过程控制第10章计算机过程控制系统.ppt

* 第10章 计算机过程控制系统 目 录 10.1 计算机过程控制系统简介 10.2 计算机过程控制系统的组成 10.3 计算机过程控制系统的类型 10.4 先进过程控制方法 本章小结 现代过程工业向着大型化和连续化的方向发展，生产过程也随之日趋复杂，对生态环境的影响也日益突出，这些都对控制提出了越来越高的要求。不仅如此，生产的安全性和可靠性，生产企业的经济效益都成为衡量当今自动控制水平的重要指标。因此，仅用常规仪表已不能满足现代化企业的控制要求。随着计算机技术的迅速发展，计算机具有运算速度快、精度高、存储量大、编程灵活以及有很强的通信能力等特点，已在过程控制中得到十分广泛的应用。 10.1 计算机过程控制系统简介 将计算机用于过程控制系统，就称之为计算机过程控制系统。它由被控对象、测量变送器、计算机和执行器组成，如图10-1所示。其中控制器的核心可以是微处理器、单片机、PLC或微型计算机。 图10-l 计算机过程控制系统基本结构 10.2 计算机过程控制系统的组成 计算机控制系统已广泛应用到国防和工业领域，由于被控对象、控制功能及控制设备不同，因而计算机控制系统是千变万化的。计算机控制系统的最基本特征是一个实时系统，它由硬件和软件两大部分组成。 1．硬件组成 计算机控制系统的硬件一般由被控对象（生产过程）、过程通道、计算机、人机联系设备、控制操作台等几部分组成，如图10-2所示。 2．软件组成 计算机控制装置配置了必要的软件，才能针对生产过程的运行状态，按照人的思维和知识进行自动控制，完成预定控制功能。计算机控制装置的软件通常分为两大类：系统软件和应用软件。 ① 系统软件 系统软件是主机基本配置的软件，一般包括操作系统、监视程序、诊断程序、程序设计系统、数据库系统、通信网络软件等。 ② 应用软件 应用软件是针对某一生产过程，依据设计人员对控制系统的设计思想，为达到控制目的而设计的程序。 10.3 计算机过程控制系统的类型 1．巡回检测和数据处理系统 最初，计算机只用于生产数据的处理和巡回检测。巡回检测和数据处理系统的结构图如图10-3所示，这是一个开环控制系统，计算机不直接参与过程控制，对生产过程不会直接产生影响。 2．直接数字控制系统（DDC） 直接数字控制系统( DDC)，就是用一台计算机取代模拟控制器直接控制调节阀等执行器，使被控变量保持在给定值。其基本组成如图 10-4所示。直接数字控制系统是利用计算机的分时处理功能直接对多个控制回路实现多种形式控制的多回功能的数字控制系统。 3．监督控制系统（SCC） 监督控制系统( SCC)，它是利用计算机对工业生产过程进行监督管理和控制的计算机控制系统。监督控制是一个二级控制系统，监督控制系统可以通过对外部信息的检测，根据当时的工艺条件和控制状态，按照一定的数学模型和优化准则，在线计算最优设定值，并及时送至下一级DDC计算机，实现自适应控制，使控制过程始终处于最优状态。监督控制系统结构图如图10-5所示。 4．集散控制系统（DCS） 集散控制系统( DCS)，也称分布式控制系统，是70年代中期发展起来的新型计算机控制系统。集散控制系统是由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据和集中管理的自动控制系统。它是计算机技术（Computer）、控制技术（Control）、通信技术（Communication）和图形显示（CRT）等技术的综合应用，通常也将集散控制称为4C技术。它不仅具有传统的控制能力和集中化的信息管理和操作显示功能，而且还有大规模数据采集、处理的功能以及较强的数据通讯能力，为实现高等过程控制和生产管理提供了先进的工具和手段。 5．现场总线控制系统（FCS） 随着数字通信技术的发展极大地推进着现场级信息网络技术的发展，在国际上出现了现场总线技术。近几年现场总线技术一直是国际自动化领域的热点。 现场总线的概念包含两方面内容。首先，现场总线是一种通信标准，是全数字化、双向、多信息、多主站通信规程的可应用之技术。把控制功能分散到现场装置中，并能实现以数字形式宽范围的通信。其次，现场总线的通信标准是开放的，控制系统中的现场仪表装置，用户可自由选择不同厂商的符合标准的产品，利用现场总线构成所需控制系统。开放性是现场总线的主要标志之一。 6．现场总线集散控制型控制系统 随着计算机技术的发展，通用PC机及其系统软件、工具软件的性能迅速提高，而价格直趋下跌，这促使技术人员舍弃DCS的专用计算机体系结构及其独家自成体系的系统软件，而采用通过PC机及商