《過程控制與自動(dòng)化儀表》課件 第6、7章 過程控制系統(tǒng)、過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

過程控制與自動(dòng)化儀表第六章過程控制系統(tǒng)掌握簡單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及參數(shù)整定。了解復(fù)雜控制系統(tǒng)的主要類型及適用條件。掌握典型控制單元的控制方案。3能分析識別過程控制系統(tǒng)工藝流程圖。124過程控制與自動(dòng)化儀表26.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制過程控制系統(tǒng)工藝流程圖是用圖示的方法把流程工業(yè)生產(chǎn)的工藝流程和所需的設(shè)備、管道、閥門、管件、管道附件及儀表控制點(diǎn)表示出來的一種圖樣，是設(shè)備布置和管道布置設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是施工、操作、運(yùn)行及檢修的指南。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的不同階段，工藝流程圖可分為工藝方案流程圖、物料流程圖和施工流程圖。其中施工流程圖又稱為帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。過程控制與自動(dòng)化儀表36.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制圖6-1物料殘液蒸餾處理系統(tǒng)的施工流程圖過程控制與自動(dòng)化儀表46.1.1識圖基礎(chǔ)1．設(shè)備的畫法及標(biāo)注6.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制過程控制與自動(dòng)化儀表56.1.1識圖基礎(chǔ)各類設(shè)備6.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制過程控制與自動(dòng)化儀表66.1.1識圖基礎(chǔ)各類設(shè)備6.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制過程控制與自動(dòng)化儀表76.1.1識圖基礎(chǔ)2．工藝流程線的畫法及標(biāo)注6.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制過程控制與自動(dòng)化儀表86.1.1識圖基礎(chǔ)2．工藝流程線的畫法及標(biāo)注6.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制過程控制與自動(dòng)化儀表96.1.1識圖基礎(chǔ)3．管件的畫法及標(biāo)注管道上的管件有閥門、管接頭、三通、四通、法蘭等。這些管件可連通、分流、調(diào)節(jié)、切換管道中的流體。6.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制閘閥截止閥隔膜閥三通截止閥球閥碟閥四通截止閥四通球閥過程控制與自動(dòng)化儀表106.1.1識圖基礎(chǔ)4．儀表的畫法及標(biāo)注6.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制過程控制與自動(dòng)化儀表116.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制6.1.1識圖基礎(chǔ)4．儀表的畫法及標(biāo)注儀表的位號由字母代號和數(shù)字編號兩部分組成，其中字母代號寫在儀表圓圈的上半部，數(shù)字編號寫上圓圈的下半部。過程控制與自動(dòng)化儀表12字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能ACDEFIJKLMPQRSTVWXZ分析電導(dǎo)率密度或比重電壓流量電流功率時(shí)間或時(shí)間程序物位水份或濕度壓力或真空數(shù)量或件數(shù)放射性速度或頻率溫度黏度重量或力未分類參數(shù)位置差比掃描積分、累計(jì)安全安全報(bào)警控制（調(diào)節(jié)）檢測元件指示自動(dòng)-手動(dòng)操作器指示燈試驗(yàn)點(diǎn)（接頭）積分、累積記錄或打印開關(guān)、聯(lián)鎖變送閥、擋板、百葉窗套管未分類驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行或未分類的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)被測變量和儀表功能的字母代號6.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制過程控制與自動(dòng)化儀表13脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例右圖是乙烯生產(chǎn)過程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例6.1過程控制系統(tǒng)工藝流程圖的繪制過程控制與自動(dòng)化儀表146.2簡單控制系統(tǒng)6.2.1簡單控制系統(tǒng)的組成簡單控制系統(tǒng)是指由一個(gè)測量元件及變送器、一個(gè)控制器、—個(gè)控制閥和一個(gè)被控對象所構(gòu)成的閉環(huán)負(fù)反饋的定值系統(tǒng)。