控制仪表和计算机装置

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1、控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 1 计算机控制装置计算机控制装置 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 2 大块部分大块部分 一.计算机控制基础知识 二.实用计算机控制技术 (1)PLC* (2)DCS 面向：小型对象、大型对象、大型复杂对象 三.网络通信、信息集成和利用 (1)现场总线 (2)工业以太网 (3)多总线系统及信息集成 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 3 信息技术的飞速发展对工业控制和工业自动化提出两方面的要求：信息技术的飞速发展对工业控制和工业自动化提出两方面的要求： 1 1、要求工业自动化系统利用、要求工业自动化系统利用FBFB技术、信息技术和通信技术

2、的发展优势技术、信息技术和通信技术的发展优势 ，优化工业自动化的体系结构，增强系统的功能和效率，提高工厂，优化工业自动化的体系结构，增强系统的功能和效率，提高工厂 自动化的整体性和稳定性等；自动化的整体性和稳定性等； 2 2、摆脱信息孤岛的问题，利用开放性技术完成企业各个层次的信息集、摆脱信息孤岛的问题，利用开放性技术完成企业各个层次的信息集 成和信息共享，构架企业开放的信息平台，实施企业信息化。成和信息共享，构架企业开放的信息平台，实施企业信息化。 企业信息化首先需要解决信息集成，它覆盖现场检测、控制、监视企业信息化首先需要解决信息集成，它覆盖现场检测、控制、监视 、过程管理、优化、调度、经

3、营管理与决策等层次，涉及现场总线、过程管理、优化、调度、经营管理与决策等层次，涉及现场总线 、网络、数据库、通信互联、开放接口与标准等技术。、网络、数据库、通信互联、开放接口与标准等技术。 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 4 第一部分第一部分 计算机控制基础知识计算机控制基础知识 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 5 前言 进 料 口 出 料 口 H 玻璃管液位计 人工控制人工控制 进 料 口 执 行 器 变 送 器 调 节 器 常规仪表控制常规仪表控制 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 6 单回路控制系统方块图单回路控制系统方块图 四个基本环节：被控对象、检测仪表、

4、控制器、执行器四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器 （显示仪表根据需要可选）（显示仪表根据需要可选） 通常安装 于控制室 通常安装 于 现场 控制器 (调节器) 被控对象 测量变送装置 （检测仪表） + SP 执行器 显示仪表 阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀 泵：开关泵、变频泵 温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪 ( (通通 常输出：常输出：420mA420mA、1 15V5V等标准信号）等标准信号） 液位开关、料位开关、接近开关液位开关、料位开关、接近开关 ( (通常输出通常输出on/offon/off信号信号) ) 传感

5、器（传感器（Pt100Pt100、热电偶、热电偶） 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 7 现场仪表：主要指安装在工业现场的各种变送器 、 执行器及其他测量仪表。 变送器选型：量程、安装方式、材质（耐压、防腐）、防爆 执行器选型：口径、流量特性、安装方式、材质（耐压） 使用：零点调整、量程调整、零点迁移以及其它日常维护和维修等 控制室仪表：主要指安装在控制室内的各种控制器 （调节器）、显示仪表等。 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 8 进 料 口 执 行 器 变 送 器 调调 节节 器器 进 料 口 执 行 器 变 送 器 控控 制制 站站 控制站：数字调节器、IPC、PLC （

6、可以广义地理解为带有CPU的各种控制设备） 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 9 进 料 口 执 行 器 变 送 器 控 制 站 AI、DIAO、DO 控制站 A/D（AI）：模/数转换（模拟量输入） DI ：开关量输入（数字量输入） D/A（AO）：数/模转换（模拟量输出） DO ：开关量输出（数字量输出） 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 10 I/O模块 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 11 管理层 控制层 现场设备层 操作站 控制站 I/O系统 高级控制器 数据服务器WEB 服务器 管理计算机 互联网 服务器 Internet/Intranet Etherne

7、t Ethernet/专用总线 网关 FF、ProfiBus 等现场总线 典型的计算机控制系统结构示意图 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 12 内 涵：生产过程自动化*（过程控制、优化控制） 信息管理自动化( +客户管理、物流管理，这是今后的 发展方向) （即计算机综合自动化） 重 要 性：是实现安全、高效、优质、低耗生产的基本条件和重 要保证，是现代工业生产中不可替代的神经中枢。 相关技术：涉及计算机技术、自动控制技术、检测和传感技术 、先进控制技术、智能仪表技术、网络通信技术等 。 发展过程：直接数字量控制（DDC） 集中型计算机控制 分布式计算机控制（DCS） 现场总线（工 业

8、以太网）控制 ？ 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 13 6. 6. 计算机控制的基本知识计算机控制的基本知识 6.1 计算机控制概述 6.2 网络通信基础 6.3 开放系统互联参考模型 6.4 TCP/IP协议 6.1.1 6.1.1 什么是计算机控制什么是计算机控制 6.1.2 6.1.2 计算机控制系统的基本组成计算机控制系统的基本组成 6.1.3 6.1.3 计算机控制系统的主要设计思想计算机控制系统的主要设计思想 6.1.4 6.1.4 计算机控制系统的发展过程计算机控制系统的发展过程 6.1.5 6.1.5 计算机控制系统的发展特征计算机控制系统的发展特征 控制仪表和计算机

