第1章CS3000簡介

1、第一章過程控制系統(tǒng)的進展和系統(tǒng)概念 控制生產(chǎn)過程的方法 隨著時間不斷地變化著。它開始地使用模擬調節(jié)器的單回路控制。現(xiàn)在，使用數(shù)字信號的分散控制系統(tǒng)在過程控制領域一直在不斷增長著。進而，在工廠中應用的各種控制系統(tǒng)綜合成一體的趨勢也在不斷向前發(fā)展（如CIM：Computer Integrated Manufacturing計算機集成制造系統(tǒng)*）。第一章講述控制系統(tǒng)的進展，當然系統(tǒng)的基礎內(nèi)容也將說明。目 錄1.1 關鍵詞條11.2 調節(jié)器進行的過程控制21.3 過程控制功能31.4 過程控制系統(tǒng)41.5 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史51.6 綜合生產(chǎn)控制系統(tǒng)81.7 CENTUM CS的系統(tǒng)概念10*譯注

2、：CIM在中國稱為CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）機械制造和裝配工業(yè)中從接受定單到向用戶交貨全過程的計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)。近年來對化工、發(fā)電、煉油等過程工業(yè)也發(fā)展了與CIMS類似的COPS（Computer Integrated Process System）技術。1.1 關鍵詞條下列各條為本章中將研究的內(nèi)容（1）調節(jié)器，指示調節(jié)器，PID調節(jié)器1.2（2）反饋控制1.3（3）順序控制1.3（4）直接數(shù)字控制（DDC）1.4（5）集中控制系統(tǒng)1.5（6）分散控制系統(tǒng)1.5（7）集中監(jiān)視和分散控制1.5（8）一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)1.6（9）

3、CS系統(tǒng)概念1.71.2 調節(jié)器進行的過程控制圖1.1為使用模擬調節(jié)器的溫度控制回路。操作者設定一個溫度“給定值”，調節(jié)器自動的調整操作變量，即輸出（例中為調整控制蒸汽流量的閥門開度）以減小測得的“過程變量”（溫度）和目標值“給定值”之間的偏差。這種調整操作變量以減小“過程變量”和“給定值”之間偏差的過程稱之為反饋控制。指示調節(jié)器（PID）指示測得的 “過程變量”（遠處貯槽中液體的溫度），使用PID算法（P比例，I積分和D微分）計算操作變量輸出（蒸汽流量），蒸汽流量的變化將減小“過程變量”和“設定”溫度間的偏差，也控制了貯槽中液體的溫度。圖1.1 使用模擬調節(jié)器的過程控制圖1.1也可用圖1.2

4、來表示。1.3 過程控制功能直接控制生產(chǎn)過程的方法大體分為兩大類：回路控制（包括反饋和前饋控制）和順序控制。前者輸入模擬測量信號，后者輸入操作順序和過程的狀態(tài)信號。l 反饋控制：控制動作直接校正過程變量（如貯槽中液體溫度）, 比較目標值（設定值），使兩者一致。l 前饋控制：借助測量干擾量（如環(huán)境溫度）產(chǎn)生校正動作，在干擾尚未對過程產(chǎn)生影響前直接作用于閥門。l 順序控制：根據(jù)預先指定的順序，控制作用為一系列連續(xù)完成的控制步程.在CENTUM CS中，所有回路控制，包括前饋控制均歸于“反饋控制”類中。同樣，它還包括諸如電動機控制，電力分配控制。1.4 過程控制系統(tǒng)為完成圖1.1所示的溫度控制，需要

5、一個控制系統(tǒng)（即一種完成控制運算的設備）。有多種可選用的控制系統(tǒng)，它們一般可分為模擬控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。模擬控制系統(tǒng)：使用運算放大器等，控制設備用模擬信號（如電壓）進行控制運算，不能進行順序控制。數(shù)字控制系統(tǒng)：使用處理器（處理單元），控制設備用數(shù)字信號完成控制運算，它不僅可以完成反饋和前饋控制（總稱直接數(shù)字控制DDC），而且還可用于順序控制。l DDC（直接數(shù)字控制）：由數(shù)字設備完成調節(jié)器功能，控制器的輸入和輸出可以是模擬信號。同樣，在監(jiān)視時，上位機直接驅動數(shù)字調節(jié)器的輸出。1.5 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史數(shù)字控制系統(tǒng)隨著它的組件變化而取得的進步而不斷進展，圖1.5展示了這些進展。電子計算機

