化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第15章计算机控制系统

化工仪表及自动化第十五章计算机控制系统内容提要计算机控制简述计算机控制系统的特点计算机控制系统的组成计算机控制系统的类型计算机控制系统的发展集散控制系统概述集散控制系统的基本构成集散控制系统的特点1内容提要CENTUM-CS集散控制系统CENTUM-CS系统的构成ICS的组成及功能CRT显示画面的显示格式CENTUM-CS系统中的字母代号基本操作方法显示画面及操作现场总线控制系统现场总线系统的产生和特征现场总线国际标准化主要的现场总线系统简介2第一节计算机控制简介定义用模拟控制器等常规自动化工具实现的自动化系统称之为常规控制系统,也叫模拟式控制系统。以计算机为主要控制装置的自动化系统称之为计算机控制系统。3第一节计算机控制简介一、计算机控制系统的特点①随着生产规模的扩大,模拟控制盘越来越长,这给集中监视和操作带来困难;而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则方便了许多。②常规模拟式控制系统的功能实现和方案修改比较困难,常需要进行硬件重新配置调整和接线更改;而计算机控制系统,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。4第一节计算机控制简介③常规模拟控制无法实现各系统之间的通讯,不便全面掌握和调度生产情况;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。④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。5第一节计算机控制简介二、计算机控制系统的组成图15-1计算机控制系统组成框图6第一节计算机控制简介三、计算机控制系统的类型1.按系统的功能分类(1)顺序控制和数值控制(2)直接数字控制生产过程测量变送输入通道执行器输出通道计算机显示打印报警图15-2DDC系统框图7第一节计算机控制简介(3)计算机监督控制(SCC)SCC系统有两种结构形式：一种结构是由上、下位机构成，上位机起监控作用，下位机起DDC作用[见图15-3(a)]；另一种结构是由监督计算机与模拟控制器构成[见图15-3(b)]。SCC计算机DDC计算机生产过程给定检测控制SCC计算机模拟控制器生产过程给定检测控制（a）（b）图15-3SCC系统原理图8第一节计算机控制简介就其功能而言，有两种形式：一种是寻求控制手段的最优设定值，又称之为SPC控制系统，即根据工况的变化，计算出最优的控制指标作为DDC计算机或模拟控制器的设定值；另一种是设计一个最优控制器，以满足一个控制系统的最优指标，即根据工况来确定控制方式或控制器的控制规律。9第一节计算机控制简介(4)递阶控制递阶控制系统中包含有若干台计算机，并分成几个层次。处于最基层的“工作计算机”直接控制生产过程,完成DDC控制。在它上层的“监督计算机”则根据数学模型按控制方案计算,指挥它下一级的“工作计算机”的工作,完成SCC控制。再上一层的“经营管理计算机”则进行全局规划、管理和调度,向它下一级的“监督计算机”下达指令。这样就构成了一个金字塔形的计算机控制系统,即为递阶控制系统,又叫做分级控制系统。10第一节计算机控制简介2.按系统的结构分类单机控制系统多级计算机控制系统多级分布式计算机控制系统11第一节计算机控制简介四、计算机控制系统的发展1946年第一台数字计算机问世1950年前后，为早期航天应用研制了一种专用数字计算机——数字微分分析机(DDA)1959年3月1日第一套计算机控制系统在美国德克萨斯州某炼油厂的聚合装置上正式投入运行计算机控制系统发展迅猛，未来的几年内,计算机在控制领域里的应用将向集散化和综合化发展在连续生产过程中,集散控制系统仍是生产过程控制的主选装置,但随着计算机技术的发展，现场总线控制系统将逐渐取代集散控制系统12第二节集散控制系统概数一、集散控制系统的基本构成13图15-4集散控制系统基本构成图图15-5CENTUM-CS系统外观图第二节集散控制系统概述14图15-6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。小结第二节集散控制系统概述二、集散控制系统的特点15①控制功能丰富②监视操作方便③信息和数据共享④系统扩展灵活⑤安装维护方便⑥系统可靠性高第三节CENTUM-CS集散控制系统16一、CENTUM-CS系统的构成图15-7CENTUM-CS系统构成第三节CENTUM-CS集散控制系统二、ICS的组成及功能ICS由一个或两个CRT显示器、操作键盘、鼠标、工程师键盘及智能部件组成。图15-8CENTUM-CS系统操作站外观图17表15-1操作员键盘各键的功能18续表19续表20第三节CENTUM-CS集散控制系统图15-9CENTUM-CS操作员键盘21第三节CENTUM-CS集散控制系统图15-10操作员键盘的系统维护面板图22第三节CENTUM-CS集散控制系统三、CRT显示画面的显示格式DCS系统利用CRT显示器显示生产过程的信息,CENTUM-CS系统的CRT显示画面主要由系统信息区、主面板区、窗口区、软键区及录入区组成。图15-11为流程图画面。23第三节CENTUM-CS集散控制系统图15-11显示画面格式24第三节CENTUM-CS集散控制系统四、CENTUM-CS系统中的字母代号在DCS中用字母代号表示回路状态、报警状态、数据类型等。认识字母代号,才能正确认识DCS系统的显示画面,才能正确完成DCS的工艺操作。常用字母代号见表15-2。