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1、1,第8章 计算机控制系统,第一节 概 述,第二节 计算机控制网络系统,具体包括：概述、结构、硬件、软件、设计画面举例。,主讲：计算机集散式控制系统,主要是了解。,2,第一节 概 述,一、工业控制计算机的特点： 可靠性强，抗干扰能力强； 与用户设备联结方便； 可以使用单一的计算机语言，或通用语言。 二、计算机控制基本原理： 计算机中，所有数据均以高低电平表示有电、无电； 所有数据存在位置都以地址表示； 计算机通过指定地址（包括接口位置）对数据读、写。,3,二、计算机控制基本原理(续),外围设备的电信号（开关量或数字量）转换成一定的计算机数据码后，CPU经过接口地址就可以获得外部信息，通过相反途
2、径就可以将计算结果输出到外部设备。 计算机与外部设备的联结部件称为计算机输入/输出（I/O）模块。,4,三、计算机系统常见配置原理图,5,四、 计算机I/O组件,1、功能： 与外围设备联结 外围设备的一个开关信号（数字量）或一个电流/电压值可以通过一个接点与计算机交换；这个接点称为I/O端子。 根据通过信号的不同， I/O板分为DIO和AIO两类。 一个I/O可以有多个端子：4点，8点，16点，25点等。 信号的隔离与转换 计算机与外设可以有不同的电位； 防止干扰信号或故障电压影响计算机运行。 与计算机联结 满足计算机数据通讯格式要求。,6,2、外部信号分类,数字信号DIO 有源信号：高低电平
3、 无源信号：通断相当于开关 模拟信号AIO 电压信号：05VDC，或024VDC； 电流信号：420mA，或0115VAC,7,3、I/O组件信号隔离,8,4、I/O与计算机的连接,9,五、直接数字控制系统,直接数字控制系统 Direct Digital Control DDC 用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生产过程中经输入通道获取信息，按照预先规定的控制算法计算出控制量，并通过输出通道，直接作用到执行机构上，实现对生产过程的闭环控制。 DDC控制系统实质上是以计算机为控制器过程控制系统。 DDC控制系统的特点： 高可靠性，友好的人机对话界面，方便的显示打印功能，灵活的控制规律。,
4、10,第二节 计算机控制网络系统,一个独立的计算机工作站就如同一立的家用计算机，可以通过网线和服务器构成计算机网络。 如同其它计算机局域网一样，通过计算机控制网络同样可以进行数据的传输和远程操作。各工作站的历史数据也可以通过网络按需要进行储存和显示打印。,讲解：计算机集散式控制系统,11,一、计算机集散式控制系统概述,集散控制系统是随着现代大型工业生产自动化的不断 兴起和过程制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统， 它紧密依赖于自动控制技术、计算机技术、通信技术和 CRT显示技术(4C)。 集散控制系统又称分散型控制系统 DCS-Distributed Control System “分散”指
5、： 1、工艺上各种设备地理位置的分散。 2、功能分散。 “集”：集中监视、集中管理。,12,集散控制系统的定义,定义：DCS系统是一个为满足大型工业生产日益复杂的过程控制的要求，从综合自动化角度出发，按功能分散、管理集中的原则构成。它具有高可靠性指标，不断以新的技术成果充实和研制，以微处理器、微型计算机技术为核心, 与数据通信技术、CRT显示、人机接口、输入输出技术相结合的，用于生产管理、数据采集和各种过程控制的处于新技术前沿的新型计算机控制系统。,与常规控制仪表相比较： 存在问题 1、危险集中 ； 2、性能问题：单机负荷过载； 3、开发周期。 解决方法 ： 选用高可靠性能的计算机 引入双重化
6、，增加后备装置,13,集散式控制系统的特点,采用分级梯阶结构 过程控制、优化控制、自适应控制、工厂管理； 采用微机智能技术 采用网络通讯技术 丰富的功能软件包 强有力的人机接口功能 采用高可靠技术 提高硬件可靠性，采用冗余配置。,14,二、集散控制系统结构,中央操作台,网间连接器,生产管理级,LAN局域网,过程管理级,管理计算机,工程师操作站,操 作 员 站,高速数据公路,过程控制级,DDC直接数字控制站,数据 采集站,多功能 控制站,可编程逻辑控制站,单回路调节控制站,DCS系统的结构是一个分布式系统。其逻辑结构为树结构。按系统结构进行垂直分解，各级既相互独立由相互联系，每一级又水平分解成若
7、干子集。,15,1、过程控制级（Process Control Unit ）,操作的各种信息,执行机构,特征：,能适应恶劣的工业生产过程环境,分散控制,实时性好,独立性强,过程变量(参数),操作监视的数据,过程控制装置,直接面向生产过程，是系统与过程之间的接口。,16,过程控制级功能,生产过程的数据采集、反馈控制、顺序控制、批量控制等。在其内部完成：A/D转换，各种控制算法的运算，对模拟量进行滤波及工程单位转换，将采集到的实时数据通过网络送到操作员(工程师)站或其他I/O站。,17,系统硬件,控制站（CONTROL STATION, 简称CS）: 由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元组
8、成。 通过不同的硬件配置和软件设置可构成不同功能的控制站： 过程控制站PCS 逻辑控制站 LCS 数据采集站DAS 核心部件是主控制卡，它能进行多种过程控制运算和数字逻辑运算，并能通过下一级通信总线（SBUS)获得各种I/O卡件的信息。,18,机柜结构,机柜内部装有多层机架，安装电源及多种模件； 外壳采用金属材料以提供电磁屏蔽； 为保证散热降温，柜内装有风扇； 柜内大多设有温度自动控制装置。,19,机柜示例,控制站插件箱,I/O插件箱,柜顶风扇,接线端子,20,卡件实例图,21,电源,交流电源： 交流电源经过集散系统的电盘的断路器给系统供电，保证现场控制站供电系统高效、稳定、无干扰。 每一现场