6、首次用于過程控制領域是在60年代，隨后一些數(shù)字控制技術得到了廣泛的發(fā)展。引入計算機的目的有兩個: ¬數(shù)據(jù)報表; ­初期的設定點控制（SPS）.¬計算機控制數(shù)據(jù)報表操作指導 ­計算機控制設定值控制（SPS） 圖1.6 數(shù)據(jù)報表 圖1.7 設定值控制計算機引入過程控制初期，調節(jié)器功能由計算機代替和DDC控制，在DDC控制中，開始用計算機直接控制生產(chǎn)過程。早期，控制系統(tǒng)是集中的那里一臺中央計算機不僅完成監(jiān)督和操作，而且還完成全部過程控制。這樣做最重要的原因是計算機的成本。微處理器的出現(xiàn)大大地改變了上述情況。研究的主題變?yōu)槿缈蓪崿F(xiàn)多種多樣的功能分散風險，分散功能

7、，等等），如何將各種各樣專有的和普遍要求結合在一起。分散控制系統(tǒng)（DCS）根據(jù)過程控制的要求，現(xiàn)在已有輸入點分散至1個回路8個回路16個回路直至80個回路的適用系統(tǒng)。®集中控制： ¯分散控制： 集中控制 , 集中監(jiān)測 分散控制 集中檢測圖1.8集中控制 圖1.9分散式控制1.6 綜合生產(chǎn)控制系統(tǒng)當今對分布于全工廠的控制系統(tǒng)一體化的趨勢已達到實現(xiàn)計算機集成制造（CIM）水平。下面的4種方法促進了CIM的實現(xiàn)。由于這些方法是相互結合的，故將來的系統(tǒng)需要一體化。l 控制室的一體化減少控制室數(shù)量以減少操作各個系統(tǒng)的人機界面的數(shù)量。l 現(xiàn)存系統(tǒng)的一體化現(xiàn)存多個系統(tǒng)通過網(wǎng)絡連接成一個新

8、系統(tǒng)，以達到在新系統(tǒng)中的ICS站上集中操 作。l 單窗口作為CIM的一部分，應用CENTUM CS人機接口中的“X-window”功能操作計算機系統(tǒng)。l 過程儀表裝置和電氣控制的一體化過程控制和電氣控制由DCS的一個操作界面操作.圖1.11 一體化控制系舉例（2）1.7 CENTUM CS的系統(tǒng)概念這一節(jié)將引入“綜合處理 ”的概念，這是橫河電機系統(tǒng)工作引出的一個基本概念。本節(jié)將講述這個概念和CENTUM CS一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)之間的關系及其特點。（1） 綜合處理綜合處理（CS）是橫河系統(tǒng)業(yè)務工作中產(chǎn)生的一個基本概念。橫河電機支持用戶總結多年來為滿足生產(chǎn)需要解決各種問題而積累的技術專利。為實現(xiàn)上述目的，橫河電機與用戶密切使用相結合，集中精力通過一體化技術如計算機集成制造（CIM）和生產(chǎn)中心組織等方式構筑先進的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。*生產(chǎn)中心組織：這是一種構想，目的是將生產(chǎn)組織得更合理，方法是提高直接生產(chǎn)各部分和間接生產(chǎn)各部分間的協(xié)調性。CENTUM CS是一個中央系統(tǒng) , 通過這個系統(tǒng)橫河電機實現(xiàn)了它的系統(tǒng)工作“綜合處理”的基本思想。 CS也含用戶滿意（Customer Satisfaction）之義.通過CENTUM CS，橫河電機可提供滿足用戶要求的各種解決方案。（2） 系統(tǒng)概念為滿足預期9