热工过程自动调节第4章.ppt
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1、化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述n一、计算机控制系统的组成一、计算机控制系统的组成3 计计计计算算算算机机机机控控控控制制制制系系系系统统统统是利用计算机实现工业生产过程的自动控制系统。图10-1 计算机控制系统原理框图计算机控制的工作过程的三个步骤三个步骤三个步骤三个步骤:数据采集、控制决策、与控制输出。数据采集、控制决策、与控制输出。数据采集、控制决策、与控制输出。数据采集、控制决策、与控制输出。化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述4图10-2 计算机控制系统组成框图化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述n二、计算机控制系统的特点二、计算机
2、控制系统的特点5 计算机采用分时操作,用一台计算机可以代替许多台常规仪表,在一台计算机上操作与监视很方便。计算机控制系统,由于其所实现功能的软件化,复杂控制系统的实现或控制方案的修改可能只需修改程序、重新组态即可实现。化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述6计算机控制系统可以通过通信网络而互通信息,实现数据和信息共享,能使操作人员及时了解生产情况,改变生产控制和经营策略,使生产处于最优状态。计算机具有记忆和判断功能,它能够综合生产中各方面的信息,在生产发生异常情况下,及时做出判断,采取适当措施,并提供故障原因的准确指导,缩短系统维修和排除故障时间,提高系统运行的安全性,提高生产效
3、率,这是常规仪表所达不到的。化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述n三、计算机控制系统的发展过程三、计算机控制系统的发展过程71.1.直接数字控制直接数字控制直接数字控制直接数字控制 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。这种控制方案是用数字控制技术简单地取代模拟控制技术,并不改变原有的控制功能。化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述8本质本质用一台计算机取代一组模拟控制器,构成闭环控制回路。优点优点优点优点计算灵活,它不仅能实现
4、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。缺点缺点缺点缺点一台计算机要控制几十个甚至上百个回路,这样虽然能够充分发挥计算机的快速处理能力,但客观上却造成了“危险”过于集中,一旦出现故障,生产将陷于瘫痪。一般采用双机并行工作或用传统仪表作为事故备用。但价格有过于昂贵了。化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述92.2.2.2.集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统图10-3 集中型计算机控制系统原理图化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述103.3.集散控制系统集散控制系统 集集集集散散散
5、散控控控控制制制制系系系系统统统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,或者称为上位管理、下位控制。化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述114.4.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。本质本质本质本质全数字式的,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。特点特点特点特点双向数据通信能力;把控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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二
6、节 集散控制系统集散控制系统n一、集散控制系统的特点一、集散控制系统的特点12 控制功能丰富 监视操作方便 信息和数据共享 系统扩展灵活 安装维护方便 系统可靠性高 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统n二、集散控制系统的基本组成二、集散控制系统的基本组成13图10-4 集散控制系统基本构成图图10-5 CENTUM-CS系统外观图化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统14图10-6 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
7、实现集中管理、分散控制的关键。小结小结小结小结化学工业出版社化学工业出版社 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151.1.1.1.CENTUM-CSCENTUM-CS系统的构成系统的构成系统的构成系统的构成图10-7 CENTUM-CS系统构成化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统162.2.基本操作方法基本操作方法基本操作方法基本操作方法(1 1 1 1)画面的调出)画面的调出)画面的调出)画面的调出 操作站的画面有三大类:操作画面、应用画面和组态画面。调出的方法调出的方法调出的方法调出的方法 利用画面名称
8、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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统17画面类别画面类别画面类别画面类别画面名称画面名称画面名称画面名称画面类别画面类别画面类别画面类别画面名称画面名称画面名称画面名称综观画面综观画面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10-1 CENTUMCS系统10种监视画面名称注:
