自动控制理论和发展历程幻灯片.ppt

《自动控制理论和发展历程幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制理论和发展历程幻灯片.ppt（63页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、自自动动控制理控制理论论和和发发展展历历程程第1页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.2目目录1.自自动控制基本理控制基本理论2 DCS发展展历程程第2页，共63页，编辑于2022年，星期二1.1.自动控制基本理论自动控制基本理论Page 3 Confidential第3页，共63页，编辑于2022年，星期二 重点重点1.自自动控制和自控制和自动控制系控制系统的含的含义；2.反反馈和反和反馈控制的概念、反控制的概念、反馈控制的特点；控制的特点；3.控制系控制系统的的组成和分成和分类和特点。和特点。第4页，共63页，编辑于2022年，星期二 自动控制自动控制：是指在没有人直接参与的条件

2、下，利用外加的：是指在没有人直接参与的条件下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。量）自动地按照预定的规律运行。系统：系统：由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为达由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为达到一定目的、具有一定功能的整体到一定目的、具有一定功能的整体。一、自动控制系统的概念一、自动控制系统的概念1.1控制系统的基本原理控制系统的基本原理第5页，共63页，编辑于2022年，

3、星期二反馈：反馈：将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输入将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输入信号比较的过程。反馈分为信号比较的过程。反馈分为负反馈负反馈（反馈信号与输入信号（反馈信号与输入信号相减）和相减）和正反馈正反馈（反馈信号与输入信号相加）。（反馈信号与输入信号相加）。第6页，共63页，编辑于2022年，星期二例例 水温自动控制系统水温自动控制系统系统中增加了：系统中增加了：控制器控制器电机电机加入给定信号加入给定信号工作原理：工作原理：检测实际温度检测实际温度产生控制信号产生控制信号 通过电机调通过电机调节阀门的开度节阀门的开度 从而调节蒸从而调节蒸汽流入，控制汽流入

4、，控制水的温度水的温度.实现实现没有人直接参没有人直接参入的自动水温入的自动水温控制控制.第7页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.8 要使自动控制系统满足工程实际的需要要使自动控制系统满足工程实际的需要 ,必须研究自动必须研究自动控制系统的结构参数与系统性能之间的关系。控制系统的结构参数与系统性能之间的关系。为为了了方方便便地地分分析析系系统统性性能能，一一般般用用框框图图来来表表示示系系统统的的结结构，如图所示构，如图所示:实实际际温度温度偏差偏差反馈量反馈量预预期期温度温度_控制器控制器执行机构执行机构阀门阀门水箱水箱第8页，共63页，编辑于2022年，星期二自动控制系统概念：

5、自动控制系统概念：1.1.结构上必须有反馈装置并按负反馈的原则构成系统。结构上必须有反馈装置并按负反馈的原则构成系统。2.2.由偏差产生控制作用。由偏差产生控制作用。3.3.控制的目的是尽量的减小或消除偏差，使输出量接近于期望值。控制的目的是尽量的减小或消除偏差，使输出量接近于期望值。自动控制系统的特征自动控制系统的特征：是一个带有反馈装置的动力学系统。系统能自动而连续地测量被控制是一个带有反馈装置的动力学系统。系统能自动而连续地测量被控制量，并求出偏差，进而根据偏差的大小和正负极性进行控制，而控制的目量，并求出偏差，进而根据偏差的大小和正负极性进行控制，而控制的目的是力图减小或消除所存在的偏

6、差。的是力图减小或消除所存在的偏差。为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控对象和控制装置按照一定的方式为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机整体。连接起来，组成一个有机整体。第9页，共63页，编辑于2022年，星期二自动自动控制系统的基本控制方式控制系统的基本控制方式 1.开环控制开环控制开环控制开环控制 2.闭环控制闭环控制 3.3.复合控制复合控制第10页，共63页，编辑于2022年，星期二温度计温度计 加热电阻丝加热电阻丝调压器调压器u(a)原理图原理图220V输出量输出量(手柄位置手柄位置)输入量输入量 调压器调压器 加热加热 电阻

