轧制过程计算机控制系统4

1、 过程计算机控制系统的组成过程计算机控制系统的组成 1.1 过程计算机控制系统的发展概述过程计算机控制系统的发展概述 1.2第一章第一章 绪论绪论 轧制过程计算机控制概述轧制过程计算机控制概述 1.3 过程计算机控制系统的基本类型过程计算机控制系统的基本类型 1.4数据收集系统（数据收集系统（Date Acquired System-DAS） 操作指导控制系统操作指导控制系统( Direct Digital ControlDDC系统）系统）直接数字控制直接数字控制( Direct Digital ControlDDC系统）系统）集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统(Concentric C

2、ontrol system-CCS)分布式控制系统（分布式控制系统（Distributed Control SystemDCS系统系统现场总线控制系统（现场总线控制系统（Fieldbus Control SystemFCS系统）系统）控制是作为一个系统与生产过程结合在一起的。根据应用特控制是作为一个系统与生产过程结合在一起的。根据应用特点、控制目的、控制方法和系统的构成，过程计算机控制系点、控制目的、控制方法和系统的构成，过程计算机控制系统大体上可分成以下几种基本类型：统大体上可分成以下几种基本类型： 工业工业 对象对象 数据收集数据收集 装置装置 计算机计算机 数据收集系统数据收集系统参数：

3、参数：压力、流量、温度的输入信号；压力、流量、温度的输入信号； 模拟量：模拟量： 脉冲量：脉冲量： 开关量：开关量：通过光电编码器测量的速度、位移通过光电编码器测量的速度、位移信号。信号。操作台上的开关、按钮；行程开关、极限开关；操作台上的开关、按钮；行程开关、极限开关；信号指示灯、音响报警、继电器的接通与断开、电磁阀的信号指示灯、音响报警、继电器的接通与断开、电磁阀的打开与关闭；电机的启动与停止；计数器的预定数值计满；打开与关闭；电机的启动与停止；计数器的预定数值计满；定时器的预定时间已到达。定时器的预定时间已到达。电机控制系统中的速度给定、电流给定的输入信号；电机控制系统中的速度给定、电流

4、给定的输入信号；控制伺服阀、比例阀的输出信号控制伺服阀、比例阀的输出信号。压力传感器压力传感器光电编码器光电编码器光电编码器光电编码器v控制目的：控制目的：给予带钢小压下量改善板型平直度，使之达到国家标准；给予带钢小压下量改善板型平直度，使之达到国家标准；v被控量：被控量：平整延伸率平整延伸率 、轧辊辊缝、轧辊辊缝v巡回检测数据：巡回检测数据：轧制力、轧制速度、辊缝。轧制力、轧制速度、辊缝。v应用特点：应用特点：数据收集系统纪录和显示轧制过程中的各种不同情况，分数据收集系统纪录和显示轧制过程中的各种不同情况，分析和研究轧制过程，建立和改善数学模型。析和研究轧制过程，建立和改善数学模型。inin

5、outvvvpCPPhS00模拟量输入通道模拟量输入通道脉冲输入计数器板脉冲输入计数器板 2操作指导控制系统操作指导控制系统P17优点：结构简单，控制灵活和安全。优点：结构简单，控制灵活和安全。缺点：要由人工操作，速度缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。受到限制，不能控制多个对象。操作指导系统直接从现场输入实洲操作指导系统直接从现场输入实洲参数，由计算机进行分析和计算并参数，由计算机进行分析和计算并给出操作指导，故称其为给出操作指导，故称其为“在线在线”操作指导系统。操作指导系统。计算机：计算机：利用所检测的数据，根据一定的利用所检测的数据，根据一定的控制和管理方法进行计算，给

6、出相应的操控制和管理方法进行计算，给出相应的操作指导信息，通过作指导信息，通过CRT或打印机输出给操或打印机输出给操作人员。作人员。在线操作指导控制系统在线操作指导控制系统离线操作指导控制系统离线操作指导控制系统HhH 轧制数据表轧制数据表道次道次 厚度厚度 轧制力轧制力 辊缝辊缝 实测厚度实测厚度 实测压力实测压力 实测辊缝实测辊缝 反算压力反算压力 自适应参数自适应参数 0 2.728 2.728 1.1501 2.300 74.42 2.190 2.315 80.76 2.192 73.10 1.2152 1.900 77.83 1.780 1.925 81.22 1.782 75.90

7、 1.2593 1.600 71.18 1.499 1.590 77.09 1.497 72.04 1.302 输入测量厚度输入测量厚度 h(1)=2.315 h(2)=1.925 h(3)=1.59002. 179. 1HRfLearnQpLearn是自学习参数，其初值为是自学习参数，其初值为1.08 应力状态系数应力状态系数QP用布兰德用布兰德-福德公式的福德公式的希尔简化式计算。希尔简化式计算。 控制目标：控制目标：厚度精度厚度精度被控量：被控量：辊缝辊缝巡检参数：巡检参数：轧制力、辊缝、轧制力、辊缝、应用特点：应用特点：数据收集、记录；在线操数据收集、记录；在线操作指导，建立自适应模型

