軋制過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)9/25/20231

過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.1

過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概述1.2第一章緒論

軋制過程計(jì)算機(jī)控制概述1.3

過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本類型1.49/25/202321.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要類型數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（DateAcquiredSystem-DAS）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(DirectDigitalControl－DDC系統(tǒng)）直接數(shù)字控制(DirectDigitalControl－DDC系統(tǒng)）集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(ConcentricControlsystem-CCS)分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem－DCS系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem－FCS系統(tǒng)）控制是作為一個(gè)系統(tǒng)與生產(chǎn)過程結(jié)合在一起的。根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)、控制目的、控制方法和系統(tǒng)的構(gòu)成，過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大體上可分成以下幾種基本類型：9/25/202331數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)

（DateAcquiredSystem-DAS）軋制過程中的各種過程變量，計(jì)算機(jī)可以通過檢測儀器檢測到，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)內(nèi)存,這種檢測叫做計(jì)算機(jī)采樣。計(jì)算機(jī)還可以再將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過適當(dāng)?shù)挠?jì)算，量綱換算將它換成所需要的數(shù)值，或者進(jìn)行其他的數(shù)學(xué)分析或數(shù)據(jù)加工。在這類系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)只對工業(yè)過程的各種參數(shù)進(jìn)行巡回檢測、報(bào)警、結(jié)果處理，并在給定的時(shí)間間隔時(shí)，通過顯示、打印等方式向操作人員提供各種數(shù)據(jù)，即不參加對過程的控制。這種巡回檢測數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，現(xiàn)已成為各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，它的連接形式如下圖所示。9/25/20234

工業(yè)對象數(shù)據(jù)收集裝置計(jì)算機(jī)

數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)參數(shù)：壓力、流量、溫度的輸入信號(hào)；模擬量：脈沖量：

開關(guān)量：通過光電編碼器測量的速度、位移信號(hào)。操作臺(tái)上的開關(guān)、按鈕；行程開關(guān)、極限開關(guān)；信號(hào)指示燈、音響報(bào)警、繼電器的接通與斷開、電磁閥的打開與關(guān)閉；電機(jī)的啟動(dòng)與停止；計(jì)數(shù)器的預(yù)定數(shù)值計(jì)滿；定時(shí)器的預(yù)定時(shí)間已到達(dá)。電機(jī)控制系統(tǒng)中的速度給定、電流給定的輸入信號(hào)；控制伺服閥、比例閥的輸出信號(hào)。9/25/20235實(shí)例：冷軋帶鋼平整機(jī)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)壓力傳感器光電編碼器光電編碼器控制目的：給予帶鋼小壓下量改善板型平直度，使之達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)；被控量：平整延伸率、軋輥輥縫巡回檢測數(shù)據(jù)：軋制力、軋制速度、輥縫。應(yīng)用特點(diǎn)：數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)紀(jì)錄和顯示軋制過程中的各種不同情況，分析和研究軋制過程，建立和改善數(shù)學(xué)模型。模擬量輸入通道脈沖輸入計(jì)數(shù)器板9/25/20236

2．操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)P17優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個(gè)對象。操作指導(dǎo)系統(tǒng)直接從現(xiàn)場輸入實(shí)洲參數(shù)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和計(jì)算并給出操作指導(dǎo)，故稱其為“在線”操作指導(dǎo)系統(tǒng)。9/25/20237計(jì)算機(jī)：利用所檢測的數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的控制和管理方法進(jìn)行計(jì)算，給出相應(yīng)的操作指導(dǎo)信息，通過CRT或打印機(jī)輸出給操作人員。在線操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)離線操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)9/25/20238實(shí)例：二輥可逆式冷軋機(jī)操作指導(dǎo)系統(tǒng)

軋制數(shù)據(jù)表道次厚度軋制力輥縫實(shí)測厚度實(shí)測壓力實(shí)測輥縫反算壓力自適應(yīng)參數(shù)02.7282.728?1.15012.30074.422.1902.31580.762.19273.101.21521.90077.831.7801.92581.221.78275.901.25931.60071.181.4991.59077.091.49772.041.302

