DCS及現(xiàn)場總線技術(shù)第1章解析課件

1DCS及現(xiàn)場總線DCS——DistributedControlSystemFCS——FieldbusControlSystem*1DCS及現(xiàn)場總線DCS——DistributedCon21.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本概念1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1.3集散控制系統(tǒng)基本概念1.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)總體概念1.5DCS、FCS及PLC的差異21.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本概念計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類3第1節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概述3第1節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一下輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)*5常規(guī)控制系統(tǒng)的工作原理控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象測量變送器設(shè)定值reu被調(diào)參數(shù)y圖a

單回路常規(guī)控制系統(tǒng)示意圖ym2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號特點(diǎn)*5常規(guī)控制系統(tǒng)的工作原理控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象測量變送器設(shè)*6計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理u計(jì)算機(jī)保持器廣義對象測量變送器e(kT)u(kT)被調(diào)參數(shù)y圖b

單回路計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)示意圖ym采樣器A/DD/A計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)定值r*6計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理u計(jì)算機(jī)保持器廣義對象測量變送器*7信號特點(diǎn)1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號形式連續(xù)模擬信號:時(shí)間與幅值上均連續(xù)，如y(t)、u(t)離散模擬信號:時(shí)間是離散的，幅值上連續(xù)，如y*(t)、u*(t)離散數(shù)字信號:時(shí)間離散的，幅值為數(shù)字量，如y(kT)、u(kT)采樣器

A/D計(jì)算機(jī)

A/D保持器y(t)y*(t)

y(kT)

u(kT)

u*(kT)

u(t)*7信號特點(diǎn)1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號形式采樣器A/D計(jì)算機(jī)*8信號特點(diǎn)2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣過程y(t)t采樣器y(t)y*(t)y*(t)2T4Ttτ原始過程信號信號通過采樣器采樣后的信號過程信號采樣過程示意圖*8信號特點(diǎn)2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣過程y(t)t采樣器y(信號特點(diǎn)3

信號的保持目的：將離散采樣信號恢復(fù)為被控對象能夠感知的連續(xù)模擬信號方法：采用保持器——由現(xiàn)在或過去時(shí)刻的采樣值,用某種函數(shù)去逼近2個(gè)采樣時(shí)刻間的原信號常用的保持器：零階、一階9信號特點(diǎn)3信號的保持9*10信號特點(diǎn)4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣的合理性采樣器接通時(shí)間τ遠(yuǎn)小于采樣周期T采樣信號y*(t)復(fù)現(xiàn)原信號在采樣瞬間的值y(t)A/D轉(zhuǎn)換后，y*(t)y(kT),k=1，2，……當(dāng)滿足上述條件時(shí)，y*(t)與y(kT)只相差量化誤差*10信號特點(diǎn)4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣的合理性信號特點(diǎn)5

零階保持器恢復(fù)信號的示意圖

6T

4T

2Tt

y采樣信號y(kT)原信號y(t)恢復(fù)信號yh(t)零階保持器算式y(tǒng)h(kT+t)=y(kT)0≤t＜T,k=0,±1,±2,…由于它只是簡單地外推，故只有當(dāng)T足夠小時(shí)，零階保持器才能較好地恢復(fù)原信號。11信號特點(diǎn)5零階保持器恢復(fù)信號的示意圖6T4*12顯然：要改變控制策略及算法，只要改變計(jì)算機(jī)的程序就可以（軟）實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。*12顯然：要改變控制策略及算法，只要改變計(jì)算機(jī)的程序就可以計(jì)算機(jī)控制與傳統(tǒng)的繼電控制比較，具有很大的優(yōu)勢：1、改變控制策略及算法時(shí)，只要改變計(jì)算機(jī)程序，就可以進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。2、精度高、速度快、存儲(chǔ)容量大和有邏輯判斷功能等。3、可實(shí)現(xiàn)高級復(fù)雜的控制策略。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使整個(gè)人類社會(huì)發(fā)生了巨大的變化，自然影響了工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管理。越來越多的的企業(yè)利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將過程控制和生產(chǎn)管理有機(jī)的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的全面自動(dòng)化管理。13計(jì)算機(jī)控制與傳統(tǒng)的繼電控制比較，具有很大的優(yōu)勢：計(jì)算機(jī)技*14計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作過程(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:檢測被控量的瞬時(shí)值，將采樣結(jié)果輸?shù)接?jì)算機(jī)中。(2)實(shí)時(shí)決策:給定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行控制運(yùn)算——實(shí)時(shí)決策。(3)實(shí)時(shí)控制:將實(shí)時(shí)決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號適時(shí)地送給執(zhí)行裝置——實(shí)現(xiàn)過程控制。(4)信息管理:隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應(yīng)用。*14計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作過程(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:檢測被控量的*15上述測、算、控、管的過程不斷重復(fù)，使系統(tǒng)按一定的動(dòng)態(tài)(過渡過程)指標(biāo)進(jìn)行工作。并同時(shí)可對被控制量和設(shè)備本身所出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)督并迅速做出處理——計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最基本的功能。實(shí)時(shí)控制——指信號的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間(采樣\控制間隔)內(nèi)完成。分時(shí)控制——因計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理速度遠(yuǎn)高控制回路的速度要求，故可使計(jì)算機(jī)依次的完成多個(gè)通道（回路）的實(shí)時(shí)控制。*15上述測、算、控、管的過程不斷重復(fù)，使系統(tǒng)按一定的動(dòng)態(tài)(*163、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及作用計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備——指微機(jī)本身及其外圍設(shè)備，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；計(jì)算機(jī)控制軟件——指管理計(jì)算機(jī)的程序以及過程控制的應(yīng)用程序，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的靈魂；計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)——指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和控制單元之間的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，是進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交換的通道。*163、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及作用計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備——指微機(jī)*17

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成作用軟件部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

硬件部分控制計(jì)算機(jī)主機(jī)、外設(shè)、系統(tǒng)總線生產(chǎn)過程輸入輸出通道人—機(jī)聯(lián)系設(shè)備、通信設(shè)備

現(xiàn)場儀表（測量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）

操作系統(tǒng)匯編或高級語言、過程控制語言通信網(wǎng)絡(luò)軟件、診斷程序等

系統(tǒng)軟件

應(yīng)用軟件

過程輸入/輸出程序、過程控制程序人機(jī)接口程序、打印顯示程序各種公共子程序歷史數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成示意圖*17計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成作用軟件部分計(jì)算機(jī)控*18計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各部分功能

——由主機(jī)、接口電路及外圍設(shè)備組成。不同的系統(tǒng)，所需硬件也不同，一般可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要進(jìn)行擴(kuò)展。具有各種功能的插件板或功能模塊，可用標(biāo)準(zhǔn)總線連接起來，如PC總線構(gòu)成的各種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC、DCS等。

