化工仪表及自动化计算机控制装置

1、控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录1 1. 1.计算机控制基本知识计算机控制基本知识 2.2.计算机控制发展过程计算机控制发展过程 2.1.2.1.直接数字量控制（直接数字量控制（Direct Digital ControlDirect Digital ControlDDCDDC） 2.2.2.2.集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统 2.3 2.3 集散控制系统（集散控制系统（DistributedDistributed Control System Control SystemDCSDCS） 2.4 2.4 现场总线控制系统现场总线控制系统（Fi

2、eldbusFieldbus Control System Control SystemFCSFCS）控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录21.1前言前言进进料料口口出出料料口口H玻璃管液位计玻璃管液位计 进进料料口口执执行行器器变变送送器器调调节节器器1.1.计算机控制基本知识计算机控制基本知识控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录3通常安装通常安装于控制室于控制室通常安装通常安装于于 现场现场控制器(调节器)被控对象测量变送装置（检测仪表）+SP执行器显示仪表阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶

3、阀泵：开关泵、变频泵泵：开关泵、变频泵控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录4进进料料口口执执行行器器变变送送器器 进进料料口口执执行行器器变变送送器器控制站：可以广义地理解为带有控制站：可以广义地理解为带有CPU的各种控制设备的各种控制设备控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录5进进料料口口执执行行器器变变送送器器控控制制站站 AIAI、DIDIAOAO、DODO控制站A/D（AI）：模）：模/数转换（模拟量输入）数转换（模拟量输入）DI ：开关量输入（数字量输入）：开关量输入（数字量输入）D/A（AO）：数）：数/模转

4、换（模拟量输出）模转换（模拟量输出）DO ：开关量输出（数字量输出）：开关量输出（数字量输出）控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录6调节器被控对象测量变送装置+SP执行器4 420mA20mA4 420mA20mA控制器被控对象测量变送装置+SP执行器4 420mA20mA4 420mA20mAD/AA/D数字信号数字信号例如例如 4 420mA 20mA 信号经信号经1212位位A/DA/D转换以后的结果为转换以后的结果为0 0409540951.21.2典型单回路控制系统方块图典型单回路控制系统方块图控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页

5、上页下页下页目目 录录71.3工作过程工作过程控制器被控对象测量变送装置+SP执行器4 420mA20mA4 420mA20mAD/AA/D工作过程：工作过程：数据采集：数据采集：实时检测来自于测量变送装置的被控变量瞬时值； 控制决策：控制决策：根据采集到的被控变量按一定的控制规律进行分析和处理，决定控制行为，产生控制信号；如PID运算 控制输出：控制输出：根据控制决策实时地向执行机构发出控制信号，完成控制任务。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录8过程输入输出设备外部设备主机系统CPURAMROMCRT通讯接口人机接口打印机其它系统总线模拟量输入（AI

6、）模拟量输出（AO）开关量输入（DI）开关量输入（DO）测量变送器执行器电气开关电气开关被控生产对象常规计算机系统常规计算机系统I/O系统系统（模块或卡件）（模块或卡件）现场仪表现场仪表被控被控对象对象硬件组成硬件组成控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录9管理层管理层控制层控制层现场设备层现场设备层操作站操作站控制站控制站I/O系统系统高级控制器高级控制器数据服务器数据服务器WEB服务器服务器管理计算机管理计算机互联网互联网服务器服务器Internet/IntranetEthernetEthernet/专用总线专用总线网关网关FF、ProfiBus等现场总

7、线等现场总线典型的计算机控制系统结构示意图典型的计算机控制系统结构示意图控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录10系统软件系统软件支持软件支持软件应用软件应用软件系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序等，它是系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序等，它是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台。支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台。如：如：WindowsWindows操作系统、操作系统、UnixUnix操作系统等都属于系统软件。操作系统等都属于系统软件。 它运行在系统软件的平台上，是用于开发应用软件的软件。它运行在系统软件的平台上，是用于开发

8、应用软件的软件。例如：汇编语言、高级语言、通信网络软件、组态软件等。例如：汇编语言、高级语言、通信网络软件、组态软件等。对于设计人员来说，需要了解并学会使用相应的支持软件，对于设计人员来说，需要了解并学会使用相应的支持软件，能够根据系统要求编制开发所需要应用软件。不同系统的支能够根据系统要求编制开发所需要应用软件。不同系统的支持软件会有所不同持软件会有所不同 应用软件是系统设计人员针对特定要求而编制的控制和管理应用软件是系统设计人员针对特定要求而编制的控制和管理程序。程序。不同控制设备的应用软件所具备的功能是不同的。不同控制设备的应用软件所具备的功能是不同的。软件组成软件组成控制仪表和计算机控

9、制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录11 1. 1. 可靠性可靠性2. 2. 可维护性可维护性3. 3. 实时性实时性4. 4. 性能价格比性能价格比控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录12内内 涵涵：生产过程自动化（生产过程自动化（过程控制、优化控制过程控制、优化控制） 信息管理自动化信息管理自动化( (财务管理、客户管理、物流管财务管理、客户管理、物流管 理理，这是今后的发展方向，这是今后的发展方向) ) （即计算机综合自动化）（即计算机综合自动化）重重 要要 性性：是实现安全、高效、优质、低耗生产的基本条件和是实现安全、高效、优质

10、、低耗生产的基本条件和重要保证，是现代工业生产中不可替代的重要保证，是现代工业生产中不可替代的神经中枢神经中枢。 相关技术相关技术：涉及计算机技术、自动控制技术、检测和传感技术、涉及计算机技术、自动控制技术、检测和传感技术、先进控制技术、智能仪表技术、网络通信技术等。先进控制技术、智能仪表技术、网络通信技术等。 发展过程发展过程：直接数字量控制（直接数字量控制（DDCDDC） 集中型计算机控制集中型计算机控制 分布式计算机控制（分布式计算机控制（DCSDCS） 现场总线现场总线(FCS)(FCS)控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录13 2.1. 2.1.

