第9章 计算机控制系统

第9章计算机控制系统

2021/5/91工业过程中广泛应用的计算机控制系统:集散控制系统(DCS)是70年代中期发展起来的以微处理器为基础的计算机综合系统。现场总线控制系统（FCS）是一种基于现场总线技术的新型计算机控制系统，它采用现场总线把传感器、变送器、执行器和控制器集成在一起，形成真正的开放式互连系统结构。可编程控制器系统2021/5/929.1集散型控制系统

（TotalDistributedControlSystem，DCS）

以多台微型计算机为基础，采用数据通信和CRT显示技术，应用控制理论，对生产过程进行分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的系统。

2021/5/93DCS的特点硬件积木化硬件采用积木化组装结构，系统配置灵活，可以方便的构成多级控制体统。软件模块化为用户提供了丰富的功能软件，主要包括控制软件包、操作显示软件包、报表显示软件包等，用户只需按要求选用即可。2021/5/94控制组态化具有常用的运算和控制模块，控制工程师只需按照系统的控制方案，选择模块，并以填表方式来定义这些软功能模块，进行控制系统的组态。通信网络化通信网络是分散控制系统的神经中枢，它将物理上分散的多台计算机装置有机地联系起来，实现了相互协调、资源共享的集中管理。2021/5/95高可靠性DCS的可靠性高体现在系统结构、冗余技术、自诊断功能、抗干扰措施，高性能的元件等方面。2021/5/96DCS的发展及典型产品DCS的开创期(1975年~1980年)DCS的组成现场控制站现场监测站CRT操作站数据高速公路监控计算机基本上体现了集中管理、分散控制的特点

CRT操作站

监控计算机

数据高速公路HW现场监测站

现场控制站第一代DCS基本结构

……

……2021/5/97DCS的发展及典型产品DCS的成长与完善时期(1980年~1985年)特点：控制功能扩充，常规控制、逻辑控制、批量控制；增强了显示功能；以局部网络LAN为主干，其它各单元都是挂在它上面的网络节点工作站，通信范围扩大，数据传送速率提高。

