1、4 mA輸入0000 0000 0000,20mA輸入1111 1111 1111,12mA輸入？,計(jì)算機(jī)控制,典型單回路控制系統(tǒng)方塊圖,2012第9章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),第一節(jié) 概述,工作過程,工作過程：數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)檢測(cè)來自于測(cè)量變送裝置的被控變量瞬時(shí)值； 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 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)。,第二節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成,硬件組成, 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)

2、。 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，是用于開發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。例如：匯編語言、高級(jí)語言、通信網(wǎng)絡(luò)軟件、組態(tài)軟件等。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說，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,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想,1. 可靠性,2. 可維護(hù)性,3. 實(shí)時(shí)性,4. 性能價(jià)格比,定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。它通常用概率來表示,可維護(hù)性是指故障發(fā)生后

3、通過維修使系統(tǒng)恢復(fù)的能力。 它主要體現(xiàn)在易于查找故障，易于排除故障。,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是指被控信號(hào)的輸入、運(yùn)算和輸出都要在一定的時(shí)間內(nèi)完成，并能根據(jù)生產(chǎn)工況的變化進(jìn)行及時(shí)的處理，亦即系統(tǒng)對(duì)被控信號(hào)的變化具有足夠快的響應(yīng)速度，不丟失信息，不延誤操作。,一個(gè)良好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在充分考慮系統(tǒng)性能的同時(shí)，也需要分析系統(tǒng)應(yīng)該帶來的經(jīng)濟(jì)效益，即系統(tǒng)性能和投入之間的關(guān)系以及系統(tǒng)投入與產(chǎn)出之間的關(guān)系。 一般我們要掌握以下兩個(gè)原則： 一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能價(jià)格比要盡可能高； 二是投入產(chǎn)出比要盡可能低。,第三節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程,1. 直接數(shù)字量控制（Direct Digital ControlDD

4、C）,2. 集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),3. 集散控制系統(tǒng)（Distributed Control SystemDCS）,4. 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control SystemFCS）,第四節(jié) 直接數(shù)字量控制,本質(zhì) 用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路，用數(shù)字控制技術(shù)簡(jiǎn)單地取代模擬控制技術(shù)。,起始于50年代末期，開辟了一個(gè)轟 轟烈烈的計(jì)算機(jī)工業(yè)應(yīng)用時(shí)代,優(yōu)點(diǎn) 計(jì)算靈活，精度高，它不僅能實(shí)現(xiàn)典型的PID控制規(guī)律，還可以分時(shí)處理多個(gè)控制回路。此外，此DDC也很快發(fā)展到PID以外的多種復(fù)雜控制。,問題 當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格昂貴，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度不能滿足快速過程實(shí)時(shí)控制的需求。,

5、拓展一、 集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),出發(fā)點(diǎn)：由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體積龐大，價(jià)格非常昂貴，為了使計(jì)算機(jī)控制能與常規(guī)儀表控制相競(jìng)爭(zhēng)，企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制盡可能多的控制回路。,優(yōu)越性： 從表面上看信息集中，集中型計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制、聯(lián)鎖控制等各種更復(fù)雜控制功能；便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。,問 題：由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)總體性能低，運(yùn)算速度慢，容量小，利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制成很多個(gè)回路容易出現(xiàn)負(fù)荷過載，而且控制的集中也直接導(dǎo)致危險(xiǎn)的集中，高度的集中使系統(tǒng)變得十分“脆弱”。,在當(dāng)時(shí)，集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不僅沒有給工業(yè)生產(chǎn)帶來明顯的好處，反而可能嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，因此這種危險(xiǎn)集中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很難為生產(chǎn)過程所接

