控制理論與控制工程專題講座

1、控制理論與控制工程專題工業(yè)過程控制系統(tǒng)及應(yīng)用2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System2 教學(xué)內(nèi)容工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制組態(tài)軟件工業(yè)控制組態(tài)軟件工業(yè)控制數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System3 工業(yè)控制系統(tǒng) 按照工業(yè)生產(chǎn)過程所使用的原材料和產(chǎn)成品的形態(tài)，可將工業(yè)生產(chǎn)按照工業(yè)生產(chǎn)過程所使用的原材料和產(chǎn)成品的形態(tài)，可將工業(yè)生產(chǎn)分為三種典型的過程：連續(xù)過程（分為三種典型的過程：連續(xù)過程（Continuous Proces

2、sContinuous Process）、離散過程）、離散過程（Discrete ProcessDiscrete Process）和批量過程（）和批量過程（Batch ProcessBatch Process）。）。工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 連續(xù)過程：連續(xù)過程：指工業(yè)生產(chǎn)過程所使用的原材料及其產(chǎn)成品為不可以計指工業(yè)生產(chǎn)過程所使用的原材料及其產(chǎn)成品為不可以計數(shù)的流體，如液體、氣體等。這樣的物料需要使用容器或管道進(jìn)行輸送，數(shù)的流體，如液體、氣體等。這樣的物料需要使用容器或管道進(jìn)行輸送，其計量也不可以計數(shù)，只能采用適當(dāng)?shù)挠嬃繂挝?，如立方米、千克等。其計量也不可以計?shù)，只能采用適當(dāng)?shù)挠嬃繂挝唬?/p>

3、如立方米、千克等。 這類過程的輸入、輸出變量為時間連續(xù)和幅度連續(xù)的量，其生產(chǎn)方這類過程的輸入、輸出變量為時間連續(xù)和幅度連續(xù)的量，其生產(chǎn)方式也是連續(xù)不斷的。生產(chǎn)過程一旦建立，就可以連續(xù)地將原材料加工為式也是連續(xù)不斷的。生產(chǎn)過程一旦建立，就可以連續(xù)地將原材料加工為產(chǎn)成品，其過程的輸入產(chǎn)成品，其過程的輸入/ /輸出和排放遵循物質(zhì)不滅和能量守恒定律。輸出和排放遵循物質(zhì)不滅和能量守恒定律。 連續(xù)過程的變量一般是溫度、壓力、流量、質(zhì)量及液位等。連續(xù)過程的變量一般是溫度、壓力、流量、質(zhì)量及液位等。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System4 工業(yè)控制系統(tǒng)工

4、業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 石油煉制、化肥等生產(chǎn)過程都是連續(xù)過程。以連續(xù)過程為主要特征石油煉制、化肥等生產(chǎn)過程都是連續(xù)過程。以連續(xù)過程為主要特征的生產(chǎn)行業(yè)被習(xí)慣性地稱為流程工業(yè)。在國際上，過程控制（的生產(chǎn)行業(yè)被習(xí)慣性地稱為流程工業(yè)。在國際上，過程控制（Process Process ControlControl）和過程自動化（）和過程自動化（Process AutomationProcess Automation）指的一般都是連續(xù)過）指的一般都是連續(xù)過程。程。 離散過程：離散過程：工業(yè)過程所使用的原材料和產(chǎn)成品都是工業(yè)過程所使用的原材料和產(chǎn)成品都是“固態(tài)固態(tài)”的、按的、按件計量的，其過程的

5、輸入、輸出變量為時間離散和幅度離散的量，如產(chǎn)件計量的，其過程的輸入、輸出變量為時間離散和幅度離散的量，如產(chǎn)品的數(shù)量、位置、開關(guān)的狀態(tài)等。品的數(shù)量、位置、開關(guān)的狀態(tài)等。 例如，玩具的主要生產(chǎn)過程可以看成是一個離散過程。以離散過程例如，玩具的主要生產(chǎn)過程可以看成是一個離散過程。以離散過程為主要特征的生產(chǎn)行業(yè)被習(xí)慣性地稱為制造業(yè)。面向制造業(yè)的自動化系為主要特征的生產(chǎn)行業(yè)被習(xí)慣性地稱為制造業(yè)。面向制造業(yè)的自動化系統(tǒng)一般稱為工廠自動化（統(tǒng)一般稱為工廠自動化（Factory AutomationFactory Automation）。）。2021年12月31日星期五Industrial Process C

6、ontral System5 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 批量過程：批量過程：是一種周期性重復(fù)的生產(chǎn)過程即利用同樣的生產(chǎn)裝置，是一種周期性重復(fù)的生產(chǎn)過程即利用同樣的生產(chǎn)裝置，在不同的時間段，根據(jù)不同的配方和生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出不同產(chǎn)品。在不同的時間段，根據(jù)不同的配方和生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出不同產(chǎn)品。 這類過程的特點(diǎn)是連續(xù)過程和離散過程交替進(jìn)行，配方的切換和生這類過程的特點(diǎn)是連續(xù)過程和離散過程交替進(jìn)行，配方的切換和生產(chǎn)工藝的改變是離散過程，而在確定了配方和生產(chǎn)工藝后的生產(chǎn)過程又產(chǎn)工藝的改變是離散過程，而在確定了配方和生產(chǎn)工藝后的生產(chǎn)過程又是一個連續(xù)過程。是一個連續(xù)過程。 一個完整的生產(chǎn)過程，

7、一般都是連續(xù)過程和離散過程的混合體。一個完整的生產(chǎn)過程，一般都是連續(xù)過程和離散過程的混合體。 例如，在啤酒的生產(chǎn)過程中，發(fā)酵過程是一個連續(xù)過程，但啤酒最例如，在啤酒的生產(chǎn)過程中，發(fā)酵過程是一個連續(xù)過程，但啤酒最后灌裝成瓶的過程又是離散過程。針對這類過程的控制，被稱為混合控后灌裝成瓶的過程又是離散過程。針對這類過程的控制，被稱為混合控制（制（Hybrid ControlHybrid Control） 大部分制藥、食品、飲料的生產(chǎn)過程都是批量過程。大部分制藥、食品、飲料的生產(chǎn)過程都是批量過程。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System6 工業(yè)控制

8、系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述一、控制系統(tǒng)的基本組成：一、控制系統(tǒng)的基本組成： 在一個控制系統(tǒng)中，必不可少的組成部分有三個；被控對象在一個控制系統(tǒng)中，必不可少的組成部分有三個；被控對象( (即生即生產(chǎn)過程產(chǎn)過程) )、控制設(shè)備或裝置、人。、控制設(shè)備或裝置、人。 人是起主導(dǎo)作用的：人是起主導(dǎo)作用的：生產(chǎn)過程是為滿足人的需求而建立的，生產(chǎn)的生產(chǎn)過程是為滿足人的需求而建立的，生產(chǎn)的程序、步驟及工藝等是人設(shè)計的。在整個生產(chǎn)過程中，要進(jìn)行哪些控制、程序、步驟及工藝等是人設(shè)計的。在整個生產(chǎn)過程中，要進(jìn)行哪些控制、如何進(jìn)行控制及控制的方法是什么，都是由人決定的。如何進(jìn)行控制及控制的方法是什么，都是由人