11、 直接数字量控制直接数字量控制（Direct Digital ControlDirect Digital ControlDDCDDC）2.2. 2.2. 集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统2.3. 2.3. 集散控制系统集散控制系统（Distributed Control SystemDistributed Control SystemDCSDCS）2.4. 2.4. 现场总线控制系统现场总线控制系统（FieldbusFieldbus Control System Control SystemFCSFCS）控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录142.

12、1. 直接数字量控制直接数字量控制用一台计算机取代一组模拟调节用一台计算机取代一组模拟调节器，构成闭环控制回路，用数字器，构成闭环控制回路，用数字控制技术简单地取代模拟控制技控制技术简单地取代模拟控制技术。术。过程控制计算机SPAI、DIAO、DO 检测仪表 执行器 被控过程（对象） 计算灵活，精度高，它不仅能实现典型的计算灵活，精度高，它不仅能实现典型的PIDPID控制规律，还可控制规律，还可以分时处理多个控制回路。此外，此以分时处理多个控制回路。此外，此DDCDDC也很快发展到也很快发展到PIDPID以以外的多种复杂控制。外的多种复杂控制。当时的计算机系统的价格昂贵，计算机运算速度不能满足

13、快速当时的计算机系统的价格昂贵，计算机运算速度不能满足快速过程实时控制的需求。过程实时控制的需求。控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录152.2 集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统由于当时的计算机系统的体积庞大，价格非常昂贵，为了使计由于当时的计算机系统的体积庞大，价格非常昂贵，为了使计算机控制能与常规仪表控制相竞争，企图用一台计算机来控制算机控制能与常规仪表控制相竞争，企图用一台计算机来控制尽可能多的控制回路。尽可能多的控制回路。CRT、键盘过程控制计算机AIDIAODO 被控过程（对象）被控变量操作变量输入子系统输出子系统集中型计算机控制系统原理

14、图控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录162.3 集散控制系统集散控制系统(1)(1)不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；(2)(2)考虑到整个生产过程的整体性，各个控制系统（回路）的运考虑到整个生产过程的整体性，各个控制系统（回路）的运行应当服从工业生产管理的总体目标。行应当服从工业生产管理的总体目标。根本特征根本特征: :和和控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录17

15、 DCS的发展过程的发展过程划分划分起始时间起始时间主要特征主要特征119751975年年Honeywell公司推出了世界上第一套公司推出了世界上第一套DCS系系统统TDC-2000，技术特征是，技术特征是集散集散。 280年代初年代初技术特征是引入局域网技术特征是引入局域网LANLAN 380年代末期年代末期90年代初年代初技术特征是技术特征是管控一体化管控一体化 490年代中期年代中期主要强调系统的开放性，特别是通信机制的主要强调系统的开放性，特别是通信机制的开放性开放性和标准化和标准化。 总结：早期总结：早期DCS的重点在于控制，的重点在于控制，DCS以以“分散分散”作为关键字，但现代作

16、为关键字，但现代发展更着重于系统信息综合管理，今后发展更着重于系统信息综合管理，今后“综合综合”又将成为其关键又将成为其关键字，向实现控制体系、运行体系、计划体系、管理体系的综合自字，向实现控制体系、运行体系、计划体系、管理体系的综合自动化方向发展，通过由网络（局域网和广域网）或者串、并行通动化方向发展，通过由网络（局域网和广域网）或者串、并行通信实现设备互连和资源网络化共享，实施从最底层的实时控制、信实现设备互连和资源网络化共享，实施从最底层的实时控制、优化控制上升到生产调度、经营管理，以至最高层的战略决策，优化控制上升到生产调度、经营管理，以至最高层的战略决策，形成一个具有柔性的高度自动化

17、的管控一体化系统。形成一个具有柔性的高度自动化的管控一体化系统。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录18集散控制系统的基本结构集散控制系统的基本结构控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录19现场控制站：现场控制站： 功能功能:主要完成连续控制功能、顺序控制功能、算术运主要完成连续控制功能、顺序控制功能、算术运算功能、报警检查功能、过程算功能、报警检查功能、过程 I/O 功能、数据处理功功能、数据处理功能和通信功能等，执行数据采集与过程控制；能和通信功能等，执行数据采集与过程控制； 具有多种具有多种PID反馈控制与串级、

18、前馈、反馈控制与串级、前馈、Smith补偿、模补偿、模糊控制等复杂控制方式；糊控制等复杂控制方式； 配置配置:信号输入可达信号输入可达840路；路； 机柜、电源（采用机柜、电源（采用1：1冗余配置）、板卡冗余配置）、板卡控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录20操作站：操作站： 功能：操作站是用来对系统中各控制、功能：操作站是用来对系统中各控制、监测系统进行数据处理、数据显示、记监测系统进行数据处理、数据显示、记录和操作、维护的人机接口。将整个分录和操作、维护的人机接口。将整个分散系统集中起来，实现信息处理和操作散系统集中起来，实现信息处理和操作的集中化。的

19、集中化。 配置：操作台、计算机、专用操作键盘、配置：操作台、计算机、专用操作键盘、打印机、触摸屏打印机、触摸屏。控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录21 纵观画面 控制分组画面控制分组画面 调整画面调整画面 流程画面流程画面 趋势画面趋势画面 顺控操作画面顺控操作画面 报警一览画面报警一览画面 先控调整画面先控调整画面 分组在线分组在线 组态画面组态画面 操作站操作站控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录22 典型应用：典型应用： 系统结构系统结构控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置上页上页下页下页目目 录录23GK-2000