7、丝电阻丝 电炉电炉 恒温箱恒温箱 被控对象被控对象(温度温度)扰动量扰动量(b)方块图方块图控制装置控制装置扰动扰动输出量输出量输入量输入量控制装置控制装置被控对象被控对象开环控制系统的方框图开环控制系统的方框图 开环控制开环控制结论：开环控制优点结论：开环控制优点结构简单，缺点结构简单，缺点无抗干扰能力无抗干扰能力控制装置与被控对象之间只有顺向作用而无反向联系。控制装置与被控对象之间只有顺向作用而无反向联系。第11页，共63页，编辑于2022年，星期二开环控制系统的特点开环控制系统的特点：1.结构简单、造价低。结构简单、造价低。2.系统的控制精度取决于给定信号的标定精度及控制器及被控系统的控

8、制精度取决于给定信号的标定精度及控制器及被控对象参数的稳定性。对象参数的稳定性。3.开环系统没有抗干扰的能力。因此精度较低。开环系统没有抗干扰的能力。因此精度较低。应用场合：应用场合：1.控制量的变化规律可以预知。控制量的变化规律可以预知。2.可能出现的干扰可以抑制。可能出现的干扰可以抑制。3.被控量很难测量。被控量很难测量。应用较为广泛，如家电、加热炉、车床等等。应用较为广泛，如家电、加热炉、车床等等。第12页，共63页，编辑于2022年，星期二闭环控制闭环控制控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系而且还有反向联系.闭环控制又称为闭环

9、控制又称为反馈控制反馈控制或或按偏差控制按偏差控制。第13页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.14例例 转速负反馈直流电动机调速系统转速负反馈直流电动机调速系统直流电机直流电机测速发电机测速发电机电源和放电源和放 大装置大装置负载负载系统组成：系统组成：UnUf给定电压给定电压反馈电压反馈电压 转速取决于给转速取决于给定电压与反馈定电压与反馈电压的差值。电压的差值。第14页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.15 调速系统结构图调速系统结构图unufeudn_直流电动机直流电动机放大器放大器测速机测速机 由电网电压波动，负载变化以及其他部分的参数变化所引由电网电压波动，负

10、载变化以及其他部分的参数变化所引起的转速变化，都可以通过系统的自动调整加以抑制起的转速变化，都可以通过系统的自动调整加以抑制。减减小小或或消消除除由由于于扰扰动动所所形形成成的的偏偏差差值值，具具有有较较高高的的控控制制精精度度和和较较强的抗扰能力。强的抗扰能力。第15页，共63页，编辑于2022年，星期二(-)utug扰动扰动 给定给定 装置装置 放大器放大器 电动机电动机 转速反转速反 馈装置馈装置 触发器触发器 晶阐管可晶阐管可 控整流器控整流器控控 制制 装装 置置受控对象受控对象n(b)方框图方框图ueudoRP1ugR0R0R1-utRP2-+-+TGMudouc(a)原理图原理图

11、+第16页，共63页，编辑于2022年，星期二闭环控制系统闭环控制系统：通过反馈回路使系统通过反馈回路使系统构成闭环并按偏差的性质产生控制作构成闭环并按偏差的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差用，以求减小或消除偏差(从而减小从而减小或消除误差或消除误差)的控制系统。的控制系统。第17页，共63页，编辑于2022年，星期二闭环控制系统的特点：闭环控制系统的特点：1.1.系统对外部或内部干扰系统对外部或内部干扰(如内部件参数变动如内部件参数变动)的影响不甚敏感。的影响不甚敏感。2.2.出于采用反馈装置，导致设备增多，线路复杂。出于采用反馈装置，导致设备增多，线路复杂。3.3.闭环系统存在稳定性问

12、题。由于反馈通道的存在，对于那些惯性较大的闭环系统存在稳定性问题。由于反馈通道的存在，对于那些惯性较大的系统，若参数配合不当，控制性能可能变得很差甚至出现发散或等幅系统，若参数配合不当，控制性能可能变得很差甚至出现发散或等幅振荡等不稳定的情况。振荡等不稳定的情况。注意注意：对于主反馈必须采用负反馈。若采用正反馈将使：对于主反馈必须采用负反馈。若采用正反馈将使 偏差越来越大。偏差越来越大。第18页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.19复合控制复合控制 按偏差控制和按扰动控制相结合的控制方式称为复合控制按偏差控制和按扰动控制相结合的控制方式称为复合控制。前馈补偿控制前馈补偿控制复合控制