9、控制装置 上页下页目 录 14 调节器被控对象 测量变送装置 + SP 执行器 420mA 420mA 控制器被控对象 测量变送装置 + SP 执行器 420mA 420mA D/A A/D 数字信号例如 420mA 信号经12 位A/D转换以后的结果为04095 4 mA输入0000 0000 000020mA输入1111 1111 1111 12mA输入？ 6.1.1什么是计算机控制 典型单回路控制系统方块图 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 15 工作过程 控制器被控对象 测量变送装置 + SP 执行器 420mA 420mA D/A A/D 工作过程：数据采集：实时检测来自于测

10、量变送装置的被控变 量瞬时值； 控制决策：根据采集到的被控变量按一定的控制 规律进行分析和处理，决定控制行为， 产生控制信号；如PID运算 控制输出：根据控制决策实时地向执行机构发出 控制信号，完成控制任务。 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 16 6.1.2 6.1.2 计算机控制系统的基本组成计算机控制系统的基本组成 过程输入输出设备 外 部 设 备 主 机 系 统 CPU RAM ROM CRT 通讯接口 人机接口 打印机 其它 系 统 总 线 模拟量输入（AI） 模拟量输出（AO） 开关量输入（DI） 开关量输入（DO） 测量变送器 执行器 电气开关 电气开关 被 控 生 产

11、对 象 常规计算机系统 I/O系统 （模块或卡件） 现场仪表被控 对象 硬件组成 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 17 6.1.2 6.1.2 计算机控制系统的基本组成计算机控制系统的基本组成 系统软件 支持软件 应用软件 系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序等，它是 支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台。 如：Windows操作系统、Unix操作系统等都属于系统软件。 它运行在系统软件的平台上，是用于开发应用软件的软件。 例如：汇编语言、高级语言、通信网络软件、组态软件等。 对于设计人员来说，需要了解并学会使用相应的支持软件， 能够根据系统要求编制开发所需要应用软件。不

12、同系统的支 持软件会有所不同 应用软件是系统设计人员针对特定要求而编制的控制和管理 程序。不同控制设备的应用软件所具备的功能是不同的。 软件组成 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 18 6.1.3 6.1.3 计算机控制系统的主要设计思想计算机控制系统的主要设计思想 1. 可靠性 2. 可维护性 3. 实时性 4. 性能价格比 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 19 6.1.3.1 可靠性 定义：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力 。它通常用概率来表示 (1)可靠性指标 可靠度 单个零件、设备的可靠度在规定的环境温度、湿度、振动和 使用方法及维护措施等条件下，在

13、规定的工作期限内，设备无故障地发 挥规定功能（应具备的技术指标）的概率。 例如：在100只晶体管中有95只在上述规定条件下使用未出现故障， 则其可靠度R0.95 样本越高，所得可靠度的准确性就越高 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 20 (1)可靠性指标 可靠度 系统的可靠度除了与构成系统的子系统或元器件的可靠度有关 ，还与系统的构成方式有关：串联连接和并联连接是两种典型的连接方 式。 R1 Rn R1Rn n个串连子系统 n个并联子系统 a. 串连系统 b. 并联系统 如果分析的是断路失效，则： 串联系统中只要有一个子系统失效，系统就会失效 并联系统中全部子系统发生故障，系统才出现故

14、障 R1=R2=0.9， R并0.99 R1=R2=0.99，R并0.9999 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 21 (1)可靠性指标 平均无故障工作时间MTBF(*)(mean time between failures) MTBF指设备在相邻两次故障的间隔内正常工作的平均时间 平均故障修复时间MTTR(mean time to repair ) MTTR指设备出现故障以后经过维修恢复并重新投入运行所需要的平均时间 控制仪表和计算机控制装置 上页下页目 录 22 (2)提高可靠性的主要措施 选用高性能的控制设备，保证在恶劣的工业环境下，仍能正常运行。选用高性能的控制设备，保证在恶劣

15、的工业环境下，仍能正常运行。 设计可靠的控制方案，提供各种安全保护措施，如报警、故障诊断和处理等设计可靠的控制方案，提供各种安全保护措施，如报警、故障诊断和处理等 。 采用分散控制思想。采用分散控制思想。 增加后备手操或后备仪表控制系统，一旦系统出现故障，可以把后备装置切换到控增加后备手操或后备仪表控制系统，一旦系统出现故障，可以把后备装置切换到控 制回路中去，保证生产过程的正常运行。制回路中去，保证生产过程的正常运行。 对于可靠性要求更高的特殊控制对象可以设计冗余系统。对于可靠性要求更高的特殊控制对象可以设计冗余系统。 采用安全可靠的屏蔽、隔离、接地等抗干扰技术。采用安全可靠的屏蔽、隔离、接地等抗干扰技术。 另外，系统可靠性不仅取决于计算机硬件指标，同样也与应用软件直接相关另外，系统可靠性不仅取决于计算机硬件指标，同样也与应用软件直接相关 。软件可靠性要求应用软件的结构合理、稳定性好、抗干扰能力强，具。软件