计算机控制系统基本知识

宝钢股份公司电厂发电分厂培训系列教材之热控篇2003年8月编者：刘仕君工作电话：2664872078720第1页共5页第一部分DCS系统介绍第一章计算机控制系统基本类型第一节概述计算机控制系统是指以计算机为控制设备所组成的自动控制系统。计算机具有实现各种数学运算和逻辑判断的能力。其主要特点是：1、运算速度快，能存储大量的数据，具有很强的信息处理能力；2、容易实现各种控制规律（PID控制、串级控制、复合控制等）；3、将显示、打印、报警、给定参数等功能集中在控制台上，方便运行人员操作与监视；4、指导运行人员正确地进行操作和控制。计算机在电厂生产过程自动化中的应用，主要有以下三个方面。1、数据采集和处理系统（DAS）计算机数据采集和处理系统常称DAS（DataAcquisitionSystem），它的功能是：定时采集生产过程中大量的，经过一次测量仪表发送、统一信号、模/数转换后的过程参数信号，并按预定的要求对它们进行分析、计算和处理，最后进行CRT显示、报警、打印或储存。严格来讲，DAS不属于计算机控制的范畴，其输出并不直接控制生产过程，但是，任何计算机控制系统都离不开数据的采集和处理，因此，DAS是计算机控制系统的基础和先决条件。应用计算机对生产过程运行参数进行采集和必要的处理，是计算机在工业生产过程中应用的一种最初级，最为普遍的形式。计算机数据采集处理系统的结构示意图如下图实线部分所示。数据处理的另一种应用形式是操作指导。计算机根据生产过程提出的数学模型进行计算，寻找出生产过程的最优操作条件和数值，并CRT显示屏上显示出来或通过打印机打印给操作人员。由操作人员去改变模拟调节器的给定值或直接操纵执行机构，从而把生产过程控制在最佳状态。如锅炉、汽轮机、发电机的启动或停止阶段的操作应用。操作指导属于计算机开环监控方式。宝钢股份公司电厂发电分厂培训系列教材之热控篇2003年8月编者：刘仕君工作电话：2664872078720第2页共5页测生。量过程输入通道计算机。仪CPU产表过控或显示。制执运行打印程。器行人员制表器简图：计算机数据处理与操作指导系统2、直接数字控制系统（DDC）直接数字控制（DirectDigitalControl）系统，是由计算机或微处理器为基础的数字控制器取代常规模拟控制器，直接对生产过程进行闭环控制的系统。在DDC系统中，生产过程的被调参数通过模拟量输入计算机，由计算机按预定的控制规律进行运算，并将运算的结果由输出通道去直接控制执行机构，从而把被调参数保持在给定值上。这样的控制方式称为直接数字控制。测生。量过程输入通道计算机。仪CPU产表过执。行过程输出通道程。机构简图：直接数字控制系统3、监督计算机控制系统（SCC）监督控制系统（SupervisoryComputerControl）是在DDC和操作指导控制系统基础上发展起来的。监督计算机控制是指计算机根据生产过程的信息，按照过程的数学模型，求出生产过程最优运转的操作条件和数值，并直接去改变模拟调节器的给定值，由模拟调节器或DDC控制机实行对生产过程的控制，从而使生产过程处于最优化状态。宝钢股份公司电厂发电分厂培训系列教材之热控篇2003年8月编者：刘仕君工作电话：2664872078720第3页共5页测生。量过程输入通道计算机。仪CPU产表给定执模拟过行调节器器程执DDC过程输出通道行控制器器简图：监督计算机控制系统第二节分布式计算机控制系统（DCS）分布式计算机控制系统（DistributedControlSystem）是一种以微处理器为基础，应用通信技术、显示技术，特别是软件技术而形成的一种新型自动控制系统，是现今对大、中规模生产过程进行集中监视、管理和控制的最完善的控制系统。