1、 第十五章第十五章 计算机控制系统计算机控制系统 内容提要内容提要n 计算机控制简述计算机控制简述n计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点n计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成n计算机控制系统的类型计算机控制系统的类型n计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展n 集散控制系统概述集散控制系统概述n集散控制系统的基本构成集散控制系统的基本构成n集散控制系统的特点集散控制系统的特点1内容提要内容提要n CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统nCENTUM-CSCENTUM-CS系统的构成系统的构成nICSICS的组成及功能的组成及功能nCRTCRT显示画面的显示格式显示画面的显示格式nC
2、ENTUM-CSCENTUM-CS系统中的字母代号系统中的字母代号n基本操作方法基本操作方法n显示画面及操作显示画面及操作n 现场总线控制系统现场总线控制系统n现场总线系统的产生和特征现场总线系统的产生和特征n现场总线国际标准化现场总线国际标准化n主要的现场总线系统简介主要的现场总线系统简介2 第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介定义定义 用模拟控制器等常规自动化工具实现的自动化系统称之为,也叫模拟式控制系统。以计算机为主要控制装置的自动化系统称之为。3 第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介n 一、计算机控制系统的特点一、计算机控制系统的特点n 随着生产规模的扩大,模拟控制盘越来越
3、长,这给集中监视和操作带来困难;而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则方便了许多。n 常规模拟式控制系统的功能实现和方案修改比较困难,常需要进行硬件重新配置调整和接线更改;而计算机控制系统,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。4第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介n 常规模拟控制无法实现各系统之间的通讯,不便全面掌握和调度生产情况;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。n 计算机具有记忆
4、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,提高生产效率,这是常规仪表所达不到的。5第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介n 二、计算机控制系统的组成二、计算机控制系统的组成图15-1 计算机控制系统组成框图6第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介n 三、计算机控制系统的类型三、计算机控制系统的类型生产过程测量变送输入通道执行器输出通道计算机显示打印报警图15-2 DDC系统框图7第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介 SCC系统有两种结构形式：一种结构是由上
5、、下位机构成，上位机起监控作用，下位机起DDC作用见图15-3(a)；另一种结构是由监督计算机与模拟控制器构成 见图15-3(b)。SCC计算机 DDC计算机生产过程给定检测控制 SCC计算机 模拟控制器生产过程给定检测控制（a）（b）图15-3 SCC系统原理图8第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介 就其而言，有两种形式：一种是寻求控制手段的最优设定值，又称之为SPC控制系统，即根据工况的变化，计算出最优的控制指标作为DDC计算机或模拟控制器的设定值；另一种是设计一个最优控制器，以满足一个控制系统的最优指标，即根据工况来确定控制方式或控制器的控制规律。9第一节第一节 计算机控制简介计算
6、机控制简介 递阶控制系统中包含有若干台计算机，并分成几个层次。处于最基层的“工作计算机”直接控制生产过程,完成DDC控制。在它上层的“监督计算机”则根据数学模型按控制方案计算,指挥它下一级的“工作计算机”的工作,完成 SCC控制。再上一层的“经营管理计算机”则进行全局规划、管理和调度,向它下一级的“监督计算机”下达指令。这样就构成了一个金字塔形的计算机控制系统,即为,又叫做。10第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介 单机控制系统单机控制系统 多级计算机控制系统多级计算机控制系统 多级分布式计算机控制系统多级分布式计算机控制系统11第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介n 四、计算机控
7、制系统的发展四、计算机控制系统的发展n1946年第一台数字计算机问世 n1950年前后，为早期航天应用研制了一种专用数字计算机数字微分分析机(DDA)n1959年3月1日第一套计算机控制系统在美国德克萨斯州某炼油厂的聚合装置上正式投入运行n计算机控制系统发展迅猛，未来的几年内,计算机在控制领域里的应用将向集散化和综合化发展n在连续生产过程中,集散控制系统仍是生产过程控制的主选装置,但随着计算机技术的发展，现场总线控制系统将逐渐取代集散控制系统 12第二节第二节 集散控制系统概数集散控制系统概数n 一、集散控制系统的基本构成一、集散控制系统的基本构成13图15-4 集散控制系统基本构成图图15-
8、5 CENTUM-CS系统外观图第二节第二节 集散控制系统概述集散控制系统概述14图15-6 集散型控制系统的体系结构 操作站、工程师站和上操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络成分散控制部分；通信网络是连接集散系统各部分的纽是连接集散系统各部分的纽带，是实现集中管理、分散带，是实现集中管理、分散控制的关键。控制的关键。第二节第二节 集散控制系统概述集散控制系统概述n 二、集散控制系统的特点二、集散控制系统的特点15 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
9、系统可靠性高 第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统16n 一、一、CENTUM-CSCENTUM-CS系统的构成系统的构成图15-7 CENTUM-CS系统构成第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统n 二、二、ICS的组成及功能的组成及功能nICSICS由一个或两个由一个或两个CRTCRT显示器、操作键盘、鼠标、工程显示器、操作键盘、鼠标、工程师键盘及智能部件组成。师键盘及智能部件组成。图15-8 CENTUM-CS系统操作站外观图17表15-1 操作员键盘各键的功能18续表19续表20第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统图15-9 C
10、ENTUM-CS操作员键盘21第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统图15-10 操作员键盘的系统维护面板图22第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统n 三、三、CRT显示画面的显示格式显示画面的显示格式nDCSDCS系统利用系统利用CRTCRT显示器显示生产过程的信息显示器显示生产过程的信息,CENTUM-,CENTUM-CSCS系统的系统的CRTCRT显示画面主要由系统信息区、主面板区、显示画面主要由系统信息区、主面板区、窗口区、软键区及录入区组成。窗口区、软键区及录入区组成。n图图15-1115-11为流程图画面。为流程图画面。23第三节第三节 CEN
11、TUM-CS集散控制系统集散控制系统图15-11 显示画面格式24第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统n 四、四、CENTUM-CS系统中的字母代号系统中的字母代号n在在DCSDCS中用字母代号表示回路状态、报警状态、数据类中用字母代号表示回路状态、报警状态、数据类型等。认识字母代号型等。认识字母代号,才能正确认识才能正确认识DCSDCS系统的显示画系统的显示画面面,才能正确完成才能正确完成DCSDCS的工艺操作。的工艺操作。n常用字母代号见表常用字母代号见表15-215-2。25第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统类型字母代号意 义字母代号意 义仪表调
