工業(yè)控制系統(tǒng)概述課件

工業(yè)控制系統(tǒng)概述

史洪源2004.7工業(yè)控制系統(tǒng)概述

1工業(yè)過(guò)程的類(lèi)型流程工業(yè)（ProcessIndustry）連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品論“斤”賣(mài)如：化肥制造業(yè)（ManufacturingIndustry）離散制造過(guò)程產(chǎn)品論“個(gè)數(shù)”賣(mài)如：螺絲釘工業(yè)過(guò)程的類(lèi)型流程工業(yè)（ProcessIndustry）工業(yè)控制的分類(lèi)過(guò)程控制（ProcessControl）控制流程工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程一條生產(chǎn)線只生產(chǎn)一種產(chǎn)品主要控制手段是PID現(xiàn)在流行叫ProcessAutomation（過(guò)程自動(dòng)化）離散控制（DiscreteControl）控制制造業(yè)的加工過(guò)程主要手段是順序與邏輯控制現(xiàn)在流行叫FactoryAutomation（工廠自動(dòng)化）批量控制（BatchControl）同一生產(chǎn)線上的間歇性、多品種生產(chǎn)過(guò)程，半連續(xù)過(guò)程。既有順序與邏輯控制，也有連續(xù)過(guò)程控制每種產(chǎn)品有自己的“配方”主要是食品和制藥行業(yè)工業(yè)控制的分類(lèi)過(guò)程控制（ProcessControl）連續(xù)控制：流程工業(yè)連續(xù)控制：流程工業(yè)離散控制：制造業(yè)離散控制：制造業(yè)批量過(guò)程：制藥行業(yè)批量過(guò)程：制藥行業(yè)工業(yè)控制的分類(lèi)outputcontroller+-plantstatedisplaycontrolvariable

(analog)set-pointplantmeasurementplantstatesequenceron/offplantdisplay過(guò)程控制：閉環(huán)的特征closed-loopcontrol/regulationkeywords:feedback,analogvariables,continuousprocesses,"processcontrol"離散控制：開(kāi)環(huán)的特征open-loopcontrol/commandkeywords:sequential/combinatorial,binaryvariables,discreteprocesses,

"batchcontrol","manufacturing"outputerror(deviation)binary%processvaluemeasurementclock工業(yè)控制的分類(lèi)outputcontroller+-plant大部分工廠都是混合過(guò)程工廠啤酒廠：發(fā)酵是連續(xù)過(guò)程（ProcessControl）裝瓶灌封是離散過(guò)程（DiscreteControl）AutomotiveManufacturingElectronicsMachineryTextilesPharmaceuticalsFineChemicalFood&BeverageMetals&MiningWater&WastePulp&PaperPetrochemicalsOil&GasElectricalPowerdiscretecontinuous大部分工廠都是混合過(guò)程工廠啤酒廠：AutomotiveMa工業(yè)控制系統(tǒng)分類(lèi)分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem：DCS）屬于過(guò)程控制系統(tǒng)（ProcessControl）適用于流程工業(yè)（ProcessIndustry）可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController：PLC）屬于離散控制系統(tǒng)（DiscreteControl）適用于制造業(yè)（ManufacturingIndustry）批量過(guò)程有對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)嗎？工業(yè)控制系統(tǒng)分類(lèi)分布式控制系統(tǒng)（DistributedCo工業(yè)控制：幾個(gè)重要的階段模擬監(jiān)測(cè)儀表＋手動(dòng)控制（1930以前）模擬單回路反饋控制器（1930以后）1945年美國(guó)人Bode，奠定了控制理論的基礎(chǔ)。監(jiān)督控制（SCADA：SupervisoryControlandDataAquisition）計(jì)算機(jī)開(kāi)始用于過(guò)程控制，主要是監(jiān)視功能（1950s）設(shè)定值控制（SPC：SetPointControl）由計(jì)算機(jī)計(jì)算出給定值，輸出給模擬調(diào)節(jié)器（1960s）直接數(shù)字控制（DDC：DirectDigitalControl）模擬PID電路變成了數(shù)字PID（1960s）可編程控制器（PLC：ProgrammableLogicController）DickMorley博士，1968年，Modicon公司，084系列分布式控制系統(tǒng)（DCS：DistributedControlSystem）分布式控制器，集中CRT監(jiān)視（1975年，Honeywell：TDC2000）現(xiàn)場(chǎng)總線儀表（FieldbusInstrument）用數(shù)字信號(hào)儀表取代4－20mA模擬儀表（1990s）“間接數(shù)字控制”呢？工業(yè)控制：幾個(gè)重要的階段模擬監(jiān)測(cè)儀表＋手動(dòng)控制（1930以前信息化工廠的層次生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）監(jiān)視與人機(jī)接口(SCADA)單元控制回路控制傳感器、變送器、執(zhí)行器被控主設(shè)備企業(yè)管理（ERP）DCS信息化工廠的層次生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）監(jiān)視與人機(jī)接口(SCA信息化工廠的層次MES單元控制回路控制輸入輸出傳感器、變送器、執(zhí)行器AV控制室操作接口controlroom被控主設(shè)備工作流與生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程控制SCADA=SupervisoryControlAndDataAcquisitionTERP企業(yè)管理信息化工廠的層次MES單元控制回路控制輸入輸出傳感器、變送器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備：傳感器、變送器、執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備：傳感器、變送器、執(zhí)行器控制器與輸入輸出控制器與輸入輸出控制室人機(jī)接口：模擬時(shí)代控制室人機(jī)接口：模擬時(shí)代控制室人機(jī)接口：數(shù)字時(shí)代控制室人機(jī)接口：數(shù)字時(shí)代各層次系統(tǒng)的相應(yīng)時(shí)間PlanningLevelExecutionLevelControlLevelSupervisoryLevelmsSecondsHoursDaysWeeksMonthYearsERP

