厉玉鸣第四版高职高专化工仪表及自动化精.pptx

化工仪表及自动化化工仪表及自动化第十五章第十五章 计算机控制系统计算机控制系统 内容提要内容提要n计算机控制简述计算机控制简述n计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成n计算机控制系统的类型计算机控制系统的类型n集散控制系统概述集散控制系统概述n集散控制系统的基本构成集散控制系统的基本构成n集散控制系统的特点集散控制系统的特点nCENTUM-CS集散控制系统集散控制系统1内容提要内容提要nCENTUM-CS集散控制系统集散控制系统nCENTUM-CSCENTUM-CS系统的构成系统的构成nICSICS的组成及功能的组成及功能nCRTCRT显示画面的显示格式显示画面的显示格式nCENTUM-CSCENTUM-CS系统中的字母代号系统中的字母代号n基本操作方法基本操作方法n显示画面及操作显示画面及操作n现场总线控制系统现场总线控制系统n现场总线系统的产生和特征现场总线系统的产生和特征n现场总线国际标准化现场总线国际标准化n几种有影响的现场总线技术几种有影响的现场总线技术n以现场总线为基础的控制系统以现场总线为基础的控制系统2 第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介定义定义 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计算机控制系统。3第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介n一、过程计算机控制系统的组成一、过程计算机控制系统的组成图15-1 计算机控制系统组成框图4第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介n二、过程计算机控制系统的类型二、过程计算机控制系统的类型(1)(1)(1)(1)操作指导控制系统操作指导控制系统操作指导控制系统操作指导控制系统 (2)(2)(2)(2)直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统 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15-2 DDC系统框图5第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介(3)(3)(3)(3)计算机监督控制计算机监督控制计算机监督控制计算机监督控制(SCC)(SCC)(SCC)(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15-3 SCC系统原理图6第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介 就其功能功能功能功能而言，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。7第一节第一节 计算机控制简介计算机控制简介(4)(4)(4)(4)集散控制系统集散控制系统集散控制系统集散控制系统 8(5)(5)(5)(5)现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统 (6)(6)(6)(6)工业过程计算机集成制造系统工业过程计算机集成制造系统工业过程计算机集成制造系统工业过程计算机集成制造系统 第二节第二节 集散控制系统概述集散控制系统概述n一、集散控制系统的基本构成一、集散控制系统的基本构成9图15-4 集散控制系统基本构成图图15-5 CENTUM-CS系统外观图第二节第二节 集散控制系统概述集散控制系统概述10图15-6 集散型控制系统的体系结构 操作站、工程师站和上操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络成分散控制部分；通信网络是连接集散系统各部分的纽是连接集散系统各部分的纽带，是实现集中管理、分散带，是实现集中管理、分散控制的关键。控制的关键。小结小结小结小结第二节第二节 集散控制系统概述集散控制系统概述n二、集散控制系统的特点二、集散控制系统的特点11 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 第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统12n 一、一、CENTUM-CSCENTUM-CS系统的构成系统的构成图15-7 CENTUM-CS系统构成第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统n二、二、ICS的组成及功能的组成及功能nICSICS由一个或两个由一个或两个CRTCRT显示器、操作键盘、鼠标、工程显示器、操作键盘、鼠标、工程师键盘及智能部件组成。师键盘及智能部件组成。图15-8 CENTUM-CS系统操作站外观图13表15-1 操作员键盘各键的功能14续表15续表16第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统图15-9 CENTUM-CS操作员键盘17第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统图15-10 操作员键盘的系统维护面板图18第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统n三、三、CRT显示画面的显示格式显示画面的显示格式nDCSDCS系统利用系统利用CRTCRT显示器显示生产过程的信息显示器显示生产过程的信息,CENTUM-,CENTUM-CSCS系统的系统的CRTCRT显示画面主要由系统信息区、主面板区、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。窗口区、软键区及录入区组成。n图图15-1115-11为流程图画面。为流程图画面。19第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统图15-11 显示画面格式20第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统n四、四、CENTUM-CS系统中的字母代号系统中的字母代号n在在DCSDCS中用字母代号表示回路状态、报警状态、数据类中用字母代号表示回路状态、报警状态、数据类型等。认识字母代号型等。认识字母代号,才能正确认识才能正确认识DCSDCS系统的显示画系统的显示画面面,才能正确完成才能正确完成DCSDCS的工艺操作。的工艺操作。n常用字母代号见表常用字母代号见表15-215-2。21第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统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15-2 CENTUM-CS系统的字母代号22第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统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23第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统图15-12 系统信息区显示内容举例24第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统25n 五、基本操作方法五、基本操作方法1.1.1.1.画面的调出画面的调出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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统26画面类别画面类别画面类别画面类别画面名称画面名称画面名称画面名称画面类别画面类别画面类别画面类别画面名称画面名称画面名称画面名称综观画面综观画面 OV趋势点画面趋势点画面 TP 分组画面分组画面 CG 流程图画面流程图画面 GR报警画面报警画面 AL 过程报警画面过程报警画面 PR操作指导信息画面操作指导信息画面 OG操作应用画面操作应用画面 OU趋势组画面趋势组画面 TG 系统维护画面系统维护画面 SM表15-3 CENTUMCS系统10种监视画面名称注：注：表示页面号表示页面号第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统272.2.2.2.参数及控制方式的调整参数及控制方式的调整参数及控制方式的调整参数及控制方式的调整(1)(1)(1)(1)控制方式的调整控制方式的调整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15-13 控制方式更改确认窗口第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统28(2)(2)(2)(2)改变阀位输出值改变阀位输出值改变阀位输出值改变阀位输出值(MVMV)仅在手动方式时能操作。仅在手动方式时能操作。仅在手动方式时能操作。仅在手动方式时能操作。(3)(3)(3)(3)改变设定值改变设定值改变设定值改变设定值(SVSV)在自动方式下操作同在自动方式下操作同在自动方式下操作同在自动方式下操作同(2)(2)(2)(2)；(4)(4)(4)(4)数据录入数据录入数据录入数据录入按压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。