9、表示页面号化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统18(2 2 2 2)参数及控制方式的调整)参数及控制方式的调整)参数及控制方式的调整)参数及控制方式的调整 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、自动按键。图10-8 控制方式更改确认窗口化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统19 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
10、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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统203.3.3.3.显示画面及操作显示画面及操作显示画面及操作显示画面及操作 CENTUM-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,它们分别是综综观观画画面面、分分组组画画面面、调调整整画画面面、报报警警画画面面、操操作作指指导导信信息息画画面面、流程图画面流程图画面、趋势画面趋势画面、用户屏幕用户屏幕及信息屏幕信息屏幕。化学
11、工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统24(1 1)综观显示画面)综观显示画面)综观显示画面)综观显示画面作用作用 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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统25图10-10 综观显示画面化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统26(2 2 2 2)分组显示画面)分组显示画面)分组显示画面)分组显示画面图10-11 分组显示画面化学
12、工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统27(3 3 3 3)调整画面)调整画面)调整画面)调整画面主主主主要要要要显显显显示示示示 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。主主主主要要要要内内内内容容容容 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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统28图10-12 调整画面化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统29(4 4 4 4)趋势组画面)趋势组画面)趋势组画面)趋势组画面
13、根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类:根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类:根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类:根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类: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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统30图10-13 趋势组画面化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统31(5 5 5 5)趋势点画面
14、)趋势点画面)趋势点画面)趋势点画面 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总体体趋趋势势图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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统32(6 6 6 6)流程图画面)流程图画面)流程图画面)流程图画面 流流程程图图画画面面可以用图形、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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统33图10-14 显示画面格式化学
15、工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统34(7 7 7 7)报警画面)报警画面)报警画面)报警画面 报报警警画画面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,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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统35图10-15 报警概要画面化学工业出版社化学工业出版社 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361.1.1.1.现场总线控制系统的结构特点现场总线控制系统的结构特点现
16、场总线控制系统的结构特点现场总线控制系统的结构特点图10-16 传统计算机控制系统结构示意图传统计算机控制系统的缺点传统计算机控制系统的缺点传统计算机控制系统的缺点传统计算机控制系统的缺点 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。化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统37 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
