第七课控制系统及DCS

1、复杂控制系统串级控制系统 均匀控制系统比值控制系统分程控制系统 前馈控制系统 选择控制系统 三冲量控制系统 控制系统控制系统投用工艺人员仪表人员1、现场仪表、阀门校验2、控制器正反作用检查3、控制阀气开、气关检查4、。1、阀门动作方向2、参数设定3、控制器手/自动切换4、. 通过这套串级控制系统，能够在塔釜温度稳定不变时，蒸汽流量能保持恒定值，而当温度在外来干扰作用下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，以使能量的需要与供给之间得到平衡，从而保持釜温在要求的数值上。精馏塔塔釜温度串级控制系统1精馏塔；2再沸器串级控制系统 在上例中，选择的副变量就是操纵变量（加热蒸汽量）本身。这样，当干扰

2、来自蒸汽压力或流量的波动时，副回路能及时加以克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响，使塔釜温度的控制质量得以提高。串级控制系统典型方块图串级控制系统的结构 串级控制系统有两个闭合回路。主回路是个定值控制系统, 副回路是个随动系统。 在串级控制系统中,主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺参数。副变量的引入往往是为了提高主变量的控制质量,它是基于主,副变量之间具有一定的内在关系而工作的。 在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服过程。副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回

3、路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。 分程控制就是由一只调节器的输出信号控制两只或更多只控制阀,每只控制阀在控制器输出信号的某段范围内工作。 分程控制示意框图分程控制系统 从控制系统的结构来看,分程控制属于单回路的定值控制系统,其控制过程与简单控制系统一样。图13-20 热交换器温度分程控制 采用热水与蒸汽两种不同物料作为调节介质,在一般控制系统中难于实现,但在分程控制系统中,不仅充分利用了热水,而且节省了蒸汽。分程控制系统应用场合 有时生产过程负荷变化很大,要求有较大范围的流量变化。若用一

4、个控制阀,由于控制阀的可调范围R是有限的,当最大流量和最小流量相差太悬殊时,就会降低控制系统的控制质量, 这时可采用分程控制系统。 阀门动作示意图 分程控制2.用来保证在不同负荷下的正常控制集散型控制系统（DCS）计算机控制系统的定义 计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程自动化的一门综合性学问。 计算机控制系统是融计算机技术与工业过程控制于一体的综合性技术，它是在常规仪表控制系统的基础上发展起来的。计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 1965 1965 年以前是试验阶段。年以前是试验阶段。 1946年第一台数字计算机问世； 1959 年，美国Texaco（德士古）公司的炼油厂

5、安装了第一个计算机闭环控制系统 ； 1960 年，美国Monsanto (孟山都）公司的氨厂实现了第一个计算机监督控制系统。 1962 年，美国Monsanto (孟山都） 公司的乙烯厂实现了第一个直接数字计算机控制系统。特点特点：1、采用电子管，运算速度慢； 2、价格贵，体积大、可靠性差 。计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展1965 1965 年到年到1969 1969 年是实用阶段。年是实用阶段。 半导体技术与集成电路技术的发展，出现了专用于工业过程控制的高性能价格比的小型计算机。 特点： 1、硬件可靠性不够高； 2、且所有的监视和控制任务都由一台计算机来完成，故使得危险也集中化；

6、2、常常要另外设置一套备用的模拟式控制系统或备用计算机。3、系统的投资过高。 计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 1970 年以后计算机控制系统的应用逐渐走向成熟阶段。 随着大规模集成电路技术的发展，1972 年生产出运算速度快、可靠性高、价格便宜和体积很小的微型计算机，从而开创了计算机控制技术的新时代，即从传统的集中控制系统革新为集散控制系统(DCS)。 1975 年美国Honeywell公司的推出世界上第一套真正意义的集散型控制系统TDC-2000 系统。 计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 20 世纪80 年代，计算机向着超小型化、控制智能化方向发展； 20 世纪80 年代末

