最新十四章集散控制系统幻灯片.ppt

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1、南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022内容提要内容提要n 概述概述n计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成n计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点n计算机控制系统的发展过程计算机控制系统的发展过程n 集散控制系统集散控制系统n集散控制系统的特点集散控制系统的特点n集散控制系统的基本构成集散控制系统的基本构成nCENTUM-CSCENTUM-CS集散控制系统集散控制系统1南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系南通职业大学南

2、通职业大学 电子工程系电子工程系南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022 第一节第一节 概述概述n 四、计算机控制系统的发展过程四、计算机控制系统的发展过程8 由于提供了计算机与过程装置间的接口，实现了“传感器计算机执行器”三者电气信号的直接传递，计算机在配备了传感器、执行器以及相关的电气接口后就可以实现过程的检测、监视、控制和管理。 这种用数字控制技术简单地取代模拟控制技术，而不改变原有的控制功能。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022 第一节第一节 概述概述9本质本质用一台计算机取代一组模拟控

3、制器，构成闭环控制回路。 计算灵活，它不仅能实现典型的DDC控制规律，而且能方便地对传统的PID算法进行改进或实现其他的控制算法。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022 第一节第一节 概述概述10图14-3 集中型计算机控制系统原理图南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022优越性：优越性： 从表面上看从表面上看信息集中，集中型计算机控制可以实信息集中，集中型计算机控制可以实现先进控制、联锁控制等各种更复杂控制功能；便于实现先进控制、联锁控制等各种更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。现优化控制和优化生产。问问 题：题：由于当时计算机总体

4、性能低，运算速度慢，容量小，利由于当时计算机总体性能低，运算速度慢，容量小，利用一台计算机控制成很多个回路用一台计算机控制成很多个回路容易出现负荷过载容易出现负荷过载，而，而且控制的集中也直接导致且控制的集中也直接导致危险的集中危险的集中，高度的集中使系，高度的集中使系统变得十分统变得十分“脆弱脆弱”。 在当时，集中型计算机控制系统不仅没有给工业生产带来明在当时，集中型计算机控制系统不仅没有给工业生产带来明显的好处，反而可能严重影响正常生产，因此这种危险集中的系显的好处，反而可能严重影响正常生产，因此这种危险集中的系统结构很难为生产过程所接受，曾一度陷入困境。统结构很难为生产过程所接受，曾一度

5、陷入困境。11 第一节第一节 概述概述南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022 第一节第一节 概述概述123.3.集散控制系统集散控制系统 是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。 特点特点集中管理和分散控制 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022 第一节第一节 概述概述134.4.现场总线控制系统现场总线控制系统 现场总线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。 全数字式的，取消了原来DCS系统中独立的控制器，避免了反复进行AD、DA的转换。 双向数据通信能力；把控

6、制任务下移到智能现场设备，以实现测量控制一体化，从而提高系统固有可靠性。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022传统计算机控制系统的结构示意图传统计算机控制系统的结构示意图朴素意义上的朴素意义上的 FCSFCS结构示意图结构示意图 14 第一节第一节 概述概述南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022随着局域网、随着局域网、InternetInternet、ITIT技术迅速发展，计算技术迅速发展，计算机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化发展成为一种趋势发展成为一种趋势 系统结构系统结构向网络化、网络

7、扁平化方向发展向网络化、网络扁平化方向发展 系统功能系统功能向综合化方向发展向综合化方向发展 系统设备系统设备向多样化方向发展向多样化方向发展 15 第一节第一节 概述概述南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022集散控制系统集散控制系统DCSDCS是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。istributed istributed ontrol ontrol ystemystemDCSDCS可直译为可直译为“分布式控制系统分布式控制系统”“集

8、散控制系统集散控制系统”是按中国人习惯理解而称谓的。是按中国人习惯理解而称谓的。DCSDCS的主要特征是它的的主要特征是它的和和它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式多层分级、合作自治的结构形式DCSDCS在电力、冶金、石油、化工、制药等各种领域都得到了极其在电力、冶金、石油、化工、制药等各种领域都得到了极其广泛的应用。广泛的应用。 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统16南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022经营管理级经营管理级生产管理级生产管理级控制管理级控

9、制管理级过程控制级过程控制级具体表现在：分级递阶结构现场仪表，各种检测仪表、执行器现场仪表，各种检测仪表、执行器17第二节第二节 集散控制系统集散控制系统南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022向开放式系统发展向开放式系统发展智能变送器、远程智能变送器、远程I/O和现场总线的发展，进一步使现场测控和现场总线的发展，进一步使现场测控功能下移分散功能下移分散DCS、PLC、PCCS相互渗透融合，形成数字化、模块化、网相互渗透融合，形成数字化、模块化、网络化的分布式控制系统络化的分布式控制系统现场总线集成于现场总线集成于DCS系统是现阶段控制网络的发展趋势系统是现阶段控制网络

10、的发展趋势 现场总线于现场总线于DCS系统系统I/O总线上的集成总线上的集成 现场总线于现场总线于DCS系统网络层的集成系统网络层的集成 现场总线通过网关与现场总线通过网关与DCS系统并行集成系统并行集成 18第二节第二节 集散控制系统集散控制系统南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022n 一、集散控制系统的基本组成一、集散控制系统的基本组成20第二节第二节 集散控制系统集散控制系统南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/202221图14-4 集散控制系统基本构成图图14-5 CENTUM-CS系统外观图第二节第二节 集散控制系统集散控制系统南通职业大

11、学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/202222第二节第二节 集散控制系统集散控制系统南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/202223图14-6 集散型控制系统的体系结构 操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散系统各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制的关键。 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统n 二、集散控制系统的特点二、集散控制系统的特点19 控制功能丰富 监视操作方便 信息和数据共享 系统