13、具有两种基本形式复合控制具有两种基本形式.复合控制复合控制：反馈控制反馈控制+第19页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.20(a)按输入前馈补偿的复合控制按输入前馈补偿的复合控制给定值给定值被控制量被控制量_受控对象受控对象检测元件检测元件控制器控制器前馈控制前馈控制第20页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.21(b)按扰动前馈补偿的复合控制按扰动前馈补偿的复合控制检测元件检测元件_前馈控制前馈控制扰动扰动被控制量被控制量给定值给定值受控对象受控对象控制器控制器_第21页，共63页，编辑于2022年，星期二反反馈控制系控制系统的基本的基本组成成 控制系统控制系统被控对象

14、被控对象控制装置控制装置测量元件测量元件 比较元件比较元件 放大元件放大元件 执行机构执行机构 校正装置校正装置 给定元件给定元件第22页，共63页，编辑于2022年，星期二控制系统的组成控制系统的组成第23页，共63页，编辑于2022年，星期二测量反馈元件测量反馈元件用以测量被控量并将其转换成与输入用以测量被控量并将其转换成与输入量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。比较元件比较元件用来比较输人信号与反馈信号。用来比较输人信号与反馈信号。放大元件放大元件将微弱的信号作线性放大。将微弱的信号作线性放大。校正元件校正元件按某种函数规律变换控制信号，并产生

15、反按某种函数规律变换控制信号，并产生反映两者差值的偏差信号。以利于改善系统的动态品质或映两者差值的偏差信号。以利于改善系统的动态品质或静态性能。静态性能。第24页，共63页，编辑于2022年，星期二执行元件执行元件根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控量按期望值变化。量按期望值变化。控制对象控制对象又称被控对象或受控对象，通常是指生产过程中需要进行又称被控对象或受控对象，通常是指生产过程中需要进行控制的工作机械或生产过程。出现于被控对象中需要控制的物理量称为控制的工作机械或生产过程。出现于被控对象中需要控制的物理量称为被控量。被控量。第

16、25页，共63页，编辑于2022年，星期二常用的名词术语常用的名词术语输入信号输入信号：也叫参考输入，给定量或给定值，它是控制着输出量变化规：也叫参考输入，给定量或给定值，它是控制着输出量变化规律的指令信号。律的指令信号。输出信号输出信号：是指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称被：是指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称被控量，它与输入量之间保持一定的函数关系。控量，它与输入量之间保持一定的函数关系。反馈信号反馈信号：由系统：由系统(或元件或元件)输出端取出并反向送回系统输出端取出并反向送回系统(或元件或元件)输入输入端的信号称为反馈信号。反馈有端的信号称为反馈信号。反馈有主反馈

17、主反馈和和局部反馈局部反馈之分。之分。偏差信号偏差信号：它是指参考输入与主反馈信号之差。：它是指参考输入与主反馈信号之差。误差信号误差信号：指系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。：指系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。扰动信号扰动信号：简称扰动或干扰、它与控制作用相反，是一种不希望的、影响系统输出的不简称扰动或干扰、它与控制作用相反，是一种不希望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自系统内部，又可来自系统外部，前者称利因素。扰动信号既可来自系统内部，又可来自系统外部，前者称内部扰动内部扰动，后者称后者称外部扰动外部扰动。第26页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.2

18、71.2 自动控制系统的分类自动控制系统的分类1.按给定信号的形式按给定信号的形式 恒值系统恒值系统/程序系统程序系统/随动系统随动系统 2.按系统是否满足叠加原理按系统是否满足叠加原理 线性系统线性系统/非线性系统非线性系统3.按系统参数是否随时间变化按系统参数是否随时间变化 定常系统定常系统/时变系统时变系统4.按信号传递的形式按信号传递的形式 连续系统连续系统/离散系统离散系统5.按输入输出变量的多少按输入输出变量的多少 单变量系统单变量系统/多变量系统多变量系统第27页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.28一、按输入信号形式一、按输入信号形式1、恒值控制系统（或称自动调节系