6、受，曾一度陷入困境。,拓展二、 集散控制系統(tǒng),出發(fā)點(diǎn)（2個(gè)方面）： (1)不能采取控制回路高度集中的設(shè)計(jì)思想，需要把控制功能分散到若干個(gè)控制站實(shí)現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性； (2)考慮到整個(gè)生產(chǎn)過程的整體性，各個(gè)控制系統(tǒng)（回路）的運(yùn)行應(yīng)當(dāng)服從工業(yè)生產(chǎn)管理的總體目標(biāo)。,拓展三、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng),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,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展特征,隨著局域網(wǎng)、Internet、IT技術(shù)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化發(fā)展成為一種趨勢(shì),概述,集散控制系統(tǒng)DCS是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷興起和過程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的

7、綜合控制系統(tǒng)。 Distributed Control SystemDCS DCS可直譯為“分布式控制系統(tǒng)” “集散控制系統(tǒng)”是按中國(guó)人習(xí)慣理解而稱謂的。 DCS的主要特征是它的集中管理和分散控制 它采用危險(xiǎn)分散、控制分散，而操作和管理集中的基本設(shè)計(jì)思想，多層分級(jí)、合作自治的結(jié)構(gòu)形式 DCS在電力、冶金、石油、化工、制藥等各種領(lǐng)域都得到了極其廣泛的應(yīng)用。,第五節(jié) 集散控制系統(tǒng),DCS的特點(diǎn),經(jīng)營(yíng)管理級(jí),生產(chǎn)管理級(jí),控制管理級(jí),過程控制級(jí),根本：管理集中和控制分散,具體表現(xiàn)在： 分級(jí)遞階結(jié)構(gòu),現(xiàn)場(chǎng)儀表，各種檢測(cè)儀表、執(zhí)行器,DCS必不可少的兩級(jí),向開放式系統(tǒng)發(fā)展 智能變送器、遠(yuǎn)程I/O和現(xiàn)場(chǎng)總線

8、的發(fā)展，進(jìn)一步使現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控功能下移分散 DCS、PLC、PCCS相互滲透融合，形成數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的分布式控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線集成于DCS系統(tǒng)是現(xiàn)階段控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)場(chǎng)總線于DCS系統(tǒng)I/O總線上的集成 現(xiàn)場(chǎng)總線于DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的集成 現(xiàn)場(chǎng)總線通過網(wǎng)關(guān)與DCS系統(tǒng)并行集成,DCS的發(fā)展趨勢(shì),未來的DCS將采用智能化儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，從而徹底實(shí)現(xiàn)分散控制，并可節(jié)約大量的布線費(fèi)用，提高系統(tǒng)的易展性。OPC標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)從根本上解決了控制系統(tǒng)的共享問題，使系統(tǒng)的集成更加方便，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)價(jià)格的下降。 基于PC機(jī)的解決方案將使控制系統(tǒng)更具有開放性。Internet技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，將

9、使操作界面更加友好、數(shù)據(jù)訪問更加方便，并且Window NT將成為控制系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺(tái)。總之，DCS通過不斷采用新技術(shù)將向標(biāo)準(zhǔn)化、開放化、通用化的方向發(fā)展。,DCS的層次結(jié)構(gòu)中，最低級(jí)是與生產(chǎn)過程直接相連的過程控制級(jí)。 在不同的DCS中，過程控制級(jí)所采用的裝置結(jié)構(gòu)形式大致相同，但名稱各異，如過程控制單元、現(xiàn)場(chǎng)控制站、過程監(jiān)測(cè)站、基本控制器、過程接口單元等，在這里，我們統(tǒng)稱現(xiàn)場(chǎng)控制單元FCU(或控制站）。 FCU實(shí)現(xiàn)了DCS的分散控制功能，是DCS的核心部分。生產(chǎn)過程的各種參量由傳感器接受并轉(zhuǎn)換送給現(xiàn)場(chǎng)控制單元作為控制和監(jiān)測(cè)的依據(jù)，而各種操作通過現(xiàn)場(chǎng)控制單元送到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。有關(guān)信號(hào)的轉(zhuǎn)換、各類基本控制算法都在現(xiàn)場(chǎng)控制單元中完成。 過程管理級(jí)由工程師站、操作員站、