計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)控制基本知識(shí)

2.計(jì)算機(jī)控制發(fā)展過(guò)程

2.1.直接數(shù)字量控制（DirectDigitalControl－DDC）

2.2.集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

2.3集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem－DCS）

2.4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem－FCS）進(jìn)料口出料口H玻璃管液位計(jì)人工控制

進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器常規(guī)儀表控制1.計(jì)算機(jī)控制基本知識(shí)單回路控制系統(tǒng)方塊圖四個(gè)基本環(huán)節(jié)：被控對(duì)象、檢測(cè)儀表、控制器、執(zhí)行器（顯示儀表根據(jù)需要可選）通常安裝于控制室通常安裝于現(xiàn)場(chǎng)控制器(調(diào)節(jié)器)被控對(duì)象測(cè)量變送裝置（檢測(cè)儀表）+－SP執(zhí)行器顯示儀表閥門(mén)：調(diào)節(jié)閥、電磁閥、氣動(dòng)蝶閥……泵：開(kāi)關(guān)泵、變頻泵溫度（壓力、液位、流量）變送器、在線成分分析儀(通常輸出：4~20mA、1～5V等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）液位開(kāi)關(guān)、料位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)(通常輸出on/off信號(hào))傳感器（Pt100、熱電偶……）……進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器

進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制站控制站：可以廣義地理解為帶有CPU的各種控制設(shè)備進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制站

AI、DIAO、DO控制站…………A/D（AI）：模/數(shù)轉(zhuǎn)換（模擬量輸入）DI：開(kāi)關(guān)量輸入（數(shù)字量輸入）D/A（AO）：數(shù)/模轉(zhuǎn)換（模擬量輸出）DO：開(kāi)關(guān)量輸出（數(shù)字量輸出）調(diào)節(jié)器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mA4～20mA控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mA4～20mAD/AA/D數(shù)字信號(hào)——例如4～20mA信號(hào)經(jīng)12位A/D轉(zhuǎn)換以后的結(jié)果為0～40951.2典型單回路控制系統(tǒng)方塊圖1.3工作過(guò)程控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mA4～20mAD/AA/D工作過(guò)程：①數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)自于測(cè)量變送裝置的被控變量瞬時(shí)值；

②控制決策：根據(jù)采集到的被控變量按一定的控制規(guī)律進(jìn)行分析和處理，決定控制行為，產(chǎn)生控制信號(hào)；如PID運(yùn)算

③控制輸出：根據(jù)控制決策實(shí)時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成過(guò)程輸入輸出設(shè)備外部設(shè)備主機(jī)系統(tǒng)CPURAMROMCRT通訊接口人機(jī)接口打印機(jī)其它系統(tǒng)總線模擬量輸入（AI）模擬量輸出（AO）開(kāi)關(guān)量輸入（DI）開(kāi)關(guān)量輸入（DO）測(cè)量變送器執(zhí)行器電氣開(kāi)關(guān)電氣開(kāi)關(guān)被控生產(chǎn)對(duì)象常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I/O系統(tǒng)（模塊或卡件）現(xiàn)場(chǎng)儀表被控對(duì)象硬件組成管理層控制層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層操作站控制站I/O系統(tǒng)高級(jí)控制器數(shù)據(jù)服務(wù)器WEB服務(wù)器管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器Internet/IntranetEthernetEthernet/專(zhuān)用總線網(wǎng)關(guān)FF、ProfiBus等現(xiàn)場(chǎng)總線典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)軟件支持軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序等，它是支持軟件及各種應(yīng)用軟件的最基礎(chǔ)的運(yùn)行平臺(tái)。如：Windows操作系統(tǒng)、Unix操作系統(tǒng)等都屬于系統(tǒng)軟件。

它運(yùn)行在系統(tǒng)軟件的平臺(tái)上，是用于開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。例如：匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言、通信網(wǎng)絡(luò)軟件、組態(tài)軟件等。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，需要了解并學(xué)會(huì)使用相應(yīng)的支持軟件，能夠根據(jù)系統(tǒng)要求編制開(kāi)發(fā)所需要應(yīng)用軟件。不同系統(tǒng)的支持軟件會(huì)有所不同

應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)特定要求而編制的控制和管理程序。不同控制設(shè)備的應(yīng)用軟件所具備的功能是不同的。軟件組成2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類(lèi)型按系統(tǒng)的功能分類(lèi)(1)順序控制和數(shù)值控制

(2)直接數(shù)字控制生產(chǎn)過(guò)程測(cè)量變送輸入通道執(zhí)行器輸出通道計(jì)算機(jī)顯示打印報(bào)警圖

DDC系統(tǒng)框圖7(3)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制(SCC)SCC系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種結(jié)構(gòu)是由上、下位機(jī)構(gòu)成，上位機(jī)起監(jiān)控作用，下位機(jī)起DDC作用(a)；另一種結(jié)構(gòu)是由監(jiān)督計(jì)算機(jī)與模擬控制器構(gòu)成(b)。SCC計(jì)算機(jī)DDC計(jì)算機(jī)生產(chǎn)過(guò)程給定檢測(cè)控制SCC計(jì)算機(jī)模擬控制器生產(chǎn)過(guò)程給定檢測(cè)控制（a）（b）圖