8、。作指导，建立自适应模型。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。器，构成闭环控制回路。计算灵活，精度高，可以处理多个控制回路。不仅能实现常规计算灵活，精度高，可以处理多个控制回路。不仅能实现常规的的PIDPID控制规律，也能实现控制规律，也能实现PIDPID以外的多种复杂控制。以外的多种复杂控制。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。AIAI、DIDIAOAO、DODO控制站控制站 要求：实时性好、可靠性高和适应要求：实时性好、可靠性高和适应性强

9、性强 一台计算机通常要控制几个或几十个回路一台计算机通常要控制几个或几十个回路输入通道输入通道(AI.DI(AI.DI）输出通道输出通道(AO.DO)(AO.DO)打印机打印机报报 警警操作台操作台CRTCRT计计 算算 机机生生 产产 过过 程程被测变量被测变量操作变量操作变量控制规律：控制规律：基于经典控制理论和现代控制理论的程序算法。基于经典控制理论和现代控制理论的程序算法。DDC DDC 特点特点：信号转换信号转换控制功能强大控制功能强大控制方法灵活控制方法灵活要求实时性好、可靠性高、适应性强。要求实时性好、可靠性高、适应性强。温度溶氧pH消沫三级缸10101010二级缸55/一级缸5

10、5/土霉素生产车间土霉素生产车间2020只发酵缸每个缸只发酵缸每个缸有有2-42-4个参数，共需个参数，共需6060个参数进行个参数进行实时控制实时控制系统完成的功能：系统完成的功能：对对2020只缸共只缸共5050个参数（温度、溶氧、个参数（温度、溶氧、pH)pH)实实现现PIDPID控制；控制；对对1010只三级缸实行消沫控制（开关量控制）；只三级缸实行消沫控制（开关量控制）；对对2020只缸的温度、溶样、只缸的温度、溶样、pHpH进行巡回检测；进行巡回检测；对以上对以上6060个参数定时制表；个参数定时制表；对上限、下限、实时钟停等故障实现故障报对上限、下限、实时钟停等故障实现故障报警；

11、警；土霉素车间的土霉素车间的DDC控制框图控制框图计算机：计算机：对各路信号按对各路信号按PIDPID调节规律进行运算，并对生产过程进行实时控制、巡回检测、实时制表、调节规律进行运算，并对生产过程进行实时控制、巡回检测、实时制表、越限报警、事故报警。越限报警、事故报警。中央控制台：中央控制台：在操作台显示各路参数值；设置和改变参数的给定值和上下限；打印。在操作台显示各路参数值；设置和改变参数的给定值和上下限；打印。( ( 人机接口）人机接口） 路路 给定值给定值 偏差值偏差值 单位单位 01 30.00 +0.06 C01 30.00 +0.06 C010mA+24V010mA=40ms60=

12、2.4s用一台计算机来控制尽可能多的控制回路用一台计算机来控制尽可能多的控制回路( (几百个回路几百个回路) )，实现尽可能多的功能。，实现尽可能多的功能。数字调节器数字调节器控制计算机控制计算机现场操作台现场操作台终端显示器终端显示器I/O设备设备监测仪表监测仪表执行设备执行设备数据处理、上下限报数据处理、上下限报警、过程控制、显示警、过程控制、显示输出、生产调度输出、生产调度 优点：优点： 信息集中，便于实信息集中，便于实 现优化控制和优化生产。现优化控制和优化生产。 问题：一方面容易出现负荷问题：一方面容易出现负荷 过载，另一方面控制的集中过载，另一方面控制的集中 也直接导致危险的集中。

13、也直接导致危险的集中。SCC计算机：根据反映生产过程工况的数据和数学模型，进行必要的计算，给DDC计算机提供各种控制信号，如最佳给定值、最优控制量等。一般选用高档微型机或小型机作为SCC用计算机。 3 3监督控制系统监督控制系统（Supervisory Computer Control SCC ） DDCDDC计算机计算机生生 产产 过过 程程SSC SSC 计算机计算机记录记录显示显示打印打印调节调节测量测量设定值设定值(b)(b)工艺数据工艺数据模拟模拟调节器调节器生生 产产 过过 程程SSC SSC 计计 算算 机机记录记录显示显示打印打印调节调节测量测量设定值设定值(a)(a)工艺数据

14、工艺数据IOIO通道通道IOIO通道通道通讯通讯RS232RS232通讯通讯RS232RS232过程自动化级过程自动化级1.初始数据输入；初始数据输入； 5.数据采集和处理数据采集和处理2.跟踪；跟踪； 6.人机界面人机界面3.设定计算；设定计算； 7.报告和纪录报告和纪录4.模型自适应模型自适应 8.数据通信数据通信1.板坯测量；板坯测量；2.板坯确认；板坯确认；3.板坯移动和炉前定板坯移动和炉前定位；位；4.推钢机控制；推钢机控制；5.步进梁控制；步进梁控制；6.抽钢机控制；抽钢机控制；7.加热炉温度控制。加热炉温度控制。1.粗轧机设定；粗轧机设定；2.辊道控制；辊道控制；3.可逆轧机的顺