1.硬件*18計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各部分功能——由主機(jī)、接口電路*19由CPU和存儲(chǔ)器構(gòu)成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的指揮部。它自動(dòng)地對過程輸入通道發(fā)送來的工業(yè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，按照人們預(yù)先安排的程序，進(jìn)行信息處理、分析和計(jì)算，并作出相應(yīng)的控制決策，通過輸出通道及時(shí)發(fā)出有關(guān)的控制命令。1)計(jì)算機(jī)主機(jī)*19由CPU和存儲(chǔ)器構(gòu)成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的指揮部。1)計(jì)*202)接口與輸入/輸出通道計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置信息的傳遞和交換的連接通道———輸入/輸出通道，(過程通道)過程通道一般可分為模擬量輸入通道（A/D）、模擬量輸出通道(D/A)、開關(guān)量輸入通道和開關(guān)量輸出通道等。

過程通道是不能直接由主機(jī)控制的，必須由“接口”來傳送相應(yīng)的信息和命令。*202)接口與輸入/輸出通道計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置信息*213)通用外圍設(shè)備通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能而設(shè)置的，通用外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模和要求來配置。*213)通用外圍設(shè)備通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能*224)檢測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)工業(yè)過程參數(shù)一般是非電物理量，必須經(jīng)過傳感器變換為等效的電信號。因此，檢測元件精度的高低直接影響微機(jī)控制系統(tǒng)的精度。為了控制生產(chǎn)過程，還需要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)等形式。另有動(dòng)力電機(jī)和控制電機(jī)等。*224)檢測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)工業(yè)過程參數(shù)一般是非電物理量，必須*235)操作臺(tái)操作臺(tái)是人機(jī)對話（接口）的聯(lián)系紐帶。程序員使用該人機(jī)設(shè)備(運(yùn)行操作臺(tái))來輸入、修改和檢查程序。生產(chǎn)過程的操作人員必須了解控制臺(tái)的使用細(xì)節(jié)，否則會(huì)引起嚴(yán)重后果。*235)操作臺(tái)操作臺(tái)是人機(jī)對話（接口）的聯(lián)系紐帶。程序員*24（2）.軟件軟件——各種功能程序的總和——操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、管理程序、控制程序、計(jì)算和自診斷程序等。軟件是微機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作的。軟件質(zhì)量關(guān)系到計(jì)算機(jī)運(yùn)行和控制效果的好壞，及硬件功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。軟件通常分兩類：系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫。

*24（2）.軟件軟件——各種功能程序的總和——操作系統(tǒng)、監(jiān)*25（3）.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的比重越來越大。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為兩大類：對等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Peertopeer；客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)Client/Server。自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)——現(xiàn)場總線技術(shù)*25（3）.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制*26計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)(1)消除模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點(diǎn):漂移問題，參數(shù)整定范圍窄，比例、積分和微分系數(shù)不能單獨(dú)調(diào)整，(2)可在整個(gè)控制范圍內(nèi)實(shí)行多參數(shù)調(diào)節(jié)。(3)當(dāng)信號噪聲大時(shí)，數(shù)字低通濾波器與模擬濾波器相配合，對高頻的脈沖噪聲有較好的濾波效果，特別數(shù)字濾波可抑制甚低頻的周期干擾。

*26計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)(1)消除模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點(diǎn):*27(4)使用靈活，便于實(shí)現(xiàn)特殊的控制規(guī)律，如修改部分程序就能改變調(diào)節(jié)規(guī)律，而無需改變硬件設(shè)備，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以在線改變控制方案。因而可以在不增加硬件設(shè)備的情況下逐步提高控制水平。(5)具有增加控制回路而不會(huì)顯著地增加費(fèi)用的特點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)打印、制表、報(bào)警、顯示等附加功能。*27(4)使用靈活，便于實(shí)現(xiàn)特殊的控制規(guī)律，如修改部分程*28強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是以分時(shí)方式對控制對象進(jìn)行控制的，它以定時(shí)采樣和階段控制來代替常規(guī)調(diào)節(jié)裝置的連續(xù)檢測和連續(xù)控制。

*28強(qiáng)調(diào)*29檢測及變送控制對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)多路開關(guān)接口外部通道變送器接口接口接口接口A/DD/A反多路開關(guān)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出傳感器主機(jī)及操作臺(tái)通用外部設(shè)備顯示終端磁盤驅(qū)動(dòng)器打印機(jī)軟件微型計(jì)算機(jī)生產(chǎn)對象操作臺(tái)實(shí)時(shí)時(shí)鐘基本計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖*29檢測及變送控制對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)多路開關(guān)接口外部通道變送器接*30按照系統(tǒng)的功能分類——計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)工業(yè)過程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（流程CIMS）第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類

*30按照系統(tǒng)的功能分類——計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)第二*311、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)

——主要對過程參數(shù)進(jìn)行定時(shí)巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理、參數(shù)的越限報(bào)警以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實(shí)時(shí)分析。計(jì)算機(jī)不直接參與生產(chǎn)過程的控制。代替大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DataAcquisitionSystem，DAS）*311、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DataAcq*32

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

……數(shù)

字計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報(bào)警過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)

人……*32數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖……數(shù)字計(jì)算*33

DDC系統(tǒng)中用一臺(tái)微機(jī)對多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進(jìn)行控制運(yùn)算，并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。DDC系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)不僅完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)多回路的PID調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通過改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControl)*33DDC系統(tǒng)中用一臺(tái)微機(jī)對多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，*34圖DDC系統(tǒng)框圖直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報(bào)警操作臺(tái)過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程過程輸出通道

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)…………*34圖DDC系統(tǒng)框圖直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)CR*353、微機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SupervisoryComputerControl）兩級控制第1級用DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器，完成直接控制；第2級用SCC計(jì)算機(jī)根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)——即按照一定算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，自動(dòng)地改變DDC系統(tǒng)的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況(最低消耗、最低成本、最高產(chǎn)量等)。又稱給定值控制SPC(SetPointComputerControl)。SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，同時(shí)還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。*353、微機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SupervisoryCom*36監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC)CRT打印機(jī)報(bào)警DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器輸入通道

輸出通道被控生產(chǎn)過程操作臺(tái)輸入通道*36監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC)CRT打*374.集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）

監(jiān)控計(jì)算機(jī)CRT操作站現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站

被控對象被控對象……….…高速數(shù)據(jù)通道….….集散控制系統(tǒng)（DCS）組成框圖DCS采用分散控制和集中管理的控制理念與網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)，靈活地將控制設(shè)備、服務(wù)器、基礎(chǔ)自動(dòng)化單元等聯(lián)系在一起。按功能分散、危險(xiǎn)分散、管理集中和應(yīng)用靈活等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有高可靠性能，便于維修與更新。*374.集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）監(jiān)控計(jì)算機(jī)CR*38它以系統(tǒng)最優(yōu)化為目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)為核心并與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、控制技術(shù)、顯示技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、I/O接口等技術(shù)相結(jié)合——用于過程控制和生產(chǎn)管理的工控主流控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)*38它以系統(tǒng)最優(yōu)化為目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)為核心并與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、*39*39*405、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場總線——連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。FCS的基本結(jié)構(gòu)*405、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場總線——連接智能現(xiàn)*41*41*42FCS用現(xiàn)場總線把具有輸入、輸出、運(yùn)算、控制和通信功能的現(xiàn)場總線數(shù)字儀表（如傳感器、變送器、執(zhí)行器）等集成一體，構(gòu)成現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的信息集成。