7、出现将控制、管理和经营融为一体的新型集散控制系统 ； 当代现场总线控制系统(FCS) 。硬件（躯体）1、主机；2、常规外部设备；3、过程输入/输出设备；4、操作台和通信设备. 软件（灵魂）1、系统软件；2、应用软件计算机控制系统计算机控制系统的硬件组成计算机控制系统的分类数据采集系统 数据采集系统是计算机应用于生产过程控制最早、也是最基本的一种类型。代替大量的常规显示、记录和报警仪表，对整个生产过程进行集中监视。 操作指导控制系统 操作指导控制系统基于数据采集系统的一种开环系统 ；计算机根据采集到的数据以及工艺要求进行最优化计算，计算出的最优操作条件，并不直接输出控制生产过程，而是显示或打印出

8、来，操作人员据此去改变各个控制器的给定值或操作执行器直接数字控制系统 直接数字控制系统生产过程的闭环控制。完全取代了多个模拟调节器，控制方案上，不改变硬件只通过改变程序就能有效地实现各种各样的复杂控制。因此，DDC 系统是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。 计算机监督控制系统 计算机监督控制系统是操作指导系统（SCC)与常规仪表控制系统或DDC 系统综合而成的两级系统. 集散型控制系统（DCS) 随着生产规模的扩大，信息量的增多，控制和管理的关系日趋密切。对于大型企业生产的控制和管理，不可能只用一台计算机来完成。于是，人们研制出以多台微型计算机为基础的分散控制系统(Distribut

9、ed Control System，DCS)。DCS 采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，自下而上可以分为若干级，如过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级等。DCS 又称分布式或集散式控制系统。什么是DCS DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System)，在国内自控领域又称为集散控制系统。 DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物，是目前最先进、最合理的过程控制系统，可以适应各种过程控制的要求。它的过程控制点分散，系统具有很高的可靠性。它通过集中的操作和监控，DCS具有方便的操作和维护性能。DCS具有标准

10、的接口，对外连接更加方便简捷。 因此，DCS的主要特点归结为一句话就是“分散控制，集中管理”。 集散控制系统(Distributed Control System, DCS ),是计算机控制系统的一种结构形式。危险分散管理集中集散型控制系统DCS系统发展历程第一代DCS(初创期)，1975年Honeywell公司TDC2000系统 第二代DCS(成熟期) ，1980年Honeywell公司TDGC3000，特点引入了局域网(LAN)作为系统骨干 第三代DCS(扩展期) ，1987年Honeywell 公司的TDC-3000/UCN、Yokogawa公司的Centum-CS1000系列 ，特点增

11、加了上层网络 新一代DCS，现场总线技术的成熟与应用 人机接口通信网络现场控制站DCS基本结构集散控制系统基本构成图控制技术计算机技术通信技术图形显示技术DCS系统的技术基础监视操作方便控制功能丰富系统扩展灵活安装维护方便系统可靠性高信息数据共享DCS系统的特点人机接口通信网络现场控制站DCS基本结构通信模块处理器模块输入输出模块电源模块控制站软件+现场控制站的构成现场控制站 控制器是DCS的核心部件，它相当于一台PC机！ 控制器中安装有操作系统，功能块组态软件和通讯软件。 组态按照工艺要求，把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因为E2PROM可以擦写，组态要随工艺改变

12、而改变。 为了系统安全运行，闭环控制器一定是冗余运行的，一用一备，并且是热备。为了使冗余成功，应注意以下几点：两个控制器的硬件、软件版本必需一致；检查发送-接收的芯片是否完好；冗余的芯片是否完好。两个模件的设定是否一样、还要检查有没有带手操站等。操作员站工程师站人机接口站人机接口站操作员站的功能操作功能监视功能u 手、自动、串级切换；u 给点值修改；u PID参数的调整；u PID参数的调整；u 调节阀阀位的改变；u 机泵启停；u 报警、联锁确认；u 流程图画面u 总貌画面u 报警画面u 趋势画面u报表数据处理报表打印 系统生成控制策略实现 系统管理工程师站的功能工程师站的功能组态软件 控制层软件 监控软件DC