《过程控制与自动化仪表》课件 第6、7章 过程控制系统、过程计算机控制系统

过程控制与自动化仪表第六章过程控制系统掌握简单控制系统设计方法及参数整定。了解复杂控制系统的主要类型及适用条件。掌握典型控制单元的控制方案。3能分析识别过程控制系统工艺流程图。124过程控制与自动化仪表26.1过程控制系统工艺流程图的绘制过程控制系统工艺流程图是用图示的方法把流程工业生产的工艺流程和所需的设备、管道、阀门、管件、管道附件及仪表控制点表示出来的一种图样，是设备布置和管道布置设计的依据，也是施工、操作、运行及检修的指南。根据工艺设计的不同阶段，工艺流程图可分为工艺方案流程图、物料流程图和施工流程图。其中施工流程图又称为带控制点的工艺流程图。过程控制与自动化仪表36.1过程控制系统工艺流程图的绘制图6-1物料残液蒸馏处理系统的施工流程图过程控制与自动化仪表46.1.1识图基础1．设备的画法及标注6.1过程控制系统工艺流程图的绘制过程控制与自动化仪表56.1.1识图基础各类设备6.1过程控制系统工艺流程图的绘制过程控制与自动化仪表66.1.1识图基础各类设备6.1过程控制系统工艺流程图的绘制过程控制与自动化仪表76.1.1识图基础2．工艺流程线的画法及标注6.1过程控制系统工艺流程图的绘制过程控制与自动化仪表86.1.1识图基础2．工艺流程线的画法及标注6.1过程控制系统工艺流程图的绘制过程控制与自动化仪表96.1.1识图基础3．管件的画法及标注管道上的管件有阀门、管接头、三通、四通、法兰等。这些管件可连通、分流、调节、切换管道中的流体。6.1过程控制系统工艺流程图的绘制闸阀截止阀隔膜阀三通截止阀球阀碟阀四通截止阀四通球阀过程控制与自动化仪表106.1.1识图基础4．仪表的画法及标注6.1过程控制系统工艺流程图的绘制过程控制与自动化仪表116.1过程控制系统工艺流程图的绘制6.1.1识图基础4．仪表的画法及标注仪表的位号由字母代号和数字编号两部分组成，其中字母代号写在仪表圆圈的上半部，数字编号写上圆圈的下半部。过程控制与自动化仪表12字母第一位字母后继字母被测变量修饰词功能ACDEFIJKLMPQRSTVWXZ分析电导率密度或比重电压流量电流功率时间或时间程序物位水份或湿度压力或真空数量或件数放射性速度或频率温度黏度重量或力未分类参数位置差比扫描积分、累计安全安全报警控制（调节）检测元件指示自动-手动操作器指示灯试验点（接头）积分、累积记录或打印开关、联锁变送阀、挡板、百叶窗套管未分类驱动、执行或未分类的终端执行机构被测变量和仪表功能的字母代号6.1过程控制系统工艺流程图的绘制过程控制与自动化仪表13脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例右图是乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例6.1过程控制系统工艺流程图的绘制过程控制与自动化仪表146.2简单控制系统6.2.1简单控制系统的组成简单控制系统是指由一个测量元件及变送器、一个控制器、—个控制阀和一个被控对象所构成的闭环负反馈的定值系统。过程控制与自动化仪表15液位控制系统温度控制系统6.2简单控制系统6.2.1简单控制系统的组成过程控制与自动化仪表166.2.2过程控制系统的设计概念准备工作首先要求自动控制系统设计人员在掌握较为全面的自动化专业知识的同时，也要尽可能多地熟悉所要控制的工艺装置对象；其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行必要的交流，共同讨论确定自动化方案；第三，一定要遵守行业相关的标准、行规，按科学合理的程序进行。6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表176.2简单控制系统6.2.2过程控制系统的设计概念1．设计内容1）确定控制方案2）仪表及装置的选型3）相关工程内容的设计4）工程安装与仪表调试5）控制器参数工程整定过程控制与自动化仪表186.2简单控制系统6.2.2过程控制系统的设计概念2．设计步骤1）初步设计初步设计的主要目的是上报审批，并为订货做准备。2）施工图设计是在项目和方案获批后，为工程施工提供有关内容详细的设计资料。3）设计文件和责任签字包括设计、校核、审核、审定、各相关专业负责人员的会签等，以严格把关，明确责任，保持协调。4）参与施工和试车设计代表应该到现场配合施工，并参加试车和考核。5）设计回访在生产装置正常运行一段时间后，应去现场了解情况，听取意见，总结经验。过程控制与自动化仪表196.2.3简单控制系统控制方案设计简单控制系统方案设计的主要内容包括：合理选择被控参数和控制参数，信息的获取与变送，控制阀的选择，控制器参数的整定及控制规律的选取等方面。6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表206.2.3简单控制系统控制方案设计1．被控变量的选择1）尽量选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可按工艺操作的要求直接测量的工艺参数（如温度、压力、流量等）作为被控变量；2）当不能用直接测量的参数作为被控变量时，可选择一个与直接参数有单值函数关系、满足工艺的合理性的间接参数作为被控变量；3）被控变量必须具有足够大的灵敏度且线性度好，滞后要小，以利于得到高精度的控制质量；4）必须考虑工艺流程合理性和自动化仪表及装置的现状。6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表216.2.3简单控制系统控制方案设计1．被控变量的选择精馏过程示意图1—精馏塔；2—蒸汽加热器苯-甲苯溶液的T-x图苯-甲苯溶液的p-x图举例6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表22从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。原因

在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔操作在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保证塔的效率和经济性。在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基本上是不变的，这样各层塔板上的温度与组分之间就有一定的单值对应关系。所选变量有足够的灵敏度。6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表236.2.3简单控制系统控制方案设计2．操纵变量的选择6.2简单控制系统

