第7讲计算机控制

1、1第七讲第七讲 计算机控制系统计算机控制系统n7.1 计算机控制系统计算机控制系统u集散控制系统（集散控制系统（DCS）系统）系统u基于基于PLC的监督控制与采集（的监督控制与采集（PLC-SCADA）系统）系统n7.2 现场总线控制系统现场总线控制系统27.1.1 计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点n控制器采用控制计算机（包括数字调节器、控制器采用控制计算机（包括数字调节器、IPCIPC、PLCPLC、DCSDCS等），不再是模拟调节器。等），不再是模拟调节器。 n与一般个人电脑与一般个人电脑PCPC相比，特点：相比，特点：u可靠性高可靠性高；u对计算机速度和精度要求相对较低对计算机速

2、度和精度要求相对较低；u输入输入/ /输出等外围设备完善输出等外围设备完善；u实时响应性好实时响应性好；u中断系统完善中断系统完善。37.1.2 计算机过程控制系统的构成计算机过程控制系统的构成 47.1.3 计算机过程控制系统的应用型式计算机过程控制系统的应用型式 n（一）巡回检测与数据处理（一）巡回检测与数据处理 n（二）直接数字控制（二）直接数字控制（DDC） n（三）监督控制（三）监督控制（SCC）n（四）集散控制系统（四）集散控制系统（DCS） 5（一）巡回检测与数据处理（一）巡回检测与数据处理工业过程采样A/D计算机显示打印报警.6（二）直接数字控制（二）直接数字控制（DDC）7（

3、三）监督控制（三）监督控制（SCC） 8（四）集散控制系统（四）集散控制系统（DCS）n1、DCS产生的背景产生的背景u早期的集中式控制系统将所有功能集中于一台计算机，包括：早期的集中式控制系统将所有功能集中于一台计算机，包括：n过程数据输入过程数据输入/出；出；n实时数据的处理与保存；实时数据的处理与保存；n实时和历史数据库的管理及保存；实时和历史数据库的管理及保存；n人机界面处理；人机界面处理；n报警与日志记录；报警与日志记录；n报表；报表；n系统本身的监督管理等。系统本身的监督管理等。u集中式控制系统缺点：集中式控制系统缺点：n软件系统相当庞大，运行效率、可靠性低；软件系统相当庞大，运行

4、效率、可靠性低；n经济性和可扩展性差；经济性和可扩展性差；n计算机失效或故障对整个系统造成的危害性很大。计算机失效或故障对整个系统造成的危害性很大。9（四）集散控制系统（四）集散控制系统（DCS）n2、DCS设计思想设计思想u“控制分散、管理集中控制分散、管理集中”。u与集中式计算机控制系统相比，与集中式计算机控制系统相比，控制系统的危险被控制系统的危险被分散，可靠性大大增加。分散，可靠性大大增加。uDCS已成为大中型流程工业企业过程控制系统的主已成为大中型流程工业企业过程控制系统的主流。流。103 3、集散控制系统的典型结构、集散控制系统的典型结构 11（1）I/O控制站控制站 n现场现场I

5、/O控制站包括模拟量输入控制站包括模拟量输入/出、开关量出、开关量输入输入/出和脉冲量输入出和脉冲量输入/出等信号调理板。出等信号调理板。n采集现场各种过程量（温度、压力、流量、物采集现场各种过程量（温度、压力、流量、物位及各种开关状态等），通过网络发送到操作位及各种开关状态等），通过网络发送到操作员站、工程师站及其它现场员站、工程师站及其它现场I/O控制站。控制站。n在本站实现局部自动控制功能。在本站实现局部自动控制功能。12（2）操作员站）操作员站 n为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可及为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可及时了解：时了解：u现场运行状态；现场运行状态；u

6、各种运行参数的当前值；各种运行参数的当前值；u是否有异常情况发生，等等。是否有异常情况发生，等等。n并可使操作员对工艺过程进行控制和调节，保证生产并可使操作员对工艺过程进行控制和调节，保证生产过程安全、高效。监控的方式：过程安全、高效。监控的方式：u生产过程的模拟流程图；生产过程的模拟流程图；u实时趋势及历史曲线显示；实时趋势及历史曲线显示；u报警窗口，等等。报警窗口，等等。13（3）工程师站）工程师站 n对对DCS进行离线组态，在线系统监督、控制和进行离线组态，在线系统监督、控制和维护。维护。n在在DCS在线运行时，实时监视在线运行时，实时监视DCS网络上各个网络上各个节点的运行情况，使系统

7、工程师可及时调整系节点的运行情况，使系统工程师可及时调整系统配置及一些系统参数的设定，以确保统配置及一些系统参数的设定，以确保DCS随随时处在最佳的工作状态。时处在最佳的工作状态。144、典型、典型DCSn代表厂家：代表厂家：u美国美国Honeywell公司的公司的TDC3000；u日本横河（日本横河（YAKOGAWA）的的CENTUM；u西屋西屋Westinghouse 的的WDPF；u西门子（西门子（Siemens）PCS7，等等。，等等。n国产国产DCS代表厂家：代表厂家：u北京和利时；北京和利时；u浙大中控。浙大中控。157.1.2 PLC-SCADA系统系统n监督控制与数据采集监督控

8、制与数据采集（SCADA）系统多）系统多以以PLC作为现场控制作为现场控制站。站。nPLC-SCADA系统具系统具有和有和DCS几乎相同的几乎相同的网络结构和控制性能。网络结构和控制性能。 16（一）（一）PLC-SCADA与与DCS的区别的区别 n1、起初，、起初，PLC主要面向数字量控制；主要面向数字量控制；DCS则则面向模拟量控制。至今，两者都能控制数字量面向模拟量控制。至今，两者都能控制数字量和模拟量。和模拟量。n2、DCS由处理器、由处理器、I/O模块、运行界面和与模块、运行界面和与之相匹配的软硬件组成的一个完整系统；之相匹配的软硬件组成的一个完整系统；PLC-SCADA则将整个系统

