自动控制原理

2024/12/221第一部分

自控系统基本概念

2024/12/222主要内容什么是自动化？什么是PLC？什么是DCS？计算机控制系统有什么组成？PLC与DCS比较？我厂现用的自控系统有哪些？2024/12/223

在各种生产设备上配备上一些自动化装置代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程序上自动的进行，这种用自动化装置来管理各种生产过程的办法称自动化。什么是自动化？2024/12/224PLC系统简介DCS系统简介我厂现有的自控系统2024/12/225ProgramableLogicController可编程序控制器什么是PLC？2024/12/226PLC的产生68年美国通用汽车公司（GM）招标要求：

（1）软连接代替硬接线

（2）维护方便

（3）可靠性高于继电器控制柜

（4）体积小于继电器控制柜

（5）成本低于继电器控制柜

（6）有数据通讯功能

（7）输入115V

（8）可在恶劣环境下工作

（9）扩展时，原系统变更要少

（10）用户程序存储容量可扩展到4K核心思想：

·用程序代替硬接线

·输入/输出电平可与外部装置直接相联

·结构易于扩展

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PLC的发展史69年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在GM公司汽车生产线上应用成功

PLC的诞生：

·1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

·1971年，日本研制出第一台DCS-8

·1973年，德国研制出第一台PLC

·1974年，中国研制出第一台PLC

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PLC的发展史第一代：1969年~1972年，代表产品有

·美国DEC公司的PDP-14/L

第二代：1973年~1975年，代表产品有

·德国SIEMENS公司的SIMATIC

S3、S4系列

第三代：1976~1983年，代表产品有

·德国SIEMENS公司的SIMATIC

S5系列

第四代：1983年~现在，代表产品有

·德国西门子公司的S7系列

2024/12/229PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。2024/12/2210PLC的结构2024/12/2211PLC主机I/O模块电源：为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。编程器：用于手持编程。可用它输入、检查、修改、调试程序，或用它监视PLC的工作情况。I/O扩展接口：扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。外设接口：将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应操作。输入模块：接受输入设备的控制信号。输出模块：输出控制信号。CPU：起总指挥的作用。存储器：存储系统及用户程序和数据。2024/12/2212PLC的功能逻辑控制定时控制计数控制步进（顺序）控制PID控制数据控制通信和联网2024/12/2213PLC的工作方式

PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1中可以调用其它逻辑块(FB,SFB,FC或SFC)。循环程序处理过程可以被某些事件中断。在循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU内部的输入/输出过程映像区。批量输入、批量输出。2024/12/22142024/12/22152024/12/2216PLC是采用顺序扫描、不断循环的方式进行工作的。PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段，并进行周期性循环。2024/12/2217PLC的特点功能强，性能价格比高硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可靠性高，抗干扰能力强

系统的设计、安装、调试工作量少编程方法简单维修工作量少，维修方便体积小，能耗低

2024/12/2218我厂主要PLC系统炼焦车间四大车控制系统二炼焦备煤系统三回收水处理控制系统污水处理厂都是用的西门子PLCS7-300的控制系统2024/12/2219DistributedControlSystem集散控制系统什么是DCS？2024/12/2220DCS定义DCS是分布式控制系统的英文缩写（DistributedControlSystem），在国内自控行业又称之为集散控制系统。是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。）2024/12/2221DCS发展1975年美国霍尼韦尔（Honeywell)首次向世界推出了综合分散控制系统TDC-2000，代替以PID运算为主的模拟仪表控制在此期间日本恒河公司的CETTUM;美国泰勒仪表公司的MOSË；80年代末许多公司推出了新一代的集散系统，主要特征局部网络采用MAP协议；引用智能变送器与现场总线结构；在控制软件上引入PLC的顺序控制与批量控制，使DCS也具有PLC的功能