在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。最常见的操纵变量是介质的流量。操作变量系统的干扰通过工艺分析确定过程控制与自动化仪表246.2.3简单控制系统控制方案设计2．操纵变量的选择1）操纵变量必须是工艺上允许调节的变量。2）操纵变量应该是系统中所有被控变量的输入变量中对被控变量影响最大的一个。控制通道的放大系数K要尽量大一些，时间常数T要适当小些，滞后时间应尽量小。3）不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量，以免产量受到波动。6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表25举例精馏塔流程图

如果根据工艺要求，选择提馏段某块塔板（一般为灵敏板）的温度作为被控变量。6.2简单控制系统2．操纵变量的选择过程控制与自动化仪表26影响提馏段温度的各种因素示意图影响提馏段灵敏板温度T灵的因素主要有：进料的流量（Q入）、成分（x入）、温度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液温度（T回）、加热蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷却温度及塔压等等。

通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。

6.2简单控制系统2．操纵变量的选择过程控制与自动化仪表276.2简单控制系统6.2.3简单控制系统控制方案设计3．控制规律及控制器作用方向的选择（1）控制规律的选择1）位式控制器常见的位式控制有双位和三位两种。适用于：滞后较小，负荷变化不大也不剧烈，控制质量要求不高，允许被控变量在一定范围内波动的场合，如恒温箱、电阻炉等的温度控制。过程控制与自动化仪表28简单控制系统简化方块图2）比例控制器

比例控制器是具有比例控制规律的控制器。对于单元组合仪表适用于：

控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。

6.2简单控制系统3．控制规律及控制器作用方向的选择（1）控制规律的选择过程控制与自动化仪表29

控制器的输出与偏差成比例。当负荷变化时，比例控制器克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。在常用控制规律中，比例作用是最基本的控制规律，不加比例作用的控制规律是很少采用的。纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余差。负荷变化越大，余差就越大。比例控制器特点6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表303．控制规律及控制器作用方向的选择（1）控制规律的选择3）比例积分控制器比例积分控制器是具有比例积分控制规律的控制器。可调整参数比例放大系数KC（或比例度δ）和积分时间TI。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表31

由于在比例作用的基础上加上积分作用，而积分作用的输出是与偏差的积分成比例，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直至消除偏差为止。积分作用会使稳定性降低，虽然在加积分作用的同时，可以通过加大比例度，使稳定性基本保持不变，但超调量和振荡周期都相应增大，过渡过程的时间也加长。

比例积分控制器特点6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表324）比例积分微分控制器

比例积分微分控制器是具有比例积分微分控制规律的控制器，常称为三作用（PID）控制器。理想的三作用控制器，存在可调整参数比例放大系数KC（或比例度δ）、积分时间TI和微分时间TD。6.2简单控制系统3．控制规律及控制器作用方向的选择（1）控制规律的选择过程控制与自动化仪表33

微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度成比例，它对克服对象的滞后有显著的效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性，再加上积分作用可以消除余差。所以，适当调整δ、TI、TD参数，可以使控制系统获得较高的控制质量。适用于

容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统，应用最普遍的是温度、成分控制系统。6.2简单控制系统比例积分微分控制器特点过程控制与自动化仪表346.2简单控制系统3．控制规律及控制器作用方向的选择（2）控制器作用方向的选择

控制器的正反作用是关系到控制系统能否正常运行与安全操作的重要问题。要通过改变控制器的正、反作用，以保证整个控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。作用的方向输入变化后，输出的变化方向。正作用方向反作用方向当某个环节的输入增加时，其输出也增加，则称该环节为“正作用”方向。当环节的输入增加时，输出减少的称“反作用”方向。过程控制与自动化仪表35测量元件及变送器作用方向一般是“正”的。执行器作用方向取决于是气开阀还是气关阀。被控对象作用方向随具体对象的不同而各不相同。控制器

当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，称为“正作用”方向，或者当测量值不变，给定值减小时，控制器的输出增加的称为“正作用”方向。反之，如果测量值增加时，控制器的输出减小的称为“反作用”方向。6.2简单控制系统3．控制规律及控制器作用方向的选择（2）控制器作用方向的选择过程控制与自动化仪表36举例一个简单的加热炉出口温度控制系统。

对象加热炉

操作变量燃料气流量

被控变量被加热的原料油出口温度加热炉出口温度控制6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表376.2简单控制系统

当操纵变量燃料气流量增加时，被控变量是增加的，故对象是“正”作用方向。如果从工艺安全条件出发选定执行器是气开阀（停气时关闭），以免当气源突然断气时，控制阀大开而烧坏炉子。那么这时执行器便是“正”作用方向。为了保证由对象、执行器与控制器所组成的系统是负反馈的，控制器就应该选为“反”作用。举例过程控制与自动化仪表386.2简单控制系统举例过程控制与自动化仪表396.2简单控制系统举例选择被控变量

