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1、化学工业出版社化学工业出版社 化工仪表及自动化化工仪表及自动化第九章第九章 计算机控制系统计算机控制系统 化学工业出版社化学工业出版社 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1化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要n现场总线控制系统现场总线控制系统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
2、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n网络控制系统网络控制系统n概述概述n网络控制系统的分类网络控制系统的分类2化学工业出版社化学工业出版社 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9-1 计算机控制系统原理框图计算机控制的工作过程的三个步骤三个步骤三个步骤三个步骤：数据采集、控制决策、与控制输出。数据采集、控制决策、与控制输出。数据采集、控制决策、与控制输出。数据采集、控制决策、与控制输出。化学工业出版社化学工
3、业出版社 第一节第一节 概述概述4图9-2 计算机控制系统组成框图化学工业出版社化学工业出版社 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。 化学工业出版社化学工业出版社 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
4、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。 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述n三、计算机控制系统的发展过程三、计算机控制系统的发展过程71.1.直接数字控制直接数字控制直接数字控制直接数字控制 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
5、。 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述8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。 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述92.2.2.2.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9-3 集中型计算机控制系统原理图化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述103.3.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
6、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 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 概述概述114.4.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。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统n一、集散控制系统的特点一、集散控制系统的特点12 控制功能丰
7、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 系统可靠性高 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统n二、集散控制系统的基本组成二、集散控制系统的基本组成13图9-4 集散控制系统基本构成图图9-5 CENTUM-CS系统外观图化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统14图9-6 集散型控制系统的体系结构 操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散系统各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制的关键。 小结小结小结小结化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散
8、控制系统集散控制系统n三、三、CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统151.1.1.1.CENTUM-CSCENTUM-CS系统的构成系统的构成系统的构成系统的构成图9-7 CENTUM-CS系统构成化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统162. 2. 基本操作方法基本操作方法基本操作方法基本操作方法（1 1 1 1）画面的调出）画面的调出）画面的调出）画面的调出 操作站的画面有三大类：操作画面、应用画面和组态画面。调出的方法调出的方法调出的方法调出的方法 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。 化学工
9、业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统17画面类别画面类别画面类别画面类别画面名称画面名称画面名称画面名称画面类别画面类别画面类别画面类别画面名称画面名称画面名称画面名称综观画面综观画面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操作指导信操作指导信息画面息画面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9-1 CENTUMCS系统10种监视画面名称注： 表示页面号化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统18（
10、2 2 2 2）参数及控制方式的调整）参数及控制方式的调整）参数及控制方式的调整）参数及控制方式的调整 控制方式的调整 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9-8 控制方式更改确认窗口化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统19 改变阀位输出值（MV）仅在手动方式时能操作。 改变设定值（SV）在自动方式下操作同； 数据录入a.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。b.按压DATA更改后的数字。c.输入错误
11、可用BS键进行修改。d.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。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统203.3.3.3.显示画面及操作显示画面及操作显示画面及操作显示画面及操作 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，它们分别是综综观观画画面面、分分组组画画面面、调调整整画画面面、报报警警画画面面、操操作作指指导导信信息息画画面面、流程图画面流程图画面、趋势画面趋势画面、用户屏幕用户屏幕及信息屏幕信息屏幕。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统（1 1 1
12、1）仪表图）仪表图）仪表图）仪表图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。 21化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统22图9-9 主要的仪表图（一）化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统23图9-9 主要的仪表图（二）化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统24（2 2）综观显示画面）综观显示画面）综观显示画面）综观显示画面作用作用 把反馈控制系统、