25第三节CENTUM-CS集散控制系统类型字母代号意义字母代号意义仪表调整面板常用参数MODE仪表块方式LL下下限报警值PV测量值SVH设定点上限限位值SV设定值SVL设定点下限限位值MV阀位输出值MH阀位输出上限限位值DV偏差值ML阀位输出下限限位值SUM累计值P比例带HH上上限报警值I积分时间PH上限报警值D微分时间PL下限报警值表15-2CENTUM-CS系统的字母代号26第三节CENTUM-CS集散控制系统类型字母代号意义字母代号意义常用报警状态字IOP输入开路DV+正偏差报警OOP输出开路NR正常HH上上限报警ANS+(ON)回讯不正常HI上限报警ANS-(OFF)回讯不正常LO下限报警PERR两回讯均不正常LL下下限报警CAL校验状态DV-负偏差报警AOF报警功能取消续表27第三节CENTUM-CS集散控制系统图15-12系统信息区显示内容举例28第三节CENTUM-CS集散控制系统29五、基本操作方法1.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①利用画面名称调出。②利用功能键调出。③利用画面选择键或操作员应用功能键调出。④利用画面展开调出。第三节CENTUM-CS集散控制系统30画面类别画面名称画面类别画面名称综观画面·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15-3CENTUM－CS系统10种监视画面名称注：××××表示页面号第三节CENTUM-CS集散控制系统312.参数及控制方式的调整(1)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15-13控制方式更改确认窗口第三节CENTUM-CS集散控制系统32(2)改变阀位输出值(MV)仅在手动方式时能操作。(3)改变设定值(SV)在自动方式下操作同(2)；(4)数据录入①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。②按压［DATA］［更改后的数字］［□］。③输入错误可用［BS←］键进行修改。④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。第三节CENTUM-CS集散控制系统33六、显示画面及操作CENTUM-CS系统的操作站主要有９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、分组画面、调整画面、报警画面、操作指导信息画面、流程图画面、趋势画面、用户屏幕及信息屏幕。第三节CENTUM-CS集散控制系统1.仪表图仪表图是系统显示的主要内容，也是操作的关键。仪表图没有单独的显示画面，但在大部分显示画面中都可调出。仪表图显示由工位号说明、工程单位、数字显示、方式状态显示、模拟显示和工位号几部分组成。34第三节CENTUM-CS集散控制系统35图15-14主要的仪表图（一）第三节CENTUM-CS集散控制系统36图15-14主要的仪表图（二）第三节CENTUM-CS集散控制系统372.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。第三节CENTUM-CS集散控制系统38图15-15综观显示画面第三节CENTUM-CS集散控制系统393.分组显示画面图15-16分组显示画面第三节CENTUM-CS集散控制系统404.调整画面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、３点调整趋势图和仪表图。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。第三节CENTUM-CS集散控制系统41图15-17调整画面第三节CENTUM-CS集散控制系统425.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：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。第三节CENTUM-CS集散控制系统43图15-18趋势组画面第三节CENTUM-CS集散控制系统446.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。第三节CENTUM-CS集散控制系统457.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。第三节CENTUM-CS集散控制系统46图15-11显示画面格式第三节CENTUM-CS集散控制系统478.报警概要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。第三节CENTUM-CS集散控制系统48图15-19报警概要画面第四节现场总线控制系统一、现场总线系统的产生和特点1.现场总线系统的产生目前的DCS的检测、变送和执行等现场仪表仍采用模拟信号连接,无法满足上位机系统对现场仪表的信息要求,产生了上位机与现场仪表进行数字通信的要求。智能化现场仪表的出现,也要求与上位机系统实现数字通信。在上述因素的驱动下,要求建立一个标准的现场仪表与上位机系统的数字通信链路即现场总线(FCS)。49第四节现场总线控制系统502.现场总线系统的特征图15-20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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。第四节