9、決定的。 被控對象是實(shí)施生產(chǎn)過程的主體：被控對象是實(shí)施生產(chǎn)過程的主體：不論何種控制裝置，其控制作用不論何種控制裝置，其控制作用都是圍繞生產(chǎn)過程發(fā)生的。如果離開了生產(chǎn)過程，控制裝置就失去了存都是圍繞生產(chǎn)過程發(fā)生的。如果離開了生產(chǎn)過程，控制裝置就失去了存在的意義。因此，控制裝置是從屬于生產(chǎn)過程的，但對生產(chǎn)過程又產(chǎn)生在的意義。因此，控制裝置是從屬于生產(chǎn)過程的，但對生產(chǎn)過程又產(chǎn)生著巨大的反作用力，使得完成生產(chǎn)過程的主體，如發(fā)電機(jī)、鍋爐、化工著巨大的反作用力，使得完成生產(chǎn)過程的主體，如發(fā)電機(jī)、鍋爐、化工反應(yīng)裝置等能夠更加安全、高效、穩(wěn)定及可靠地運(yùn)行。反應(yīng)裝置等能夠更加安全、高效、穩(wěn)定及可靠地運(yùn)行。202

10、1年12月31日星期五Industrial Process Contral System7 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 控制裝置是控制系統(tǒng)的核心：控制裝置是控制系統(tǒng)的核心：所有控制作用都是由控制裝置實(shí)現(xiàn)的，所有控制作用都是由控制裝置實(shí)現(xiàn)的，一個控制系統(tǒng)能否順利地實(shí)現(xiàn)其控制目標(biāo)，完成復(fù)雜的控制功能，主要一個控制系統(tǒng)能否順利地實(shí)現(xiàn)其控制目標(biāo)，完成復(fù)雜的控制功能，主要看控制裝置是否穩(wěn)定可靠并具有優(yōu)異的性能。看控制裝置是否穩(wěn)定可靠并具有優(yōu)異的性能。 由于控制裝置的重要性，在很多場合，人們不再以被控對象、控制由于控制裝置的重要性，在很多場合，人們不再以被控對象、控制裝置和人這三部分的總

11、和作為控制系統(tǒng)的定義，而是直接將控制裝置定裝置和人這三部分的總和作為控制系統(tǒng)的定義，而是直接將控制裝置定義為控制系統(tǒng)，即認(rèn)為控制系統(tǒng)是由圍繞實(shí)施控制所必須的測量、計算義為控制系統(tǒng)，即認(rèn)為控制系統(tǒng)是由圍繞實(shí)施控制所必須的測量、計算及執(zhí)行等各個環(huán)節(jié)所組成的。及執(zhí)行等各個環(huán)節(jié)所組成的。 這實(shí)際上是對直接控制系統(tǒng)的定義，而有人參與的控制則被定義為這實(shí)際上是對直接控制系統(tǒng)的定義，而有人參與的控制則被定義為監(jiān)督控制系統(tǒng)。監(jiān)督控制系統(tǒng)。 直接控制系統(tǒng)定義為以下三個要素的集合：直接控制系統(tǒng)定義為以下三個要素的集合： 1 1、測量方法和測量裝置；、測量方法和測量裝置；2021年12月31日星期五Industri

12、al Process Contral System8 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 2 2、控制方法、控制方法( (包括算法包括算法) )和運(yùn)算處理裝置；和運(yùn)算處理裝置； 3 3、執(zhí)行方法和執(zhí)行裝置。、執(zhí)行方法和執(zhí)行裝置。 在這三個要素中，方法是軟件（這里的軟件是指解決方案，而不是在這三個要素中，方法是軟件（這里的軟件是指解決方案，而不是指程序代碼），雖然軟件是無形的，但它是控制系統(tǒng)的主宰，決定了控指程序代碼），雖然軟件是無形的，但它是控制系統(tǒng)的主宰，決定了控制系統(tǒng)的功能和性能。各種裝置則是硬件，是實(shí)現(xiàn)方法的手段。所有有制系統(tǒng)的功能和性能。各種裝置則是硬件，是實(shí)現(xiàn)方法的手段。所

13、有有關(guān)軟件和硬件的結(jié)合，構(gòu)成了控制系統(tǒng)的各個組成部分。關(guān)軟件和硬件的結(jié)合，構(gòu)成了控制系統(tǒng)的各個組成部分。二、測量方法和測量裝置二、測量方法和測量裝置 被控對象有其自身的運(yùn)行狀態(tài)，這些狀態(tài)是生產(chǎn)過程的表征?？刂票豢貙ο笥衅渥陨淼倪\(yùn)行狀態(tài)，這些狀態(tài)是生產(chǎn)過程的表征。控制系統(tǒng)將通過測量被控對象的運(yùn)行狀態(tài)來了解生產(chǎn)過程。系統(tǒng)將通過測量被控對象的運(yùn)行狀態(tài)來了解生產(chǎn)過程。 一個被控對象能夠被測量（即通過可行的方法進(jìn)行測量，并通過測量數(shù)據(jù)一個被控對象能夠被測量（即通過可行的方法進(jìn)行測量，并通過測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時地判斷出被控對象的狀態(tài)準(zhǔn)確及時地判斷出被控對象的狀態(tài)) )的難易程度，稱為該被控對象的可測性。的難易

14、程度，稱為該被控對象的可測性。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System9 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 表征生產(chǎn)過程狀態(tài)的量有很多種，如溫度、濕度、壓力、流量、液表征生產(chǎn)過程狀態(tài)的量有很多種，如溫度、濕度、壓力、流量、液位、密度、電流、電壓、功率、速度、位置等。這些量都被稱為過程量。位、密度、電流、電壓、功率、速度、位置等。這些量都被稱為過程量。 1 1、模擬量、模擬量 模擬量是表達(dá)物理過程或物理設(shè)備量值的一種連續(xù)變化的量，其數(shù)模擬量是表達(dá)物理過程或物理設(shè)備量值的一種連續(xù)變化的量，其數(shù)值隨時間變化而變化，表現(xiàn)為一個時間的函數(shù)

15、。值隨時間變化而變化，表現(xiàn)為一個時間的函數(shù)。 模擬量最大的特點(diǎn)是連續(xù)性，即在其隨時間變化的曲線上的任意點(diǎn)模擬量最大的特點(diǎn)是連續(xù)性，即在其隨時間變化的曲線上的任意點(diǎn)均可求導(dǎo)，不存在拐點(diǎn)。均可求導(dǎo)，不存在拐點(diǎn)。 這個特點(diǎn)的物理意義是：這類物理量的變化是一個漸變的過程，無這個特點(diǎn)的物理意義是：這類物理量的變化是一個漸變的過程，無論該物理量的變化有多快，都會有一個過渡過程，其取值可有無窮多個。論該物理量的變化有多快，都會有一個過渡過程，其取值可有無窮多個。 一般來說，過程量可分為模擬量和開關(guān)量兩大類。一般來說，過程量可分為模擬量和開關(guān)量兩大類。2021年12月31日星期五Industrial Proc