选择操纵变量

制定系统控制方案

选择控制器的控制规律

选择控制阀

选择控制器作用方向

过程控制与自动化仪表406.2.4简单控制系统投运和控制器参数工程整定1．简单控制系统的投运（1）投入运行前的准备工作管线检查、仪表检查设置正反作用方式及PID参数检查控制阀的开关形式联动实验（2）控制系统的投运检测系统投运阀门手动遥控控制器的投运6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表416.2.4简单控制系统投运和控制器参数工程整定2．控制器参数的工程整定理论计算整定法工程整定法经验法衰减曲线法临界比例度法6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表426.2.4简单控制系统投运和控制器参数工程整定经验法6.2简单控制系统控制对象对象特征δ/%TI/minTD/min流量对象时间常数小，参数有波动，δ要大；TI要短；不用微分40～1000.3～1温度对象容量滞后较大，即参数受干扰候变化迟缓；δ应小；TI要长；一般需加微分20～603～100.5～3压力对象的容量滞后一般，不算大，一般不加微分30～700.4～3液位对象时间常数范围较大。要求不高时，δ可在一定范围内选取，一般不用微分20～80控制器参数的经验数据表过程控制与自动化仪表436.2.4简单控制系统投运和控制器参数工程整定6.2简单控制系统经验法整定的步骤（1）先用纯比例作用进行凑试，待过渡过程已基本稳定并符合要求后，再加积分作用消除余差，最后加入微分作用是为了提高控制质量。关键看曲线，调参数。过程控制与自动化仪表446.2.4简单控制系统投运和控制器参数工程整定6.2简单控制系统三种振荡曲线比较图比例度过大、积分时间过大时两种曲线比较图比例度过小、积分时间过小或微分时间过大，产生的周期性激烈振荡。如果比例度过大或积分时间过大，过渡过程变化缓慢的情形。经验法过程控制与自动化仪表456.2.4简单控制系统投运和控制器参数工程整定6.2简单控制系统（2）先按控制器参数的经验数据表中给出的范围把TI定下来，如要引入微分作用，可取TD＝(1/3～1/4)TI，然后对δ进行凑试，凑试步骤与前一种方法相同。特点方法简单，适用于各种控制系统。特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规则的控制系统，采用此法最为合适。此法主要是靠经验，在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时，往往较为费时。经验法整定的步骤过程控制与自动化仪表46对于同一个系统，不同的人采用经验凑试法整定，可能得出不同的参数值。在一个自动控制系统投运时，控制器的参数必须整定，才能获得满意的控制质量。同时，在生产进行的过程中，如果工艺操作条件改变，或负荷有很大变化，被控对象的特性就要改变，因此，控制器的参数必须重新整定。注意！6.2简单控制系统过程控制与自动化仪表476.2.4简单控制系统投运和控制器参数工程整定6.2简单控制系统临界比例度法

先通过试验得到临界比例度δk和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。临界振荡过程控制作用比例度/%积分时间TI/min微分时间TD/min比例比例+积分比例+微分比例+积分+微分2δk2.2δk1.8δk1.7δk0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk临界比例度法参数计算公式表过程控制与自动化仪表486.2简单控制系统6.2.4简单控制系统投运和控制器参数工程整定衰减曲线法通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。4∶1和10∶1衰减振荡过程控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs比例+积分1.2δs0.5TS比例+积分+微分0.8δs

0.3TS0.1TS控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs′比例+积分1.2δs′2T升比例+积分+微分0.8δs′1.2T升0.4T升4∶1衰减曲线法控制器参数计算表10∶1衰减曲线法控制器参数计算表过程控制与自动化仪表496.2.4简单控制系统投运和控制器参数工程整定

参数整定找最佳，从小到大顺序查。先是比例后积分，最后再把微分加。曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。曲线偏离回复慢，积分时间往下降。曲线波动周期长，积分时间再加长。曲线振荡频率快，先把微分降下来。动差大来波动慢，微分时间应加长。理想曲线两个波，前高后低四比一。一看二调多分析，调节质量不会低。6.2简单控制系统整定口决过程控制与自动化仪表506.3复杂控制系统复杂控制系统串级控制系统

均匀控制系统比值控制系统分程控制系统

前馈控制系统

选择控制系统

三冲量控制系统过程控制与自动化仪表51

当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，可考虑采用串级控制系统。举例说明串级控制系统的结构及其工作原理管式加热炉出口温度控制系统

可延长炉子寿命，防止炉管烧坏；可保证后面精馏分离的质量。控制好温度6.3复杂控制系统6.3.1串级控制系统过程控制与自动化仪表526.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统在实际生产过程中，特别是当加热炉的燃料压力或燃料本身的热值有较大波动时，该简单控制系统的控制质量往往很差，原料油的出口温度波动较大，难以满足生产上的要求。

根据原油出口温度的变化来控制燃料阀门的开度

过程控制与自动化仪表536.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统

当燃料压力或燃料本身的热值变化后，先影响炉膛的温度，然后通过传热过程才能逐渐影响原料油的出口温度，这个通道容量滞后很大，时间常数约15min左右，反应缓慢，而温度控制器TC是根据原料油的出口温度与给定值的偏差工作的。所以当干扰作用在对象上后，并不能较快地产生控制作用以克服干扰被控变量的影响。当工艺上要求原料油的出口温度非常严格时，为了解决容量滞后问题，还需对加热炉的工艺作进一步分析。原因过程控制与自动化仪表546.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统以原料油出口温度为主要被控变量的炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统

管式加热炉出口温度串级控制系统过程控制与自动化仪表556.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统串级控制系统典型方块图过程控制与自动化仪表566.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统主变量——工艺最终要求控制的被控变量；副变量——为稳定主变量而引入的辅助变量；主对象——表征主变量的生产设备；副对象——表征副变量的生产设备；主控制器——按主变量与工艺设定值的偏差工作，其输出作为副控制器的外设定值，在系统中起主导作用；副控制器——按副变量与主控制器来的外设定值的偏差工作，其输出直接操纵控制阀；主测量变送器——对主变量进行测量及信号转换的变送器；副测量变送器——对副变量进行测量及信号转换的变送器；主回路——是指由主测量变送器，主、副控制器，执行器和主、副对象构成的外回路，又叫主环或外环；副回路——是指由副测量变送器、副控制器、执行器和副对象构成的内回路，又称副环或内环。串级控制系统的组成方块图。几个串级控制系统中常用的名词

过程控制与自动化仪表576.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统1.干扰进入副回路F2引起θ2变化，控制器T2C及时进行控制，使其很快稳定下来。如果干扰量小，经过副回路控制后，F2一般影响不到温度θ1；如果干扰量大，其大部分影响为副回路所克服，波及到被控变量温度θ1再由主回路进一步控制，彻底消除干扰的影响，使被控变量回复到给定值。过程控制与自动化仪表586.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统2.干扰作用于主对象F1变化→θ1↑→T1C输出↓→T2C设定值↓→T2C输出↓→恢复给定值