19、统）、恒值控制系统（或称自动调节系统）这类系统的特点是输入信号是一个恒定的数值。恒这类系统的特点是输入信号是一个恒定的数值。恒值控制系统主要研究各种干扰对系统输出的影响以及值控制系统主要研究各种干扰对系统输出的影响以及如何克服这些干扰，把输入、输出量尽量保持在希望如何克服这些干扰，把输入、输出量尽量保持在希望数值上。数值上。第28页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.292、过程控制系统（或称程序控制系统）、过程控制系统（或称程序控制系统）这类系统的特点是输入信号是一个已知的时间函数，这类系统的特点是输入信号是一个已知的时间函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速系统的

20、控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现。准确地复现。恒值控制系统也认为是过程控制系统的特例。恒值控制系统也认为是过程控制系统的特例。第29页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.303、随动控制系统（或称伺服系统）、随动控制系统（或称伺服系统）这类系统的特点是输入信号是一个未知函数，要求输出这类系统的特点是输入信号是一个未知函数，要求输出量跟随给定量变化。如雷达天线跟踪系统，当被跟踪目标量跟随给定量变化。如雷达天线跟踪系统，当被跟踪目标位置未知时属于这类系统。随动系统是指参考输入量随时位置未知时属于这类系统。随动系统是指参考输入量随时间任意变化的系统。其任务是要求输出量以

21、一定的精度和间任意变化的系统。其任务是要求输出量以一定的精度和速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和精度是随动系统的两速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和精度是随动系统的两项主要性能指标。项主要性能指标。工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫星的雷达天线控制系统工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫星的雷达天线控制系统(如图所示如图所示)等均属于随动控制系统。等均属于随动控制系统。第30页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.31二、按系统是否满足叠加原理二、按系统是否满足叠加原理(1)线性系统线性系统 当系统的运动规律用线性微分方程或者线性差分方程描述时，当系统的运动规律用线性微分方程或者线性差分

22、方程描述时，则这类系统称为线性系则这类系统称为线性系 统。线性系统有两个重要特性：叠加统。线性系统有两个重要特性：叠加性和齐次性。性和齐次性。（a）叠加性）叠加性两个不同的外作用同时作用于系统所产生的总响应，等于两个外两个不同的外作用同时作用于系统所产生的总响应，等于两个外作用单独作用时分别产生的响应之和。作用单独作用时分别产生的响应之和。（b）齐次性表明，）齐次性表明，当外作用的数值增大若干倍时，其响应也相应当外作用的数值增大若干倍时，其响应也相应增大同样的倍数。增大同样的倍数。第31页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.32(2)非线性系统非线性系统 在构成系统的环节中有一个或一

23、个以上的非线性环节时，则称此系统在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节时，则称此系统为非线性系统。典型的非线性特性有饱和特性、死区特性、间隙特性、为非线性系统。典型的非线性特性有饱和特性、死区特性、间隙特性、继电特性、磁滞特性等。如图继电特性、磁滞特性等。如图:第32页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.33（1）定常系统）定常系统 如果系统中参数不随时间变化，则这类系统称为定常系统。在如果系统中参数不随时间变化，则这类系统称为定常系统。在实践中遇到的系统，大多数属于这一类。实践中遇到的系统，大多数属于这一类。（2）时变系统）时变系统 如果系统中的参数是时间如果系统中的参数是

24、时间t的函数，则这类系统称为时变系统。的函数，则这类系统称为时变系统。三、按系统参数是否随时间变化三、按系统参数是否随时间变化 第33页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.34如果一个线性系统微分方程的系数为常数，如果一个线性系统微分方程的系数为常数，那么系统称为那么系统称为线性定常系统线性定常系统。例如：。例如：如果一个线性系统微分方程的系数为时间的函数，如果一个线性系统微分方程的系数为时间的函数，那么系统称为那么系统称为线性时变系统线性时变系统。例如。例如:第34页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.35连续系统和离散系统连续系统和离散系统 连续系统是指系统内各处的信号

25、都是以连续的模拟量传递的系统。连续系统是指系统内各处的信号都是以连续的模拟量传递的系统。即系统中各元件的输入量和输出量均为时间的连续函数。连续系统即系统中各元件的输入量和输出量均为时间的连续函数。连续系统的运动规律可以用微分方程来描述。系统内某处或数处信号是以脉的运动规律可以用微分方程来描述。系统内某处或数处信号是以脉冲序列或数码形式传递的系统则称为离散系统，如下图所示，其运冲序列或数码形式传递的系统则称为离散系统，如下图所示，其运动方程只能用差分方程描述。动方程只能用差分方程描述。四、按信号传递的形式四、按信号传递的形式 第35页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.361.3对控制