DCS基本组成思想：控制分散，信息集中。它以CRT操作台为中心，借助于通信系统把各个分散的控制器连接起来。CRT操作台上位计算机集中高速数据通道控制器控制器控制器数据采集分散生产过程简图：分布式控制系统结构示意一、分布式控制系统的结构及工作原理DCS系统包括以下几个基本部分：能完成各种控制的功能站（过程控制单元）；具有显示、管理、操作功能的CRT操作站；连接各个站的数据通道及过程接口等。1、过程接口（I/O）过程接口是直接与生产过程连接的硬件设备（或模件），实现信号的转换与处理。生产过程中的信号种类有：4~20mA，直流电流信号；0~10V直流电压信号；热电偶；热电阻信宝钢股份公司电厂发电分厂培训系列教材之热控篇2003年8月编者：刘仕君工作电话：2664872078720第4页共5页号；脉冲信号；气动信号以及接点和开关量信号。从功能上分成两大类：一类叫信号模件，仅作为控制计算机与生产过程之间的输入输出接口和信号转换（A/D或D/A）；另一类叫功能模件，是带有PLC的智能I/O模件，除了作输入输出接口之外，还具有控制、调节的功能，在开展站故障的情况下，起后备调节器的作用。2、控制功能站控制功能站是DCS的现场控制装置，是整个系统中最重要部分。能够实现信号采集、计算处理、连续控制、逻辑控制等具体的自动化任务。控制功能站的核心部件是数字控制器。控制器以CPU为中心，通过总线把存储器等各个环节连接起来。被调量等输入信号在过程接口上转换成数字形式后，进行输入处理、控制运算及输出处理等，再通过过程接口向过程输出。当输入或输出处理中出现异常时，控制器立即发出报警信号，同时使输出值停止变化。数字控制器的控制功能和运算功能由程序决定。面向控制的语言是“功能模块语言”，即提供分布式控制系统的制造厂家事前把构成自动化功能所可能用到的各种运算、控制、显示等基本功能都能编制成标准算法（功能模块）存放在ROM中，自控系统的技术人员只需要通过工程化接口设备去选用实现某一控制策略所需要的功能模块，指定它们在控制策略中的执行顺序，并给出模块运算中所必需的数据及运算结果上午相互连接关系就行了。这种软件的构成方法称为组态，是一种与计算机编程完全不同的方式。3、显示操作站显示操作站在DCS系统中担负着人机接口的功能。人机接口是指将过程数据向操作人员显示、记录，以及由人员进行数据设定和手动操作等有关控制系统与人员相互作用的部分。作为实际设备，具体指指示仪表、记录仪、报警器、CRT显示器、打印机以及控制盘上的指示灯和手动操作开关等。4、数据通讯系统DCS是一种分散控制系统，把微处理器分散以后，就需要有某种技术手段把他们有效地联结起来，以实现各个控制回路之间的信息交换，相互协调，共同完成生产过程的总体控制目标。数据通讯在分散设置的控制站、CRT操作台、工程师组态工作站等装置之间起着传递信息的作用。不仅能够使系统快速地周期地更新信息，使运行操作人员及时看到生产过程的最新状态，并且还会使运行人员对CRT操作台（或工程师工作站）提出的随机性质的通讯要求（如修改报警限值、某些常数，或显示某个信息的全部属性等）作出响应。5、冗余化结构设备的冗余化方法是提高DCS系统可靠性的一种重要技术手段。一般对数字控制器、数据通讯系统、CRT操作台设置冗余结构。二、分布式控制系统的特点1、控制功能丰富，能容易地实现最佳控制2、系统具有很高的安全可靠性3、操作简单、方便4、分布式控制系统的应用技术可以方便地掌握宝钢股份公司电厂发电分厂培训系列教材之热控篇2003年8月编者：刘仕君工作电话：2664872078720第5页共5页三、分布式控制系统的应用1、1U/2U的OVATION系统2、3U的MELCON系统