9、控制站场均用双相交流电源供电，两相互为冗余。 如果附近有经常开关的大功率用电设备，应采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接地。这样能很好的隔离共模干扰。 对控制连续性要求特别高的场合，应装设不间断供电电源UPS 。,22,柜内直流稳压电源,统一的主电源单元将交流电整流成直流电（一般为24V）供给柜内直流母线。各层机架内设有子电源单元，将母线上送来的单一直流电压转变成机架所需的各种电压（+5V、 12V、 15V等）。 主控电源采用1：1冗余配置。 子电源单元采用1：1或N：1冗余配置,23,I/O通道,在过程控制计算机中，种类最多，数量最大的是各种I/O接口模件(卡件)。来自过
10、程对象的被测信号通过输入卡件，进入现场控制站，然后按一定的算法进行数据处理，并通过输出卡件向执行设备送出控制或报警等信息。,24,I/O通道,模拟量输入通道(AI) 模拟量输出通道（AO） 开关量输入/输出通道（SI/SO）,25,模拟量输入通道(AI),一般由端子板、信号调节器、A/D插板、及柜内连接电缆组成。 端子板：用于连接现场信号电缆，对每一路信号线路提供正负极两个接线端子及屏蔽层的接地端子。 柜内电缆：端子板、信号调节器与A/D板之间的信号连接。 信号调节器：将各种范围的模拟量输入信号统一转换成05V或010V的电压信号送入A/D板。 采用差动放大器，并且每一路都串接了滤波器。 A/
11、D插板：信号调节器输入的多路模拟信号，按CPU的指令逐一转变为数字量送给CPU。DCS多用12位A/D转换器。时间在100微秒左右。每块A/D插板输入864路模拟信号,26,模拟量输出通道（AO）,输出420mA或010mA的直流电流信号。 组成： D/A插板 输出端子板 柜内电缆,D/A插板,每板可提供48路模拟输出，精度有8位、12位几种。,27,开关量输入/输出通道（SI/SO）,开关量输入通道。用来输入各种限位开关、继电器或电磁阀门连动触点的开、关状态；输入信号可能是交流电压信号，直流电压信号或干接点。,开关量输出通道，用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声报警器等只具有开、关两种状态的
12、设备，它是由端子板、SO板及机柜内电缆构成。,28,2、过程管理级,控制系统工程师、操作员与DCS的界面人机界面。 MMIMan Machine Interface； OIOperator Interface,操作人员,了解生产过程的运行指令,给生产过程发出操作指令,操作管理装置,功能： 以操作、监视为主要任务、兼有部分管理功能，可对系统进行组织、监视和操作，对生产过程控制管理、故障诊断等。,显示各种参数,29,过程管理级,特征 信息量大 易操作性 容错性好,构成装置 监控计算机 工程师操作台 操作员操作站 (配有技术手段齐备、功能强的计算机、CRT显示器、操作键盘、及较大存储量的软、硬盘),
13、30,3、生产管理级,指定区域生产计划； 各单元间的协调控制； 装置的故障诊断处理和记录； 各类操作数据的显示和记录。,31,综合（经营）管理级,主要任务： 收集各种信息(经济情报、市场预测、 销售合同、原材料库存状况、生产进 度、工艺流程及工艺参数). 产生综合性报表 进行长期性的趋势分析 审查最优化 协调和调度各车间生产计划和各部门的关系,管理范围：工程技术、经济、商业实务、人事活动,32,操作站、工程师站,操作站（OPERATER STATION, 简称OS） 以工业PC机为基础的人及接口设备，实现工艺过程监视、操作、记录等功能。可以一机配多 CRT，并配有薄膜键盘、触摸屏幕等输入方式。
14、 具有丰富、使用、友好的实时监控界面。具有分组显示、趋势图、动态流程、报警管理、报表及记录、存档等监控功能。,工程师站（ENGINEERING STATION 简称ES),用于控制应用软件组态、系统监视、系统维护的工程设备。,33,处理机-高性能的工业控制机,当今的DCS操作站的功能强，速度快，记录数据大，所以对操作员站内的处理机系统提出了更高的要求。,34,三、系统软件,操作站监控软件 系统简介 系统总貌 报警一览 控制分组 调整画面 趋势图 流程图 数据一览 故障诊断 组态软件 I/O组态 常规控制方案组态 SCX语言组态 标准画面组态 流程图登录组态 网络交换数据组态 报表登录组态 语言
15、报警组态 图形化控制方案组态,35,集散控制系统的组态软件,集散控制系统的组态软件 组态软件是一种格式化的控制系统程序。一个功能强大的组态软件，能提供友好的用户界面，使用户在简单的格式化逻辑输入后便可生成自己所需要的应用软件。 控制系统的用户软件通常允许进行两种操作平台： 工程师操作平台：开放式的软件操作系统，允许软件工程师添加新的控制软件，或对现有软件进行适当修改。工程师平台通常设有用户密码或单独设置工作站、键盘，以防误操作； 操作员平台：仅允许现场操作员进行显示切换和部分操作参数的设定，不能修改程序，以防误操作。操作员平台通常有美观、方便的用户界面。,36,四、画面举例 1概貌显示,37,2、仪表面板显示画面,38,3、趋势曲线显示画面,39,4、报警显示画面,40,5、故障诊断画面,41,6、完整的NETWORK6000系统典型的分散控制系统（画面）,42,7、人机界面（MMI）,43,8、网络布置图,44,9、顺序控制（SCS）画面,45,10、设备状态显示和操作画面,