16、ess Contral System10 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 溫度、濕度、壓力、流量、液體、密度、重量、體積、電流、電壓、溫度、濕度、壓力、流量、液體、密度、重量、體積、電流、電壓、功率、速度、位置及亮度等量都被歸類于模擬量。功率、速度、位置及亮度等量都被歸類于模擬量。 模擬量還可細(xì)分為兩種：瞬時量和累積量。模擬量還可細(xì)分為兩種：瞬時量和累積量。 瞬時量瞬時量( (或瞬時值或瞬時值) )是指該物理量在測量的時刻所具有的值，這個時是指該物理量在測量的時刻所具有的值，這個時刻一旦過去，該物理量的值就會改變。如：溫度、壓力等物理量?？桃坏┻^去，該物理量的值就會改變。如：溫度

17、、壓力等物理量。 累積量則表明該物理量隨時間的前進(jìn)而不斷增長的積累，是某瞬時累積量則表明該物理量隨時間的前進(jìn)而不斷增長的積累，是某瞬時量對時間的積分。如：液體的體積，是流量和時間的乘積量對時間的積分。如：液體的體積，是流量和時間的乘積( (在流量恒定在流量恒定條件下條件下) )；電能（在工程上稱之為電度）是電功率與時間的乘積（在電；電能（在工程上稱之為電度）是電功率與時間的乘積（在電功率恒定條件下）等等。功率恒定條件下）等等。 測量是控制系統(tǒng)感知被控對象運(yùn)行狀態(tài)的重要環(huán)節(jié)，一般通過敏感測量是控制系統(tǒng)感知被控對象運(yùn)行狀態(tài)的重要環(huán)節(jié)，一般通過敏感元件或檢測元件來實(shí)現(xiàn)測量。如壓力傳感器、溫度傳感器等

18、。元件或檢測元件來實(shí)現(xiàn)測量。如壓力傳感器、溫度傳感器等。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System11 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 傳感器一般使用物理或化學(xué)原理來感知各種狀態(tài)，其輸出一般是一傳感器一般使用物理或化學(xué)原理來感知各種狀態(tài)，其輸出一般是一個可以被控制系統(tǒng)的核心部件個可以被控制系統(tǒng)的核心部件-運(yùn)算處理裝置所處理的信號。運(yùn)算處運(yùn)算處理裝置所處理的信號。運(yùn)算處理裝置將這些不同的物理、化學(xué)量，通過變送器予以變換，形成符合一理裝置將這些不同的物理、化學(xué)量，通過變送器予以變換，形成符合一定標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)定標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)信號（電壓或電流及氣

19、壓），一般稱之為測量值。信號（電壓或電流及氣壓），一般稱之為測量值。 2 2、開關(guān)量、開關(guān)量 開關(guān)量是一種表示物理過程或設(shè)備所處狀態(tài)的量，也可直接稱之為開關(guān)量是一種表示物理過程或設(shè)備所處狀態(tài)的量，也可直接稱之為狀態(tài)量。典型的開關(guān)量只有兩個取值，如電力開關(guān)的分與合、截斷閥門狀態(tài)量。典型的開關(guān)量只有兩個取值，如電力開關(guān)的分與合、截斷閥門的通與斷等。的通與斷等。 這類物理量也可有多個取值，如具有多個繞組抽頭的電力變壓器當(dāng)這類物理量也可有多個取值，如具有多個繞組抽頭的電力變壓器當(dāng)前的分接頭位置。盡管可以有多個取值，但開關(guān)量取值的數(shù)量是有限的，前的分接頭位置。盡管可以有多個取值，但開關(guān)量取值的數(shù)量是有限

20、的，這點(diǎn)與模擬量有著本質(zhì)的不同。這點(diǎn)與模擬量有著本質(zhì)的不同。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System12 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 在控制系統(tǒng)中，各種開關(guān)量也需要轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號，一般用電平的在控制系統(tǒng)中，各種開關(guān)量也需要轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號，一般用電平的高或低表達(dá)不同的狀態(tài)。高或低表達(dá)不同的狀態(tài)。 在工程上，對于開關(guān)量的測量是通過繼電器接點(diǎn)、行程開關(guān)等裝置在工程上，對于開關(guān)量的測量是通過繼電器接點(diǎn)、行程開關(guān)等裝置實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。 3 3、SOESOE量量 SOESOE是是Sequence of EventSequence of

21、 Event的縮寫。它是一種特殊的開關(guān)量，這種開的縮寫。它是一種特殊的開關(guān)量，這種開關(guān)量僅在現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)出現(xiàn)變化時產(chǎn)生，其中不僅要表示出現(xiàn)場設(shè)備關(guān)量僅在現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)出現(xiàn)變化時產(chǎn)生，其中不僅要表示出現(xiàn)場設(shè)備改變后的狀態(tài)，還要記錄該狀態(tài)出現(xiàn)改變的準(zhǔn)確時間，一般要精確到毫改變后的狀態(tài)，還要記錄該狀態(tài)出現(xiàn)改變的準(zhǔn)確時間，一般要精確到毫秒。秒。 SOESOE的作用是當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備因某種原因（一般是出現(xiàn)某種故障時）產(chǎn)的作用是當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備因某種原因（一般是出現(xiàn)某種故障時）產(chǎn)生了一系列狀態(tài)變化，如聯(lián)鎖保護(hù)裝置的動作，在事后分析故障原因時生了一系列狀態(tài)變化，如聯(lián)鎖保護(hù)裝置的動作，在事后分析故障原因時2021年12

22、月31日星期五Industrial Process Contral System13 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述要找出動作的順序，以確定引起故障的第一原因是什么，其后聯(lián)鎖動作要找出動作的順序，以確定引起故障的第一原因是什么，其后聯(lián)鎖動作過程又是怎樣的。這對故障分析是一種非常有用的數(shù)據(jù)。過程又是怎樣的。這對故障分析是一種非常有用的數(shù)據(jù)。 4 4、脈沖量、脈沖量 脈沖量實(shí)際上是一種用特殊方法進(jìn)行測量的模擬量，一般用來表示脈沖量實(shí)際上是一種用特殊方法進(jìn)行測量的模擬量，一般用來表示某個量的累積值。能夠發(fā)出脈沖量的測量裝置通過對被測物理量進(jìn)行時某個量的累積值。能夠發(fā)出脈沖量的測量裝置通