(EnterpriseResourcePlanning)DCSMES(ManufacturingExecutionSystem)PLC(ProgrammableLogicController)(DistributedControlSystem)(SupervisoryControlandDataAcquisition)SCADA各層次系統(tǒng)的相應(yīng)時(shí)間PlanningExecutionConDCS的基本體系結(jié)構(gòu)DCS的基本體系結(jié)構(gòu)DCS組成IO模塊模入（AI）、模出（AO）、開(kāi)入（DI）、開(kāi)出（DO）、脈入（PI）。主控制器（MainControlUnit：MCU）執(zhí)行控制運(yùn)算控制網(wǎng)絡(luò)（ControlNetwork）將主控制器與IO模塊連接起來(lái)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（SystemNetwork）將主控制器、操作員站、工程師站和系統(tǒng)服務(wù)器連接操作員站（OperatorStation）操作工用計(jì)算機(jī)工程師站（EngineerStation）組態(tài)（configuration）工程師用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)器（SystemServer）集中存儲(chǔ)組態(tài)或歷史數(shù)據(jù)信息什么是“組態(tài)”？DCS組成IO模塊什么是“組態(tài)”？組態(tài)（Configuration）設(shè)備組態(tài)：確定系統(tǒng)中的硬件設(shè)備圖形組態(tài)：設(shè)計(jì)操作員站畫(huà)面控制算法組態(tài)：設(shè)計(jì)控制算法其它組態(tài)：趨勢(shì)、報(bào)表、報(bào)警組態(tài)（Configuration）設(shè)備組態(tài)：確定系統(tǒng)中的硬件圖形組態(tài)圖形組態(tài)控制算法組態(tài)：IEC61131-3五種語(yǔ)言StructuredText(ST)VARCONSTANTX:REAL:=53.8;Z:REAL;END_VARVARaFB,bFB:FB_type;END_VARbFB(A:=1,B:=‘OK’);Z:=X-INT_TO_REAL(bFB.OUT1);IFZ>57.0THENaFB(A:=0,B:=“ERR”);ELSEaFB(A:=1,B:=“ZisOK”);END_IFLadderDiagram(LD)AUTOMAN_ONACTCALC1CALCIN1IN2OUTPUMPFunctionBlockDiagram(FBD)CALC1CALCIN1IN2OUTPUMPAUTOMAN_ONACT>=1DIVDOVInstructionList(IL)A:LD%IX1(*PUSHBUTTON*)ANDN%MX5(*NOTINHIBITED*)ST%QX2(*FANON*)SequentialFlowChart(SFC)STARTSTEPT1T2D1_READYD2_READYSTEPAACTIOND1NDACTIOND2STEPBD3_READYD4_READYACTIOND3NDACTIOND4T3控制算法組態(tài)：IEC61131-3五種語(yǔ)言Structure一個(gè)專(zhuān)業(yè)的儀控工程師（I&CProfessiona