ASASEthernet,TCP/IP監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示操作站現(xiàn)場總線網(wǎng)間連接器H2或高速Ethernet

現(xiàn)場總線橋低速現(xiàn)場總線(H1)小型PLC過程控制生產(chǎn)制造裝置級網(wǎng)絡(luò)*42FCS用現(xiàn)場總線把具有輸入、輸出、運(yùn)算、控制和通信功能*436、流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystems）——流程CIMS

通過計(jì)算機(jī)硬、軟件的綜合運(yùn)用，利用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)過程中的人員、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息與物流有機(jī)集成，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜大系統(tǒng)。

CIＭS代表了當(dāng)今工廠綜合自動(dòng)化的最高水平，被譽(yù)為是未來的工廠。*436、流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)*44

流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

經(jīng)營決策企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度過程優(yōu)化過程控制第五層：企業(yè)決策，生產(chǎn)規(guī)劃第四層：供銷,財(cái)務(wù),計(jì)劃,管理等第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)優(yōu)化第二層：先進(jìn)控制，過程優(yōu)化第一層：單元自動(dòng)化,簡單控制生產(chǎn)過程

流程CIMS的遞階控制示意圖*44流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)經(jīng)營決策企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度*45*45*46流程CIMS是工程大系統(tǒng)，它所要解決的不是局部優(yōu)化問題，而是工廠、公司乃至一個(gè)區(qū)域的總目標(biāo)或總?cè)蝿?wù)的最優(yōu)化問題。最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)包括產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好、原料和能耗最小、成本最低、可靠性最高、環(huán)境污染最小等指標(biāo)，它反映了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的綜合性要求。流程CIMS的理論基礎(chǔ)是大系統(tǒng)理論。*46流程CIMS是工程大系統(tǒng)，它所要解決的不是局部優(yōu)化問題*47*47*2011-2012（2）482.按照控制規(guī)律對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1)程序控制和順序控制

程序控制是控制被控量按照預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)變化，被控制量是時(shí)間的函數(shù)，如加熱爐的溫度控制。順序控制則可以看作是程序控制的擴(kuò)展，在各個(gè)時(shí)期所給出的設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定值的給出，不僅取決于時(shí)間，還取決于對以前的控制結(jié)果的邏輯判斷。*2011-2012（2）482.按照控制規(guī)律對計(jì)算機(jī)控制*492)PID控制調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分的函數(shù)。PID控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整,因此一直是應(yīng)用最廣、最為成熟的技術(shù)。3)有限拍控制有限拍控制的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時(shí)間最短，要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在盡可能短的時(shí)間里完成調(diào)節(jié)過程。有限拍控制通常在數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用。*492)PID控制*2011-2012（2）504)復(fù)雜規(guī)律的控制控制系統(tǒng)性能指標(biāo)不單是過渡過程的品質(zhì)，而且包括能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指標(biāo)。對于存在隨機(jī)擾動(dòng)、純滯后對象以及多變量耦合的系統(tǒng)，僅用PID控制是難以達(dá)到滿意的性能指標(biāo)的，因此，針對實(shí)際情況采用各種復(fù)雜規(guī)律的控制——串級控制，前饋控制，純滯后補(bǔ)償控制，多變量解耦控制以及最優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制等。*2011-2012（2）504)復(fù)雜規(guī)律的控制控制系*515）智能控制智能控制理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學(xué)科。智能控制理論可以看作是三個(gè)主要理論領(lǐng)域的交叉或匯合:人工智能、運(yùn)籌學(xué)和控制理論。智能控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大系統(tǒng)——綜合的自動(dòng)化系統(tǒng)。模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家系統(tǒng)等均可稱智能控制*515）智能控制智能控制理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前*52第3節(jié)DCS總體概念及特點(diǎn)它是綜合了4C技術(shù)的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)原則及主要特點(diǎn)：危險(xiǎn)、控制分散操作、管理集中分級管理、分而自治集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、功能完備、應(yīng)用靈活、操作方便、運(yùn)行可靠等多方面顯著特點(diǎn)，為計(jì)算機(jī)控制開創(chuàng)了一個(gè)嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，并得到了廣泛的應(yīng)用。*52第3節(jié)DCS總體概念及特點(diǎn)它是綜合了4C技術(shù)的控*53初期DCS產(chǎn)生的基本思路：1）分散控制：分解集中控制——多個(gè)專門的過程分散控制裝置（FCS）2）集中操作：保持操作習(xí)慣——良好的人/機(jī)操作界面(操作站)數(shù)據(jù)通信：建立操作站過程分散控制裝置的數(shù)據(jù)聯(lián)系

*53初期DCS產(chǎn)生的基本思路：*54*54*55*55*56*56*57過程控制實(shí)驗(yàn)室的DCS*57過程控制實(shí)驗(yàn)室的DCS*58

DCS的特點(diǎn)1分級遞階控制:雙向分級、各自分工、相互協(xié)調(diào)縱向：上下可分2-5級（過程控制級、操作管理級等）

橫向：可分多級（根據(jù)控制規(guī)模和控制方案確定）2分散控制:控制分散、人員分散、地域分散、功能分散、設(shè)備分散、操作分散——目的：危險(xiǎn)分散。

設(shè)備的冗余設(shè)置——提高系統(tǒng)的可靠性。3自治和協(xié)調(diào)性——DCS的形成的基礎(chǔ)

系統(tǒng)分散的基礎(chǔ)：被分散的系統(tǒng)是自治的系統(tǒng)。

遞階分級的基礎(chǔ)：被分級的系統(tǒng)是相互協(xié)調(diào)的。廣義的集散內(nèi)涵：控制分散、通訊分散、數(shù)據(jù)庫分散、供電分散、負(fù)荷分散等數(shù)據(jù)及通訊管理集中、控制目標(biāo)集中、顯示操作的集中等*58DCS的特點(diǎn)1分級遞階控制:雙向分級、各自分工、相*59集散控制系統(tǒng)從其本質(zhì)和內(nèi)部機(jī)理上講——

它是以微處理機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；從其外部構(gòu)成方式和應(yīng)用角度上講——

