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1、1,第9章 计算机控制系统基础 第10章 计算机控制系统介绍,第4篇 计算机控制系统,2,计算机控制系统特点 与常规仪表相比，计算机具有运算速度快、处理能力强、编程灵活性高、便于集中监视等特点，因而在过程工业中具有明显的优越性。 计算机控制系统的发展大体经历了以下几个阶段： (1)试验阶段(1965年以前) 第一台计算机(1946) (2)实用阶段(1965年1969年) (3)成熟阶段(1970年以后) DCS (Distributed Control System)，PLC的应用,第4篇 计算机控制系统概述,3,（4）网络化阶段(1990年以后) 20世纪90年代世界进入信息时代，在离散制
2、造业计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System,简称CIMS)的启发下,连续过程工业界提出了一种把管理和控制融为一体的综合自动化系统，即计算机集成生产系统（Computer Integrated Production System，简称CIPS）。 继DCS之后出现新一代控制系统现场总线控制系统（Fieldbus Control System，简称FCS），FCS代表的是一种数字化到现场、网络化到现场、控制功能到现场和设备管理到现场的发展方向，被誉为跨世纪的计算机过程控制系统。,4,9.1 概述 计算机控制系统是以计算机为核心的过程控制
3、系统。 70年代，如图所示全自动化生产车间，不仅操作人员少，而且许多常规仪表和调节器已被工业计算机所取代。,第9章 计算机控制系统基础,5,(集散控制系统 DCS）,6,(集散控制系统 DCS）,7,8,闭环控制系统的组成结构如图所示,A/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号 D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号,9,计算机控制系统特点： 计算机控制采用微型计算机与模/数（A/D）转换通道、数/模（D/A）转换通道来代替常规控制器。,10,计算机控制监控过程可归结为三个步骤： 实时数据采集：对来自测量变送器的被控量的瞬时值 进行采集和输入； 实时数据处理：对采集到的被控量进行分
4、析、比较和 处理，按一定的控制规律运算，进行 控制决策； 实时输出控制：根据控制决策，适时地对执行器发出 控制信号，完成监控任务。,11,9.2计算机控制系统硬件组成,12,过程通道,模拟量输入通道（AI） 模/数（A/D）转换器 模拟量输出通道（AO） 数/模（D/A）转换器 数字量输入通道（DI） 开关信号输入 数字量输出通道（DO） 开关信号输出,13,9.3计算机控制系统软件组成,系统软件 操作系统 编译软件等 应用软件 过程检测软件 过程控制软件 组态软件,14,9.3.1 过程检测软件,测量数据预处理 数字滤波方法 标度变换算法 任务：把计算机系统检测的对象参数的二进制数还原为原物
5、理量的工程实际值。 越限报警处理,15,9.3.2 过程控制软件,数字PID控制算法,PID控制算法,T：采样周期,16,T：采样周期,17,数字PID控制器参数整定 任务：求取能满足某种控制质量指标要求的最佳控制器参数,18,9.3.3 组态软件,工控组态软件（Configuration Software） 国外 Intouch ；iFix； WinCC等 国内 组态王、力控、紫金桥、MCGS等,19,9.3.3 组态软件,组态软件的开发界面 iFIX组态软件 紫金桥组态软件,20,21,22,组态软件的显示画面,一、流程图显示画面的分层结构 二、概貌显示画面 三、趋势显示画面 四、报警显示