所以，在串级控制系统中，如果干扰作用于主对象，由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达到稳定主变量的目的。过程控制与自动化仪表596.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统3.干扰同时作用于副回路和主对象在干扰作用下，主、副变量的变化方向相同。过程控制与自动化仪表606.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统3.干扰同时作用于副回路和主对象主、副变量的变化方向相反，一个增加，另一个减小。过程控制与自动化仪表616.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统1）主回路为定值控制系统，而副回路是随动控制系统。2）结构上是主、副控制器串联，主控制器的输出作为副控制器的外设定，形成主、副两个回路，系统通过副控制器操纵执行器。3）副回路对象时间常数小，动作迅速，但控制不一定精确，具有先调、粗调、快调的特点；主回路对象时间常数大，动作滞后，但主控制器能进一步消除副回路没有克服掉的干扰，具有后调、细调、慢调的特点。4）抗扰动能力强，对进入副回路的扰动抑制力更强，控制精度高，控制滞后小。因此，它特别适用于温度对象等滞后大的场合。串级控制系统的特点过程控制与自动化仪表626.3.1串级控制系统5．串级控制系统的控制方案设计（1）副变量的选择串级控制系统中主变量和控制阀的选择与简单控制系统的被控变量与控制阀的选用原则相同。副变量的选择是设计串级控制系统的关键，在选择过程中应考虑以下原则：1）副回路应包括尽可能多的扰动，尤其是主要的扰动。2）尽量不要把纯滞后环节包含在副回路中，以提高副回路的快速抗干扰能力。3）主、副对象的时间常数不能太接近。副对象的时间常数应小于主对象的时间常数，一般主、副对象的时间常数之比在3~10之间。6.3复杂控制系统过程控制与自动化仪表63加热炉出口温度与燃料油压力串级控制系统

在本系统中，由于选择了燃料油压力作为副变量，副对象的控制通道很短，时间常数很小，因此控制作用非常及时，比起前面的双温度控制方案，能更及时有效地克服由于燃料油压力波动对原料油出口温度的影响，从而大大提高了控制质量。6.3复杂控制系统6.3.1串级控制系统举例过程控制与自动化仪表646.3.1串级控制系统5．串级控制系统的控制方案设计（2）主副控制器控制规律的选择6.3复杂控制系统控制规律是根据控制的要求来进行选择的。目的为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控制。副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化的。副控制器一般采用比例控制规律。过程控制与自动化仪表656.3.1串级控制系统5．串级控制系统的控制方案设计（3）主副控制器的正、反作用方式选择6.3复杂控制系统1）串级控制系统中的副控制器作用方向的选择：2）串级控制系统中主控制器作用方向的选择：当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是一致的时候，主控制器应选“反”作用；反之，则应选“正”作用。根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。过程控制与自动化仪表666.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统举例

主变量θ1或副变量θ2增加时，都要求关小控制阀，减少供给的燃料量，才能使θ1或θ2降下来，所以此时主控制器T1C应确定为反作用方向。↑↑↓↓反过程控制与自动化仪表676.3.1串级控制系统6.3复杂控制系统举例被冷却物料出口温度为主变量，冷剂流量为副变量。分析冷却器的特性可以知道，当主变量即被冷却物料出口温度增加时，需要开大控制阀，而当副变量即冷剂流量增加时，需要关小控制阀，它们对控制阀动作方向的要求是不一致的，因此主控制器TC的作用方向应选用正作用。↑↓↑↑正过程控制与自动化仪表686.3.1串级控制系统6．串级控制系统的参数整定6.3复杂控制系统（1）两步整定法按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法。整定过程1）在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行的条件下，将主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某种衰减比（如4∶1）过渡过程下的副控制器比例度和操作周期，分别用δ2s和T2s表示。2）在副控制器比例度等于δ2s的条件下，逐步减小主控制器的比例度，直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度δ1s和操作周期T1s。过程控制与自动化仪表696.3.1串级控制系统6．串级控制系统的参数整定6.3复杂控制系统3）根据上面得到的δ1s、T1s、δ2s、T2s，按下表计算主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。4）按“先副后主”、“先比例次积分后微分”的整定规律，将计算出的控制器参数加到控制器上。5）观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。调节规律调节参数比例度δ／％积分时间TI微分时间TD/minPδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS过程控制与自动化仪表706.3.1串级控制系统6．串级控制系统的参数整定6.3复杂控制系统（2）一步整定法

根据经验将副控制器一次放好，不再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。实践证明

这种整定方法，对于对主变量要求较高，而对副变量没有什么要求或要求不严，允许它在一定范围内变化的串级控制系统，是很有效的。过程控制与自动化仪表716.3.2均匀控制系统6.3复杂控制系统1.均匀控制的目的前后精馏塔的供求关系甲塔:为了稳定操作需保持塔釜液位稳定，必然频繁地改变塔底的排出量。乙塔：从稳定操作要求出发，希望进料量尽量不变或少变。甲、乙两塔间的供求关系出现了矛盾。

为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使液位和流量均匀变化，组成的系统称为均匀控制系统。过程控制与自动化仪表726.3.2均匀控制系统6.3复杂控制系统2.均匀控制的特点（1）两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。（2）前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。前一设备的液位和后一设备的进料量之关系图1—液位变化曲线；2—流量变化曲线过程控制与自动化仪表736.3.2均匀控制系统6.3复杂控制系统3.均匀控制方案过程控制与自动化仪表746.3.3比值控制系统6.3复杂控制系统1、概述

实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统。几个概念主物料、主动量（Q1

、主流量）从物料、从动量（Q2

、副流量）副流量Q2与主流量Q1的比值关系为过程控制与自动化仪表756.3.3比值控制系统6.3复杂控制系统2、比值控制系统的类型(1)单闭环比值控制系统单闭环比值控制单闭环比值控制系统方块图过程控制与自动化仪表766.3.3比值控制系统6.3复杂控制系统2、比值控制系统的类型(1)单闭环比值控制系统过程控制与自动化仪表77(2)双闭环比值控制系统