過程控制與自動(dòng)化儀表15液位控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)6.2簡單控制系統(tǒng)6.2.1簡單控制系統(tǒng)的組成過程控制與自動(dòng)化儀表166.2.2過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念準(zhǔn)備工作首先要求自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在掌握較為全面的自動(dòng)化專業(yè)知識的同時(shí)，也要盡可能多地熟悉所要控制的工藝裝置對象；其次，要求自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)人員與工藝專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行必要的交流，共同討論確定自動(dòng)化方案；第三，一定要遵守行業(yè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、行規(guī)，按科學(xué)合理的程序進(jìn)行。6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表176.2簡單控制系統(tǒng)6.2.2過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念1．設(shè)計(jì)內(nèi)容1）確定控制方案2）儀表及裝置的選型3）相關(guān)工程內(nèi)容的設(shè)計(jì)4）工程安裝與儀表調(diào)試5）控制器參數(shù)工程整定過程控制與自動(dòng)化儀表186.2簡單控制系統(tǒng)6.2.2過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念2．設(shè)計(jì)步驟1）初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)的主要目的是上報(bào)審批，并為訂貨做準(zhǔn)備。2）施工圖設(shè)計(jì)是在項(xiàng)目和方案獲批后，為工程施工提供有關(guān)內(nèi)容詳細(xì)的設(shè)計(jì)資料。3）設(shè)計(jì)文件和責(zé)任簽字包括設(shè)計(jì)、校核、審核、審定、各相關(guān)專業(yè)負(fù)責(zé)人員的會簽等，以嚴(yán)格把關(guān)，明確責(zé)任，保持協(xié)調(diào)。4）參與施工和試車設(shè)計(jì)代表應(yīng)該到現(xiàn)場配合施工，并參加試車和考核。5）設(shè)計(jì)回訪在生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行一段時(shí)間后，應(yīng)去現(xiàn)場了解情況，聽取意見，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。過程控制與自動(dòng)化儀表196.2.3簡單控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)簡單控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：合理選擇被控參數(shù)和控制參數(shù)，信息的獲取與變送，控制閥的選擇，控制器參數(shù)的整定及控制規(guī)律的選取等方面。6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表206.2.3簡單控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)1．被控變量的選擇1）盡量選擇對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性作用的、可按工藝操作的要求直接測量的工藝參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）作為被控變量；2）當(dāng)不能用直接測量的參數(shù)作為被控變量時(shí)，可選擇一個(gè)與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系、滿足工藝的合理性的間接參數(shù)作為被控變量；3）被控變量必須具有足夠大的靈敏度且線性度好，滯后要小，以利于得到高精度的控制質(zhì)量；4）必須考慮工藝流程合理性和自動(dòng)化儀表及裝置的現(xiàn)狀。6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表216.2.3簡單控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)1．被控變量的選擇精餾過程示意圖1—精餾塔；2—蒸汽加熱器苯-甲苯溶液的T-x圖苯-甲苯溶液的p-x圖舉例6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表22從工藝合理性考慮，常常選擇溫度作為被控變量。原因