它類似于單元組合式儀表控制系統(tǒng)。因而，系統(tǒng)的組態(tài)及擴(kuò)展都十分容易。*59集散控制系統(tǒng)從其本質(zhì)和內(nèi)部機(jī)理上講——*2011-2012（2）60集散系統(tǒng)在功能上真正實(shí)現(xiàn)了

————

管理集中和控制分散既實(shí)現(xiàn)了操作、管理和監(jiān)視的縱向分級集中，又實(shí)現(xiàn)了控制、危險(xiǎn)的橫向分散，從根本上提高了系統(tǒng)的可靠性。DCS系統(tǒng)是目前公認(rèn)的最理想的工業(yè)控制系統(tǒng)之一，在國內(nèi)外冶金、電力、石油、化工、建筑等工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。*2011-2012（2）60集散系統(tǒng)在功能上真正實(shí)現(xiàn)了

*61DCS的特點(diǎn)——獨(dú)立性協(xié)調(diào)性友好性適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性實(shí)時(shí)性可靠性*61DCS的特點(diǎn)——獨(dú)立性(一）1975-1980（初創(chuàng)期）相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為第一代DCS

①注重控制功能的實(shí)現(xiàn)，在功能上更接近儀表控制系統(tǒng)。

②各廠家的DCS系統(tǒng)均由專有產(chǎn)品構(gòu)成。DCS的發(fā)展階段

Honeywell

TDC-2000

Bailey

Network-90

Foxboro

Spectrum

Leeds&Northrup

MAX-1

日本橫河

CENTUM

Kent公司

P4000

西門子

TelepermM

東芝公司

TOSDIC特點(diǎn)(一）1975-1980（初創(chuàng)期）相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為（二）1980-1985(成熟期)相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為第二代DCS

①引入了局域網(wǎng)作為主干網(wǎng)，開始擺脫儀表控制系統(tǒng)的影響，向計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)靠近，但網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仍各自為政。②在控制功能上：除回路控制外，增加了順序控制、邏輯控制；加強(qiáng)了系統(tǒng)管理站的功能。③在人機(jī)界面方面：圖形用戶界面逐步豐富。

Honeywell

TDC-3000(LCN)

WestingHouse

WDPF

Fisher

PROVOX

Rosemount

RS3

Talor

MOD-300

日本橫河

YEWPACK-MARKⅡ……特點(diǎn)（二）1980-1985(成熟期)相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為（三）1985-90年代(擴(kuò)展期)相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為第三代DCS

Honeywell

TDC-3000(UCN)

WestingHouse

WDPFⅡ

Foxboro

I/ASeries

Bailey

INIF-90

日本橫河

CENTUM-XL/μXL

日立

HIACS……①增加了上層網(wǎng)絡(luò)，將生產(chǎn)的管理功能納入到系統(tǒng)中，形成三級結(jié)構(gòu)：直接控制、監(jiān)督控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化、生產(chǎn)管理。各廠家已普遍采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。除現(xiàn)場控制站專有外，其余已采用了市場采購的商品。②各種DCS的直接控制功能幾乎無差異，相互間的差異主要體現(xiàn)在與不同行業(yè)應(yīng)用密切相關(guān)的控制方法和高層管理功能上。③組態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。特點(diǎn)（三）1985-90年代(擴(kuò)展期)相應(yīng)的產(chǎn)品稱

HoneywellPlantScape、ExperionPKS(過程知識(shí)系統(tǒng)）

FoxboroA2

L&N

MAX-1000、MAX-1000Plus、maxDNA橫河

CS3000-R3（PRM-工廠資源管理系統(tǒng)）

ABB

Freelance2000、IndustrialIT

艾默生

DeltaV

SiemensPCS7RockwellNetLinx和利時(shí)

HOLLiAS

浙大中控

WebfieldECS-100、GCS-200、GCS-1/2

上海新華

XDPF-400

國電智深

EDPF-NT……（四）90’S以后相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為第四代DCS(或新型DCS)特點(diǎn)HoneywellPlantScape*66傳統(tǒng)DCS的局限測量變送和執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍是基于模擬儀表不同廠商的產(chǎn)品互不兼容，互操作性差傳統(tǒng)DCS的編程計(jì)算工具仍顯簡單與上位機(jī)的接口硬件和規(guī)約各不相同*66傳統(tǒng)DCS的局限測量變送和執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍是基于模擬儀表*67集散控制系統(tǒng)的展望(1)操作性能進(jìn)一步提高，操作、管理、組態(tài)、開發(fā)將更加方便，軟件更加豐富。

各種高性能的控制、管理軟件在DCS中得到廣泛應(yīng)用。(2)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一通信規(guī)程，現(xiàn)場總線的規(guī)格化，系統(tǒng)硬件、軟件的標(biāo)準(zhǔn)化，形成開放型的集散系統(tǒng)。

(3)系統(tǒng)規(guī)模向大規(guī)模發(fā)展的同時(shí)也向小系統(tǒng)發(fā)展。集散系統(tǒng)后的新的控制網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)有更廣闊的應(yīng)用前景。

*67集散控制系統(tǒng)的展望(1)操作性能進(jìn)一步提高，操作、管*68第4節(jié)FCS的總體概念1、FCS的基本概念現(xiàn)場總線——安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。

現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4～20mA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸。

——連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。*68第4節(jié)FCS的總體概念1、FCS的基本概念*69現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)：1.現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)用于過程和制造自動(dòng)化現(xiàn)場智能設(shè)備互連的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，通過總線網(wǎng)絡(luò)將控制功能延伸到現(xiàn)場。從而，實(shí)現(xiàn)開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。2．互操作性設(shè)備間具有互可操作性?；タ刹僮餍耘c互用性是指用戶可以根據(jù)自身的需求選擇不同廠家或型號的產(chǎn)品構(gòu)成所需的控制回路，即可自由集成FCS。*69現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)：1.現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)*703．分散功能塊現(xiàn)場設(shè)備是微機(jī)化設(shè)備，既有檢測、變換和補(bǔ)償功能，又有控制和運(yùn)算功能。DCS控制站控制功能被分散給現(xiàn)場儀表，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。從而，廢棄了DCS的I/O單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表，構(gòu)成了虛擬控制站，徹底地實(shí)現(xiàn)了分散控制。4．通信線供電通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上攝取能量,這種方式用于本質(zhì)安全環(huán)境的低功耗現(xiàn)場儀表，體現(xiàn)了對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。*703．分散功能塊*2011-2012（2）715．可組態(tài)性所有廠商的現(xiàn)場儀表引入功能塊概念，統(tǒng)一組態(tài)方法。使得組態(tài)方法非常簡單，不會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備或儀表種類不同帶來組態(tài)方法的不同，從而，給組態(tài)編程帶來了很大方便。6．開放性通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享。7．可控性操作員在控制室即可了解現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表的工作狀況，也能對其參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，還可預(yù)測或?qū)ふ夜收希到y(tǒng)始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)控和可控狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的可靠性、可控性和可維護(hù)性。*2011-2012（2）715．可組態(tài)性*2011-2012（2）722、