它是在单闭环比值控制的基础上，增加了主流量控制回路而构成的。

双闭环比值控制双闭环比值控制系统方块图6.3复杂控制系统2、比值控制系统的类型过程控制与自动化仪表786.3复杂控制系统6.3.3比值控制系统(2)双闭环比值控制系统2、比值控制系统的类型过程控制与自动化仪表796.3复杂控制系统6.3.3比值控制系统

要求两种物料的比值能灵活地随第三变量的需要而加以调整，这样就出现一种变比值控制系统，又称串级比值控制系统。(3)变比值控制系统2、比值控制系统的类型过程控制与自动化仪表806.3.4前馈控制系统6.3复杂控制系统反馈与前馈换热器的反馈控制换热器的前馈控制反馈控制与前馈控制方块图过程控制与自动化仪表816.3复杂控制系统6.3.4前馈控制系统2．前馈控制的特点控制形式控制所依据的信号检测信号控制系统组态控制作用发生的时间反馈控制被控变量的偏差大小被控变量闭环偏差出现之后前馈控制干扰量的大小干扰量开环偏差出现之前过程控制与自动化仪表826.3复杂控制系统6.3.4前馈控制系统3．前馈控制的应用场合1）系统中存在频繁且幅值大的干扰，这种干扰可测但不可控，对被控变量影响比较大，采用反馈控制难以克服，但工艺上对被控变量的要求又比较严格，可以考虑引入前馈回路来改善控制系统的品质。2）当采用串级控制系统仍不能把主要干扰包含在副回路中时，采用前馈-反馈控制系统，可获得更好的控制效果。3）当对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差，可采用前馈-反馈控制系统，以提高控制质量。过程控制与自动化仪表836.3复杂控制系统6.3.5其他控制系统1．分程控制系统分程控制系统是通过将一个控制器的输出分成若干个信号范围，每一个信号段分别控制一个控制阀，从而实现一个控制器对多个控制阀的开度控制，从而在较大范围内控制进入被控对象的能量或原料，实现对被控参数的控制。过程控制与自动化仪表846.3复杂控制系统6.3.5其他控制系统2.选择控制系统在这些大型工艺生产过程中，除了要求控制系统在生产处于正常运行情况下，能够克服外界干扰，维持生产的平稳运行外，当生产操作达到安全极限时，控制系统应有一种应变能力，能采取相应的保护措施，促使生产操作离开安全极限，返回到正常情况。生产保护性措施有两类：一类是硬保护措施；一类是软保护措施。过程控制与自动化仪表856.3复杂控制系统6.3.5其他控制系统2.选择控制系统选择性控制系统有两种类型：被控变量的选择性控制系统及被控变量测量值的选择性控制系统。过程控制与自动化仪表866.3复杂控制系统举例大型合成氨工厂的蒸汽锅炉过程控制与自动化仪表876.4典型单元的控制方案分析与设计典型生产过程单元按其物理和化学变化实质来分类，有流体力学过程、传热过程、传质过程及化学反应过程四类。流体输送设备传热设备精馏塔化学反应器过程控制与自动化仪表886.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.1流体输送设备的控制方案1．离心泵的控制（1）改变泵的转速的控制方案过程控制与自动化仪表896.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.1流体输送设备的控制方案1．离心泵的控制（2）改变管路特性的控制方案（3）改变旁路流量的控制方案过程控制与自动化仪表906.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.1流体输送设备的控制方案2．往复泵的控制（1）改变泵的转速的控制方案（2）改变旁路流量的控制方案过程控制与自动化仪表916.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.1流体输送设备的控制方案3．压缩机的控制（1）气量控制系统1）出口节流法通过改变进口导向叶片的角度，主要是改变进口气流的角度来改变流量。2）改变压缩机转速法这种方法最节能，特别是大型压缩机现在一般都采用蒸汽透平机作为原动机，实现调速较为简单，应用较为广泛。3）改变阻力法通过在压缩机入口管线上设置控制模板，改变阻力实现气量控制，这种方法过于灵敏，并且压缩机入口压力不能保持恒定，所以较少采用。（2）压缩机入口压力控制系统（3）防喘振控制系统过程控制与自动化仪表926.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.2传热设备的控制方案1．两侧无相变换热器的控制（1）控制载热体流量过程控制与自动化仪表936.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.2传热设备的控制方案1．两侧无相变换热器的控制（2）控制载热体旁路流量过程控制与自动化仪表946.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.2传热设备的控制方案1．两侧无相变换热器的控制（3）将工艺介质分路过程控制与自动化仪表956.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.2传热设备的控制方案2．蒸汽加热器的控制（1）控制蒸汽的流量（2）控制蒸汽加热器传热面积过程控制与自动化仪表966.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.2传热设备的控制方案3．低温冷却器的控制（1）控制冷剂的流量（2）控制传热面积（3）控制汽化压力过程控制与自动化仪表976.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.2传热设备的控制方案4．加热炉的控制（1）简单控制方案过程控制与自动化仪表986.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.2传热设备的控制方案4．加热炉的控制（2）串级控制方案过程控制与自动化仪表996.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.3锅炉的控制方案过程控制与自动化仪表1006.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.3锅炉的控制方案1．单冲量液位控制2．双冲量液位控制3．三冲量液位控制单冲量双冲量三冲量过程控制与自动化仪表1016.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.4精馏塔的控制方案过程控制与自动化仪表1026.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.4精馏塔的控制方案（1）提馏段温度控制1）主要控制系统。提馏段温度控制系统，将塔底温度作为被控变量，其测温元件装在提馏段，塔釜热剂量作为操作变量。2）辅助控制系统。塔顶回流量的定值控制系统塔顶压力定值控制系统塔进料定值控制系统塔底液位均匀控制系统回流罐液位均匀控制系统过程控制与自动化仪表1036.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.4精馏塔的控制方案（2）精馏段温度控制1）主要控制系统。精馏段温度控制系统，被控变量为精馏段温度，其测温元件在精馏段，操作变量为回流量。2）辅助控制系统。再沸器加热量的定值控制回流罐与塔釜液位控制进料量控制过程控制与自动化仪表1046.4.5反应器的控制方案1．反应器的控制要求及被控变量的选择1）质量指标。使反应达到规定的转化率，或使产品达到规定的浓度。2）物料平衡和能量平衡。为了使反应器能够正常运行，必须使反应器在生产过程中保持物料平衡和能量平衡。例如，为了保持热量平衡，需要及时除去反应热，以保证反应的正常进行。3）约束条件。对于反应器，要防止工艺变量进入危险区域或不正常工况。例如，在不少催化接触反应中，温度过高或进料中某些杂质含量过高，将会引起催化剂中毒或破损。为此，应适当配置一些报警、连锁或自动选择性控制系统。6.4典型单元的控制方案分析与设计过程控制与自动化仪表1056.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.5反应器的控制方案2．釜式反应器的控制（1）控制进料温度（2）控制夹套温度过程控制与自动化仪表1066.4典型单元的控制方案分析与设计6.4.5反应器的控制方案2．釜式反应器的控制（3）串级控制过程控制与自动化仪表107过程控制与自动化仪表第7章过程计算机控制系统掌握集散控制系统体系及软硬件功能。了解现场总线控制系统主要类型及组成。掌握现场总线控制系统网络组建的方法。3了解计算机控制系统结构及分类。124过程控制与自动化仪表1097.1计算机控制系统概述

