《过程控制与自动化仪表》 教案 18.集散控制系统

《过程控制与自动化仪表》课程教案NO.18授课班级周次日期任课教师复习提问控制器类型及使用方法学习模块模块七计算机过程控制系统学习任务任务1集散控制系统授课内容计算机控制系统组成及分类集散控制系统基本组成课时2教学目标知识目标：1.了解计算机控制系统组成；2.掌握计算机控制系统的分类；3.掌握集散控制系统的组成。能力目标：1.培养学生自主学习能力；2.培养学生解决问题的能力。素质目标：1.培养学生实事求是的科学态度、严谨的工作作风和勇于进取的精神。重点难点重点：计算机控制系统分类；难点：DCS的组成。授课过程步骤内容方法、资源运用1计算机控制系统组成多媒体课件、实例演示2计算机控制系统分类多媒体课件、实例演示3集散控制系统硬件多媒体课件、实例演示4集散控制系统软件多媒体课件、实例演示5授课方式讲授教学地点教室教学资源过程控制系统实训装置、投影系统、PPT电子课件

教学时间教学内容注释5分钟回顾控制器相关内容，进行复习提问。80分钟一、计算机控制系统的组成计算机在控制系统中的三个作用：1）实时数据处理。2）实时监督决策。3）实时控制及输出。二、计算机控制系统分类1．计算机巡回检测和操作指导系统这类计算机系统属于是计算机应用于工业生产过程最早和最简单的一类系统。优点：可以用于试验新方案、新系统。缺点：仍需要人工操作，速度受到限制，不能同时控制多个回路。2.直接数字控制系统计算机直接数字控制是计算机控制系统的一种最典型的形式，在工业生产过程中得到了非常广泛的应用。优点：完全取代了模拟控制器直接参与闭环控制，实现了几十个甚至更多的单回路控制；而且只要通过改变控制程序即可实现一些较复杂的控制规律。缺点：要求工业控制计算机的可靠性很高，否则会直接影响生产的正常运行。3.监督控制系统优点：它在计算时可以考虑许多常规控制器不能考虑的因素，如环境温度和湿度对生产过程的影响；可以进行过程操作的在线优化；可以实现复杂的先进控制规律，满足产品的高质量控制要求；可以进行故障的诊断与预报。4.集散控制系统优点：控制算法先进、精度高、响应速度快，仪表控制系统安全可靠、维护方便，容易实现复杂的控制规律。5.现场总线控制系统优点：降低了系统总成本，提高了可靠性，且在统一的国际标准下可实现真正意义上的开放式互连系统结构三、集散控制系统1.DCS的发展1）第一阶段是DCS的初创阶段，主要依赖于“4C”技术，重点是实现分散控制。2）第二阶段是DCS的成熟阶段。达到了“4A”目标。把过程控制系统、实时操作网络和工厂信息网融为一体，推出了TPS全厂一体化的概念。3）第三阶段是DCS的扩展阶段。向计算机集成制造系统CIMS、计算机集成过程系统CIPS方向发展。2.集散控制系统的结构（1）DCS的体系结构通常为三级：第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。（大屏幕投影）逐一解说计算机控制系统分类并进行对比，案例分析让学生加深印象。（2）集散控制系统的物理结构及各部分功能从DCS使用的功能角度来看，可分成现场控制站、操作员站、工程师站、通信系统、接口等。1）现场控制站现场控制站是集散控制系统的核心部分，又称现场控制单元或基本控制器，可以控制一个或多个回路。主要完成连续控制功能、顺序控制功能、算术运算功能、报警检查功能、过程I/O功能、数据处理功能和通信功能等。硬件组成：①过程量I/O，包括模拟量输入输出，开关量输入输出，累积量（计数值）输入输出和脉冲宽度输入输出等几种。②主控单元，即实现处理和计算的主体，其中包括CPU、存储器、控制软件。③电源，分为逻辑电源和现场电源两种。④通信网络，包括根据需要配置的集线器、交换器、路由器等。⑤机柜、机架等机械安装结构件。软件组成①过程量采集软件：用于对采集的过程量进行工程量转换。②回路计算软件：以实时数据库中的数据为原始数据，根据预先确定的算法进行计算，将计算结果作为输出对现场实现控制。③网络通信软件：将系统中各个现场控制站、操作员站、工程师站以及各类功能站联结在一起，互相交换信息，以实现系统的功能。2）操作员站操作员站是人和机器的联系通道。安装有操作系统、监控软件和控制器的驱动软件，显示系统的标签、动态流程图和报警信息。3）工程师站工程师站的主要工作是组态设计，并将设计结果下载到模块中执行。主要软件包括组态软件和系统运行状态监视的软件。4）通信系统通信网络把现场控制站、操作员站、工程师站、管理计算机等连成一个系统。3.实例：HOLLiAS—MACS集散控制