23、過對被測物理量進(jìn)行時間上的累計，在到達(dá)間上的累計，在到達(dá)個計量單位時便發(fā)出一個脈沖，通過計數(shù)器對脈個計量單位時便發(fā)出一個脈沖，通過計數(shù)器對脈沖的數(shù)量進(jìn)行累加，以得到該物理量的累計值。沖的數(shù)量進(jìn)行累加，以得到該物理量的累計值。三、控制方法和運(yùn)算處理裝置三、控制方法和運(yùn)算處理裝置 控制系統(tǒng)是根據(jù)不同被控對象的特點(diǎn)來實(shí)施控制的?？刂葡到y(tǒng)是根據(jù)不同被控對象的特點(diǎn)來實(shí)施控制的。 對于連續(xù)過程，一般使用模擬調(diào)節(jié)儀表和對于連續(xù)過程，一般使用模擬調(diào)節(jié)儀表和DCSDCS實(shí)施控制；實(shí)施控制； 對于離散過程，一般使用繼電器和對于離散過程，一般使用繼電器和PLCPLC實(shí)施控制；實(shí)施控制；2021年12月31日星期五I

24、ndustrial Process Contral System14 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 對于批量過程或混合過程，則采用各種控制設(shè)備相結(jié)合以實(shí)施控制。對于批量過程或混合過程，則采用各種控制設(shè)備相結(jié)合以實(shí)施控制。 1 1、對連續(xù)過程的控制、對連續(xù)過程的控制 對于連續(xù)過程的控制一般稱之為過程控制或流程控制，它是一種連對于連續(xù)過程的控制一般稱之為過程控制或流程控制，它是一種連續(xù)調(diào)節(jié)性質(zhì)的控制。調(diào)節(jié)是控制的一種，特指通過反饋的方法對連續(xù)變續(xù)調(diào)節(jié)性質(zhì)的控制。調(diào)節(jié)是控制的一種，特指通過反饋的方法對連續(xù)變化的對象進(jìn)行連續(xù)的控制。調(diào)節(jié)的過程并沒有明顯的起點(diǎn)和終點(diǎn)，它所化的對象進(jìn)行連續(xù)

25、的控制。調(diào)節(jié)的過程并沒有明顯的起點(diǎn)和終點(diǎn)，它所關(guān)心的是受控對象對目標(biāo)值的允許偏差及進(jìn)行測量和控制的周期，這兩關(guān)心的是受控對象對目標(biāo)值的允許偏差及進(jìn)行測量和控制的周期，這兩個參數(shù)是連續(xù)過程調(diào)節(jié)的兩個最基本的要素。個參數(shù)是連續(xù)過程調(diào)節(jié)的兩個最基本的要素。 除了這兩大要素外，連續(xù)過程調(diào)節(jié)最重要的要素是調(diào)節(jié)控制算法，除了這兩大要素外，連續(xù)過程調(diào)節(jié)最重要的要素是調(diào)節(jié)控制算法，如經(jīng)典的如經(jīng)典的PIDPID調(diào)節(jié)、現(xiàn)代的模糊控制等。調(diào)節(jié)、現(xiàn)代的模糊控制等。 根據(jù)調(diào)節(jié)控制算法進(jìn)行計算，是控制系統(tǒng)最核心的功能，計算功能根據(jù)調(diào)節(jié)控制算法進(jìn)行計算，是控制系統(tǒng)最核心的功能，計算功能由控制器、調(diào)節(jié)器或運(yùn)算器完成。由控制器

26、、調(diào)節(jié)器或運(yùn)算器完成。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System15 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 2 2、對離散過程的控制、對離散過程的控制 對于離散過程的控制以狀態(tài)控制為主，一般稱之為程序控制或邏輯對于離散過程的控制以狀態(tài)控制為主，一般稱之為程序控制或邏輯控制。這是一種對非連續(xù)對象、非連續(xù)過程的控制?？刂啤＿@是一種對非連續(xù)對象、非連續(xù)過程的控制。 而非連續(xù)過程則由一組非連續(xù)對象按照工序的要求組合在一起，以而非連續(xù)過程則由一組非連續(xù)對象按照工序的要求組合在一起，以完成一個比較復(fù)雜的動作或任務(wù)，這樣的過程有很明顯的起點(diǎn)和終點(diǎn)。

27、完成一個比較復(fù)雜的動作或任務(wù)，這樣的過程有很明顯的起點(diǎn)和終點(diǎn)?？刂七^程和動作過程是完全對應(yīng)的。對非連續(xù)過程的控制是一種順序控控制過程和動作過程是完全對應(yīng)的。對非連續(xù)過程的控制是一種順序控制或程序控制，是根據(jù)各個被控對象的動作時間、動作順序和邏輯關(guān)系制或程序控制，是根據(jù)各個被控對象的動作時間、動作順序和邏輯關(guān)系進(jìn)行的控制。進(jìn)行的控制。 對非連續(xù)對象進(jìn)行控制，實(shí)際上就是按照一定的方式改變被控對象對非連續(xù)對象進(jìn)行控制，實(shí)際上就是按照一定的方式改變被控對象的狀態(tài)或位置，如某個電力開關(guān)的合閘或分閘。的狀態(tài)或位置，如某個電力開關(guān)的合閘或分閘。2021年12月31日星期五Industrial Process

28、 Contral System16 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 3 3、連續(xù)控制和離散控制的比較、連續(xù)控制和離散控制的比較 表表1 1 連續(xù)控制和離散控制的比較連續(xù)控制和離散控制的比較2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System17 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 4 4、對批量過程或混合過程的控制、對批量過程或混合過程的控制 批次控制結(jié)合了過程控制和程序控制這兩種控制類型，適用于在同批次控制結(jié)合了過程控制和程序控制這兩種控制類型，適用于在同一條生產(chǎn)線上通過裝置連接、組合的改變，工藝流程的改變和工藝參數(shù)一條生產(chǎn)線

29、上通過裝置連接、組合的改變，工藝流程的改變和工藝參數(shù)的調(diào)整生產(chǎn)不同品種產(chǎn)品的生產(chǎn)控制。的調(diào)整生產(chǎn)不同品種產(chǎn)品的生產(chǎn)控制。 其工作過程為：首先通過程序控制確定生產(chǎn)流程和工藝參數(shù)，然后其工作過程為：首先通過程序控制確定生產(chǎn)流程和工藝參數(shù)，然后轉(zhuǎn)入過程控制；當(dāng)一個完整的過程完成后，再次轉(zhuǎn)入程序控制，形成下轉(zhuǎn)入過程控制；當(dāng)一個完整的過程完成后，再次轉(zhuǎn)入程序控制，形成下一個批次的生產(chǎn)流程和工藝參數(shù)，如此反復(fù)。一個批次的生產(chǎn)流程和工藝參數(shù)，如此反復(fù)。 實(shí)際上批次控制是一種混合控制，是將過程控制和程序控制結(jié)合在實(shí)際上批次控制是一種混合控制，是將過程控制和程序控制結(jié)合在一起的控制系統(tǒng)。一起的控制系統(tǒng)。2021