12、整面板常用参数MODE仪表块方式LL下下限报警值PV测量值SVH设定点上限限位值SV设定值SVL设定点下限限位值MV阀位输出值MH阀位输出上限限位值DV偏差值ML阀位输出下限限位值SUM累计值P比例带HH上上限报警值I积分时间PH上限报警值D微分时间PL下限报警值表15-2 CENTUM-CS系统的字母代号26第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统类型字母代号意 义字母代号意 义常用报警状态字IOP输入开路DV+正偏差报警OOP输出开路NR正常HH上上限报警ANS+(ON)回讯不正常HI上限报警ANS-(OFF)回讯不正常LO下限报警PERR两回讯均不正常LL下下限报警CAL
13、校验状态DV-负偏差报警AOF报警功能取消续表27第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统图15-12 系统信息区显示内容举例28第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统29n 五、基本操作方法五、基本操作方法 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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统30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
14、操作指导信息画面操作指导信息画面 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15-3 CENTUMCS系统10种监视画面名称注：注：表示页面号表示页面号第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统31 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15-13 控制方式更改确认窗口第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统32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。按压D
15、ATA更改后的数字。输入错误可用BS键进行修改。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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统33n 六、显示画面及操作六、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、及。第三节第三节 CENTUM-CS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。34第三节第三节 CENT
16、UM-CS集散控制系统集散控制系统35图15-14 主要的仪表图（一）第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统36图15-14 主要的仪表图（二）第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统37 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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统38图15-15 综观显示画面第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统39图15-16 分组显示画面第三节第三节 CE
17、NTUM-CS集散控制系统集散控制系统40一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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统41图15-17 调整画面第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统42 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。第三节第
18、三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统43图15-18 趋势组画面第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统44 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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统45 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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统46图15-11 显示
19、画面格式第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统47 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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统48图15-19 报警概要画面第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统n 一、现场总线系统的产生和特点一、现场总线系统的产生和特点 目前的DCS的检测、变送和执行等现场仪表仍采用模拟信号连接,无法满足上位机系统对现场仪表的信息要求,产生了上位机与现场仪表进行数字通信的要求。智能化现场仪表的出现,也要求与上位机系
20、统实现数字通信。在上述因素的驱动下,要求建立一个标准的现场仪表与上位机系统的数字通信链路即(FCS)。49第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统50图15-20 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。第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统51 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。第四节第四节 现场总线控制系统
21、现场总线控制系统52图15-21 现场总线控制系统结构示意图 全数字化的现场通信网络。开放型的互联网络。采用数字信号传输取代模拟信号传输。增强了系统的自治性,系统控制功能更加分散。第四节第四节 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53图15-22 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。第四节第四节 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541.1.HART 总线系统总线系统2.2.Prof
22、ibus 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 例题分析例题分析操作员想要更改某控制系统的输出值(MV)为70%，将采用哪些操作步骤？我们知道,控制系统的输出值只有在手动控制方式下更改才有效,因此,先调出该仪表图,将控制方式调整为手动方式,然后更改其输出值。55例题分析例题分析 仪表图调出。在流程图画面或分组显示画面或调整画面中，双击或触摸触屏点,调出该控制系统的仪表图。控制方式更改。按键盘上对应该仪表图的控制键的 MAN键，在提示是否更改为手动方式的情况下，按确认键。56例题分析例题分析 变量调整。按ITEM，输入字母代号MV，按进入键 ，确定更改的数据类型;按DATA键,输入更改后的数据70%,确定无误后,再按 键。确定修改。数据更改前,系统提示是否进行修改,检查无误后,按 确认键,数据真正进入内部仪表。用 CL键关闭录入窗口。如想回到自动状态,按步骤顺序,改变控制方式。57