按压DATA更改后的数字。输入错误可用BS键进行修改。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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统29n 六、显示画面及操作六、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，它们分别是综综观观画画面面、分分组组画画面面、调调整整画画面面、报报警警画画面面、操操作作指指导导信信息息画画面面、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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统1.1.1.1.仪表图仪表图仪表图仪表图l 仪表图是系统显示的主要内容，也是操作的关键。l 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。l 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。30第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统31图15-14 主要的仪表图（一）第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统32图15-14 主要的仪表图（二）第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统332.2.2.2.综观显示画面综观显示画面综观显示画面综观显示画面作用作用作用作用 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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统34图15-15 综观显示画面第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统353.3.3.3.分组显示画面分组显示画面分组显示画面分组显示画面图15-16 分组显示画面第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统364.4.4.4.调整画面调整画面调整画面调整画面主主主主要要要要显显显显示示示示 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。主主主主要要要要内内内内容容容容 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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统37图15-17 调整画面第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统385.5.5.5.趋势组画面趋势组画面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：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：实时趋势实时趋势、历史趋势历史趋势和批量趋势批量趋势三种。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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统39图15-18 趋势组画面第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统406.6.6.6.趋势点画面趋势点画面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总体体趋趋势势图图和放大的详细趋势图详细趋势图。趋势点画面与趋势组画面相似。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统417.7.7.7.流程图画面流程图画面流程图画面流程图画面 流流程程图图画画面面可以用图形、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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统42图15-11 显示画面格式第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统438.8.8.8.报警概要画面报警概要画面报警概要画面报警概要画面 报报报报警警警警画画画画面面面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。第三节第三节 CENTUM-CS集散控制系统集散控制系统44图15-19 报警概要画面第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统n一、现场总线系统的产生和特点一、现场总线系统的产生和特点1.1.1.1.现场总线系统的产生现场总线系统的产生现场总线系统的产生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现场总线现场总线现场总线(FCS)。45第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统462.2.2.2.现场总线系统的特征现场总线系统的特征现场总线系统的特征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传统计算机控制系统的缺点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。第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统47 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。第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统48现场总线控制系统的特征现场总线控制系统的特征现场总线控制系统的特征现场总线控制系统的特征图15-21 现场总线控制系统结构示意图 全数字化的现场通信网络。开放型的互联网络。采用数字信号传输取代模拟信号传输。增强了系统的自治性,系统控制功能更加分散。第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统n二、现场总线国际标准化二、现场总线国际标准化49图15-22 IEC61158采用的8种类型 IECIEC标标准准的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Type2Type8之间提供接口。第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统n三、主要的现场总线系统简介三、主要的现场总线系统简介501.1.HART 总线系统总线系统2.2.Profibus 总线系统总线系统3.3.FF 总线系统总线系统4.4.CAN 总线系统总线系统5.5.Lon Works 总线系统总线系统 第四节第四节 现场总线控制系统现场总线控制系统n四、以现场总线为基础的控制系统四、以现场总线为基础的控制系统1.现场总线控制系统的组成现场总线控制系统的组成现场智能仪表，监控计算机，网络通讯设备，监控软件2.现场总线控制系统实例现场总线控制系统实例51例题分析例题分析n1.DCS系统硬件日常维护工作主要有哪些？系统硬件日常维护工作主要有哪些？答：硬件日常维护工作主要有以下几点：答：硬件日常维护工作主要有以下几点：a 检查环境条件（温度、湿度等），使其满足系统正常运行检查环境条件（温度、湿度等），使其满足系统正常运行要求；要求；b 检查供电及接地系统，定期更换电池，使其符合技术标准；检查供电及接地系统，定期更换电池，使其符合技术标准；c 确保电缆接头、端子、转接插件接触良好；确保电缆接头、端子、转接插件接触良好；d 检查系统风扇的运转状况，定期对运动机件加润滑油；检查系统风扇的运转状况，定期对运动机件加润滑油；e 观察系统状态画面及指示灯状态，确认系统运行正常；观察系统状态画面及指示灯状态，确认系统运行正常；f 周期做好各种过滤网、设备的清洁工作；周期做好各种过滤网、设备的清洁工作；g 按防静电的要求，正确存放好各种常用备件，并建立好硬按防静电的要求，正确存放好各种常用备件，并建立好硬件设备档案及维护档案。件设备档案及维护档案。52例题分析例题分析n2.试述试述CENTUM CS 系统的系统的V-NET功能。功能。答：答：V-NET是操作站与控制站连接的实时通信网络，是一个基于IEEE802.4标准的双重化冗余总线。通信方式为令牌通信，通信速率为10Mbps。V网的标准长度为500m，传输介质为同轴电缆，采用光纤可扩展20km。V-NET上可连接64个站，通过总线转换器可扩展到256个站。在正常工作情况下，两根总线交替使用，保证了极高水平的冗余度，如果一根总线发生故障，另外一根可实现不间断切换。53例题分析例题分析3.CENTUM CS 系统造成系统造成V-NET故障可能有哪些原故障可能有哪些原因？因？答：答：V-NET出现故障可能的原因有：a 网络连接不好；b控制站通讯卡有问题；c操作站V网卡有问题；d终端电阻连接有问题、或者电阻值发生变化。54