化学工业出版社 www.cip.com.cn 热热工过过程自动调节动调节第四章 计算机控制系统 化学工业出版社www.cip.com.cn 第一节 概述n 一、计算机控制系统的组成3计算机控制系统计算机控制系统是利用计算机实现工业生产过 程的自动控制系统。 图10-1 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：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www.cip.com.cn 第一节 概述4图10-2 计算机控制系统组成框图化学工业出版社www.cip.com.cn 第一节 概述n 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www.cip.com.cn 第一节 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www.cip.com.cn 第一节 概述n 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 。这种控制方案是用数字控制技术简单地取代模拟 控制技术，并不改变原有的控制功能。 化学工业出版社www.cip.com.cn 第一节 概述8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。 缺点缺点一台计算机要控制几十个甚至上百个回路， 这样虽然能够充分发挥计算机的快速处理能 力，但客观上却造成了“危险”过于集中， 一旦出现故障，生产将陷于瘫痪。一般采用 双机并行工作或用传统仪表作为事故备用。 但价格有过于昂贵了。化学工业出版社www.cip.com.cn 第一节 概述92.2.集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统图10-3 集中型计算机控制系统原理图化学工业出版社www.cip.com.cn 第一节 概述103.集散控制系统集散控制系统集散控制系统是随着现代大型工业生产自动化的 不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合 控制系统。 特点集中管理和分散控制 ，或者称为上位管理、下位控制。化学工业出版社www.cip.com.cn 第一节 概述114.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 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www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统n 一、集散控制系统的特点12 控制功能丰富 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www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统n 二、集散控制系统的基本组成13图10-4 集散控制系统基本构 成图图10-5 CENTUM-CS系统外观图化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统14图10-6 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。 小结小结化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统n 三、CENTUM-CS集散控制系统151.1.CENTUM-CSCENTUM-CS系统的构成系统的构成图10-7 CENTUM-CS系统构成化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统162. 2. 基本操作方法基本操作方法（1 1）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 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。 化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统17画面画面类别类别画面名称画面名称画面画面类别类别画面名称画面名称综观画面OV 趋势点画面TP 分组画面CG 流程图画面GR 报警画面AL 过程报警画 面 PR操作指导 信息画面OG 操作应用画 面OU趋势组 画 面TG 系统维护 画 面SM表10-1 CENTUMCS系统10种监视画面名称注： 表示页面号化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统18（2 2）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10-8 控制方式更改确认窗口化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 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www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统203.3.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，它们分别是综观画面综观画面、分分 组画面组画面、调整画面调整画面、报警画面报警画面、操作指导信息画面操作指导信息画面、 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www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统24（1 1）综观显示画面）综观显示画面作用把反馈控制系统、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www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统25图10-10 综观显示画面化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统26（2 2）分组显示画面）分组显示画面图10-11 分组显示画面化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统27（3 3）调整画面）调整画面主要显示主要显示 一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。主要内容主要内容 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www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统28图10-12 调整画面化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统29（4 4）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：实时趋势、历史趋势和批量趋势三种。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www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统30图10-13 趋势组画面化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统31（5 5）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体趋势图和 放大的详细趋势图。趋势点画面与趋势组画面相似。 化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统32（6 6）流程图画面）流程图画面流程图画面可以用图形、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www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统33图10-14 显示画面格式化学工业出版社www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统34（7 7）报警画面）报警画面报警画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www.cip.com.cn 第二节 集散控制系统35图10-15 报警概要画面化学工业出版社www.cip.com.cn 第三节 现场总线控制系统n 一、现场总线控制系统的特点361.1.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图10-16 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www.cip.com.cn 第三节 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www.cip.com.cn 第三节 现场总线控制系统382.2.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图10-17 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www.cip.com.cn 第三节 现场总线控制系统393.3.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 对现场环境的适应性 化学工业出版社www.cip.com.cn 第三节 现场总线控制系统n 二、现场总线国际标准化40图10-18 IEC61158采用的8种类型IECIEC标准标准的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Type2 Type8之间提供接口。 化学工业出版社www.cip.com.cn 第四节 计算机信息管理系统生产过程控制信息与管理信息系统一体化的架构 ，当前应用得比较多的是由两个网络、一个数据 平台、三个层次、四个系统构成。 化学工业出版社www.cip.com.cn 一、两个网络