輸入測量厚度h(1)=2.315h(2)=1.925h(3)=1.590Learn是自學(xué)習(xí)參數(shù)，其初值為1.08

應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)QP用布蘭德-福德公式的希爾簡化式計(jì)算。

控制目標(biāo)：厚度精度被控量：輥縫巡檢參數(shù)：軋制力、輥縫、應(yīng)用特點(diǎn)：數(shù)據(jù)收集、記錄；在線操作指導(dǎo)，建立自適應(yīng)模型。9/25/20239

3直接數(shù)字控制

(

DirectDigitalControl－DDC）本質(zhì)——用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路。優(yōu)點(diǎn)——計(jì)算靈活，精度高，可以處理多個(gè)控制回路。不僅能實(shí)現(xiàn)常規(guī)的PID控制規(guī)律，也能實(shí)現(xiàn)PID以外的多種復(fù)雜控制。問題——當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格昂貴，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度不能滿足快速過程實(shí)時(shí)控制的需求。AI、DIAO、DO控制站…………9/25/202310★要求：實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)★一臺(tái)計(jì)算機(jī)通常要控制幾個(gè)或幾十個(gè)回路輸入通道(AI.DI）輸出通道(AO.DO)打印機(jī)報(bào)警操作臺(tái)CRT計(jì)算機(jī)生產(chǎn)過程9/25/2023113.直接數(shù)字控制系統(tǒng)DirectDigitalControlSystem，DDC被測變量操作變量……控制規(guī)律：基于經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的程序算法。DDC特點(diǎn)：信號(hào)轉(zhuǎn)換控制功能強(qiáng)大控制方法靈活要求實(shí)時(shí)性好、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)。9/25/202312實(shí)例：制藥廠的DDC控制土霉素生產(chǎn)車間20只發(fā)酵缸每個(gè)缸有2-4個(gè)參數(shù)，共需60個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)完成的功能：對20只缸共50個(gè)參數(shù)（溫度、溶氧、pH)實(shí)現(xiàn)PID控制；對10只三級(jí)缸實(shí)行消沫控制（開關(guān)量控制）；對20只缸的溫度、溶樣、pH進(jìn)行巡回檢測；對以上60個(gè)參數(shù)定時(shí)制表；對上限、下限、實(shí)時(shí)鐘停等故障實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警；土霉素車間的DDC控制框圖計(jì)算機(jī)：對各路信號(hào)按PID調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，并對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、巡回檢測、實(shí)時(shí)制表、越限報(bào)警、事故報(bào)警。中央控制臺(tái)：在操作臺(tái)顯示各路參數(shù)值；設(shè)置和改變參數(shù)的給定值和上下限；打印。(人機(jī)接口）