FCS的本質(zhì)特征1．FCS的核心是總線協(xié)議2．FCS的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置3．FCS的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化

*2011-2012（2）722、FCS的本質(zhì)特征1．F第5節(jié)DCS、

PLC及FCS之間的差異可編程邏輯控制器（PLC）簡介PLC最初功能PLC的編程PLC的改進(jìn)與發(fā)展采用數(shù)據(jù)高速通道DH增加模擬量信號的處理功能網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成第5節(jié)DCS、PLC及FCS之間的差異可編程邏輯控制器（可編程邏輯控制器的特點(diǎn)：1、從開關(guān)量發(fā)展到順序控制，運(yùn)算處理是從上往下。2、具有邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制等多功能。3、可一臺(tái)為主站，多臺(tái)為從站，構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)；還可以作為DCS系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)?？删幊踢壿嬁刂破鞯奶攸c(diǎn)：DCS與PLC的區(qū)別：PLC擅長于步進(jìn)邏輯控制，DCS擅長復(fù)雜控制。

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)量更大、產(chǎn)品非常豐富，人機(jī)界面完美、通信設(shè)備完備，像大型控制系統(tǒng)集成方向發(fā)展。而另一方面，DCS應(yīng)用系統(tǒng)中已有大量的可編程控制器運(yùn)用。他們之間是相互競爭、相互融化、一起發(fā)展。DCS與PLC的區(qū)別：PLCDCS早期離散連續(xù)PLCDCS現(xiàn)代離散連續(xù)PLCDCS中期離散連續(xù)離散連續(xù)PLC與DCS和FCS形成了三足鼎立之勢！微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性是PLC、DCS未來發(fā)展的主要方向。目前世界上約有200家PLC生產(chǎn)廠家，目前占控制市場份額30％。主要生產(chǎn)廠家有美國的AB公司、莫迪康公司、GE公司、德國的西門子公司、日本的歐姆龍公司、三菱電機(jī)公司。DCS控制站PLC化

而PLC功能DCS化除了成套的DCS外，目前以PLC為基礎(chǔ)構(gòu)成的DCS方案是應(yīng)用最為廣泛的模式！PLCDCS早期離散連續(xù)PLCDCS現(xiàn)代離散連續(xù)PLCDCSDCS與FCS的區(qū)別：FCS的發(fā)展應(yīng)用時(shí)自動(dòng)化領(lǐng)域的一場革命。它結(jié)合了DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制等技術(shù)，具有強(qiáng)大的生命力。

在將來很長一段時(shí)間內(nèi)DCS、PLC及FCS必將共存，會(huì)向智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展。DCS與FCS的區(qū)別：*78習(xí)題計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類，簡述各系統(tǒng)類型的特點(diǎn)。什么是DCS？DCS的基本設(shè)計(jì)思想是什么？DCS主要特點(diǎn)有哪些？現(xiàn)場總線的本質(zhì)特征有哪些？FCS的主要技術(shù)特點(diǎn)有哪些？DCS與FCS的主要區(qū)別是什么?*78習(xí)題計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類，簡述各系統(tǒng)類型的特點(diǎn)。*79謝謝*79謝謝80DCS及現(xiàn)場總線DCS——DistributedControlSystemFCS——FieldbusControlSystem*1DCS及現(xiàn)場總線DCS——DistributedCon811.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本概念1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1.3集散控制系統(tǒng)基本概念1.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)總體概念1.5DCS、FCS及PLC的差異21.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本概念計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類82第1節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概述3第1節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一下輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述83計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)*84常規(guī)控制系統(tǒng)的工作原理控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象測量變送器設(shè)定值reu被調(diào)參數(shù)y圖a

單回路常規(guī)控制系統(tǒng)示意圖ym2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號特點(diǎn)*5常規(guī)控制系統(tǒng)的工作原理控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象測量變送器設(shè)*85計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理u計(jì)算機(jī)保持器廣義對象測量變送器e(kT)u(kT)被調(diào)參數(shù)y圖b

單回路計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)示意圖ym采樣器A/DD/A計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)定值r*6計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理u計(jì)算機(jī)保持器廣義對象測量變送器*86信號特點(diǎn)1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號形式連續(xù)模擬信號:時(shí)間與幅值上均連續(xù)，如y(t)、u(t)離散模擬信號:時(shí)間是離散的，幅值上連續(xù)，如y*(t)、u*(t)離散數(shù)字信號:時(shí)間離散的，幅值為數(shù)字量，如y(kT)、u(kT)采樣器

A/D計(jì)算機(jī)

A/D保持器y(t)y*(t)

y(kT)

u(kT)

u*(kT)

u(t)*7信號特點(diǎn)1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號形式采樣器A/D計(jì)算機(jī)*87信號特點(diǎn)2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣過程y(t)t采樣器y(t)y*(t)y*(t)2T4Ttτ原始過程信號信號通過采樣器采樣后的信號過程信號采樣過程示意圖*8信號特點(diǎn)2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣過程y(t)t采樣器y(信號特點(diǎn)3

信號的保持目的：將離散采樣信號恢復(fù)為被控對象能夠感知的連續(xù)模擬信號方法：采用保持器——由現(xiàn)在或過去時(shí)刻的采樣值,用某種函數(shù)去逼近2個(gè)采樣時(shí)刻間的原信號常用的保持器：零階、一階88信號特點(diǎn)3信號的保持9*89信號特點(diǎn)4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣的合理性采樣器接通時(shí)間τ遠(yuǎn)小于采樣周期T采樣信號y*(t)復(fù)現(xiàn)原信號在采樣瞬間的值y(t)A/D轉(zhuǎn)換后，y*(t)y(kT),k=1，2，……當(dāng)滿足上述條件時(shí)，y*(t)與y(kT)只相差量化誤差*10信號特點(diǎn)4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣的合理性信號特點(diǎn)5