26、系统性能的要求对控制系统性能的要求 常见的评价系统优劣的性能指标是从动常见的评价系统优劣的性能指标是从动态过程中定义出来的。对系统性能的基本要态过程中定义出来的。对系统性能的基本要求有三个方面。求有三个方面。二、快速性二、快速性一、稳定性一、稳定性三、准确性三、准确性第36页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.37 系系统统受受外外作作用用力力后后,其其动动态态过过程程的的振振荡荡倾倾向和系统恢复平衡的能力。向和系统恢复平衡的能力。稳定性：稳定性：如如果果系系统统受受外外作作用用力力经经过过一一段段时时间间，其其被被控控量量达达到到某某一一稳稳定定状状态态，则则系系统统是是稳稳定的。

27、定的。否则为不稳定的。否则为不稳定的。稳定系统的动态过程稳定系统的动态过程r(t)t0c(t)1r(t)c(t)不稳定系统的动态过程不稳定系统的动态过程(a)给定信号作用给定信号作用c(t)(b)扰动信号作用扰动信号作用d(t)t0c(t)r(t)t0c(t)r(t)c(t)d(t)不稳定的系统是无法正常工作的不稳定的系统是无法正常工作的。第37页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.38 通通过过动动态态过过程程时时间间长长短短表表征征。时时间间越越短，表明快速性越好，反之亦然。短，表明快速性越好，反之亦然。二、快速性二、快速性r(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t)快速性表

28、明了系统输出对输入响应快速性表明了系统输出对输入响应的快慢程度的快慢程度第38页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.39 由输入给定值与输出响应的终值之间的由输入给定值与输出响应的终值之间的差值差值ess大小表征大小表征。三、准确性三、准确性r(t)t0c(t)r(t)c(t)ess第39页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.40 稳稳定定性性、快快速速性性和和准准确确性性往往往往是是互互相相制制约约的的。在在设设计计与与调调试试的的过过程程中中,若若过过分分强强调调某某方方面面的的性性能能,则则可可能能会会使使其其他他方方面面的性能受到影响的性能受到影响.怎样根据工作任务

29、的不同怎样根据工作任务的不同,分析和设计自动分析和设计自动控制系统，使其对三方面的性能有所侧重控制系统，使其对三方面的性能有所侧重，并，并兼顾其它正是自控原理课程要解决的问题。兼顾其它正是自控原理课程要解决的问题。第40页，共63页，编辑于2022年，星期二1.4 典型外界干典型外界干扰作用作用Page.41 （1 1）阶跃信号）阶跃信号 阶跃信号的表达式为：阶跃信号的表达式为：(1-1)当当A=1时，则称为单位阶跃信号，常用时，则称为单位阶跃信号，常用1(t)表示，如图表示，如图1-11所示。所示。第41页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.42 （2 2）斜坡信号）斜坡信号 斜坡

30、信号在斜坡信号在t=0时为零，并随时间线性增加，所以也时为零，并随时间线性增加，所以也叫等速度信号。它等于阶跃信号对时间的积分，而它对时叫等速度信号。它等于阶跃信号对时间的积分，而它对时间的导数就是阶跃信号。斜坡信号的表达式为：间的导数就是阶跃信号。斜坡信号的表达式为：第42页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.43（3）抛物线信号）抛物线信号 抛物线信号也叫等加速度信号，它可以通过对斜坡信号的积分而得。抛物线信号也叫等加速度信号，它可以通过对斜坡信号的积分而得。抛物线信号的表达式为：抛物线信号的表达式为：（3.3）当当A=1时，则称为单位抛物线信号，如图时，则称为单位抛物线信号，如

31、图3-3所示所示 第43页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.44（4 4）脉冲信号）脉冲信号 单位脉冲信号的表达式为：单位脉冲信号的表达式为：(1-3)其图形如图其图形如图1-131-13所示。是一宽度为所示。是一宽度为e e，高度为，高度为1 1e e 的矩形的矩形脉冲，当脉冲，当e e 趋于零时就得理想的单位脉冲信号趋于零时就得理想的单位脉冲信号(亦称亦称d d(t)函数函数)。(3.5)第44页，共63页，编辑于2022年，星期二Page.45（5）正弦信号）正弦信号 正弦信号的表达式为正弦信号的表达式为:（1-4）其中其中A为幅值，为幅值，w w=2p p/T为角频率。为角

