第七課控制系統(tǒng)及DCS

1、復雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng) 選擇控制系統(tǒng) 三沖量控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)投用工藝人員儀表人員1、現(xiàn)場儀表、閥門校驗2、控制器正反作用檢查3、控制閥氣開、氣關(guān)檢查4、。1、閥門動作方向2、參數(shù)設(shè)定3、控制器手/自動切換4、. 通過這套串級控制系統(tǒng)，能夠在塔釜溫度穩(wěn)定不變時，蒸汽流量能保持恒定值，而當溫度在外來干擾作用下偏離給定值時，又要求蒸汽流量能作相應(yīng)的變化，以使能量的需要與供給之間得到平衡，從而保持釜溫在要求的數(shù)值上。精餾塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)1精餾塔；2再沸器串級控制系統(tǒng) 在上例中，選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽量）本身。這樣，當干擾

2、來自蒸汽壓力或流量的波動時，副回路能及時加以克服，以大大減少這種干擾對主變量的影響，使塔釜溫度的控制質(zhì)量得以提高。串級控制系統(tǒng)典型方塊圖串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路。主回路是個定值控制系統(tǒng), 副回路是個隨動系統(tǒng)。 在串級控制系統(tǒng)中,主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運行情況的主要工藝參數(shù)。副變量的引入往往是為了提高主變量的控制質(zhì)量,它是基于主,副變量之間具有一定的內(nèi)在關(guān)系而工作的。 在串級控制系統(tǒng)中，由于引入一個閉合的副回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服過程。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點；主回路具有后調(diào)、細調(diào)、慢調(diào)的特點，并對于副回

3、路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此，在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。 分程控制就是由一只調(diào)節(jié)器的輸出信號控制兩只或更多只控制閥,每只控制閥在控制器輸出信號的某段范圍內(nèi)工作。 分程控制示意框圖分程控制系統(tǒng) 從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看,分程控制屬于單回路的定值控制系統(tǒng),其控制過程與簡單控制系統(tǒng)一樣。圖13-20 熱交換器溫度分程控制 采用熱水與蒸汽兩種不同物料作為調(diào)節(jié)介質(zhì),在一般控制系統(tǒng)中難于實現(xiàn),但在分程控制系統(tǒng)中,不僅充分利用了熱水,而且節(jié)省了蒸汽。分程控制系統(tǒng)應(yīng)用場合 有時生產(chǎn)過程負荷變化很大,要求有較大范圍的流量變化。若用一

4、個控制閥,由于控制閥的可調(diào)范圍R是有限的,當最大流量和最小流量相差太懸殊時,就會降低控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量, 這時可采用分程控制系統(tǒng)。 閥門動作示意圖 分程控制2.用來保證在不同負荷下的正?？刂萍⑿涂刂葡到y(tǒng)（DCS）計算機控制系統(tǒng)的定義 計算機控制是關(guān)于計算機技術(shù)如何應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的一門綜合性學問。 計算機控制系統(tǒng)是融計算機技術(shù)與工業(yè)過程控制于一體的綜合性技術(shù)，它是在常規(guī)儀表控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展 1965 1965 年以前是試驗階段。年以前是試驗階段。 1946年第一臺數(shù)字計算機問世； 1959 年，美國Texaco（德士古）公司的煉油廠

5、安裝了第一個計算機閉環(huán)控制系統(tǒng) ； 1960 年，美國Monsanto (孟山都）公司的氨廠實現(xiàn)了第一個計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)。 1962 年，美國Monsanto (孟山都） 公司的乙烯廠實現(xiàn)了第一個直接數(shù)字計算機控制系統(tǒng)。特點特點：1、采用電子管，運算速度慢； 2、價格貴，體積大、可靠性差 。計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展1965 1965 年到年到1969 1969 年是實用階段。年是實用階段。 半導體技術(shù)與集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了專用于工業(yè)過程控制的高性能價格比的小型計算機。 特點： 1、硬件可靠性不夠高； 2、且所有的監(jiān)視和控制任務(wù)都由一臺計算機來完成，故使得危險也集中化；

6、2、常常要另外設(shè)置一套備用的模擬式控制系統(tǒng)或備用計算機。3、系統(tǒng)的投資過高。 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展 1970 年以后計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸走向成熟階段。 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，1972 年生產(chǎn)出運算速度快、可靠性高、價格便宜和體積很小的微型計算機，從而開創(chuàng)了計算機控制技術(shù)的新時代，即從傳統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)革新為集散控制系統(tǒng)(DCS)。 1975 年美國Honeywell公司的推出世界上第一套真正意義的集散型控制系統(tǒng)TDC-2000 系統(tǒng)。 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展 20 世紀80 年代，計算機向著超小型化、控制智能化方向發(fā)展； 20 世紀80 年代末