零階保持器恢復(fù)信號的示意圖

6T

4T

2Tt

y采樣信號y(kT)原信號y(t)恢復(fù)信號yh(t)零階保持器算式y(tǒng)h(kT+t)=y(kT)0≤t＜T,k=0,±1,±2,…由于它只是簡單地外推，故只有當(dāng)T足夠小時(shí)，零階保持器才能較好地恢復(fù)原信號。90信號特點(diǎn)5零階保持器恢復(fù)信號的示意圖6T4*91顯然：要改變控制策略及算法，只要改變計(jì)算機(jī)的程序就可以（軟）實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。*12顯然：要改變控制策略及算法，只要改變計(jì)算機(jī)的程序就可以計(jì)算機(jī)控制與傳統(tǒng)的繼電控制比較，具有很大的優(yōu)勢：1、改變控制策略及算法時(shí)，只要改變計(jì)算機(jī)程序，就可以進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。2、精度高、速度快、存儲(chǔ)容量大和有邏輯判斷功能等。3、可實(shí)現(xiàn)高級復(fù)雜的控制策略。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使整個(gè)人類社會(huì)發(fā)生了巨大的變化，自然影響了工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管理。越來越多的的企業(yè)利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將過程控制和生產(chǎn)管理有機(jī)的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的全面自動(dòng)化管理。92計(jì)算機(jī)控制與傳統(tǒng)的繼電控制比較，具有很大的優(yōu)勢：計(jì)算機(jī)技*93計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作過程(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:檢測被控量的瞬時(shí)值，將采樣結(jié)果輸?shù)接?jì)算機(jī)中。(2)實(shí)時(shí)決策:給定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行控制運(yùn)算——實(shí)時(shí)決策。(3)實(shí)時(shí)控制:將實(shí)時(shí)決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號適時(shí)地送給執(zhí)行裝置——實(shí)現(xiàn)過程控制。(4)信息管理:隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應(yīng)用。*14計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作過程(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:檢測被控量的*94上述測、算、控、管的過程不斷重復(fù)，使系統(tǒng)按一定的動(dòng)態(tài)(過渡過程)指標(biāo)進(jìn)行工作。并同時(shí)可對被控制量和設(shè)備本身所出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)督并迅速做出處理——計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最基本的功能。實(shí)時(shí)控制——指信號的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間(采樣\控制間隔)內(nèi)完成。分時(shí)控制——因計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理速度遠(yuǎn)高控制回路的速度要求，故可使計(jì)算機(jī)依次的完成多個(gè)通道（回路）的實(shí)時(shí)控制。*15上述測、算、控、管的過程不斷重復(fù)，使系統(tǒng)按一定的動(dòng)態(tài)(*953、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及作用計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備——指微機(jī)本身及其外圍設(shè)備，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；計(jì)算機(jī)控制軟件——指管理計(jì)算機(jī)的程序以及過程控制的應(yīng)用程序，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的靈魂；計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)——指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和控制單元之間的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，是進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交換的通道。*163、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及作用計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備——指微機(jī)*96

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成作用軟件部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

硬件部分控制計(jì)算機(jī)主機(jī)、外設(shè)、系統(tǒng)總線生產(chǎn)過程輸入輸出通道人—機(jī)聯(lián)系設(shè)備、通信設(shè)備

現(xiàn)場儀表（測量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）

操作系統(tǒng)匯編或高級語言、過程控制語言通信網(wǎng)絡(luò)軟件、診斷程序等

系統(tǒng)軟件

應(yīng)用軟件

過程輸入/輸出程序、過程控制程序人機(jī)接口程序、打印顯示程序各種公共子程序歷史數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成示意圖*17計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成作用軟件部分計(jì)算機(jī)控*97計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各部分功能

——由主機(jī)、接口電路及外圍設(shè)備組成。不同的系統(tǒng)，所需硬件也不同，一般可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要進(jìn)行擴(kuò)展。具有各種功能的插件板或功能模塊，可用標(biāo)準(zhǔn)總線連接起來，如PC總線構(gòu)成的各種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC、DCS等。

1.硬件*18計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各部分功能——由主機(jī)、接口電路*98由CPU和存儲(chǔ)器構(gòu)成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的指揮部。它自動(dòng)地對過程輸入通道發(fā)送來的工業(yè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，按照人們預(yù)先安排的程序，進(jìn)行信息處理、分析和計(jì)算，并作出相應(yīng)的控制決策，通過輸出通道及時(shí)發(fā)出有關(guān)的控制命令。1)計(jì)算機(jī)主機(jī)*19由CPU和存儲(chǔ)器構(gòu)成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的指揮部。1)計(jì)*992)接口與輸入/輸出通道計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置信息的傳遞和交換的連接通道———輸入/輸出通道，(過程通道)過程通道一般可分為模擬量輸入通道（A/D）、模擬量輸出通道(D/A)、開關(guān)量輸入通道和開關(guān)量輸出通道等。

過程通道是不能直接由主機(jī)控制的，必須由“接口”來傳送相應(yīng)的信息和命令。*202)接口與輸入/輸出通道計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置信息*1003)通用外圍設(shè)備通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能而設(shè)置的，通用外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模和要求來配置。*213)通用外圍設(shè)備通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能*1014)檢測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)工業(yè)過程參數(shù)一般是非電物理量，必須經(jīng)過傳感器變換為等效的電信號。因此，檢測元件精度的高低直接影響微機(jī)控制系統(tǒng)的精度。為了控制生產(chǎn)過程，還需要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)等形式。另有動(dòng)力電機(jī)和控制電機(jī)等。*224)檢測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)工業(yè)過程參數(shù)一般是非電物理量，必須*1025)操作臺(tái)操作臺(tái)是人機(jī)對話（接口）的聯(lián)系紐帶。程序員使用該人機(jī)設(shè)備(運(yùn)行操作臺(tái))來輸入、修改和檢查程序。生產(chǎn)過程的操作人員必須了解控制臺(tái)的使用細(xì)節(jié)，否則會(huì)引起嚴(yán)重后果。*235)操作臺(tái)操作臺(tái)是人機(jī)對話（接口）的聯(lián)系紐帶。程序員*103（2）.軟件軟件——各種功能程序的總和——操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、管理程序、控制程序、計(jì)算和自診斷程序等。軟件是微機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作的。軟件質(zhì)量關(guān)系到計(jì)算機(jī)運(yùn)行和控制效果的好壞，及硬件功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。軟件通常分兩類：系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫。

*24（2）.軟件軟件——各種功能程序的總和——操作系統(tǒng)、監(jiān)*104（3）.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的比重越來越大。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為兩大類：對等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Peertopeer；客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)Client/Server。自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)——現(xiàn)場總線技術(shù)*25（3）.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制*105計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)(1)消除模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點(diǎn):漂移問題，參數(shù)整定范圍窄，比例、積分和微分系數(shù)不能單獨(dú)調(diào)整，(2)可在整個(gè)控制范圍內(nèi)實(shí)行多參數(shù)調(diào)節(jié)。(3)當(dāng)信號噪聲大時(shí)，數(shù)字低通濾波器與模擬濾波器相配合，對高頻的脈沖噪聲有較好的濾波效果，特別數(shù)字濾波可抑制甚低頻的周期干擾。

*26計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)(1)消除模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點(diǎn):*106(4)使用靈活，便于實(shí)現(xiàn)特殊的控制規(guī)律，如修改部分程序就能改變調(diào)節(jié)規(guī)律，而無需改變硬件設(shè)備，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以在線改變控制方案。因而可以在不增加硬件設(shè)備的情況下逐步提高控制水平。(5)具有增加控制回路而不會(huì)顯著地增加費(fèi)用的特點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)打印、制表、報(bào)警、顯示等附加功能。*27(4)使用靈活，便于實(shí)現(xiàn)特殊的控制規(guī)律，如修改部分程*107強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是以分時(shí)方式對控制對象進(jìn)行控制的，它以定時(shí)采樣和階段控制來代替常規(guī)調(diào)節(jié)裝置的連續(xù)檢測和連續(xù)控制。