32、频率。第45页，共63页，编辑于2022年，星期二 暂态过程特点暂态过程特点:下图中下图中,(a),(a)、(b)(b)非周期振荡；非周期振荡；(c)(c)发散振荡；发散振荡；(d)(d)、(e)(e)收敛振荡；收敛振荡；(f)(f)等幅振荡。等幅振荡。tnn1(a)0(b)nt0n0n1t0n(c)n0t(e)n1n0t(d)n0n1n0t(f)第46页，共63页，编辑于2022年，星期二2.DCS2.DCS发展历程和发展趋势发展历程和发展趋势Page 47 Confidential第47页，共63页，编辑于2022年，星期二2.1 DCS2.1 DCS发展历程发展历程第一代第一代DCSDC

33、S（初创期）（初创期）第一代DCS是指从其诞生的19751980年间所出现的第一批系统，因为这是有史以来第一批DCS，因此控制界称这个时期为初创期或开创期。这个时期的DCS的包括Yokogawa（横河）公司的CENTUM系统、Honeywell公司的TDC-2000系统、Foxboro公司的Spectrum系统、Bailey公司的Network 90系统、Kent公司的P4000系统、Siemens公司的Teleperm M系统、东芝公司的TOSDIC系统等。特点：注重控制功能的实现，分散控制，集中监视；缺点：人机界面功能弱、通讯能力差、互换性差、成本高；组成：过程控制单元、数据采集单元、CR

34、T操作站、上位管理计算机以及连接各个单元和计算机的高速数据通道Page 48 Confidential第48页，共63页，编辑于2022年，星期二第二代第二代DCSDCS（成熟期）（成熟期）第二代DCS是在1980到1985年前后推出的各种系统，其中包括Yokogawa（横河）公司的CENTUM V系统Honeywell公司的TDC-3000、Fisher公司的PROVOX、Taylor公司的MOD300、Westinghouse公司的WDPF等系统。特点：引入了局域网（LAN）作为系统骨干，按照网络节点的概念组织过程控制站、中央操作站、系统管理站、网关（Gate Way，用于兼容早期产品）第

35、三代第三代DCSDCS（扩展期）（扩展期）第三代DCS采用了ISO标准MAP（制造自动化规约）网络。这一时期的系统包括Yokogawa公司的Centum-XL和XL，Foxboro I/A Series外，还有Honeywell公司的TDC3000UCN、Bailey 公司的INFI-90、Westinghouse公司的WDPF II、Leeds&Northrup公司的MAX1000、日立公司的HIACS系列等。第四代第四代DCSDCS（数字化、信息化和集成化）（数字化、信息化和集成化）DCS 更加开放，支持各种智能总线仪表（FF，Hart),同时通过网络速度的扩展，提高系统规模化，代表为横河

36、的CENTUM CS和CENTUM CS3000，Honeywell公司的，Westinghouse公司的Oviation等；第五代第五代DCSDCS（一体化、智能化）（一体化、智能化）采用1G高速网络，实现控制系统的一体化、智能化，从而真正实现数字化工厂。代表产品为横河的CS3000R3和最新版的CENTUM VP，Honeywell公司的 PKS，以及EMERSON的DELTA V系列。Page 49 Confidential第49页，共63页，编辑于2022年，星期二Proprietary info goes hereCFFSHF-BusCFCSCOPSF-Bus250 KBPSDual

37、 RedundantToken PassCENTUMCFCD1MBPSDual RedundantToken PassCENTUM-XLEOPSCFCSEFCDENGSPFCSKFCSLFCSCOPS2CENTUM VCFCS2COPSVCFCD2ABCCENTUM CSICSEWSPICSV net10 MBPSDual RedundantToken PassHISCENTUM CS 3000AVRFFCSHISCENTUM CS 3000 R3HISCENTUM VPVnet/IP20081975198319881998200120051993FFCS1Gbps Dual Redundan