7.1.1计算机控制简述图7-1计算机控制系统的典型结构计算机的三个作用：1）实时数据处理。2）实时监督决策。3）实时控制及输出。过程控制与自动化仪表1107.1计算机控制系统概述7.1.2计算机控制系统的分类计算机巡回检测和操作指导系统直接数字控制系统监督控制系统集散控制系统现场总线控制系统过程控制与自动化仪表1117.1计算机控制系统概述7.1.2计算机控制系统的分类计算机巡回检测和操作指导系统过程控制与自动化仪表1127.1计算机控制系统概述7.1.2计算机控制系统的分类直接数字控制系统（DirectDigitalControl，DDC）

过程控制与自动化仪表1137.1计算机控制系统概述7.1.2计算机控制系统的分类监督控制系统（SupervisoryComputerControl，SCC）

过程控制与自动化仪表1147.1计算机控制系统概述7.1.2计算机控制系统的分类集散控制系统（DistributedControlSystem，DCS）

过程控制与自动化仪表1157.1计算机控制系统概述7.1.2计算机控制系统的分类现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）

过程控制与自动化仪表1167.2集散控制系统7.2.1集散控制系统的基本概念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。

过程控制与自动化仪表1177.2集散控制系统7.2.2集散控制系统的结构1．集散控制系统的体系结构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。过程控制与自动化仪表1187.2集散控制系统7.2.2集散控制系统的结构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。过程控制与自动化仪表1197.2集散控制系统7.2.2集散控制系统的结构2．集散控制系统的物理结构及各部分功能（1）现场控制站–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，为过程量I/O接口及主控单元提供电源的为逻辑电源。为现场量I/O提供电源的为现场电源。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。过程控制与自动化仪表1207.2集散控制系统7.2.2集散控制系统的结构2．集散控制系统的物理结构及各部分功能（1）现场控制站–软件组成过程量采集软件：用于对采集的过程量进行工程量转换，即将采集到的二进制代码转换成为工程量表示的浮点数，然后将这些工程量集中存放到现场控制站内存中的实时数据库中。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。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。过程控制与自动化仪表1217.2集散控制系统7.2.2集散控制系统的结构2．集散控制系统的物理结构及各部分功能（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。过程控制与自动化仪表1227.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统1．HOLLiAS—MACS系统的硬件体系结构由工程师站、操作员站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通信控制站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成。过程控制与自动化仪表1237.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统1．HOLLiAS—MACS系统的硬件体系结构（1）HOLLiAS—MACS系统中的站1）工程师站。运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。2）操作员站。运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。3）服务器。运行相应的管理程序，对整个系统的实时数据和历史数据进行管理。4）现场控制站。运行相应的实时控制程序，对现场进行控制和管理。5）通信站。作为MACS系统与其他系统的通信接口，可以连接企业的ERP系统和实时信息系统RealMIS，或者接入Internet/Intranet/Extranet。过程控制与自动化仪表1247.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统1．HOLLiAS—MACS系统的硬件体系结构（2）HOLLiAS—MACS系统中的网络1）监控网络MNET。采用TCP/IP通信协议的冗余高速以太网链路，网络中的各节点包括工程师站、操作员站、服务器等，网络使用五类屏蔽双绞线或光纤将各个通信节点连接到中心交换机上。监控网络上各个节点用固定分配的IP地址进行标识。2）系统网络SNET。采用HSIE通信协议的冗余高速工业以太网，网络中的各节点包括服务器、现场控制站等，网络使用五类屏蔽双绞线或光纤将各个通信节点连接到中心交换机上。3）控制网络CNET。位于现场控制站内部，使用Profibus-DP现场总线组网，节点主要有DP主站（主控单元）和DP从站（智能I/O单元）。采用带屏蔽的双绞铜线连接各节点，站地址为0~125。主要用于完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送。过程控制与自动化仪表1257.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（1）控制机柜（2）控制机笼FM301（3）主控模块FM801（4）电源模块FM910/FM920（5）端子模块FM131A（6）8通道模拟量输入模块FM148（7）8通道模拟量输出模块FM151（8）16通道开关量输入模块FM161（9）16通道开关量输出模块FM171过程控制与自动化仪表126表7-1FM系列硬件主要产品产品型号名称主控机笼FM3012个主控模块+4个电源模块FM3052个主控模块+2个电源模块主控模块FM801嵌入式x86处理器，100MHz，16MB内存，8MBDOC，1MBSRAMFM803嵌入式x86处理器，266MHz，128MB内存，16MBDOC，1MBSRAM电源模块FM910DC24V电源模块FM920DC48V电源模块I/O模块FM1488通道模拟量输入模块FM1478通道热电偶型输入模块FM1438通道热电阻型输入模块FM1518通道模拟量输出模块FM16116通道开关量输入模块FM17116通道开关量输出模块FM1628通道脉冲输入模块端子模块FM131A通用端子底座，40位双排接线端子通信模块FM1200DP总线冗余控制器FM1201DP总线重复器FM1202DP总线光电收发器过程控制与自动化仪表1277.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（1）控制机柜前视图后视图主要型号有主控机柜FP040、扩展机柜FP041、FP033等。主控机柜FP040的上方为安装主控单元组件的控制机笼，机柜的下方正、反面各安装三列导轨，每列最多可安装11个模块，正面最多可有33个安装位，背面最多可有33个安装位，一共最多可以安装66个I/O模块。过程控制与自动化仪表1287.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（2）控制机笼FM301