12、扩展灵活 安装维护方便 系统可靠性高 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统n 三、三、CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统24图14-7 CENTUM-CS系统构成南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统25 操作站的画面有三大类：操作画面、应用画面和组态画面。 利用画面名称调出。 利用功能键调出。 利用画面选择键或操作员应用功能键调出。 利用画面展开调出。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统2

13、6综观画面综观画面OV 趋势点画面趋势点画面TP 分组画面分组画面CG 流程图画面流程图画面GR 报警画面报警画面AL 过程报警画面过程报警画面 PR操作指导信操作指导信息画面息画面OG 操作应用画面操作应用画面OU趋势组画面趋势组画面TG 系统维护画面系统维护画面SM表14-1 CENTUMCS系统10种监视画面名称注： 表示页面号南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统27 控制方式的调整 DCS控制系统一般有几种控制方式，在操作过程中，可以调整。调出要进行操作的控制系统对应的仪表图，根据仪表图下的软键号调整对应控制键上的手动、

14、自动按键。 图14-8 控制方式更改确认窗口南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统28 改变阀位输出值（MV）仅在手动方式时能操作。 改变设定值（SV）在自动方式下操作同； 数据录入a.按压ITEM数据类型键来确定更改数据类型。但在流程图上利用光标调出字符输入区时例外。b.按压DATA更改后的数字。c.输入错误可用BS键进行修改。d.数据输入后或控制方式更改后，按确认键数据真正进入内部仪表。最后用CL键关闭录入窗口。南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统29 CENT

15、UM-CS系统的操作站主要有种类型的画面用于系统的监视和操作，它们分别是、及。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统l 仪表图是系统显示的主要内容，也是操作的关键。l 仪表图没有单独的显示画面，但在大部分显示画面中都可调出。l 仪表图显示由工位号说明、工程单位、数字显示、方式状态显示、模拟显示和工位号几部分组成。 30南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统31图14-9 主要的仪表图（一）南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节

16、集散控制系统集散控制系统32图14-9 主要的仪表图（二）南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统33作用作用 把反馈控制系统、顺序控制系统、各种操作画面定义在一个个显示块中，以便了解过程系统的综合概貌。若发生报警时，可用声光通知操作人员进行确认。利用光标的操作，也可以从综观画面转移到其他画面上。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统34图14-10 综观显示画面南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统35

17、图14-11 分组显示画面南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统36一个工位号反馈控制的内部仪表或顺序控制的顺序元素的各种设定参数、控制参数、点调整趋势图和仪表图。包括工位号标记、工位号、工位号说明、该工位号的设定及控制参数、调整趋势图和仪表图。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统37图14-12 调整画面南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统38 实时趋势实时趋势、历史趋势历史趋势和批量趋势批量趋势

18、三种。 实时趋势用于记录控制系统的过渡过程曲线，可以进行PID参数的整定； 历史趋势用于记录控制系统的运行状况，以备检查，或将其数据存入硬盘及软盘； 批量趋势用于记录批量过程的数据。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统39图14-13 趋势组画面南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统40 趋势点画面显示趋势组画面中某一个数据项，显示两组趋势图：包含所有采样点的总体趋势图总体趋势图和放大的详细趋势图详细趋势图。 趋势点画面与趋势组画面相似。 南通职业大学南通职业大学

19、 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统41 流程图画面流程图画面可以用图形、颜色和数据，将设备和控制系统图案化，以满足用户监视和操作的要求。 在主显示区显示的内容是用户自己编制的工艺设备、控制系统的显示图案以及仪表图。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统42图14-14 显示画面格式南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统43 报警画面报警画面按报警发生的顺序，依次在主显示区显示20个报警信息。 每个报警信息按序号，工位号标记

20、，报警发生的月、日、分、秒，工位号，工位号说明，报警状态这一顺序进行显示。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第二节第二节 集散控制系统集散控制系统44图14-15 报警概要画面南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统n 一、现场总线控制系统的特点一、现场总线控制系统的特点45图14-16 传统计算机控制系统结构示意图 这种传输方式一方面要使用大量的信号线缆； 另一方面模拟信号的传输和抗干扰能力低。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第三节第三节 现场总线控制系统现

21、场总线控制系统46 现场总线控制系统FCS是在DCS系统的基础上发展而成的，它继承了DCS的分布式特点，但在各功能子系统之间，尤其是在现场设备和仪表之间的连接上，采用了开放式的现场网络，从而使系统现场设备的连接形式发生了根本的改变，具有自己所特有的性能和特征。 现场总线采用数字信号传输取代模拟信号传输。现场总线允许在一条通信线上挂多个现场设备，而不需要AD、DA等IO组件， 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统47图14-17 现场总线控制系统结构示意图1、全数字化通信2、开放型的互联网络3、系统的全分散式4、现场设备的

22、智能化 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统48 节省硬件数量和投资 节省安装费用 节省维护费用 用户具有高度的系统集成主动权 提高系统的准确性与可靠性 对现场环境的适应性 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统n 二、现场总线国际标准化二、现场总线国际标准化49图14-18 IEC61158采用的8种类型 的8种类型是平等的。 其中Type2Type8需要对Type1提供接口，而标准本身不要求Type2Type8之间提供接口。 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/2022第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统n 三、主要的现场总线系统简介三、主要的现场总线系统简介501. 1. HART 总线系统总线系统2. 2. Profibus 总线系统总线系统3. 3. FF 总线系统总线系统4. 4. CAN 总线系统总线系统5. 5. Lon Works 总线系统总线系统 南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系8/10/20225153 结束语结束语