7、出現(xiàn)將控制、管理和經(jīng)營融為一體的新型集散控制系統(tǒng) ； 當代現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS) 。硬件（軀體）1、主機；2、常規(guī)外部設(shè)備；3、過程輸入/輸出設(shè)備；4、操作臺和通信設(shè)備. 軟件（靈魂）1、系統(tǒng)軟件；2、應(yīng)用軟件計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)的硬件組成計算機控制系統(tǒng)的分類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制最早、也是最基本的一種類型。代替大量的常規(guī)顯示、記錄和報警儀表，對整個生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視。 操作指導控制系統(tǒng) 操作指導控制系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)系統(tǒng) ；計算機根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進行最優(yōu)化計算，計算出的最優(yōu)操作條件，并不直接輸出控制生產(chǎn)過程，而是顯示或打印出

8、來，操作人員據(jù)此去改變各個控制器的給定值或操作執(zhí)行器直接數(shù)字控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制。完全取代了多個模擬調(diào)節(jié)器，控制方案上，不改變硬件只通過改變程序就能有效地實現(xiàn)各種各樣的復雜控制。因此，DDC 系統(tǒng)是計算機在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用方式。 計算機監(jiān)督控制系統(tǒng) 計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)是操作指導系統(tǒng)（SCC)與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)或DDC 系統(tǒng)綜合而成的兩級系統(tǒng). 集散型控制系統(tǒng)（DCS) 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，信息量的增多，控制和管理的關(guān)系日趨密切。對于大型企業(yè)生產(chǎn)的控制和管理，不可能只用一臺計算機來完成。于是，人們研制出以多臺微型計算機為基礎(chǔ)的分散控制系統(tǒng)(Distribut

9、ed Control System，DCS)。DCS 采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則，自下而上可以分為若干級，如過程控制級、控制管理級、生產(chǎn)管理級和經(jīng)營管理級等。DCS 又稱分布式或集散式控制系統(tǒng)。什么是DCS DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫(Distributed Control System)，在國內(nèi)自控領(lǐng)域又稱為集散控制系統(tǒng)。 DCS是計算機技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物，是目前最先進、最合理的過程控制系統(tǒng)，可以適應(yīng)各種過程控制的要求。它的過程控制點分散，系統(tǒng)具有很高的可靠性。它通過集中的操作和監(jiān)控，DCS具有方便的操作和維護性能。DCS具有標準

10、的接口，對外連接更加方便簡捷。 因此，DCS的主要特點歸結(jié)為一句話就是“分散控制，集中管理”。 集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System, DCS ),是計算機控制系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)形式。危險分散管理集中集散型控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)發(fā)展歷程第一代DCS(初創(chuàng)期)，1975年Honeywell公司TDC2000系統(tǒng) 第二代DCS(成熟期) ，1980年Honeywell公司TDGC3000，特點引入了局域網(wǎng)(LAN)作為系統(tǒng)骨干 第三代DCS(擴展期) ，1987年Honeywell 公司的TDC-3000/UCN、Yokogawa公司的Centum-CS1000系列 ，特點增

11、加了上層網(wǎng)絡(luò) 新一代DCS，現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟與應(yīng)用 人機接口通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場控制站DCS基本結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)基本構(gòu)成圖控制技術(shù)計算機技術(shù)通信技術(shù)圖形顯示技術(shù)DCS系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)監(jiān)視操作方便控制功能豐富系統(tǒng)擴展靈活安裝維護方便系統(tǒng)可靠性高信息數(shù)據(jù)共享DCS系統(tǒng)的特點人機接口通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場控制站DCS基本結(jié)構(gòu)通信模塊處理器模塊輸入輸出模塊電源模塊控制站軟件+現(xiàn)場控制站的構(gòu)成現(xiàn)場控制站 控制器是DCS的核心部件，它相當于一臺PC機！ 控制器中安裝有操作系統(tǒng)，功能塊組態(tài)軟件和通訊軟件。 組態(tài)按照工藝要求，把功能塊連接起來形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因為E2PROM可以擦寫，組態(tài)要隨工藝改變

12、而改變。 為了系統(tǒng)安全運行，閉環(huán)控制器一定是冗余運行的，一用一備，并且是熱備。為了使冗余成功，應(yīng)注意以下幾點：兩個控制器的硬件、軟件版本必需一致；檢查發(fā)送-接收的芯片是否完好；冗余的芯片是否完好。兩個模件的設(shè)定是否一樣、還要檢查有沒有帶手操站等。操作員站工程師站人機接口站人機接口站操作員站的功能操作功能監(jiān)視功能u 手、自動、串級切換；u 給點值修改；u PID參數(shù)的調(diào)整；u PID參數(shù)的調(diào)整；u 調(diào)節(jié)閥閥位的改變；u 機泵啟停；u 報警、聯(lián)鎖確認；u 流程圖畫面u 總貌畫面u 報警畫面u 趨勢畫面u報表數(shù)據(jù)處理報表打印 系統(tǒng)生成控制策略實現(xiàn) 系統(tǒng)管理工程師站的功能工程師站的功能組態(tài)軟件 控制層軟件 監(jiān)控軟件DC