13、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。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统25图9-10 综观显示画面化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统26（3 3 3 3）分组显示画面）分组显示画面）分组显示画面）分组显示画面图9-11 分组显示画面化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统27（4 4 4 4）调整画面）调整画面）调整画面）调整画面主主主主要要要要显显显显示示示示 一
14、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。主主主主要要要要内内内内容容容容 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。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统28图9-12 调整画面化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统29（5 5 5 5）趋势组画面）趋势组画面）趋势组画面）趋势组画面根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类：根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类：根据采集方式、记录周期和采样周期的不同分类：根据采集方式、记录周期和采样
15、周期的不同分类： 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。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统30图9-13 趋势组画面化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统31（6 6 6 6）趋势点画面）趋势点画面）趋势点画面）趋势点画面 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总体体趋趋势势图图和放大的详细趋势图详细
16、趋势图。 趋势点画面与趋势组画面相似。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统32（7 7 7 7）流程图画面）流程图画面）流程图画面）流程图画面 流流程程图图画画面面可以用图形、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。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统33图9-14 显示画面格式化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统34（8 8 8 8）报警概要画面）报警概要画面）报警概要画面）报警概要画面 报报
17、警警画画面面按报警发生的顺序，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。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 集散控制系统集散控制系统35图9-15 报警概要画面化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统n一、现场总线控制系统的特点一、现场总线控制系统的特点361.1.1.1.现场总线控制系统的结构特点现场总线控制系统的结构特点现场总线控制系统的结构特点现场总线控制系统的结构特点图9-16 传统计算机控制系统结构示意图传统计算机控制系统的缺点传统计算机控制
18、系统的缺点传统计算机控制系统的缺点传统计算机控制系统的缺点 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。 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统37 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。 现场总线采用数字信号传输取代模拟信号传输。现场总线允许在一条通信线上挂多个现场设备，而不需要AD、DA等IO组件， 化学工业出版社化学
19、工业出版社 第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统382.2.2.2.现场总线控制系统的技术特点现场总线控制系统的技术特点现场总线控制系统的技术特点现场总线控制系统的技术特点图9-17 现场总线控制系统结构示意图 全数字化通信 开放型的互联网络 互操作性与互用性 系统的全分散式 现场设备的智能化 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 现场总线控制系统现场总线控制系统393.3.3.3.现场总线控制系统的优点现场总线控制系统的优点现场总线控制系统的优点现场总线控制系统的优点 节省硬件数量和投资 节省安装费用 节省维护费用 用户具有高度的系统集成主动权 提高系统的准确性与可靠性 对现
20、场环境的适应性 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 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40图9-18 IEC61158采用的8种类型 IECIEC标标准准的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。 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 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411. 1. HART 总线系统总线系统2. 2. Profibus 总线系统总线系统3. 3. FF 总线系统总线系统4. 4. CAN
21、 总线系统总线系统5. 5. Lon Works 总线系统总线系统 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 网络控制系统网络控制系统n一、概述一、概述 网络控制系统(NCS ,Networked Control systems)，又称为网络化的控制系统，即在网络环境下实现的控制系统。42化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 网络控制系统网络控制系统图图9-19 9-19 网络控制系统示意图网络控制系统示意图43化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 网络控制系统网络控制系统网络控制系统的特定网络控制系统的特定（1）控制系统网络化（2）信息传输的数字化（3）控制结构的层次化（4）底
22、层控制的分散化和信息管理的集中化（5）硬件和软件模块化（6）控制系统的智能化（7）通讯协议的渐进标准化44化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 网络控制系统网络控制系统图图9-20 EPA9-20 EPA网络控制系统模型网络控制系统模型45化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 网络控制系统网络控制系统图图9-21 9-21 嵌入式以太网网络控制系统结构嵌入式以太网网络控制系统结构46化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 网络控制系统网络控制系统n二、网络控制系统的分类二、网络控制系统的分类1.基于以太网的网络控制系统2.EPA实时以太网网络控制系统3.嵌入式以太网网络控制系统4.基于Web和Internet的网络控制系统47化学工业出版社化学工业出版社 48化学工业出版社化学工业出版社 5050 以上有不当之处，请大家给与批评指正，以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！谢谢大家！