*28強(qiáng)調(diào)*108檢測及變送控制對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)多路開關(guān)接口外部通道變送器接口接口接口接口A/DD/A反多路開關(guān)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出傳感器主機(jī)及操作臺(tái)通用外部設(shè)備顯示終端磁盤驅(qū)動(dòng)器打印機(jī)軟件微型計(jì)算機(jī)生產(chǎn)對象操作臺(tái)實(shí)時(shí)時(shí)鐘基本計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖*29檢測及變送控制對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)多路開關(guān)接口外部通道變送器接*109按照系統(tǒng)的功能分類——計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)工業(yè)過程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（流程CIMS）第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類

*30按照系統(tǒng)的功能分類——計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)第二*1101、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)

——主要對過程參數(shù)進(jìn)行定時(shí)巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理、參數(shù)的越限報(bào)警以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實(shí)時(shí)分析。計(jì)算機(jī)不直接參與生產(chǎn)過程的控制。代替大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DataAcquisitionSystem，DAS）*311、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DataAcq*111

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

……數(shù)

字計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報(bào)警過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)

人……*32數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖……數(shù)字計(jì)算*112

DDC系統(tǒng)中用一臺(tái)微機(jī)對多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進(jìn)行控制運(yùn)算，并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。DDC系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)不僅完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)多回路的PID調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通過改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControl)*33DDC系統(tǒng)中用一臺(tái)微機(jī)對多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，*113圖DDC系統(tǒng)框圖直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)報(bào)警操作臺(tái)過程輸入通道

測量變送

測量變送被控生產(chǎn)過程過程輸出通道

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)…………*34圖DDC系統(tǒng)框圖直接數(shù)字控制(DDC)計(jì)算機(jī)CR*1143、微機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SupervisoryComputerControl）兩級控制第1級用DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器，完成直接控制；第2級用SCC計(jì)算機(jī)根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)——即按照一定算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，自動(dòng)地改變DDC系統(tǒng)的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況(最低消耗、最低成本、最高產(chǎn)量等)。又稱給定值控制SPC(SetPointComputerControl)。SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，同時(shí)還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。*353、微機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SupervisoryCom*115監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC)CRT打印機(jī)報(bào)警DDC計(jì)算機(jī)或調(diào)節(jié)器輸入通道

輸出通道被控生產(chǎn)過程操作臺(tái)輸入通道*36監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SCC)CRT打*1164.集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）

監(jiān)控計(jì)算機(jī)CRT操作站現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站

被控對象被控對象……….…高速數(shù)據(jù)通道….….集散控制系統(tǒng)（DCS）組成框圖DCS采用分散控制和集中管理的控制理念與網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)，靈活地將控制設(shè)備、服務(wù)器、基礎(chǔ)自動(dòng)化單元等聯(lián)系在一起。按功能分散、危險(xiǎn)分散、管理集中和應(yīng)用靈活等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有高可靠性能，便于維修與更新。*374.集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）監(jiān)控計(jì)算機(jī)CR*117它以系統(tǒng)最優(yōu)化為目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)為核心并與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、控制技術(shù)、顯示技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、I/O接口等技術(shù)相結(jié)合——用于過程控制和生產(chǎn)管理的工控主流控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)*38它以系統(tǒng)最優(yōu)化為目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)為核心并與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、*118*39*1195、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場總線——連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。FCS的基本結(jié)構(gòu)*405、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場總線——連接智能現(xiàn)*120*41*121FCS用現(xiàn)場總線把具有輸入、輸出、運(yùn)算、控制和通信功能的現(xiàn)場總線數(shù)字儀表（如傳感器、變送器、執(zhí)行器）等集成一體，構(gòu)成現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的信息集成。

ASASEthernet,TCP/IP監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示操作站現(xiàn)場總線網(wǎng)間連接器H2或高速Ethernet

現(xiàn)場總線橋低速現(xiàn)場總線(H1)小型PLC過程控制生產(chǎn)制造裝置級網(wǎng)絡(luò)*42FCS用現(xiàn)場總線把具有輸入、輸出、運(yùn)算、控制和通信功能*1226、流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystems）——流程CIMS

通過計(jì)算機(jī)硬、軟件的綜合運(yùn)用，利用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)過程中的人員、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息與物流有機(jī)集成，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜大系統(tǒng)。

CIＭS代表了當(dāng)今工廠綜合自動(dòng)化的最高水平，被譽(yù)為是未來的工廠。*436、流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)*123

流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

經(jīng)營決策企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度過程優(yōu)化過程控制第五層：企業(yè)決策，生產(chǎn)規(guī)劃第四層：供銷,財(cái)務(wù),計(jì)劃,管理等第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)優(yōu)化第二層：先進(jìn)控制，過程優(yōu)化第一層：單元自動(dòng)化,簡單控制生產(chǎn)過程

流程CIMS的遞階控制示意圖*44流程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)經(jīng)營決策企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度*124*45*125流程CIMS是工程大系統(tǒng)，它所要解決的不是局部優(yōu)化問題，而是工廠、公司乃至一個(gè)區(qū)域的總目標(biāo)或總?cè)蝿?wù)的最優(yōu)化問題。最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)包括產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好、原料和能耗最小、成本最低、可靠性最高、環(huán)境污染最小等指標(biāo)，它反映了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的綜合性要求。流程CIMS的理論基礎(chǔ)是大系統(tǒng)理論。*46流程CIMS是工程大系統(tǒng)，它所要解決的不是局部優(yōu)化問題*126*47*2011-2012（2）1272.按照控制規(guī)律對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1)程序控制和順序控制