30、年12月31日星期五Industrial Process Contral System18 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述四、控制的執(zhí)行方法和執(zhí)行裝置四、控制的執(zhí)行方法和執(zhí)行裝置 由計算機(jī)輸出的控制指令需要通過各種不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來作用于被由計算機(jī)輸出的控制指令需要通過各種不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來作用于被控對象的可操作部分和可調(diào)節(jié)部分。這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱為執(zhí)行裝置或執(zhí)行控對象的可操作部分和可調(diào)節(jié)部分。這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱為執(zhí)行裝置或執(zhí)行單元，如氣動閥、電磁閥、控制電機(jī)及繼電器等。單元，如氣動閥、電磁閥、控制電機(jī)及繼電器等。 執(zhí)行裝置將運(yùn)算處理裝置輸出的控制指令轉(zhuǎn)換為被控對象可接受的執(zhí)行裝置將運(yùn)算處理

31、裝置輸出的控制指令轉(zhuǎn)換為被控對象可接受的動作，以改變被控對象的運(yùn)行狀態(tài)。動作，以改變被控對象的運(yùn)行狀態(tài)。 運(yùn)算處理裝置的輸出也可分為模擬量和開關(guān)量兩大類：模擬量輸出運(yùn)算處理裝置的輸出也可分為模擬量和開關(guān)量兩大類：模擬量輸出用于對被控對象進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，如調(diào)整閥門的開度用于對被控對象進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，如調(diào)整閥門的開度( (百分比百分比) )以控制流量以控制流量等等；開關(guān)量控制則用于改變被控對象的狀態(tài)或工況，如通過電力開關(guān)等等；開關(guān)量控制則用于改變被控對象的狀態(tài)或工況，如通過電力開關(guān)的分的分/ /合以改變電網(wǎng)的接線方式等等。合以改變電網(wǎng)的接線方式等等。2021年12月31日星期五Industrial P

32、rocess Contral System19 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 另一類控制方式稱為乒乓控制，即采用開關(guān)量作為運(yùn)算處理裝置的另一類控制方式稱為乒乓控制，即采用開關(guān)量作為運(yùn)算處理裝置的輸出量，通過控制開關(guān)量處于不同狀態(tài)的時間比例，達(dá)到控制模擬量的輸出量，通過控制開關(guān)量處于不同狀態(tài)的時間比例，達(dá)到控制模擬量的目的。如一個電加熱爐，可通過改變接通電源時間和關(guān)斷電源時間的比目的。如一個電加熱爐，可通過改變接通電源時間和關(guān)斷電源時間的比例來控制加熱溫度，接通電源的時間長，溫度提高；縮短接通電源的時例來控制加熱溫度，接通電源的時間長，溫度提高；縮短接通電源的時間，溫度降低。間，

33、溫度降低。五、控制系統(tǒng)各要素的關(guān)系五、控制系統(tǒng)各要素的關(guān)系設(shè)定值設(shè)定值被控對象被控對象檢測裝置檢測裝置執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置運(yùn)行處理運(yùn)行處理裝置裝置控制動作控制動作過程量過程量測量值測量值控制指令控制指令控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖圖1 1 控制系統(tǒng)各要素的關(guān)系控制系統(tǒng)各要素的關(guān)系2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System20 工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制系統(tǒng)概述 人的主導(dǎo)作用：設(shè)定值、控制算法、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型等。人的主導(dǎo)作用：設(shè)定值、控制算法、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型等。六、控制系統(tǒng)的人機(jī)界面六、控制系統(tǒng)的人機(jī)界面 人機(jī)界面包括了測量值的顯示，計算參數(shù)的

34、顯示，人工操作設(shè)備（如按鈕、人機(jī)界面包括了測量值的顯示，計算參數(shù)的顯示，人工操作設(shè)備（如按鈕、調(diào)節(jié)手柄）等，還有對運(yùn)算處理裝置進(jìn)行設(shè)定和控制算法預(yù)置的設(shè)備等。調(diào)節(jié)手柄）等，還有對運(yùn)算處理裝置進(jìn)行設(shè)定和控制算法預(yù)置的設(shè)備等?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)被控對象被控對象檢測裝置檢測裝置執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置運(yùn)行處理運(yùn)行處理裝置裝置控制動作控制動作過程量過程量測量值測量值控制指令控制指令設(shè)定值設(shè)定值控制算控制算法法人機(jī)界面人機(jī)界面人人圖圖2 2 完整的控制系統(tǒng)所有的組成部分完整的控制系統(tǒng)所有的組成部分2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System21 工業(yè)控制系統(tǒng)DCS

35、DCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 DCSDCS是是Distributed Control SystemDistributed Control System的縮寫，直譯為的縮寫，直譯為“分布式控制分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)”。DCSDCS的主要用途是進(jìn)行控制，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)則是分布式的，是的主要用途是進(jìn)行控制，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)則是分布式的，是一種分布結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)一種分布結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng), ,又稱又稱“集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)”。一、控制系統(tǒng)的發(fā)展一、控制系統(tǒng)的發(fā)展 后圖所列是各類控制系統(tǒng)的發(fā)展過程。從中可以看到，整個控制系后圖所列是各類控制系統(tǒng)的發(fā)展過程。從中可以看到，整個控制系統(tǒng)的發(fā)展是沿著三條主線展開的。統(tǒng)

36、的發(fā)展是沿著三條主線展開的。 第一條主線是對離散系統(tǒng)的控制，即邏輯控制或程序控制；第一條主線是對離散系統(tǒng)的控制，即邏輯控制或程序控制； 第二條主線是第二條主線是SCADASCADA系統(tǒng)，其早期是遙測遙控系統(tǒng)；系統(tǒng)，其早期是遙測遙控系統(tǒng)； 第三條主線是對連續(xù)過程的控制系統(tǒng)。第三條主線是對連續(xù)過程的控制系統(tǒng)。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System22 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述圖圖3 3 各類控制系統(tǒng)的發(fā)展過程各類控制系統(tǒng)的發(fā)展過程2021年12月31日星期五Industrial Process Contral Syst

37、em23 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述二、儀表控制系統(tǒng)的基本概念二、儀表控制系統(tǒng)的基本概念 儀表控制系統(tǒng)（指由模擬式儀表組成的控制系統(tǒng)）最主要的功能是儀表控制系統(tǒng)（指由模擬式儀表組成的控制系統(tǒng)）最主要的功能是進(jìn)行回路控制。進(jìn)行回路控制。 所謂回路控制是指那種對最小過程單元進(jìn)行的閉環(huán)控制或調(diào)節(jié)。這所謂回路控制是指那種對最小過程單元進(jìn)行的閉環(huán)控制或調(diào)節(jié)。這些控制有些控制有1 12 2個現(xiàn)場輸入個現(xiàn)場輸入( (測量值測量值) )和和1 1個現(xiàn)場輸出個現(xiàn)場輸出( (控制量控制量) )，在現(xiàn)場輸，在現(xiàn)場輸入和現(xiàn)場輸出之間有計算單元入和現(xiàn)場輸出之間有計算單元( (即控制器即控制器) )