在精餾塔操作中，壓力往往需要固定。只有將塔操作在規(guī)定的壓力下，才易于保證塔的分離純度，保證塔的效率和經(jīng)濟(jì)性。在塔壓固定的情況下，精餾塔各層塔板上的壓力基本上是不變的，這樣各層塔板上的溫度與組分之間就有一定的單值對應(yīng)關(guān)系。所選變量有足夠的靈敏度。6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表236.2.3簡單控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)2．操縱變量的選擇6.2簡單控制系統(tǒng)

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把用來克服干擾對被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為操縱變量。最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量。操作變量系統(tǒng)的干擾通過工藝分析確定過程控制與自動(dòng)化儀表246.2.3簡單控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)2．操縱變量的選擇1）操縱變量必須是工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。2）操縱變量應(yīng)該是系統(tǒng)中所有被控變量的輸入變量中對被控變量影響最大的一個(gè)?？刂仆ǖ赖姆糯笙禂?shù)K要盡量大一些，時(shí)間常數(shù)T要適當(dāng)小些，滯后時(shí)間應(yīng)盡量小。3）不宜選擇代表生產(chǎn)負(fù)荷的變量作為操縱變量，以免產(chǎn)量受到波動(dòng)。6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表25舉例精餾塔流程圖

如果根據(jù)工藝要求，選擇提餾段某塊塔板（一般為靈敏板）的溫度作為被控變量。6.2簡單控制系統(tǒng)2．操縱變量的選擇過程控制與自動(dòng)化儀表26影響提餾段溫度的各種因素示意圖影響提餾段靈敏板溫度T靈的因素主要有：進(jìn)料的流量（Q入）、成分（x入）、溫度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液溫度（T回）、加熱蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷卻溫度及塔壓等等。

通過工藝分析，選擇蒸汽流量作為操縱變量。

6.2簡單控制系統(tǒng)2．操縱變量的選擇過程控制與自動(dòng)化儀表276.2簡單控制系統(tǒng)6.2.3簡單控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)3．控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇（1）控制規(guī)律的選擇1）位式控制器常見的位式控制有雙位和三位兩種。適用于：滯后較小，負(fù)荷變化不大也不劇烈，控制質(zhì)量要求不高，允許被控變量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的場合，如恒溫箱、電阻爐等的溫度控制。過程控制與自動(dòng)化儀表28簡單控制系統(tǒng)簡化方塊圖2）比例控制器

比例控制器是具有比例控制規(guī)律的控制器。對于單元組合儀表適用于：

控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)。

6.2簡單控制系統(tǒng)3．控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇（1）控制規(guī)律的選擇過程控制與自動(dòng)化儀表29

控制器的輸出與偏差成比例。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，比例控制器克服干擾能力強(qiáng)、控制及時(shí)、過渡時(shí)間短。在常用控制規(guī)律中，比例作用是最基本的控制規(guī)律，不加比例作用的控制規(guī)律是很少采用的。純比例控制系統(tǒng)在過渡過程終了時(shí)存在余差。負(fù)荷變化越大，余差就越大。比例控制器特點(diǎn)6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表303．控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇（1）控制規(guī)律的選擇3）比例積分控制器比例積分控制器是具有比例積分控制規(guī)律的控制器?？烧{(diào)整參數(shù)比例放大系數(shù)KC（或比例度δ）和積分時(shí)間TI。適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表31

由于在比例作用的基礎(chǔ)上加上積分作用，而積分作用的輸出是與偏差的積分成比例，只要偏差存在，控制器的輸出就會不斷變化，直至消除偏差為止。積分作用會使穩(wěn)定性降低，雖然在加積分作用的同時(shí)，可以通過加大比例度，使穩(wěn)定性基本保持不變，但超調(diào)量和振蕩周期都相應(yīng)增大，過渡過程的時(shí)間也加長。

比例積分控制器特點(diǎn)6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表324）比例積分微分控制器

比例積分微分控制器是具有比例積分微分控制規(guī)律的控制器，常稱為三作用（PID）控制器。理想的三作用控制器，存在可調(diào)整參數(shù)比例放大系數(shù)KC（或比例度δ）、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。6.2簡單控制系統(tǒng)3．控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇（1）控制規(guī)律的選擇過程控制與自動(dòng)化儀表33

微分作用使控制器的輸出與輸入偏差的變化速度成比例，它對克服對象的滯后有顯著的效果。在比例的基礎(chǔ)上加上微分作用能提高穩(wěn)定性，再加上積分作用可以消除余差。所以，適當(dāng)調(diào)整δ、TI、TD參數(shù)，可以使控制系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。適用于