38、t 独特的独特的独特的独特的”Pair&Spare”Pair&Spare”容容容容错错技技技技术术 7 7个个个个 9 9的的的的(99.9999959)(99.9999959)可靠性可靠性可靠性可靠性 丰富的上位丰富的上位丰富的上位丰富的上位应应用用用用软软件件件件横河Centum家族的发展 集成各种集成各种集成各种集成各种总线总线接口的一体化平台接口的一体化平台接口的一体化平台接口的一体化平台 全球范全球范全球范全球范围围内内内内20,00020,000个用个用个用个用户户第50页，共63页，编辑于2022年，星期二横河横河 DCS:Centum CS3000DCS:Centum CS30

39、00第51页，共63页，编辑于2022年，星期二类型类型根据对控制功能及安全性的要求根据对控制功能及安全性的要求,现场控制站现场控制站(field control station)可分为可分为双重化控制站双重化控制站(duplex control station),高分散高分散控制站控制站 (advanced control station),以及只具有巡迥检测而无以及只具有巡迥检测而无控制功能的控制功能的现场监视站现场监视站(monitoring station)等几种类型等几种类型.第52页，共63页，编辑于2022年，星期二DCS 系系统硬件统硬件DCS 系系统硬件统硬件第53页，共63

40、页，编辑于2022年，星期二A.A.连续控制连续控制控制流程第54页，共63页，编辑于2022年，星期二2.2 DCS2.2 DCS控制系统的发展趋势控制系统的发展趋势 1 1、随随着着微微型型计计算算机机技技术术及及超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术和和通通信信网网络络技技术术的的发发展展，为为计计算算机机用用于于工工业业生生产产过过程程创创造造了了良良好好的的条条件件，工工业业控控制制逐逐步步地地从从模模拟拟控控制制、单单机机的的监监控控、直直接接数数字字控控制制（DDCDDC）、集集散散型型控控制制系系统统（DCSDCS）发发展展到到现现场场总总线线控控制制系系统统（FCSFCS）

41、和和计计算算机机集成制造系统（集成制造系统（CIMSCIMS）。）。第55页，共63页，编辑于2022年，星期二 2 2、DCSDCS、PLCPLC和和工工业业控控制制计计算算机机正正在在相相互互渗渗透透发发展展，扩扩大大各各自自的的应应用用领领域域。一一般般流流程程工工业业的的控控制制一一般般选选用用集集散散型型控控制制系系统统（DCSDCS），离离散散型型制制造造业业的的控控制制采采用用可可统统程程序序控控制制器器（PLCPLC）更更为为合合适适，随随着着DCSDCS和和PLCPLC相相互互渗渗透透发发展展继继而而扩扩大大自自己己的的应应用用领领域域，将将出出现现DCSDCS和和PLCPL

42、C融融合合于于一体的集成过程控制系统。一体的集成过程控制系统。第56页，共63页，编辑于2022年，星期二 3 3、现现代代通通信信与与网网络络技技术术在在现现代代控控制制领领域域广广泛泛渗渗透透对对计计算算机机控控制制网网络络提提出出了了新新的的技技术术要要求求。主主要要体体现现在在，系系统统的的开开放放性性与与数数字字式式互互连连网网络络性性，实实现现系系统统的的全全分分散散智智能能控控制制；现现场场设设备备的的智智能能化化与与功功能能自自治治性性；互互操操作作与与互互用用性性；对对现现场场环环境境的的适适应应性性；很很高高的的实实时时性性与与良良好好的的时时间间确确定定性性；很很强强的的

43、容容错错能能力力与与高高可可靠靠性性、高高安安全全性性；高高度度的的集集成成性性 （包括系统的集成与技术的集成）。（包括系统的集成与技术的集成）。第57页，共63页，编辑于2022年，星期二 工工业业控控制制网网络络采采用用EthernetEthernet技技术术，将将成成为为工工厂厂底底层层控控制制网网络络的的信信息息传传输输主主干干，用用以以连连接接系系统统监监控控设设备备 和和 现现 场场 智智 能能 设设 备备，最最 为为 典典 型型 的的 是是 Ethernet+TCP/IPEthernet+TCP/IP的的传传感感器器、变变送送器器可可以以直直接接成成为为网网络络的节点。的节点。另