38、，另外還有一個給定值輸入，另外還有一個給定值輸入，用于設(shè)定控制目標(biāo)。參見后圖。用于設(shè)定控制目標(biāo)。參見后圖。 回路控制的作用是保證被控對象的一個最基本的運(yùn)行單元能夠按照回路控制的作用是保證被控對象的一個最基本的運(yùn)行單元能夠按照預(yù)定的參數(shù)正常運(yùn)行?？刂破鞯妮斎胗袃蓚€：設(shè)定值和測量值。其基本預(yù)定的參數(shù)正常運(yùn)行。控制器的輸入有兩個：設(shè)定值和測量值。其基本特征就是根據(jù)兩者的偏差在系統(tǒng)中形成反饋而進(jìn)行的控制。特征就是根據(jù)兩者的偏差在系統(tǒng)中形成反饋而進(jìn)行的控制。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System24 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述

39、 回路控制的功能框圖如下：回路控制的功能框圖如下： 回路控制的復(fù)雜性在于控制算法。為了實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的控制，必須回路控制的復(fù)雜性在于控制算法。為了實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的控制，必須對被控對象的動態(tài)特性進(jìn)行透徹的分析，并且對控制輸出施加到被控對對被控對象的動態(tài)特性進(jìn)行透徹的分析，并且對控制輸出施加到被控對象后所引起的數(shù)值變化和時間響應(yīng)性歸納出正確的數(shù)學(xué)模型。象后所引起的數(shù)值變化和時間響應(yīng)性歸納出正確的數(shù)學(xué)模型。圖圖4 4 回路控制的功能框圖回路控制的功能框圖2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System25 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 示

40、例：示例：儲液罐液位控制儲液罐液位控制 在注重控制算法研究同時，在控制系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)施過程還要進(jìn)行參在注重控制算法研究同時，在控制系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)施過程還要進(jìn)行參數(shù)整定，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制結(jié)果。數(shù)整定，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制結(jié)果。圖圖5 5 儲液罐液位控制儲液罐液位控制2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System26 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述三、早期的儀表控制系統(tǒng)三、早期的儀表控制系統(tǒng)基地式儀表基地式儀表 所謂基地式儀表，是指控制系統(tǒng)所謂基地式儀表，是指控制系統(tǒng)( (即儀表即儀表) )與被控對象在機(jī)械結(jié)構(gòu)上與被控對象在機(jī)械結(jié)構(gòu)上是

41、結(jié)合在一起的，而且儀表各個部分，包括檢測、計算、執(zhí)行及簡單的是結(jié)合在一起的，而且儀表各個部分，包括檢測、計算、執(zhí)行及簡單的人機(jī)界面等都做成一個整體，就地安裝在被控對象之上。人機(jī)界面等都做成一個整體，就地安裝在被控對象之上。 基地式儀表一般只針對單一運(yùn)行參數(shù)實(shí)施控制，其輸入、輸出都圍基地式儀表一般只針對單一運(yùn)行參數(shù)實(shí)施控制，其輸入、輸出都圍繞著一個單一的控制目標(biāo)，計算也主要為控制某個重要參數(shù)，控制功能繞著一個單一的控制目標(biāo)，計算也主要為控制某個重要參數(shù)，控制功能也是單也是單的。這種控制被稱為單一回路控制，簡稱單回路控制。的。這種控制被稱為單一回路控制，簡稱單回路控制。四、近代儀表控制系統(tǒng)四、近代

42、儀表控制系統(tǒng)單元式組合儀表單元式組合儀表 這類儀表將測量、控制計算、執(zhí)行及顯示、設(shè)定、記錄等功能分別這類儀表將測量、控制計算、執(zhí)行及顯示、設(shè)定、記錄等功能分別由不同的單元實(shí)現(xiàn)，互相之間采用某種標(biāo)準(zhǔn)的物理信號實(shí)現(xiàn)連接。并可由不同的單元實(shí)現(xiàn)，互相之間采用某種標(biāo)準(zhǔn)的物理信號實(shí)現(xiàn)連接。并可根據(jù)控制功能的需求進(jìn)行靈活的組合。根據(jù)控制功能的需求進(jìn)行靈活的組合。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System27 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 好處：儀表的功能大大加強(qiáng)了，能夠適應(yīng)各種不同的應(yīng)用需求，而好處：儀表的功能大大加強(qiáng)了，能夠適應(yīng)各種不

43、同的應(yīng)用需求，而且其功能的實(shí)現(xiàn)不再受安裝位置的限制?？梢园褭z測單元和執(zhí)行單元安且其功能的實(shí)現(xiàn)不再受安裝位置的限制?？梢园褭z測單元和執(zhí)行單元安裝在現(xiàn)場，而將控制、顯示及記錄設(shè)定等單元集中起來放在中心控制室裝在現(xiàn)場，而將控制、顯示及記錄設(shè)定等單元集中起來放在中心控制室內(nèi)，這樣，生產(chǎn)設(shè)備的操作人員足不出戶就可以迅速掌握整個生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)，這樣，生產(chǎn)設(shè)備的操作人員足不出戶就可以迅速掌握整個生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并可以直接對現(xiàn)場設(shè)備實(shí)施操作和調(diào)節(jié)等。的運(yùn)行狀態(tài)并可以直接對現(xiàn)場設(shè)備實(shí)施操作和調(diào)節(jié)等。 單元式組合儀表有兩大類。單元式組合儀表有兩大類。 氣動單元組合儀表：氣動單元組合儀表：以經(jīng)過干燥凈化的壓縮空氣作為

44、動力并以氣壓以經(jīng)過干燥凈化的壓縮空氣作為動力并以氣壓傳遞現(xiàn)場信號，其規(guī)范為傳遞現(xiàn)場信號，其規(guī)范為2020100kPa100kPa。 氣動單元組合儀表主要有七種單元：變送單元?dú)鈩訂卧M合儀表主要有七種單元：變送單元(B)(B)、調(diào)節(jié)單元、調(diào)節(jié)單元(T)(T)、顯示單元顯示單元(X)(X)、計算單元、計算單元(J)(J)、給定值單元、給定值單元(G)(G)、輔助單元、輔助單元(F)(F)和轉(zhuǎn)換單元和轉(zhuǎn)換單元(Z)(Z)。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System28 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 這些單元經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪B接及組合，

45、就可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜、規(guī)模較大的這些單元經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪B接及組合，就可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜、規(guī)模較大的控制。控制。 優(yōu)點(diǎn)：防爆，可以用于易燃易爆的場合，而且壓縮氣體提供的動力優(yōu)點(diǎn)：防爆，可以用于易燃易爆的場合，而且壓縮氣體提供的動力可以直接驅(qū)動如氣動閥門等現(xiàn)場設(shè)備，方便、可靠；具有很強(qiáng)的抗干擾可以直接驅(qū)動如氣動閥門等現(xiàn)場設(shè)備，方便、可靠；具有很強(qiáng)的抗干擾性。性。 缺點(diǎn)：需要潔凈干燥的氣源；氣體的傳輸路徑要敷設(shè)氣路管道，為缺點(diǎn)：需要潔凈干燥的氣源；氣體的傳輸路徑要敷設(shè)氣路管道，為了防腐蝕和防泄漏，需要采用成本很高的銅制管線或不銹鋼管線，還需了防腐蝕和防泄漏，需要采用成本很高的銅制管線或不銹鋼管線，還需要加工精度