主要组成部分局部网络、多功能现场控制站、增强型操作站、通用型操作站、网关、系统管理模块、主计算机2021/5/98DCS的发展及典型产品第二代DCS基本结构示意图局部网络LAN其它网络DHW网关多功能控制器网关……系统管理模块通用操作站主计算机增强型操作站……2021/5/99DCS的发展及典型产品DCS的扩展期（1985年以后）第三代DCS的主要特点是：开放式的系统通信，向上能与MAP和Ethernet接口，或者通过网间连接器与其它网络联系，构成综合管理系统；向下支持现场总线。控制站使用32位微处理器，控制功能更强，体积更小，可靠性更高。操作站采用高档微型计算机，增强图形显示功能，多窗口技术和触摸屏技术。过程控制组态使用CAD方法，更加直观方便；引入专家系统，实现参数自整定。2021/5/910DCS的发展及典型产品典型产品有Honeywell公司的TDC3000/PMYOKAGAWA公司的Centum-XLFoxboro公司的I/ASeriesTAILORInstruments公司的Mod300BaileyControl公司的INFI-90等2021/5/911DCS的发展及典型产品第四代集散控制系统以管控一体化的形式出现。广泛采用了开放的工作站和客户机／服务器结构；增加了工厂信息网。典型产品有Honeywell公司的TPS，YOKOGAWA公司的CENTUM－CS，Foxboro公司的I/AS50/5l等。2021/5/912集散控制系统的体系结构2021/5/913DCS的结构与功能2021/5/914其标准体系结构按功能分为三层功能结构：管理层主要功能为生产调度管理及厂级优化；监督控制和协调优化层主要是机组级的集中操作、协调控制和运行优化，这部分可分为运行人员操作站、工程师工作站和监控计算机；2021/5/915直接控制层由分布式多功能处理单元组成，按功能分为现场控制站、监测站，用于实现地理上分散的回路控制和检测功能。整个DCS系统通过通信技术实现控制指令及各种信息的传递和数据资源的共享。2021/5/916一、分散控制装置分散控制装置包括现场控制站与过程监测站，是集散控制系统与生产过程的接口。现场控制站（分散处理单元DPU）可以控制一个或多个回路，具有较强的运算能力和控制能力，是集散控制系统中实现分散控制的关键部分。现场控制站中固化有各种数据处理及控制运算算法模块，通过组态的方法可靠性：一对一备用、N对一备用2021/5/9172021/5/918过程监测站（又称数据采集装置或过程接口单元PIU等）主要作用：采集过程变量信息，数据处理，送入数据库，实现综合数据管理。过程监测站除不具备控制功能外，与现场控制站的功能和结构相似。2021/5/919二、操作管理装置操作管理装置包括操作员站、工程师站、监控计算机等，是操作、管理人员与集散控制系统的接口。完成监视、操作、系统组态、优化控制等任务。2021/5/920图9-3操作员站结构框图2021/5/921操作员站CRT显示器：生产画面的总貌显示、分组显示、单回路细目显示、流程图显示、历史趋势显示和报警概貌显示等。键盘：发出画面选择、功能请求、数据输入和报警确认等操作指令。打印机：打印时、班、日等报表。数据存储器：保存历史数据微处理器：控制各实时任务执行2021/5/922工程师站完成系统组态、画面生成、参数调整、文档管理、系统调试等工作监控计算机通过通信接口，综合监视全系统的各工作站，管理全系统的所有信息，实现全系统的最优控制和全厂的优化管理。2021/5/923三、通信系统通信系统即计算机网络，它将集散控制系统的各工作站连接起来。2021/5/924集散控制系统的功能结构过程控制级生产过程的数据采集与回路控制。如汽包水位控制、机炉协调控制及各种顺序控制等。2021/5/925过程管理级主要由操作员站、工程师站及监控计算机等组成，其主要功能是：数据显示与控制操作；报警显示与处理；数据存储与压缩归档；性能计算与优化控制；制表打印；系统组态。2021/5/926生产管理级由服务器及工作站组成，主要实现实时控制之外的管理功能。如发电量的分配。经营管理级与办公自动化连接起来，担负起全厂的总体协调管理。包括各类经营活动、人事管理、财务管理等。2021/5/927集散控制系统的组态硬件组态即系统配置，是根据系统的规模及控制要求而进行的硬件选择。工程师站的选择、操作员站的选择、现场控制站的选择软件组态画面组态数据组态报表组态控制回路组态2021/5/928典型集散控制系统

产品名称生产厂家I/ASeriesFoxboro（美国）SymphonyABB（瑞士）OvationWestinghouse（美国）MAX1000Leeds&Northrup（美国）HIACS5000/7000Hitachi（日本）TelepermXPSiemens（德国）XDPS-400新华（中国）HOLLiAS-MACS和利时（中国）2021/5/929图9-5

Symphony系统总体结构2021/5/930图9-9

DCS信号流程图2021/5/931DSC调试（1）

静态调试。静态调试是指系统还没有与生产现场相连时的调试，主要包括：①通电试验；②I/O卡件性能测试；③组态软件编译下装；④外加仿真信号对系统进行测试。

（2）动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设备故障。2021/5/932DCS调试动态调试一般包括以下内容：①观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；②检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；③对控制回路进行在线整定；④当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，应尽量在停机状态下重新组态下装。若条件不允许，也可进行在线组态，但要熟悉在线组态的各个环节并做好应急措施。2021/5/933信号类型DASMCSSCSFSSSETSECS合计AI（4～20mA）300280108510188873AI（RTD）1904516512030550AI（TC）11456101820218DI28710143011691207503766PI1035568AO（4～20mA）4170174DO4024790551602301695SO计11005852465194324314087744表9-2每台单元机