44、另外外仪仪器器仪仪表表向向智智能能化化方方向向发发展展，将将产产生生智智能能仪仪器器仪仪表表，仪仪器器仪仪表表网网络络化化，将将产产生生网网络络仪仪器器与与远远程程测测控控系系统。统。第58页，共63页，编辑于2022年，星期二 这这种种基基于于无无线线技技术术的的网网络络化化智智能能传传感感器器使使得得工工业业现现场场的的数数据据能能够够通通过过无无线线链链路路直直接接在在网网络络上上传传输输、发发布布和和共共享享。无无线线局局域域网网技技术术能能够够在在工工厂厂环环境境下下，为为各各种种智智能能现现场场设设备备、移移动动机机器器人人以以及及各各种种自自动动化化设设备备之之间间的的通通信信提

45、提供供高高带带宽宽的的无无线线数数据据链链路路和和灵灵活活的的网网络络拓拓扑扑结结构构，在在一一些些特特殊殊环环境境下下有有效效地地弥弥补补了了有有线线网网络络的的不不足足，进进一一步步完完善善了了工工业业控控制制网网络络的的通通信性能信性能。4 4、计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术、计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了的结合，产生了“基于无线技术的网络化智能传感基于无线技术的网络化智能传感器器”的全新概念。的全新概念。第59页，共63页，编辑于2022年，星期二 5 5、工工业业控控制制软软件件正正向向先先进进控控制制方方向向发发展展，工工业业控控制制软软件件主

46、主要要包包括括人人机机界界面面软软件件、控控制制软软件件以以及及生生产产管管理理软软件件等等。目目前前，我我国国已已开开发发出出一一批批具具有有自自主主知知识识产产权权的的实实时时监监控控软软件件平平台台、先先进进控控制制软软件件、过过程程优优化化控控制制软软件件等等成成套套应应用用软软件件。作作为为工工控控软软件件的的一一个个重重要要组组成成部部分分，国国内内人人机机界界面面组组态态软软件件研研制制方方面面近近几几年年取取得得了了较较大大进进展展，软软件件和和硬硬件件相相结结合合，为为企企业业测测、控控、管管一一体体化化提提供供了了比比较完整的解决方案较完整的解决方案。第60页，共63页，编

47、辑于2022年，星期二发发展展趋势趋势Page 61 ConfidentialPage 61VigilantPlant&SE launchAE launchSE/AE evolutionPE/LE launchCENTUM VP CENTUM VP launchlaunch2005200620072009 2008安全性安全性 ExcellenceAsset mgtProduction mgtSafty mgtAsset ExcellenceProduction ExcellenceDCSDCS优优化化化化Safty Excellence20112012AE launchAE launchWi

48、reless productWireless productLE evolutionLE evolutionVigilantPlant ServicesVigilantPlant Services2014Lifecycle ExcellencePE evolutionLE evolution2010 大型化、一体化 用于工业的强化功能 高精度,增强的数据存储以APC为核心的生产优化 全数字化、现场仪表 产品线延伸 维护/通讯革新 SIL2,FF-SIS,PST 强化风险评估 预诊断LE:VPS(持持续性性)强化化用于操作改善的VPS 强化能源节约方案20132015第61页，共63页，编辑于2

49、022年，星期二Page 62 ConfidentialPage.62横河产品应用横河产品应用横河产品应用横河产品应用横河横河 MAS 油品移动系统系统油品移动系统系统横河横河ExaQuantum/SAP操作数据管理系统操作数据管理系统横河横河 PRM资产管理系统资产管理系统横河横河 Blending油品调和系统油品调和系统横横河河OmegaLand操作仿真培训系统操作仿真培训系统Exapilot操作导航系统、操作导航系统、PIDPID整定整定Yokogawa Centum CS3000 DCS DCS 系统系统中石油广西石化中石油广西石化项项目目 20112011年自控率和平年自控率和平稳稳

50、率都超率都超过过95%95%DCS DCS 集成防毒系统集成防毒系统GC 在线色谱系统在线色谱系统第62页，共63页，编辑于2022年，星期二Page 63 ConfidentialPage.63横河在此项目上的供货范围横河在此项目上的供货范围横河在此项目上的供货范围横河在此项目上的供货范围横河横河 MAS 终端自动化系统终端自动化系统横河横河ExaQuantum/SAP操作数据管理系统操作数据管理系统横河横河 PRM资产管理系统资产管理系统横河横河 Exaquantum过程信息系统、过程信息系统、MESMES横河横河横河横河 FieldEye横河横河-16,000-16,000台台(通过通过