路給定值偏差值單位

0130.00+0.06C0~10mA+24V0~10mAΤ=40ms×60=2.4s9/25/202313直接數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)的不同在模擬系統(tǒng)中，信號(hào)的傳送不需要數(shù)字化，而數(shù)字系統(tǒng)中由于采用計(jì)算機(jī)，因此在信號(hào)的傳送過程中就需要采用數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換。另外，DDC是用程序進(jìn)行控制運(yùn)算，這就比模擬量控制與控制對象一一對應(yīng)的控制方式靈活而又經(jīng)濟(jì)。只要改變計(jì)算機(jī)程序就可以對控制對象實(shí)現(xiàn)不同控制功能，因此可以控制幾百個(gè)回路，并可以對上下限進(jìn)行監(jiān)視和報(bào)警。此外，因?yàn)橛?jì)算機(jī)有較強(qiáng)的計(jì)算能力，所以控制方法的改變很方便，只要改變程序就可以實(shí)現(xiàn)。就一般的模擬控制而言，要改變控制方法，必須改變硬件，這不是輕而易舉的事。9/25/202314DDC系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)的要求由于DDC系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)直接承擔(dān)控制任務(wù)，所以要求實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。為了充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的利用率，一臺(tái)汁算機(jī)通常要控制多個(gè)回路，那就要求合理地設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，使之不失時(shí)機(jī)地完成所有功能。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾頻繁，直接威脅著計(jì)算機(jī)的可靠運(yùn)行。因此，必須采取抗干擾措施來提高系統(tǒng)的可靠性，使之能適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境。9/25/202315DDC控制系統(tǒng)的存在的問題一臺(tái)DDC計(jì)算機(jī)可以控制幾百個(gè)回路，以及上千個(gè)過程變量的顯示、操作，控制集中在單一計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。DDC機(jī)上所實(shí)現(xiàn)的功能有：過程監(jiān)視、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警、過程控制、生產(chǎn)調(diào)度、工廠管理等。局部的小故障造成整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。9/25/202316集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出發(fā)點(diǎn)：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制盡可能多的控制回路(幾百個(gè)回路)，實(shí)現(xiàn)盡可能多的功能。數(shù)字調(diào)節(jié)器控制計(jì)算機(jī)現(xiàn)場操作臺(tái)終端顯示器I/O設(shè)備監(jiān)測儀表執(zhí)行設(shè)備數(shù)據(jù)處理、上下限報(bào)警、過程控制、顯示輸出、生產(chǎn)調(diào)度…優(yōu)點(diǎn)：信息集中，便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。問題：一方面容易出現(xiàn)負(fù)荷過載，另一方面控制的集中也直接導(dǎo)致危險(xiǎn)的集中。9/25/2023174.監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)SupervisoryComputerControlSystem,SCCSCC計(jì)算機(jī)：根據(jù)反映生產(chǎn)過程工況的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行必要的計(jì)算，給DDC計(jì)算機(jī)提供各種控制信號(hào)，如最佳給定值、最優(yōu)控制量等。一般選用高檔微型機(jī)或小型機(jī)作為SCC用計(jì)算機(jī)。9/25/202318

3．監(jiān)督控制系統(tǒng)（SupervisoryComputerControl—SCC）

DDC計(jì)算機(jī)生產(chǎn)過程SSC計(jì)算機(jī)記錄顯示打印調(diào)節(jié)測量設(shè)定值(b)工藝數(shù)據(jù)模擬調(diào)節(jié)器生產(chǎn)過程SSC計(jì)算機(jī)記錄顯示打印調(diào)節(jié)測量設(shè)定值(a)工藝數(shù)據(jù)IO通道IO通道通訊RS232通訊RS2329/25/202319實(shí)例：武鋼熱軋廠計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)9/25/202320實(shí)例：武鋼熱軋廠計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)過程自動(dòng)化級(jí)1.初始數(shù)據(jù)輸入；5.數(shù)據(jù)采集和處理2.跟蹤；6.人機(jī)界面3.設(shè)定計(jì)算；7.報(bào)告和紀(jì)錄4.模型自適應(yīng)8.數(shù)據(jù)通信1.板坯測量；2.板坯確認(rèn)；3.板坯移動(dòng)和爐前定位；4.推鋼機(jī)控制；5.步進(jìn)梁控制；6.抽鋼機(jī)控制；7.加熱爐溫度控制。1.粗軋機(jī)設(shè)定；2.輥道控制；3.可逆軋機(jī)的順序控制；4.除鱗控制；5.速度控制；6.寬度控制；1.精軋機(jī)設(shè)定；2.飛將控制；3.速度控制；4.活套控制；5.除鱗和機(jī)架間噴水控制；6.穿帶自適應(yīng)控制。1.卷取機(jī)控制；2.張力控制；3.順序控制；4.卷取機(jī)溫度控制；5.鋼卷運(yùn)輸控制。加熱爐1#DDC粗軋機(jī)2#DDC飛剪、精軋機(jī)3#DDC卷取機(jī)4#DDC1#SCCVAX20002#SCC備用基礎(chǔ)自動(dòng)化9/25/202321SCC系統(tǒng)通常采用兩級(jí)計(jì)算機(jī)，其中DDC計(jì)算機(jī)(稱為下位機(jī))完成直接數(shù)字控制功能；SCC計(jì)算機(jī)(稱為上位機(jī))則根據(jù)反映生產(chǎn)過程工況的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行必要的計(jì)算．給DDC計(jì)算機(jī)提供各種控制信號(hào)，比如最佳給定值和最優(yōu)控制量。