一个FM301机笼中有8个槽位，每个槽位有一个64针插座，连接相应的模块。最左边两个槽插入两块主从冗余主控单元模块FM801。剩下槽位插入电源模块，其中1#—4#电源是系统电源，提供24VDC，选用FM910；后面电源是现场电源，提供DC48V/24V，根据不同的电压要求，选用FM920或FM910。过程控制与自动化仪表1297.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（2）控制机笼FM301

FM301机笼的背板上有通信端口、电源输出端口、电源报警输出端口、电源输入端口、站号拨码开关等。左侧为电源模块接线端，右侧为主控单元接线端。右侧两个4针插座是系统电源和DP通信的输出接口；四个RJ45插座是主控单元系统网（SNET）的输出接口。过程控制与自动化仪表130主控单元站号设置拨码开关从下向上依次为第1~6位，用于设置主控单元站号，ON为0，OFF为1，以二进制编码方式进行地址设置。为确保构成冗余配置，必须保证主从站号设置一致并和实际站号相同。过程控制与自动化仪表1317.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（3）主控模块FM801

FM801型主控模块为盒式插件结构。FM801的前面板有状态指示灯、掉电保护开关、复位按钮、电源指示灯；后面板的64针插头插在FM301内的64针插座上，实现与FM301的连接；通信接口、站号设置、电源接口位于机笼FM301的背板上。过程控制与自动化仪表132FM801状态指示灯说明POWER（绿灯）“亮”表示主控单元电源打开STANDBY（黄灯）在双机系统中“亮”表示从机，“灭”表示主机在单机系统中，该灯是“闪”状态RUN（绿灯）“亮”表示主控单元处于在线运行状态“灭”表示主控单元处于离线状态ERROR（红灯）“亮”表示主控单元运行错“闪”表示从机从主机中拷贝工程文件SNET1（黄灯）“亮”表示系统网1（以太网）数据交换正常“灭”表示系统网1（以太网）没有数据交换，不正常SNET2（黄灯）“亮”表示系统网2（以太网）数据交换正常“灭”表示系统网2（以太网）没有数据交换，不正常CNET（黄灯）“亮”DP网通信正常“灭”主控单元DP故障“闪”DP网与模块通信不正常RNET（黄灯）“亮”表示双机（以太网）备份数据交换正常RESET复位键BATTERY数据保持电池。拨码置于ON，表示FM801处于掉电保护状态，拨码置于OFF，表示FM801不处于掉电保护状态过程控制与自动化仪表1337.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（4）电源模块FM910/FM920（5）端子模块FM131A

电源模块是AC-DC转换设备，采用开关电源技术，实现AC220V到DC24V或DC48V的转换，为主控制器和I/O模块等现场设备提供电源，其中FM910输出电压为24VDC，FM920输出电压为48VDC。FM131A端子模块是与常规I/O模块搭配使用的通用端子模块，用于实现功能模块与现场信号的连接。过程控制与自动化仪表134FM131A外形及地址设置模块通信地址为120当拨码开关位于ON时，对应位的二进制值为0，置于OFF时，则为1。过程控制与自动化仪表1357.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（6）8通道模拟量输入模块FM148

FM148模块是8路模拟大信号输入单元，每一通道可接入0~10V电压信号或0~20mA电流信号，8路输入均有输入过压保护。FM148A既可接入二线制电流信号，也可接受四线制电流信号。

过程控制与自动化仪表136FM148A端子信号的接线要求每路信号采用+24V屏蔽双绞线接到FM131A的端子上。注意：在DCS中，为防止多点接地引起信号测量不正常，有二线制电流信号输入的模块，严禁接入其他类型信号。过程控制与自动化仪表1377.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（7）8通道模拟量输出模块FM151

FM151模块是8路4~20mA模拟信号输出单元，通过现场总线（ProfiBus-DP）与主控单元相连。过程控制与自动化仪表138FM151端子信号的接线FM151模块与FM131A端子间依靠64针欧式连接器连接，构成完整的I/O单元。输出到现场的模拟量信号直接由FM131A的双层端子引出。FM151模块的每路信号均采用屏蔽电缆与FM131A的端子连接。过程控制与自动化仪表1397.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（8）16通道开关量输入模块FM161

FM161模块是智能型16通道开关量输入模块，用于处理从现场来的触点型开关量输入信号，触点提供24VDC和48VDC两种查询电源选择，模块的工作电源为24VDC。过程控制与自动化仪表140FM161端子信号的接线FM161端子信号的接线方式有两种：无公共端接法和共地端接法。过程控制与自动化仪表141FM161查询电源的接法为保证与现场设备的隔离性，DC24V查询电源应使用相对于模块工作电源独立的外接查询电源，同时在查询电源的输入端应接入0.2~0.5A的熔断器。过程控制与自动化仪表1427.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统2．HOLLiAS—MACS系统的硬件简介（9）16通道开关量输出模块FM171

