《集散控制系统》PPT课件.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第十四章第十四章 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系内容提要内容提要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110/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系内容提要内容提要n现场总线控制系统现场总线控制
2、系统n现场总线控制系统的特点现场总线控制系统的特点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210/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 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14-1 计算机控制系统原理框图计算机控制系统的工作过程工作过程工作过程工作过程:数据采集、控制决策、控制输出。数据采集、控制决策、控制输出。数据采集、控制决策、控制输出。数据采集、控制决策、控制输出。10/27/20
3、22南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述4图14-2 计算机控制系统组成框图10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 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。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 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
4、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,提高生产效率,这是常规仪表所达不到的。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系n三、计算机控制系统的类型三、计算机控制系统的类型1、按系统的功能分类(1)顺序控制和数值控制(2)直接数字控制(3)计算机监督控制(4)递阶控制2、按系统的结构分类(1)单机控制系统(2)多级计算机控制系统(3)多级分布式计算机
5、控制系统DDC系统框图系统框图SCC系统原理图系统原理图7 第一节第一节 概述概述10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 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81.1.直接数字控制直接数字控制直接数字控制直接数字控制(DDC)(DDC)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。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子
6、工程系电子工程系 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。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述102.2.2.2.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14-3 集中型计算机控制系统原理图10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系优越性: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
7、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
8、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,曾一度陷入困境。11 第一节第一节 概述概述10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概述123.3.集散控制系统集散控制系统 集集集集散散散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 10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 第一节第一节 概述概
9、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。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。10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系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 FCS FCS结构示意图结构示意图 14 第一节第一节 概述概述10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子
10、工程系电子工程系计算机控制系统的发展特征计算机控制系统的发展特征随着局域网、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10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系概述概述 集集散散控控制制系系统统DCSDCS是
11、是随随着着现现代代大大型型工工业业生生产产自自动动化化的的不不断断兴兴起起和和过过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。D D D Distributed istributed C C C Control ontrol S S S SystemystemDCSDCSDCSDCSDCSDCS可直译为可直译为“分布式控制系统分布式控制系统”“集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集中管理集中管理集中管理集中管理和和分散控制分散控制分散控制分散控制它它采采用用危危
12、险险分分散散、控控制制分分散散,而而操操作作和和管管理理集集中中的的基基本本设设计计思思想想,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在在电电力力、冶冶金金、石石油油、化化工工、制制药药等等各各种种领领域域都都得得到到了了极极其其广广泛的应用。泛的应用。第二节第二节 集散控制系统集散控制系统1610/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系特征特征 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制管理级过程控制级过程控制级根本:根本:根本:根本:管理集中和控制分散管理集中和控制分散管理集中和控制分散管理集中和控制分散具体表现在:分级递阶结构
13、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DCSDCS必不可少的两级必不可少的两级必不可少的两级必不可少的两级17第二节第二节 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系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
14、统是现阶段控制网络的发展趋势 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 发展趋势 18第二节第二节 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系 DCSDCS的层次结构中,最低级是与生产过程直接相连的过程控制级。的层次结构中,最低级是与生产过程直接相连的过程控制级。的层次结构中,最低级是与生产过程直接相连的过程控制级。的层次结构中,最低级是与生产过程直接相连的过程控制级。在在在在不不不不同同同同的的
15、的的DCSDCS中中中中,过过过过程程程程控控控控制制制制级级级级所所所所采采采采用用用用的的的的装装装装置置置置结结结结构构构构形形形形式式式式大大大大致致致致相相相相同同同同,但但但但名名名名称称称称各各各各异异异异,如如如如过过过过程程程程控控控控制制制制单单单单元元元元、现现现现场场场场控控控控制制制制站站站站、过过过过程程程程监监监监测测测测站站站站、基基基基本本本本控控控控制制制制器器器器、过程接口单元等,在这里,我们统称过程接口单元等,在这里,我们统称过程接口单元等,在这里,我们统称过程接口单元等,在这里,我们统称现场控制单元现场控制单元现场控制单元现场控制单元FCU(FCU(或
16、控制站)或控制站)或控制站)或控制站)。过过过过程程程程管管管管理理理理级级级级由由由由工工工工程程程程师师师师站站站站、操操操操作作作作员员员员站站站站、管管管管理理理理计计计计算算算算机机机机和和和和显显显显示示示示装装装装置置置置组组组组成成成成直直直直接接接接完成对过程控制级的集中监视和管理,通常称为完成对过程控制级的集中监视和管理,通常称为完成对过程控制级的集中监视和管理,通常称为完成对过程控制级的集中监视和管理,通常称为操作站操作站操作站操作站。DCSDCS的的的的生生生生产产产产管管管管理理理理级级级级、经经经经营营营营管管管管理理理理级级级级是是是是由由由由功功功功能能能能强强
17、强强大大大大的的的的计计计计算算算算机机机机来来来来实实实实现现现现,没没没没有有有有更多的硬件构成,这里不作阐述。更多的硬件构成,这里不作阐述。更多的硬件构成,这里不作阐述。更多的硬件构成,这里不作阐述。n一、集散控制系统的基本组成一、集散控制系统的基本组成DCSDCS的硬件系统的硬件系统的硬件系统的硬件系统20第二节第二节 集散控制系统集散控制系统10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程系21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10/27/2022南通职业大学南通职业大学 电子工程系电子工程
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