程序控制是控制被控量按照預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)變化，被控制量是時(shí)間的函數(shù)，如加熱爐的溫度控制。順序控制則可以看作是程序控制的擴(kuò)展，在各個(gè)時(shí)期所給出的設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定值的給出，不僅取決于時(shí)間，還取決于對以前的控制結(jié)果的邏輯判斷。*2011-2012（2）482.按照控制規(guī)律對計(jì)算機(jī)控制*1282)PID控制調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分的函數(shù)。PID控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整,因此一直是應(yīng)用最廣、最為成熟的技術(shù)。3)有限拍控制有限拍控制的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時(shí)間最短，要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在盡可能短的時(shí)間里完成調(diào)節(jié)過程。有限拍控制通常在數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用。*492)PID控制*2011-2012（2）1294)復(fù)雜規(guī)律的控制控制系統(tǒng)性能指標(biāo)不單是過渡過程的品質(zhì)，而且包括能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指標(biāo)。對于存在隨機(jī)擾動(dòng)、純滯后對象以及多變量耦合的系統(tǒng)，僅用PID控制是難以達(dá)到滿意的性能指標(biāo)的，因此，針對實(shí)際情況采用各種復(fù)雜規(guī)律的控制——串級控制，前饋控制，純滯后補(bǔ)償控制，多變量解耦控制以及最優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制等。*2011-2012（2）504)復(fù)雜規(guī)律的控制控制系*1305）智能控制智能控制理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學(xué)科。智能控制理論可以看作是三個(gè)主要理論領(lǐng)域的交叉或匯合:人工智能、運(yùn)籌學(xué)和控制理論。智能控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大系統(tǒng)——綜合的自動(dòng)化系統(tǒng)。模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家系統(tǒng)等均可稱智能控制*515）智能控制智能控制理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前*131第3節(jié)DCS總體概念及特點(diǎn)它是綜合了4C技術(shù)的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)原則及主要特點(diǎn)：危險(xiǎn)、控制分散操作、管理集中分級管理、分而自治集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、功能完備、應(yīng)用靈活、操作方便、運(yùn)行可靠等多方面顯著特點(diǎn)，為計(jì)算機(jī)控制開創(chuàng)了一個(gè)嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，并得到了廣泛的應(yīng)用。*52第3節(jié)DCS總體概念及特點(diǎn)它是綜合了4C技術(shù)的控*132初期DCS產(chǎn)生的基本思路：1）分散控制：分解集中控制——多個(gè)專門的過程分散控制裝置（FCS）2）集中操作：保持操作習(xí)慣——良好的人/機(jī)操作界面(操作站)數(shù)據(jù)通信：建立操作站過程分散控制裝置的數(shù)據(jù)聯(lián)系

*53初期DCS產(chǎn)生的基本思路：*133*54*134*55*135*56*136過程控制實(shí)驗(yàn)室的DCS*57過程控制實(shí)驗(yàn)室的DCS*137

DCS的特點(diǎn)1分級遞階控制:雙向分級、各自分工、相互協(xié)調(diào)縱向：上下可分2-5級（過程控制級、操作管理級等）

橫向：可分多級（根據(jù)控制規(guī)模和控制方案確定）2分散控制:控制分散、人員分散、地域分散、功能分散、設(shè)備分散、操作分散——目的：危險(xiǎn)分散。

設(shè)備的冗余設(shè)置——提高系統(tǒng)的可靠性。3自治和協(xié)調(diào)性——DCS的形成的基礎(chǔ)

系統(tǒng)分散的基礎(chǔ)：被分散的系統(tǒng)是自治的系統(tǒng)。

遞階分級的基礎(chǔ)：被分級的系統(tǒng)是相互協(xié)調(diào)的。廣義的集散內(nèi)涵：控制分散、通訊分散、數(shù)據(jù)庫分散、供電分散、負(fù)荷分散等數(shù)據(jù)及通訊管理集中、控制目標(biāo)集中、顯示操作的集中等*58DCS的特點(diǎn)1分級遞階控制:雙向分級、各自分工、相*138集散控制系統(tǒng)從其本質(zhì)和內(nèi)部機(jī)理上講——

它是以微處理機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；從其外部構(gòu)成方式和應(yīng)用角度上講——

它類似于單元組合式儀表控制系統(tǒng)。因而，系統(tǒng)的組態(tài)及擴(kuò)展都十分容易。*59集散控制系統(tǒng)從其本質(zhì)和內(nèi)部機(jī)理上講——*2011-2012（2）139集散系統(tǒng)在功能上真正實(shí)現(xiàn)了

————

管理集中和控制分散既實(shí)現(xiàn)了操作、管理和監(jiān)視的縱向分級集中，又實(shí)現(xiàn)了控制、危險(xiǎn)的橫向分散，從根本上提高了系統(tǒng)的可靠性。DCS系統(tǒng)是目前公認(rèn)的最理想的工業(yè)控制系統(tǒng)之一，在國內(nèi)外冶金、電力、石油、化工、建筑等工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。*2011-2012（2）60集散系統(tǒng)在功能上真正實(shí)現(xiàn)了

*140DCS的特點(diǎn)——獨(dú)立性協(xié)調(diào)性友好性適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性實(shí)時(shí)性可靠性*61DCS的特點(diǎn)——獨(dú)立性(一）1975-1980（初創(chuàng)期）相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為第一代DCS

①注重控制功能的實(shí)現(xiàn)，在功能上更接近儀表控制系統(tǒng)。

②各廠家的DCS系統(tǒng)均由專有產(chǎn)品構(gòu)成。DCS的發(fā)展階段

Honeywell

TDC-2000

Bailey

Network-90

Foxboro

Spectrum

Leeds&Northrup

MAX-1

日本橫河

CENTUM

Kent公司

P4000

西門子

TelepermM

東芝公司

TOSDIC特點(diǎn)(一）1975-1980（初創(chuàng)期）相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為（二）1980-1985(成熟期)相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為第二代DCS

①引入了局域網(wǎng)作為主干網(wǎng)，開始擺脫儀表控制系統(tǒng)的影響，向計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)靠近，但網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仍各自為政。②在控制功能上：除回路控制外，增加了順序控制、邏輯控制；加強(qiáng)了系統(tǒng)管理站的功能。③在人機(jī)界面方面：圖形用戶界面逐步豐富。

Honeywell

TDC-3000(LCN)

WestingHouse

WDPF

Fisher

PROVOX

Rosemount

RS3

Talor

MOD-300

日本橫河

YEWPACK-MARKⅡ……特點(diǎn)（二）1980-1985(成熟期)相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為（三）1985-90年代(擴(kuò)展期)相應(yīng)的產(chǎn)品稱之為第三代DCS

Honeywell

TDC-3000(UCN)

WestingHouse

WDPFⅡ

Foxboro

I/ASeries

Bailey

INIF-90

日本橫河

CENTUM-XL/μXL

日立

HIACS……①增加了上層網(wǎng)絡(luò)，將生產(chǎn)的管理功能納入到系統(tǒng)中，形成三級結(jié)構(gòu)：直接控制、監(jiān)督控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化、生產(chǎn)管理。各廠家已普遍采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。除現(xiàn)場控制站專有外，其余已采用了市場采購的商品。②各種DCS的直接控制功能幾乎無差異，相互間的差異主要體現(xiàn)在與不同行業(yè)應(yīng)用密切相關(guān)的控制方法和高層管理功能上。③組態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。特點(diǎn)（三）1985-90年代(擴(kuò)展期)相應(yīng)的產(chǎn)品稱

HoneywellPlantScape、ExperionPKS(過程知識(shí)系統(tǒng)）

FoxboroA2

L&N

MAX-1000、MAX-1000Plus、maxDNA橫河

CS3000-R3（PRM-工廠資源管理系統(tǒng)）

ABB

Freelance2000、IndustrialIT

艾默