FM171型模块是智能型16通道DC24V继电器开关量输出模块。用于给现场提供无源触点型开关量输出信号，从而实现对现场设备的开关和启停控制。过程控制与自动化仪表143FM171输出信号接法过程控制与自动化仪表1447.2集散控制系统7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系统3．HOLLiAS—MACS系统的软件简介组态软件：安装在工程师站上，可实现数据库总控、设备组态、数据站算法组态、控制器算法组态、报表组态、图形组态、工程师在线下装等功能。操作员站软件：是安装在操作员站上的用于完成用户对人机交互界面监控的软件。主要包括流程图、趋势图、参数列表、报警、日志的显示及控制调节、参数整定等操作功能。数据站软件：是安装在数据站上的用于完成对系统实时、历史数据的集中管理和监视的软件，同时还为各站的数据请求提供服务。控制站软件：是安装在现场控制站主控单元中的软件，主要用于完成数据采集、转换、控制、运算等功能。过程控制与自动化仪表145MACS系统的组态实施流程图过程控制与自动化仪表146MACS系统的组态实施过程（1）前期准备工作（2）建立目标工程过程控制与自动化仪表147MACS系统的组态实施过程（3）系统设备组态过程控制与自动化仪表148MACS系统的组态实施过程（4）数据库组态过程控制与自动化仪表149MACS系统的组态实施过程（5）算法组态过程控制与自动化仪表150MACS系统的组态实施过程（6）图形、报表组态过程控制与自动化仪表151MACS系统的组态实施过程（6）图形、报表组态过程控制与自动化仪表152MACS系统的组态实施过程（7）编译生成（8）系统下装过程控制与自动化仪表1537.3现场总线控制系统7.3.1现场总线控制系统概述1．现场总线的定义现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。基于现场总线构建的控制系统称为现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，简称FCS）。2．现场总线控制系统的特点（1）结构方面（2）技术方面（3）经济方面3．现场总线控制系统的发展过程控制与自动化仪表154与其他控制系统比较——控制功能分散过程控制与自动化仪表155与其他控制系统比较——接线简单过程控制与自动化仪表1567.3现场总线控制系统7.3.2几种主要现场总线简介1．FF现场总线基金会现场总线（FoundationFieldbus，FF）是由国际公认的、唯一不附属于任何企业的、非商业化的国际标准组织——现场总线基金会提出。基金会现场总线分为低速现场总线H1和高速现场总线HSE两种通信速率。低速现场总线H1的传输速率为31.25kbit/s，高速现场总线HSE的传输速率为100Mbit/s，H1支持总线供电和本质安全特性。H1最大通信距离为1900m（如果加中继器可延长至9500m），每个网段最多可直接连接32个节点。如果加中继器最多可连接126个节点。通信媒体为双绞线、光缆或无线电。FF的H1和HSE分别是IEC61158的标准子集1和5。应用领域以过程自动化为主。过程控制与自动化仪表1577.3现场总线控制系统7.3.2几种主要现场总线简介2．PROFIBUS现场总线（1）PROFIBUS-FMS主要是用来解决车间级通用性通信任务。可用于大范围和复杂的通信。总线周期一般小于100ms。（2）PROFIBUS-DP

这是一种经过优化的高速和便宜的通信总线。它的设计是专门为自动控制系统与分散的I/O设备级之间进行通信使用的。总线周期一般小于10ms。（3）PROFIBUS-PA

是专门为过程自动化设计的。它可使传感器和执行器接在一根共用的总线上，甚至在本质安全领域也可接上。根据IEC1158－2标准，PROFIBUS-PA用双绞线进行总线供电和数据通信。PROFIBUS主要用于加工制造自动化、过程自动化和楼宇自动化等行业。过程控制与自动化仪表158PROFIBUS现场总线系统图过程控制与自动化仪表1597.3现场总线控制系统7.3.2几种主要现场总线简介3．ControlNet

现场总线（1）网络带宽的利用率高采用CTDMA技术，数据一旦发送到网络，网络上的其他节点就可同时接收。因此，与主从式传输技术比较，不需要重复发送同样的信息到不同的从站，从而减少在网络上的通信量。（2）同步性好由于在网络上的数据可同时被多个节点接收，与主从式传输方式比较，各节点可同时接收数据。因此，同步性好。（3）实时性好采用在预留时间段的确定时间内周期重复发送，保证有实时要求的数据能够正确发送。并且，可根据实时性要求，设置时间片的大小，进行预留，从而保证实时性。（4）避免数据访问的冲突采用虚拟令牌，只有获得令牌的节点可发送数据，避免了数据访问的冲突现象，提高了传输效率。（5）高吞吐量传输速率5Mbit/s时，网络刷新速率为2ms。过程控制与自动化仪表1607.3现场总线控制系统7.3.2几种主要现场总线简介4．CAN总线

控制器局域网络（ControllerAreaNetwork，CAN）总线主要应用于汽车制造、公共交通车辆、机器人、液压系统、分散型I/O。

过程控制与自动化仪表1617.3现场总线控制系统7.3.2几种主要现场总线简介5．LonWorks总线LonWorks现场总线是美国Echelon公司开发的现场总线技术。主要应用于工业控制、楼宇自动化、数据采集、SCADA系统等。LonWorks技术的核心是具备通信和控制功能的Neuron（神经元）芯片。它包括一个固化的高级通信协议LonTalk、三个微处理器、一个多任务操作系统和灵活的输入/输出方式。LonTalk协议提供了OSI参考模型所定义的全部7层协议，其中1~6层被封装到Ne