SCC系統(tǒng)原理圖8

就其功能而言，有兩種形式：一種是尋求控制手段的最優(yōu)設(shè)定值，又稱(chēng)之為SPC控制系統(tǒng)，即根據(jù)工況的變化，計(jì)算出最優(yōu)的控制指標(biāo)作為DDC計(jì)算機(jī)或模擬控制器的設(shè)定值；另一種是設(shè)計(jì)一個(gè)最優(yōu)控制器，以滿足一個(gè)控制系統(tǒng)的最優(yōu)指標(biāo)，即根據(jù)工況來(lái)確定控制方式或控制器的控制規(guī)律。9(4)遞階控制

遞階控制系統(tǒng)中包含有若干臺(tái)計(jì)算機(jī)，并分成幾個(gè)層次。處于最基層的“工作計(jì)算機(jī)”直接控制生產(chǎn)過(guò)程,完成DDC控制。在它上層的“監(jiān)督計(jì)算機(jī)”則根據(jù)數(shù)學(xué)模型按控制方案計(jì)算,指揮它下一級(jí)的“工作計(jì)算機(jī)”的工作,完成SCC控制。再上一層的“經(jīng)營(yíng)管理計(jì)算機(jī)”則進(jìn)行全局規(guī)劃、管理和調(diào)度,向它下一級(jí)的“監(jiān)督計(jì)算機(jī)”下達(dá)指令。這樣就構(gòu)成了一個(gè)金字塔形的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),即為遞階控制系統(tǒng),又叫做分級(jí)控制系統(tǒng)。10按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類(lèi)

單機(jī)控制系統(tǒng)多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)多級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)113、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展1946年第一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世

1950年前后，為早期航天應(yīng)用研制了一種專(zhuān)用數(shù)字計(jì)算機(jī)——數(shù)字微分分析機(jī)(DDA)1959年3月1日第一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在美國(guó)德克薩斯州某煉油廠的聚合裝置上正式投入運(yùn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展迅猛，未來(lái)的幾年內(nèi),計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域里的應(yīng)用將向集散化和綜合化發(fā)展在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中,集散控制系統(tǒng)仍是生產(chǎn)過(guò)程控制的主選裝置,但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將逐漸取代集散控制系統(tǒng)12集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成13圖集散控制系統(tǒng)基本構(gòu)成圖圖CENTUM-CS系統(tǒng)外觀圖現(xiàn)場(chǎng)控制站：功能:主要完成連續(xù)控制功能、順序控制功能、算術(shù)運(yùn)算功能、報(bào)警檢查功能、過(guò)程I/O功能、數(shù)據(jù)處理功能和通信功能等，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制；具有多種PID反饋控制與串級(jí)、前饋、Smith補(bǔ)償、模糊控制等復(fù)雜控制方式；配置:信號(hào)輸入可達(dá)8~40路；機(jī)柜、電源（采用1：1冗余配置）、板卡集散控制系統(tǒng)基本構(gòu)成圖操作站：功能：操作站是用來(lái)對(duì)系統(tǒng)中各控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、記錄和操作、維護(hù)的人機(jī)接口。將整個(gè)分散系統(tǒng)集中起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息處理和操作的集中化。配置：操作臺(tái)、計(jì)算機(jī)、專(zhuān)用操作鍵盤(pán)、打印機(jī)、觸摸屏。集散控制系統(tǒng)基本構(gòu)成圖

縱觀畫(huà)面

控制分組畫(huà)面

調(diào)整畫(huà)面

流程畫(huà)面

趨勢(shì)畫(huà)面

順控操作畫(huà)面

報(bào)警一覽畫(huà)面

先控調(diào)整畫(huà)面

分組在線組態(tài)畫(huà)面

操作站

典型應(yīng)用：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GK-2000DCS流程畫(huà)面2.4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)1.現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的產(chǎn)生

目前的DCS的檢測(cè)、變送和執(zhí)行等現(xiàn)場(chǎng)儀表仍采用模擬信號(hào)連接,無(wú)法滿足上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的信息要求,產(chǎn)生了上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行數(shù)字通信的要求。智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表的出現(xiàn),也要求與上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信。

在上述因素的驅(qū)動(dòng)下,要求建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表與上位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字通信鏈路即現(xiàn)場(chǎng)總線(FCS)。49結(jié)構(gòu)示意圖傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖樸素意義上的FCS結(jié)構(gòu)示意圖

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)

這種傳輸方式一方面要使用大量的信號(hào)線纜；另一方面模擬信號(hào)的傳輸和抗干擾能力低。①全數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。②開(kāi)放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。③采用數(shù)字信號(hào)傳輸取代模擬信號(hào)傳輸。④增強(qiáng)了系統(tǒng)的自治性,系統(tǒng)控制功能更加分散?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特征定義是連接智能現(xiàn)場(chǎng)裝置和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。

特點(diǎn)評(píng)價(jià)·已成為全世界范圍自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的