46、非常高的連接件，設(shè)備及運(yùn)行成本高。要加工精度非常高的連接件，設(shè)備及運(yùn)行成本高。 電動單元組合儀表：電動單元組合儀表：由直流電源提供運(yùn)行動力并以直流電信號（電由直流電源提供運(yùn)行動力并以直流電信號（電流或電壓）傳遞現(xiàn)場信號的值。其信號規(guī)范有兩種，一種為流或電壓）傳遞現(xiàn)場信號的值。其信號規(guī)范有兩種，一種為0 010 mA10 mA，如，如，DDZ IIDDZ II系列。另一種為系列。另一種為4 420 mA20 mA，如，如，DDZ IIIDDZ III系列。系列。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System29 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述

47、控制系統(tǒng)簡述 電動單元組合儀表主要有八種單元：變送單元電動單元組合儀表主要有八種單元：變送單元(B)(B)、調(diào)節(jié)單元、調(diào)節(jié)單元(T)(T)、顯示單元顯示單元(X)(X)、計算單元、計算單元(J)(J)、給定值單元、給定值單元(G)(G)、輔助單元、輔助單元(F)(F)、轉(zhuǎn)換單元、轉(zhuǎn)換單元(Z)(Z)和執(zhí)行單元（和執(zhí)行單元（K K）。）。 電動單元組合儀表比氣動單元組合儀表更加輕便靈活，功能也更加電動單元組合儀表比氣動單元組合儀表更加輕便靈活，功能也更加齊全，因此一經(jīng)推出就迅速得到了廣泛的應(yīng)用。齊全，因此一經(jīng)推出就迅速得到了廣泛的應(yīng)用。 電動單元組合儀表的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電磁閥、各種控制電機(jī)和繼電

48、電動單元組合儀表的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電磁閥、各種控制電機(jī)和繼電器等用電磁原理設(shè)計的設(shè)備或裝置。器等用電磁原理設(shè)計的設(shè)備或裝置。 真正的控制系統(tǒng)是從單元式組合儀表出現(xiàn)后才逐步形成的。真正的控制系統(tǒng)是從單元式組合儀表出現(xiàn)后才逐步形成的。 基地式儀表只能實(shí)現(xiàn)分立的、單個回路的、各種控制回路之間無任基地式儀表只能實(shí)現(xiàn)分立的、單個回路的、各種控制回路之間無任何聯(lián)系的控制，因此談不上形成系統(tǒng)。何聯(lián)系的控制，因此談不上形成系統(tǒng)。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System30 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 單元式組合儀表可以通過不同單元的組合

49、，不僅能完成單個回路的單元式組合儀表可以通過不同單元的組合，不僅能完成單個回路的控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)串級控制、復(fù)合控制等復(fù)雜的、涉及幾個回路互動的控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)串級控制、復(fù)合控制等復(fù)雜的、涉及幾個回路互動的控制功能，而且，由于單元式組合儀表有能力將顯示、操作記錄及設(shè)定控制功能，而且，由于單元式組合儀表有能力將顯示、操作記錄及設(shè)定等單元集中安裝在控制室內(nèi)，使得操作員可以隨時掌握生產(chǎn)過程的全貌等單元集中安裝在控制室內(nèi)，使得操作員可以隨時掌握生產(chǎn)過程的全貌并據(jù)此實(shí)施操作控制，因此，這樣就構(gòu)成了一個完整的控制系統(tǒng)。并據(jù)此實(shí)施操作控制，因此，這樣就構(gòu)成了一個完整的控制系統(tǒng)。 作為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，在

50、于系統(tǒng)是由現(xiàn)場的回路控制部分作為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，在于系統(tǒng)是由現(xiàn)場的回路控制部分（一次儀表），集中控制室中的人機(jī)界面（二次儀表）和連接這兩部分（一次儀表），集中控制室中的人機(jī)界面（二次儀表）和連接這兩部分的信號電纜三大部分所組成的。的信號電纜三大部分所組成的。 從基地式儀表發(fā)展到單元式組合儀表，從控制裝置發(fā)展到控制系統(tǒng)，從基地式儀表發(fā)展到單元式組合儀表，從控制裝置發(fā)展到控制系統(tǒng)，根本原因是信號傳輸?shù)某霈F(xiàn)。即：信號的傳輸技術(shù)造成了功能上的分工根本原因是信號傳輸?shù)某霈F(xiàn)。即：信號的傳輸技術(shù)造成了功能上的分工與配合，使控制裝置演變成了控制系統(tǒng)。與配合，使控制裝置演變成了控制系統(tǒng)。2021年12月

51、31日星期五Industrial Process Contral System31 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 不論是氣動單元組合儀表還是電動單元組合儀表，其調(diào)節(jié)、計算單不論是氣動單元組合儀表還是電動單元組合儀表，其調(diào)節(jié)、計算單元都是采用模擬原理實(shí)現(xiàn)的。元都是采用模擬原理實(shí)現(xiàn)的。 以電動單元組合儀表為例，其控制算法如比例、積分、微分等調(diào)節(jié)以電動單元組合儀表為例，其控制算法如比例、積分、微分等調(diào)節(jié)規(guī)律，均利用電容、電感、電阻等元件的電氣規(guī)律模擬實(shí)現(xiàn)。規(guī)律，均利用電容、電感、電阻等元件的電氣規(guī)律模擬實(shí)現(xiàn)。 這些方法均有較大的局限性：這些方法均有較大的局限性： 其一：是計算精度

52、不高。其精度受元件參數(shù)的精度或加工精度的影響較大，其一：是計算精度不高。其精度受元件參數(shù)的精度或加工精度的影響較大，而且隨著時間的推移、環(huán)境的變化和機(jī)件的磨損，各種參數(shù)會發(fā)生變化，造成而且隨著時間的推移、環(huán)境的變化和機(jī)件的磨損，各種參數(shù)會發(fā)生變化，造成控制精度的下降。控制精度的下降。 其二：以模擬方式實(shí)現(xiàn)的計算，其動態(tài)范圍也受到較大的限制。如果在控其二：以模擬方式實(shí)現(xiàn)的計算，其動態(tài)范圍也受到較大的限制。如果在控制回路中需要一個較大的滯后環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)起來是非常困難的，因此單元式組合制回路中需要一個較大的滯后環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)起來是非常困難的，因此單元式組合儀表的控制回路絕大多數(shù)是經(jīng)典儀表的控制回路絕大多數(shù)

