化工仪表及自动化 计算机控制装置课件

第十章计算机控制系统1.计算机控制基本知识2.计算机控制发展过程

2.1.直接数字量控制（DirectDigitalControl－DDC）2.2.集中型计算机控制系统2.3集散控制系统（DistributedControlSystem－DCS）2.4现场总线控制系统（FieldbusControlSystem－FCS）1.1前言进料口出料口H玻璃管液位计人工控制进料口执行器变送器调节器常规仪表控制1.计算机控制基本知识单回路控制系统方块图四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示仪表根据需要可选）通常安装于控制室通常安装于现场控制器(调节器)被控对象测量变送装置（检测仪表）+－SP执行器显示仪表阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀……泵：开关泵、变频泵温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪(通常输出：4~20mA、1～5V等标准信号）液位开关、料位开关、接近开关(通常输出on/off信号)传感器（Pt100、热电偶……）……进料口执行器变送器控制站AI、DIAO、DO控制站…………A/D（AI）：模/数转换（模拟量输入）DI：开关量输入（数字量输入）D/A（AO）：数/模转换（模拟量输出）DO：开关量输出（数字量输出）调节器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mA4～20mA控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mA4～20mAD/AA/D数字信号——例如4～20mA信号经12位A/D转换以后的结果为0～40951.2典型单回路控制系统方块图1.3工作过程控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mA4～20mAD/AA/D工作过程：①数据采集：实时检测来自于测量变送装置的被控变量瞬时值；

②控制决策：根据采集到的被控变量按一定的控制规律进行分析和处理，决定控制行为，产生控制信号；如PID运算

③控制输出：根据控制决策实时地向执行机构发出控制信号，完成控制任务。1.4计算机控制系统的基本组成过程输入输出设备外部设备主机系统CPURAMROMCRT通讯接口人机接口打印机其它系统总线模拟量输入（AI）模拟量输出（AO）开关量输入（DI）开关量输入（DO）测量变送器执行器电气开关电气开关被控生产对象常规计算机系统I/O系统（模块或卡件）现场仪表被控对象硬件组成系统软件支持软件应用软件系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序等，它是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台。如：Windows操作系统、Unix操作系统等都属于系统软件。

它运行在系统软件的平台上，是用于开发应用软件的软件。例如：汇编语言、高级语言、通信网络软件、组态软件等。对于设计人员来说，需要了解并学会使用相应的支持软件，能够根据系统要求编制开发所需要应用软件。不同系统的支持软件会有所不同

应用软件是系统设计人员针对特定要求而编制的控制和管理程序。不同控制设备的应用软件所具备的功能是不同的。软件组成内涵：生产过程自动化（过程控制、优化控制……）

信息管理自动化(财务管理、客户管理、物流管理……，这是今后的发展方向)

（即计算机综合自动化）重要性：是实现安全、高效、优质、低耗生产的基本条件和重要保证，是现代工业生产中不可替代的神经中枢。相关技术：涉及计算机技术、自动控制技术、检测和传感技术、先进控制技术、智能仪表技术、网络通信技术等。发展过程：直接数字量控制（DDC）

集中型计算机控制

分布式计算机控制（DCS）

现场总线(FCS)2.1.直接数字量控制本质——用一台计算机取代一组模拟调节器，构成闭环控制回路，用数字控制技术简单地取代模拟控制技术。过程控制计算机SPAI、DIAO、DO检测仪表执行器被控过程（对象）起始于50年代末期，开辟了一个轰轰烈烈的计算机工业应用时代

优点——计算灵活，精度高，它不仅能实现典型的PID控制规律，还可以分时处理多个控制回路。此外，此DDC也很快发展到PID以外的多种复杂控制。问题——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。2.2集中型计算机控制系统出发点：由于当时的计算机系统的体积庞大，价格非常昂贵，为了使计算机控制能与常规仪表控制相竞争，企图用一台计算机来控制尽可能多的控制回路。CRT、键盘……过程控制计算机AIDIAODO

被控过程（对象）被控变量操作变量…………}{输入子系统输出子系统集中型计算机控制系统原理图2.3集散控制系统出发点（2个方面）：(1)不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；(2)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。根本特征:控制的分散性和管理的集中性DCS的发展过程划分起始时间主要特征119751975年Honeywell公司推出了世界上第一套DCS系统TDC-2000，技术特征是集散。

280年代初技术特征是引入局域网LAN

380年代末期90年代初技术特征是管控一体化

490年代中期主要强调系统的开放性，特别是通信机制的开放性和标准化。总结：早期DCS的重点在于控制，DCS以“分散”作为关键字，但现代发展更着重于系统信息综合管理，今后“综合”又将成为其关键字，向实现控制体系、运行体系、计划体系、管理体系的综合自动化方向发展，通过由网络（局域网和广域网）或者串、并行通信实现设备互连和资源网络化共享，实施从最底层的实时控制、优化控制上升到生产调度、经营管理，以至最高层的战略决策，形成一个具有柔性的高度自动化的管控一体化系统。

集散控制系统的基本结构操作站：功能：操作站是用来对系统中各控制、监测系统进行数据处理、数据显示、记录和操作、维护的人机接口。将整个分散系统集中起来，实现信息处理和操作的集中化。配置：操作台、计算机、专用操作键盘、打印机、触摸屏。

纵观画面控制分组画面调整画面流程画面趋势画面顺控操作画面报警一览画面先控调整画面分组在线组态画面

操作站GK-2000DCS流程画面定义是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。

特点评价·已成为全世界范围自动化技术发展的热点·涉及整个自动化和仪表的工业“革命