集散控制系统原理及应用1.pdf

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1、第1章计算机控制系统概述1.1计算机控制系统的组成1.1.1基本概念计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机)来实现工业过程自动控制的系统。计算机控制系统需要有模/数（A/D）转换器和数/模（D/A）转换器这两个环节，控制系统结构框图如图1.1所示。计算机设定值被控变量控制器D/A执行机构被控对象-A/D图1.1计算机闭环控制系统结构图计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集对测量变送装置输出的信号经A/D转换后进行处理。(2)实时控制决策对被控变量的测量值进行分析、运算和

2、处理，并按预定的控制规律进行运算。(3)实时控制输出实时地输出运算后的控制信号，经D/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上。1.1.2硬件系统工业控制机它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象，测量变送、执行机构、电气开关等装置。计算机控制系统的组成如图1.2所示。过程输入接口生产外部存储器计算机过程过程输出接口人机接口图1.2计算机控制系统的组成框图工业控制机硬件：硬件是指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入、输出接口、人机接口、外部存储器等。1.1.

3、3软件系统软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和，通常包括系统软件和应用软件。系统软件一般由计算机厂家提供，是专门用来使用和管理计算机的程序，包括操作系统、监控管理程序、语言处理程序和故障诊断程序等。-2-应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。在计算机控制系统中，每个被控对象或控制任务都有相应的控制程序，以满足相应的控制要求。1.2计算机控制系统的应用类型计算机控制系统主要可分为六种类型：数据采集系统、直接数字控制系统、计算机监督控制系统、分级控制系统、集散型控制系统及现场总线控制系统。1.2

4、.1数据采集系统在数据采集系统中，计算机只承担数据的采集和处理工作，而不直接参与控制。数据采集系统对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录以及变量的超限报警，同时对这制表显示报警计算机过程输入通道人工控制或控制装置检测检测生产过程图1.3计算机数据处理系统些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考，如图1.3所示。模拟量输入微显示生型产数字量输入打印计过算程模拟量输出磁盘机数字量输出操作台图1.4直接数字控制系统结构图1.2.2直接数字控制系统直接数字控制（DirectDigit

5、alControl，DDC）系统的构成如图1.4所示。计算机通过过程输入通道对控制对象的变量作巡回检测，根据测得的变量，按照一定的控制规律进行运算，计算机运算的结果经过过程输出通道，作用到控制对象，使被控变量符合要求的性能指标。由于DDC系统中的计算机直接承担控制任务，所以要求实时性好、可靠性高和适应性强。1.2.3计算机监督控制系统-3-测量DDC设定SCC工业生级计级……数据产控制算机计过算显示打测量程机印记录图1.5监督计算机控制系统图监督计算机控制(SupervisoryComputerControl

6、，SCC)系统，简称SCC系统，系统结构如图l.5所示。SCC系统是一种两级微型计算机控制系统，其中DDC级微机完成生产过程的直接数字控制；SCC级微机则根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给DDC级执行。1.2.4分级控制系统分级计算机控制系统的特点是将控制功能分散，用多台计算机分别完成不同的控制功能，管理则采用集中管理。图1.6所示的分级计算机控制系统是一个四级系统。管理指令到主管部门的数据显示销售定货等数据企业级经营管理计算机经济动向及数据到其他工厂的生来自其他工厂

7、的产运输指令工厂级集中监督计算机生产和库存数据车间级监督计算机车间级监督计算机…………装置级计算机装置级计算机测量测量……………………输入通道输出通道输入通道输出通道……………………生产过程生产过程图1.6计算机数据处理系统(1)装置控制级(DDC级)(2)车间监督级(SCC级)(3)工厂集中控制级(4)企业管理级1.2.5集散控制系统其结构如图1.7所示。-4-监控计算机操作站通信系统数据采集站控制站生产过程图1.7集散控制系统结构图集散控制系统是一种典型的分级分布式控制结构。监控计算机通过协调各控制站的工

8、作，达到过程的动态最优化。控制站则完成过程的现场控制任务。操作台是人机接口装置，完成操作、显示和监视任务。数据采集站用来采集非控制过程信息。1.2.6现场总线控制系统现场总线控制系统(FieldbusControlSystem，FCS)，是新一代分布式控制结构，如图l.8所示。国际标准统一后，它可实现真正的开放式互连体系结构。现场总线是连接工业现场仪表和控制装置之间的全数字化、双向、多站点的串行通信