53、是經(jīng)典PIDPID控制，很少有更高級的控制算法?？刂?，很少有更高級的控制算法。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System32 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述五、數(shù)字式單回路調(diào)節(jié)器五、數(shù)字式單回路調(diào)節(jié)器SLCSLC 數(shù)字式單回路調(diào)節(jié)器數(shù)字式單回路調(diào)節(jié)器SLCSLC（Single Loop ControllerSingle Loop Controller）以微處理器）以微處理器為核心，主要完成控制計算的功能。其最主要的用途是代替單元式組合為核心，主要完成控制計算的功能。其最主要的用途是代替單元式組合儀表的計算、顯示及給定值等單元

54、，而檢測、執(zhí)行等功能仍然由常規(guī)的儀表的計算、顯示及給定值等單元，而檢測、執(zhí)行等功能仍然由常規(guī)的單元完成，以這種方式組成的系統(tǒng)是一種模擬式和數(shù)字式混合模式的系單元完成，以這種方式組成的系統(tǒng)是一種模擬式和數(shù)字式混合模式的系統(tǒng)。統(tǒng)。 微處理器采用數(shù)字方式進(jìn)行控制計算，其計算的能力大大加強(qiáng)，可微處理器采用數(shù)字方式進(jìn)行控制計算，其計算的能力大大加強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜或難度很高的控制計算。而且數(shù)字化的處理具有數(shù)字通以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜或難度很高的控制計算。而且數(shù)字化的處理具有數(shù)字通信功能，因此可以被用來方便地實(shí)現(xiàn)如串級控制、復(fù)合控制等較復(fù)雜的信功能，因此可以被用來方便地實(shí)現(xiàn)如串級控制、復(fù)合控制等較復(fù)雜的控制功能

55、。控制功能。 SLCSLC發(fā)展很快，后來又在單回路調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上發(fā)展了多回路調(diào)節(jié)器。發(fā)展很快，后來又在單回路調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上發(fā)展了多回路調(diào)節(jié)器。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System33 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 盡管盡管SLCSLC在內(nèi)部采用了數(shù)字技術(shù)，以微處理器為核心構(gòu)成系統(tǒng)，但在內(nèi)部采用了數(shù)字技術(shù)，以微處理器為核心構(gòu)成系統(tǒng)，但在形式上還是沿用了單元式組合儀表的構(gòu)造，仍然是以一個單元的方式在形式上還是沿用了單元式組合儀表的構(gòu)造，仍然是以一個單元的方式安裝在儀表面板上，所不同的是安裝在儀表面板上，所不同的是SLCS

56、LC的顯示多采用數(shù)字式的顯示，即用的顯示多采用數(shù)字式的顯示，即用數(shù)碼管直接顯示出測量值或控制值、設(shè)定值等。數(shù)碼管直接顯示出測量值或控制值、設(shè)定值等。六、計算機(jī)控制系統(tǒng)六、計算機(jī)控制系統(tǒng) 1 1、監(jiān)視系統(tǒng)（、監(jiān)視系統(tǒng)（Monitoring ControlMonitoring Control，MSMS） 19581958年年9 9月，在美國路易斯安娜州的一座發(fā)電廠內(nèi)安裝了第一臺用月，在美國路易斯安娜州的一座發(fā)電廠內(nèi)安裝了第一臺用于現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)視的計算機(jī)。它的作用是將一些現(xiàn)場檢測儀表的數(shù)據(jù)采集于現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)視的計算機(jī)。它的作用是將一些現(xiàn)場檢測儀表的數(shù)據(jù)采集到一起，然后在計算機(jī)的顯示屏上進(jìn)行顯示，以供操作

57、人員在中央控制到一起，然后在計算機(jī)的顯示屏上進(jìn)行顯示，以供操作人員在中央控制室內(nèi)觀察發(fā)電廠的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了多臺檢測控制儀表的集中監(jiān)視功能。室內(nèi)觀察發(fā)電廠的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了多臺檢測控制儀表的集中監(jiān)視功能。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System34 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 2 2、監(jiān)督控制系統(tǒng)（、監(jiān)督控制系統(tǒng)（Set Point ControlSet Point Control，SPCSPC） 19591959年年3 3月，在美國得克薩斯州的一個煉油廠投運(yùn)了另一套計算機(jī)月，在美國得克薩斯州的一個煉油廠投運(yùn)了另一套計

58、算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以顯示現(xiàn)場儀表的檢測數(shù)據(jù)，而且可以設(shè)定或改變系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以顯示現(xiàn)場儀表的檢測數(shù)據(jù)，而且可以設(shè)定或改變現(xiàn)場控制儀表的給定值。其根據(jù)偏差實(shí)施控制的仍然由控制儀表完成。現(xiàn)場控制儀表的給定值。其根據(jù)偏差實(shí)施控制的仍然由控制儀表完成。 3 3、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital ControlDirect Digital Control， DDC DDC） 19601960年年4 4月，在美國肯塔基州的月，在美國肯塔基州的個化工廠投運(yùn)的另一套計算機(jī)系個化工廠投運(yùn)的另一套計算機(jī)系統(tǒng)，除了完成現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的監(jiān)視和設(shè)定值的功能外，還可以實(shí)際完成統(tǒng)，除

59、了完成現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的監(jiān)視和設(shè)定值的功能外，還可以實(shí)際完成控制計算并實(shí)際輸出控制量?？刂朴嬎悴?shí)際輸出控制量。 DDCDDC與單元式組合儀表所構(gòu)成的控制系統(tǒng)的區(qū)別：與單元式組合儀表所構(gòu)成的控制系統(tǒng)的區(qū)別： 儀表系統(tǒng)的控制回路完全是分立的，每個控制回路均有自己的一套儀表系統(tǒng)的控制回路完全是分立的，每個控制回路均有自己的一套設(shè)備，包括測量、控制計算及控制量的輸出等。設(shè)備，包括測量、控制計算及控制量的輸出等。2021年12月31日星期五Industrial Process Contral System35 工業(yè)控制系統(tǒng)DCSDCS控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 DDCDDC則利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算處理能力將所

60、有回路的控制計算工作則利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算處理能力將所有回路的控制計算工作集中完成。由于這種集中處理方式，相應(yīng)的過程量輸入輸出也都集中連集中完成。由于這種集中處理方式，相應(yīng)的過程量輸入輸出也都集中連接到計算機(jī)上，而無法明確區(qū)分哪些量是屬于哪個控制回路的。接到計算機(jī)上，而無法明確區(qū)分哪些量是屬于哪個控制回路的。 DDCDDC將所有控制回路的計算處理集中在一起的方法比較有利于復(fù)雜將所有控制回路的計算處理集中在一起的方法比較有利于復(fù)雜控制功能的實(shí)現(xiàn)，如復(fù)合控制及多個回路協(xié)調(diào)控制等，但也同時帶來了控制功能的實(shí)現(xiàn)，如復(fù)合控制及多個回路協(xié)調(diào)控制等，但也同時帶來了安全性和計算能力的問題。安全性和計算能力的問