DDC用計(jì)算機(jī)與生產(chǎn)過程連接，并直接承擔(dān)控制任務(wù)。因此，要求其可靠性高，抗干擾性強(qiáng)．并能獨(dú)立工作。一般選用單板機(jī)式微型機(jī)作為DDC計(jì)算機(jī)。SCC計(jì)算機(jī)承擔(dān)高級(jí)控制與管理的任務(wù)，它的信息存儲(chǔ)量大、計(jì)算任務(wù)繁重。一般選用高檔微型機(jī)或小型機(jī)作為SCC用計(jì)算機(jī)。9/25/202322SCC計(jì)算機(jī)功能有：對整個(gè)軋制線設(shè)備控制的設(shè)定計(jì)算，對整個(gè)軋制線軋件跟蹤，軋制節(jié)奏控制，處理軋制過程大量的技術(shù)數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)并顯示。DDC計(jì)算機(jī)的功能有：以比較短的取樣間距直接控制各個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的位置，帶鋼厚度和溫度以及軋機(jī)的程序控制。2號(hào)SCC與4號(hào)DDC離線備用。1—3號(hào)DDC的控制項(xiàng)目下：1號(hào)DDC用來控制加熱爐前后及粗軋各機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作，2號(hào)DDC用來控制精軋各機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作3號(hào)DDC用來控制卷取機(jī)各機(jī)械的動(dòng)作9/25/202323五、多級(jí)控制系統(tǒng)多級(jí)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生是由于生產(chǎn)規(guī)模越來越大，信息來源越來越多，對計(jì)劃管理信息收集的及時(shí)性要求越來越高，因此要求管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能直接指揮過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，過程計(jì)算機(jī)也能直接向管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行匯報(bào)。在現(xiàn)代化大型企業(yè)中，生產(chǎn)的原料、產(chǎn)品、能源調(diào)度已成為企業(yè)獲得最好經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素，因此設(shè)有能源調(diào)度中心、生產(chǎn)調(diào)度中心等大型計(jì)算機(jī)中心。它會(huì)帶來較監(jiān)控層更大的經(jīng)濟(jì)效益。最高一層是企業(yè)管理層，它包括生產(chǎn)計(jì)劃、財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)、銷售、人事工資和經(jīng)營決策，屬于現(xiàn)代管理科學(xué)范疇，通常由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。多級(jí)控制系統(tǒng)也稱信息管理級(jí)控制系統(tǒng)MIS。(ManagmentInformationSystem）9/25/2023245.多級(jí)控制系統(tǒng)ManagementInformationSystem,MISDDC級(jí)用來直接控制生產(chǎn)過程，主要進(jìn)行數(shù)字PID控制、順序控制、比值控制串級(jí)控制等各種數(shù)字直接控制，數(shù)據(jù)收集、監(jiān)視報(bào)警。SCC級(jí)主要進(jìn)行最優(yōu)控制的設(shè)定計(jì)算，指揮DDC的工作，調(diào)整常規(guī)控制器的設(shè)定值和給操作者發(fā)出操作指令等。MIS級(jí)是生產(chǎn)管理級(jí)，主要進(jìn)行生產(chǎn)的計(jì)劃和調(diào)度，指揮SCC級(jí)進(jìn)行工作。DDC級(jí)SCC級(jí)

車間管理工廠管理公司管理MIS級(jí)9/25/202325

DDC級(jí)用來直接控制生產(chǎn)過程，在這一級(jí)主要進(jìn)行比例、積分、微分等各種數(shù)字直接控制，并可進(jìn)行程序控制、順序控制、比值控制、串級(jí)控制、前饋控制以及延遲補(bǔ)償?shù)雀鞣N的控制計(jì)算。此外，它還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和監(jiān)視報(bào)警等。