6、画面 五、数据报表显示画面 六、系统硬件连接显示画面,23,一、流程图显示画面的分层结构,为有效地进行管理和操作，操作站的显示画面是分层次的。 从区域到单元、到组、到细目进行逐层的细分，从而了解过程的全局、局部直到各细节。,24,流程图的 分层结构,25,（1）区域显示,区域显示是最上层的显示，在每幅区域显示画面中包含的过程变量的信息量最多。 操作显示级：概貌显示画面 趋势显示级：区域趋势显示画面,26,27,（2）单元（过程）显示,用于过程操作，以工艺流程图为蓝本，进行合理分割而成。 过程中的设备应按一定比例的位置设置，可以全部或部分充填颜色。,28,29,（2）单元（过程）显示,过程显示画
7、面是由用户过程决定的显示画面，它的显示方式：固定式、可移动式。 过程显示画面应根据工艺流程经工艺人员和自控人员讨论后决定画面的分割和衔接。,30,单元显示画面具有下列特性:,优点： 有利于对工艺过程及其流程的了解 有利于了解控制方案和检测、控制点的设置 有利于了解设备和参数的关联情况 信息量通常比较大 缺点： 调整参数、观察参数变化后的响应不够直观 容易造成技术上的秘密外泄,31,32,33,34,35,（3）组显示,组显示通常以仪表面板图的形式出现。 仪表位号，仪表描述，棒图及各棒图的刻度单位，棒图显示相对应的数据、报警状态，扫描时间等。 组趋势显示与组显示的仪表面板画面相对应，用于显示被测
8、、被控变量，设定值和输出值等模拟量的变化趋势。,36,37,（4）细目（操作点）显示,在操作显示级，细目显示通常以操作点的形式出现。操作点的含义相当于一台仪表或一个功能模块。 操作员可以改变控制方式，手/自动切换，调整设定值或手动输出值。也可以进行开关控制的切换，手自动输入或输出的切换等。,38,（4）细目（操作点）显示,操作点显示画面提供改变控制操作的深层次参数的功能，这些参数包括原始组态数据及过程中刷新的动态数据。 操作点显示画面常被控制工程师使用，它用于调整参数时可看到当前数据，也可看到变化趋势，且调整参数比较方便。,39,40,41,组态软件的显示画面,一、流程图显示画面的分层结构 二
9、、概貌显示画面 三、趋势显示画面 四、报警显示画面 五、数据报表显示画面 六、系统硬件连接显示画面,42,二、概貌显示画面,概貌显示画面仅用于显示过程中各被测和被控变量的数值，它可以用绝对值，也可以用与设定值的偏差，或者时间变化率表示。 （1）工位号一览表方式 （2）棒图方式,43,（1）工位号一览,44,（2）棒图方式,棒图方式有两种显示方式： 一种方式是对模拟量采用棒图显示其数值，棒图中数量的大小由棒的长度来反映，颜色表示故障； 另一种方式是用一个时间轴，模拟量在该时间段内有若干个采样值，如果其值超过设定值，则向上，如不足，则向下，其偏差的大小是向上或向下的棒的长度。,45,46,三、趋势
10、显示画面,实时趋势显示 历史归档趋势显示,47,48,49,同时显示实时和存档历史数据Trends seamlessly combine Real-time and Historical data 控制模块事件记录，实时更新Events for modules trended, update in real-time,放大，压缩，局部放大缩小，时间轴移动 Amplify, compress, zoom, shift in time,50,51,四、报警显示画面,报警信号器显示从模拟仪表的闪光报警器转化而来。 报警一览表显示是集散控制系统常采用的报警显示画面。 报警变量的工位号、描述、报警类型、
11、当前报警时的数值、报警限的数值、报警发生的时间、报警是否被确认等。,52,53,五、数据报表显示画面,允许操作人员、工程师和管理人员送入数据或利用生产过程数据组成的图形显示表格。 用来进行生产管理，例如进行物料平衡计算、能量平衡计算、成本核算等。 提供用户所需的图形数据显示，例如用棒图、直方图、百分圆图等。 常用的电子表格的各种功能。,54,55,以EXCEL表格的形式输出成报表,56,六、系统硬件连接显示画面,系统显示画面： 系统连接显示画面 指所使用的控制系统是怎样组成的：连接图、树状结构 系统维护显示画面： 与系统连接显示画面合并反映该设备的运行状态； 和报警一览表相类似，它采用一览表形式显示系统中设备的不正常状态。,57,58,课程小结,计算机控制系统基础 了解计算机控制系统的软、硬件组成。 了解组态软件的分层结构。,59,控制科学与工程学院,Thank You !,