17、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,化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统382.2.2.2.现场总线控制系统的技术特点现场总线控制系统的技术特点现场总线控制系统的技术特点现场总线控制系统的技术特点图10-17 现场总线控制系统结构示意图 全数字化通信 开放型的互联网络 互操作性与互用性 系统的全分散式 现场设备的智能化 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统393.3.3.3.现场总线控制系统的优点现场总线控制系统的优点现场总线控制系统的优点现场总线
18、控制系统的优点 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 化学工业出版社化学工业出版社 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40图10-18 IEC61158采用的8种类型 IECIEC标标准准的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。化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 计算机信息管理系统计算机信息管理系统 生产过程控制信息与管理信息系统一体化的架构,生产过程控制信息与管理
19、信息系统一体化的架构,当前应用得比较多的是由两个网络、一个数据平当前应用得比较多的是由两个网络、一个数据平台、三个层次、四个系统构成。台、三个层次、四个系统构成。化学工业出版社化学工业出版社 一、两个网络一、两个网络 工厂信息化的网络系统分为过程控制网和管理信工厂信息化的网络系统分为过程控制网和管理信息网两个网络。过程控制网支持生产过程控制,息网两个网络。过程控制网支持生产过程控制,管理信息网支持管理信息网支持MES、ERP 等应用,为了确保生等应用,为了确保生产的安全,采用安全隔离措施将两个网络隔离开。产的安全,采用安全隔离措施将两个网络隔离开。网络系统建设与工程建设同步,网络设计遵循统网络
20、系统建设与工程建设同步,网络设计遵循统一规划和充分利用工程管道、管架资源,统一布一规划和充分利用工程管道、管架资源,统一布置线路等原则。置线路等原则。化学工业出版社化学工业出版社 二、一个数据平台二、一个数据平台 数据平台由实时数据库和关系数据库构成。数据平台由实时数据库和关系数据库构成。能够集成工厂所有的生产过程数据、产品质量指能够集成工厂所有的生产过程数据、产品质量指标、企业管理等数据,为标、企业管理等数据,为MES、ERP 等相关应等相关应用系统提供唯一的数据源。用系统提供唯一的数据源。化学工业出版社化学工业出版社 三、三个层次三、三个层次 n1.生产操作控制层(生产操作控制层(PCS)
21、n生产操作控制层实时监控生产过程、油品储运、公生产操作控制层实时监控生产过程、油品储运、公用工程、原料以及成品进出厂、产品质量等全过程。用工程、原料以及成品进出厂、产品质量等全过程。主要包括分散控制系统(主要包括分散控制系统(DCS),安全仪表系统),安全仪表系统(SIS),仪表设备维护系统(,仪表设备维护系统(AMS),先进控制,先进控制(APC),区域优化系统(,区域优化系统(OPC),可燃气体、有,可燃气体、有毒气体检测系统(毒气体检测系统(GS),压缩机组控制系统(,压缩机组控制系统(ITCC),大型机组监控系统,大型机组监控系统(MMS),仿真培训,仿真培训(OTS),视频监视系统(
22、,视频监视系统(CCTV),火灾报警系统(,火灾报警系统(FS),电气电气SCADA。化学工业出版社化学工业出版社 n2.生产运行管理层(生产运行管理层(MES)n以生产综合指标为指导,优化生产计划和调度,实现以生产综合指标为指导,优化生产计划和调度,实现生产过程的优化操作。对生产操作控制层送上来的数生产过程的优化操作。对生产操作控制层送上来的数据进行必要的处理,形成公司统一的生产数据平台,据进行必要的处理,形成公司统一的生产数据平台,实时对生产所涉及的物料进行统计,为实时对生产所涉及的物料进行统计,为ERP 系统提系统提供数据支撑,为准确决策提供依据。供数据支撑,为准确决策提供依据。n生产运
23、行管理层主要包括实时数据库、实验室信息管生产运行管理层主要包括实时数据库、实验室信息管理(理(LIMS)、生产计划优化与调度优化(包括生产)、生产计划优化与调度优化(包括生产计划优化和生产调度优化)、操作管理、生产管理计划优化和生产调度优化)、操作管理、生产管理(包括生产分析、物料平衡和绩效管理)、设备管理、(包括生产分析、物料平衡和绩效管理)、设备管理、油品调和储运自动化、能量管理等系统。油品调和储运自动化、能量管理等系统。化学工业出版社化学工业出版社 n 3.生产经营管理层(生产经营管理层(ERP)n集成企业的关键信息和数据。应用集成企业的关键信息和数据。应用ERP 理念、方理念、方法和技
24、术,建立以财务为核心、一体化的经营管法和技术,建立以财务为核心、一体化的经营管理平台。以成本控制为中心,实现物流、价值流理平台。以成本控制为中心,实现物流、价值流和信息流的统一,做到信息透明、资源共享。和信息流的统一,做到信息透明、资源共享。n同时,本项目建立工厂数据仓库、电子文档管理、同时,本项目建立工厂数据仓库、电子文档管理、办公自动化、企业信息门户等综合信息管理系统,办公自动化、企业信息门户等综合信息管理系统,以进一步提高管理效率和水平。以进一步提高管理效率和水平。化学工业出版社化学工业出版社 四、四个系统四、四个系统 n在设计上,三个层次用四大系统来实现。其中:集散控制系在设计上,三个
25、层次用四大系统来实现。其中:集散控制系统(统(DCS),生产过程控制系统(,生产过程控制系统(DCS系统)实现;生产运系统)实现;生产运行管理层(行管理层(MES),由生产运行管理系统(,由生产运行管理系统(MES系统)实现;系统)实现;生产经营管理层(生产经营管理层(ERP),由生产经营管理系统(,由生产经营管理系统(ERP)和综)和综合信息管理(合信息管理(MIS)两大系统实现。)两大系统实现。n管理信息系统(管理信息系统(MIS:Management Information System)简称简称MIS 是借助于自动化数据处理手段进行管理的系统,是是借助于自动化数据处理手段进行管理的系统
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