9、分成不同部分，各则将整个系统分成不同部分，各部分之间需进行组合和通讯。部分之间需进行组合和通讯。17（一）（一）PLC-SCADA与与DCS的区别的区别n3、DCS只有一个全局数据库，一旦修改了这个数据只有一个全局数据库，一旦修改了这个数据库，它将影响整个系统的运行；库，它将影响整个系统的运行；PLC-SCADA至少有至少有两个不同数据库，一个用于两个不同数据库，一个用于PLC，另一个用于，另一个用于SCADA应用程序。任何修改需在所有数据库中进行。应用程序。任何修改需在所有数据库中进行。 n4、PLC-SCADA的硬件、软件和授权与的硬件、软件和授权与DCS相比相对相比相对便宜。便宜。 n5

10、、PLC能以毫秒级速度扫描，扫描速度由能以毫秒级速度扫描，扫描速度由I/O数量决数量决定；定；DCS只能以固定的秒级速度扫描。只能以固定的秒级速度扫描。 18（一）（一）PLC-SCADA与与DCS的区别的区别n6、起初，、起初，DCS很封闭，与其它系统接口设计很封闭，与其它系统接口设计困难；困难；SCADA系统基于系统基于PC设计，与其它系统设计，与其它系统接口通用。接口通用。n7、DCS中通讯检测、系统性能管理和系统报中通讯检测、系统性能管理和系统报警都使用标准函数，而警都使用标准函数，而PLC-SCADA中这些功中这些功能都需编程实现。能都需编程实现。 n8、PLC-SCADA更适用于中

11、小型工程，而更适用于中小型工程，而DCS则适用于大中型工程。则适用于大中型工程。197.1.3 组态软件组态软件 n通常，软件功能由软件人员编程实现，工作量大，通通常，软件功能由软件人员编程实现，工作量大，通用性差。针对不同对象，要修改或重新设计应用软件，用性差。针对不同对象，要修改或重新设计应用软件，可靠性低。可靠性低。n其实，对于不同对象，系统可执行程序代码一般固定其实，对于不同对象，系统可执行程序代码一般固定不变，不同对象只需改变数据实体即可。采用组态软不变，不同对象只需改变数据实体即可。采用组态软件，只需进行参数配置即可生成所需应用软件。件，只需进行参数配置即可生成所需应用软件。n组态

12、软件使从事自动控制开发的技术人员从复杂的软组态软件使从事自动控制开发的技术人员从复杂的软件编程中解放出来，可更加专注于生产过程控制，同件编程中解放出来，可更加专注于生产过程控制，同时也提高了软件系统的可靠性和代码效率。时也提高了软件系统的可靠性和代码效率。20（一）组态功能（一）组态功能 n硬件配置组态；硬件配置组态； n数据库组态；数据库组态；n控制回路组态；控制回路组态； n显示画面组态；显示画面组态；n报表生成组态，等等。报表生成组态，等等。212223（二）目前流行的通用组态软件（二）目前流行的通用组态软件nIntellution公司的公司的iFixnSiemens公司的公司的WinC

13、CnWanderware公司的公司的Intouchn国产组态王国产组态王KingView，等等。，等等。 247.2 现场总线（现场总线（Fieldbus ）n1、现场总线定义、现场总线定义u所谓现场总线，是指将现场设备（如数字传感器、所谓现场总线，是指将现场设备（如数字传感器、变送器、执行器等）与工业过程控制单元、现场操变送器、执行器等）与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输等特点，是工业控制网络向现场级发散、双向传输等特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。展的产物。252、现场总线的特点、现场总线的特

14、点 n实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成 ：u现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）以彼此通过传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）以总线拓扑相连；总线拓扑相连；u摒弃了摒弃了DCS中的中的I/O控制站，将这一级功能分配给控制站，将这一级功能分配给通信网络完成；通信网络完成；u分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高可靠性；高可靠性；u开放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过开放式互连结构，既可与同层网络

15、相连，也可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连；网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连；u互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态。同厂家的现场设备产品统一组态。263、现场总线的发展、现场总线的发展n现场总线技术始于现场总线技术始于80年代，年代，许多国家都投入巨许多国家都投入巨资与人力研发。资与人力研发。n已形成各式各样的企业、国家、地区及国际现已形成各式各样的企业、国家、地区及国际现场总线标准，已出现的现场总线场总线标准，已出现的现场总线100多种。多种。274、现场总线通信协议、现场总线通信协

16、议 n基本遵照基本遵照ISO/OSI参考模型，该模型共有七参考模型，该模型共有七层；层；n现场总线主要实现第一层（物理层）、第二层现场总线主要实现第一层（物理层）、第二层（数据链路层）和第七层（应用层）的功能：（数据链路层）和第七层（应用层）的功能： u物理层多采用物理层多采用 RS485协议；协议；u数据链路层媒体访问控制多采用受控访问（包括轮数据链路层媒体访问控制多采用受控访问（包括轮询和令牌）协议。询和令牌）协议。285 5、代表性的现场总线、代表性的现场总线nHART（过渡性协议）（过渡性协议）nFFnLONWORKS nPROFIBUSnCANnMODBUSnDEVICENETnINDUSTRIAL ETHERNET296、现场总线控制系统（、现场总线控制系统（FCS） 307、现场总线控制系统的发展前景、现场总线控制系统的发展前景nF