15、序控制；可逆轧机的顺序控制；4.除鳞控制；除鳞控制；5.速度控制；速度控制；6.宽度控制；宽度控制；1.精轧机设定；精轧机设定；2.飞将控制；飞将控制；3.速度控制；速度控制；4.活套控制；活套控制；5.除鳞和机架间喷水控除鳞和机架间喷水控制；制；6.穿带自适应控制。穿带自适应控制。1.卷取机控制；卷取机控制；2.张力控制；张力控制；3.顺序控制；顺序控制；4.卷取机温度控制；卷取机温度控制；5.钢卷运输控制。钢卷运输控制。加热炉加热炉1# DDC粗轧机粗轧机2# DDC飞剪、精轧机飞剪、精轧机3# DDC卷取机卷取机4# DDC1# SCC VAX20002# SCC 备用备用基础自动化基础

16、自动化qDDCDDC级用来直接控制生产过程，主要进行数字级用来直接控制生产过程，主要进行数字PIDPID控制、顺序控制、比值控制、顺序控制、比值控制串级控制等各种数字直接控制，数据收集、监视报警。控制串级控制等各种数字直接控制，数据收集、监视报警。qSCCSCC级主要进行最优控制的设定计算，指挥级主要进行最优控制的设定计算，指挥DDCDDC的工作，调整常规控制器的工作，调整常规控制器的设定值和给操作者发出操作指令等。的设定值和给操作者发出操作指令等。qMISMIS级是生产管理级，主要进行生产的计划和调度，指挥级是生产管理级，主要进行生产的计划和调度，指挥SCCSCC级进行工作。级进行工作。DD

17、C级SCC级 车间管理工厂管理公司管理MIS级(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: :和和微型机的优点：运算速度快、可靠性高、价格便宜、体积小。新技术：测量控制技术control、通讯技术communication 人机接口技术CRT

18、 以及上述的计算机技术computer 即4C技术的相互发展、相互渗透产生的。特征：利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理，分散控制、分散负载、分散危险的一种新型控制技术。它既不同于分散的仪表控制，也不同于集中的计算机控制系统。它吸收两者的优点，在此基础上发展起来的。 6 分布式控制系统 Distributed Control System服务器服务器工作站工作站终端终端终端终端网关网关网关打印机打印机工程师站工程师站操作员站操作员站管理网络管理网络 MNET系统网络系统网络 SNET现场现场I/OI/O控制站控制站控制网络控制网络 CNET大型控制系统大型控制系统大型控制系统大型控

19、制系统1.将现场发生的过程量将现场发生的过程量进行数字化，并将数字进行数字化，并将数字化后的量存在存储器的化后的量存在存储器的本地数据库中，并能按本地数据库中，并能按实际运行情况实时地改实际运行情况实时地改变和更新现场过程量。变和更新现场过程量。2.将本站采集的实时数据通过网将本站采集的实时数据通过网络送到操作员站、工程师站、其络送到操作员站、工程师站、其他他I/O站，以实现全范围内的监督站，以实现全范围内的监督和控制。同时现场和控制。同时现场I/O还可以接受还可以接受由操作员站、工程师站下发的信由操作员站、工程师站下发的信息，以实现对现场的人工控制，息，以实现对现场的人工控制，或对本站的参数

20、设定。或对本站的参数设定。3.在本站实现局部自动在本站实现局部自动控制，回路计算。及闭控制，回路计算。及闭环控制、顺序控制等经环控制、顺序控制等经典算法，也可下装非标典算法，也可下装非标准算法。准算法。大型控制系统大型控制系统与运行操作有关的人机界与运行操作有关的人机界面功能的网络节点。面功能的网络节点。为操作员提供人机界面，使操作为操作员提供人机界面，使操作员可以通过操作员站及时了解现员可以通过操作员站及时了解现场运行状态，各种运行参数的当场运行状态，各种运行参数的当前值，是否由异常发生，并通过前值，是否由异常发生，并通过输出设备对工艺过程进行控制和输出设备对工艺过程进行控制和调节。调节。大

21、型控制系统大型控制系统 对对DCS进行离线配置、组态进行离线配置、组态工作和在线系统监督、控制、工作和在线系统监督、控制、维护的网络节点。维护的网络节点。大型控制系统大型控制系统 企业内部管理数据通信，不同工业企业内部管理数据通信，不同工业过程之间协调控制，采用开放式标过程之间协调控制，采用开放式标准局域网络协议，诸如准局域网络协议，诸如TCP/IP ETHERNET等协议。等协议。 I/O站向操作员站的数据传输，站向操作员站的数据传输，I/O站之间的数据传递，以及保持操作站之间的数据传递，以及保持操作员站之间的数据的一致性。员站之间的数据的一致性。SENT采用双冗余结构，采用工业令采用双冗余结构，采用工业令牌、总线协议，符合牌、总线协议，符合IEEE标准。标准。 I/O组件之间及各组件内部模板之间组件之间及各组件内部模板之间的数据联系，采用工业现场网络通的数据联系，采用工业现场网络通信。如信。如ProfiBus ModiBus4 4集散型控制系统集散型控制系统 （Distributed Control