SCC級(jí)主要進(jìn)行最優(yōu)控制的設(shè)定計(jì)算，指揮DDC級(jí)的工作，調(diào)整常規(guī)控制器的設(shè)定值和向操作者發(fā)出操作指令等。

MIS級(jí)是生產(chǎn)管理級(jí)，它主要進(jìn)行生產(chǎn)的計(jì)劃和調(diào)度，指揮SCC級(jí)進(jìn)行工作。這一級(jí)又可以按企業(yè)的規(guī)模和管理范圍的大小，分成幾級(jí)，例如車間管理級(jí)、分廠管理級(jí)和公司管理級(jí)。MIS級(jí)的計(jì)算機(jī)都是大型的通用計(jì)算機(jī)，要求數(shù)據(jù)處理和科學(xué)計(jì)算的能力強(qiáng)，內(nèi)存和外存的容量大。9/25/2023266分布式控制系統(tǒng)

DistributedControlSystem出發(fā)點(diǎn)（2個(gè)方面）：(1)不能采取控制回路高度集中的設(shè)計(jì)思想，需要把控制功能分散到若干個(gè)控制站實(shí)現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；(2)考慮到整個(gè)生產(chǎn)過程的整體性，各個(gè)控制系統(tǒng)（回路）的運(yùn)行應(yīng)當(dāng)服從工業(yè)生產(chǎn)管理的總體目標(biāo)。根本特征:控制的分散性和管理的集中性9/25/202327微型機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)算速度快、可靠性高、價(jià)格便宜、體積小。新技術(shù)：測量控制技術(shù)control、通訊技術(shù)communication

人機(jī)接口技術(shù)CRT以及上述的計(jì)算機(jī)技術(shù)computer即4C技術(shù)的相互發(fā)展、相互滲透產(chǎn)生的。特征：利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理，分散控制、分散負(fù)載、分散危險(xiǎn)的一種新型控制技術(shù)。它既不同于分散的儀表控制，也不同于集中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它吸收兩者的優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

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分布式控制系統(tǒng)

DistributedControlSystem9/25/2023286.分布式控制系統(tǒng)DistributedControlSystem,DCS服務(wù)器工作站終端終端網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)打印機(jī)工程師站操作員站管理網(wǎng)絡(luò)MNET系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET現(xiàn)場I/O控制站控制網(wǎng)絡(luò)CNET9/25/2023296.分布式控制系統(tǒng)

大型控制系統(tǒng)9/25/2023306.分布式控制系統(tǒng)

大型控制系統(tǒng)1.將現(xiàn)場發(fā)生的過程量進(jìn)行數(shù)字化，并將數(shù)字化后的量存在存儲(chǔ)器的本地?cái)?shù)據(jù)庫中，并能按實(shí)際運(yùn)行情況實(shí)時(shí)地改變和更新現(xiàn)場過程量。2.將本站采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)送到操作員站、工程師站、其他I/O站，以實(shí)現(xiàn)全范圍內(nèi)的監(jiān)督和控制。同時(shí)現(xiàn)場I/O還可以接受由操作員站、工程師站下發(fā)的信息，以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的人工控制，或?qū)Ρ菊镜膮?shù)設(shè)定。3.在本站實(shí)現(xiàn)局部自動(dòng)控制，回路計(jì)算。及閉環(huán)控制、順序控制等經(jīng)典算法，也可下裝非標(biāo)準(zhǔn)算法。9/25/2023316.分布式控制系統(tǒng)

大型控制系統(tǒng)與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。為操作員提供人機(jī)界面，使操作員可以通過操作員站及時(shí)了解現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)，各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值，是否由異常發(fā)生，并通過輸出設(shè)備對工藝過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。9/25/2023326.分布式控制系統(tǒng)

大型控制系統(tǒng)對DCS進(jìn)行離線配置、組態(tài)工作和在線系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。9/25/2023336