2024/12/2222DCS结构I/O板控制器通讯网络人机界面2024/12/2223I/O板的类型模拟量输入，4-20毫安的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板；4-16个通道不等；模拟量输出，通常都是4-20毫安的标准信号，一般它的通道比较少，4-8个通道；开关量输入；16-32个通道，电压：直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；开关量输出，8-16个通道，电压：直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；脉冲量输入，用于采集速率信号；4-8通道不等；快速中断输入；HART协议输入板现场总线I/O板；2024/12/2224

每一种I/O板都用相应的端子板；每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整，信号在进入I/O板以前信号要进行整修，如上下限的检查、温度补偿、滤波，这些工作可以在端子板完成，也可以分开完成，完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板。

I/O总线和控制器相连。80年代的DCS由于控制器的运算能力不强，为了增加I/O点数，把控制器的任务分开，实际上是有三种类型的控制器。即：完成闭环运算的控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器。2024/12/2225DCS结构带I/O板的控制器通讯网络人机界面2024/12/2226通讯网络是指：把过程站和人机界面连成一个系统通讯网络结构：总线式、环形和星形通讯网络速率：10M和100M左右2024/12/2227DCS结构带I/O板的控制器通讯网络人机界面2024/12/2228人机界面操作站：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。工程师站：给控制器组态（CAD），也可以给操作站组态（作动态流程图）。历史趋势：用于存储历史数据，一般用磁盘阵列（称为RAID技术）。

动态数据服务器：是DCS和MIS系统的接口，也是DCS和Web的隔离设备。

2024/12/2229DCS特点高可靠性开放性灵活性易于维护协调性控制功能齐全

它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。2024/12/2230我厂的DCS控制系统二分厂冷鼓和炼焦控制系统二回收粗苯控制系统三回收车间自控系统三炼焦车间自控系统除二回收粗苯（上海华文）外，都是浙大中自控制系统2024/12/2231PLC和DCS都是计算机控制系统2024/12/2232计算机控制系统是怎么组成的呢？2024/12/2233计算机控制系统的组成逻辑运行软件梯形图逻辑开发软件HMI（人机接口）开发软件HMI运行软件PLC主机站远程

I/O远程

I/O2024/12/2234柜体及安装结构PLC主机站及I/O模块PLC远程站及I/O模块24VDC电源空开及保险各种规格接线端子网络连接电缆计算机控制系统的组成控制柜中的主要内容计算机操作台配电及网络计算机操作系统及应用软件操作台的主要内容2024/12/2235计算机控制系统的区域划分控制系统侧计算机操作台现场侧控制系统柜或继电器柜接线端子上口接线端子下口低压配电柜仪表控制柜现场操作箱HMI2024/12/2236PLC和DCS之间有那些不同呢？2024/12/2237发展方面PLC是从传统的继电器回路发展而来DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来2024/12/2238系统的可扩展性和兼容性方面PLC很少有兼容性的要求，一般采用专用网络结构DCS操作级的网络平台选择以太网络，采用标准的TCP/IP协议，方便可扩展。2024/12/2239数据库PLC数据库通常不是统一的，组态软件和监控软件都有自己的数据库DCS一般都提供统一的数据库2024/12/2240时间调度PLC的程序是从头到尾执行一次后又从头开始执行，固定的循环周期DCS可以设定任务周期，合理的调度控制器的资源2024/12/2241网络结构PLC系统工作任务相对简单，传输数据量一般不太大，常见的PLC系统为一层网络结构DCS常使用两层网络结构，一层为过程级网络。IO的采样数据经CPU转换后变为整形数据或实形数据，在操作级网络（第二层网络）上传输2024/12/2242应用对象PLC一般应用在设备的控制连锁或少量的模拟量的控制中DCS应用在大型的自控场所（大于600点）2024/12/2243PLC和DCS之间有那些相同之处呢？2024/12/2244功能PLC已经具备了模拟量的控制功能

DCS也具备相当强劲的逻辑处理能力

2024/12/2245系统结构PLC与DCS的基本结构是一样的。PLC发展到今天，已经全面移植到计算机系统控制上了，传统的编程器早就被淘汰。2024/12/2246发展方向小型化的PLC将向更专业化的使用角度发展，比如功能