。它是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成。与集成。（FCS）化学工业出版社化学工业出版社 n n 现场总线控制系统FCS是在DCS系统的基础上发展而成的，它继承了DCS的分布式特点，但在各功能子系统之间，尤其是在现场设备和仪表之间的连接上，采用了开放式

8、的现场网络，从而使系统现场设备的连接形式发生了根本的改变，具有自己所特有的性能和特征。n 现场总线采用数字信号传输取代模拟信号传输。现场总线允许在一条通信线上挂多个现场设备，而不需要AD、DA等IO组件， 化学工业出版社化学工业出版社 n 第一节第一节 概述概述11 全数字式的，取消了原来DCS系统中独立的控制器，避免了反复进行AD、DA的转换。 双向数据通信能力；把控制任务下移到智能现场设备，以实现测量控制一体化，从而提高系统固有可靠性。 全数字化通信 开放型的互联网络 互操作性与互用性 系统的全分散式 现场设备的智能化化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统

9、n 一、集散控制系统的特点一、集散控制系统的特点12 控制功能丰富 监视操作方便 信息和数据共享 系统扩展灵活 安装维护方便 系统可靠性高 化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统n 二、集散控制系统的基本组成二、集散控制系统的基本组成13图10-4 集散控制系统基本构成图图10-5 CENTUM-CS系统外观图化学工业出版社化学工业出版社 n 化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统14图10-6 集散型控制系统的体系结构 操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散系

10、统各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制的关键。 化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统16 操作站的画面有三大类：操作画面、应用画面和组态画面。 利用画面名称调出。 利用功能键调出。 利用画面选择键或操作员应用功能键调出。 利用画面展开调出。 化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统17综观画面综观画面OV 趋势点画面趋势点画面TP 分组画面分组画面CG 流程图画面流程图画面GR 报警画面报警画面AL 过程报警画面过程报警画面 PR操作指导信操作指导信息画面息画面OG 操作应用画面操作应用画面OU趋势组画面趋势组画面TG 系统

11、维护画面系统维护画面SM表10-1 CENTUMCS系统10种监视画面名称注： 表示页面号化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统18 控制方式的调整 DCS控制系统一般有几种控制方式，在操作过程中，可以调整。调出要进行操作的控制系统对应的仪表图，根据仪表图下的软键号调整对应控制键上的手动、自动按键。 图10-8 控制方式更改确认窗口化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统19 改变阀位输出值（MV）仅在手动方式时能操作。 改变设定值（SV）在自动方式下操作同； 数据录入a.按压ITEM数据类型键来确定更改数据类型。但在流程图上利

12、用光标调出字符输入区时例外。b.按压DATA更改后的数字。c.输入错误可用BS键进行修改。d.数据输入后或控制方式更改后，按确认键数据真正进入内部仪表。最后用CL键关闭录入窗口。化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统20、及。 化学工业出版社化学工业出版社 n 第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统36图10-16 传统计算机控制系统结构示意图 这种传输方式一方面要使用大量的信号线缆； 另一方面模拟信号的传输和抗干扰能力低。 化学工业出版社化学工业出版社 n 第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统37 现场总线控制系统FCS是在DCS系统的基础上发展而成的，它继承了DCS的分布式特点，但在各功能子系统之间，尤其是在现场设备和仪表之间的连接上，采用了开放式的现场网络，从而使系统现场设备的连接形式发生了根本的改变，具有自己所特有的性能和特征。 现场总线采用数字信号传输取代模拟信号传输。现场总线允许在一条通信线上挂多个现场设备，而不需要AD、DA等IO组件， 化学工业出版社化学工业出版社 n 第三节第三节 现场总线控制