容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)，應(yīng)用最普遍的是溫度、成分控制系統(tǒng)。6.2簡單控制系統(tǒng)比例積分微分控制器特點(diǎn)過程控制與自動(dòng)化儀表346.2簡單控制系統(tǒng)3．控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇（2）控制器作用方向的選擇

控制器的正反作用是關(guān)系到控制系統(tǒng)能否正常運(yùn)行與安全操作的重要問題。要通過改變控制器的正、反作用，以保證整個(gè)控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。作用的方向輸入變化后，輸出的變化方向。正作用方向反作用方向當(dāng)某個(gè)環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，其輸出也增加，則稱該環(huán)節(jié)為“正作用”方向。當(dāng)環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，輸出減少的稱“反作用”方向。過程控制與自動(dòng)化儀表35測量元件及變送器作用方向一般是“正”的。執(zhí)行器作用方向取決于是氣開閥還是氣關(guān)閥。被控對象作用方向隨具體對象的不同而各不相同。控制器

當(dāng)給定值不變，被控變量測量值增加時(shí)，控制器的輸出也增加，稱為“正作用”方向，或者當(dāng)測量值不變，給定值減小時(shí)，控制器的輸出增加的稱為“正作用”方向。反之，如果測量值增加時(shí)，控制器的輸出減小的稱為“反作用”方向。6.2簡單控制系統(tǒng)3．控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇（2）控制器作用方向的選擇過程控制與自動(dòng)化儀表36舉例一個(gè)簡單的加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)。

對象加熱爐

操作變量燃料氣流量

被控變量被加熱的原料油出口溫度加熱爐出口溫度控制6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表376.2簡單控制系統(tǒng)

當(dāng)操縱變量燃料氣流量增加時(shí)，被控變量是增加的，故對象是“正”作用方向。如果從工藝安全條件出發(fā)選定執(zhí)行器是氣開閥（停氣時(shí)關(guān)閉），以免當(dāng)氣源突然斷氣時(shí)，控制閥大開而燒壞爐子。那么這時(shí)執(zhí)行器便是“正”作用方向。為了保證由對象、執(zhí)行器與控制器所組成的系統(tǒng)是負(fù)反饋的，控制器就應(yīng)該選為“反”作用。舉例過程控制與自動(dòng)化儀表386.2簡單控制系統(tǒng)舉例過程控制與自動(dòng)化儀表396.2簡單控制系統(tǒng)舉例選擇被控變量

選擇操縱變量

制定系統(tǒng)控制方案

選擇控制器的控制規(guī)律

選擇控制閥

選擇控制器作用方向

過程控制與自動(dòng)化儀表406.2.4簡單控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)工程整定1．簡單控制系統(tǒng)的投運(yùn)（1）投入運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作管線檢查、儀表檢查設(shè)置正反作用方式及PID參數(shù)檢查控制閥的開關(guān)形式聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)（2）控制系統(tǒng)的投運(yùn)檢測系統(tǒng)投運(yùn)閥門手動(dòng)遙控控制器的投運(yùn)6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表416.2.4簡單控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)工程整定2．控制器參數(shù)的工程整定理論計(jì)算整定法工程整定法經(jīng)驗(yàn)法衰減曲線法臨界比例度法6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表426.2.4簡單控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)工程整定經(jīng)驗(yàn)法6.2簡單控制系統(tǒng)控制對象對象特征δ/%TI/minTD/min流量對象時(shí)間常數(shù)小，參數(shù)有波動(dòng)，δ要大；TI要短；不用微分40～1000.3～1溫度對象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾候變化遲緩；δ應(yīng)??；TI要長；一般需加微分20～603～100.5～3壓力對象的容量滯后一般，不算大，一般不加微分30～700.4～3液位對象時(shí)間常數(shù)范圍較大。要求不高時(shí)，δ可在一定范圍內(nèi)選取，一般不用微分20～80控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表過程控制與自動(dòng)化儀表436.2.4簡單控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)工程整定6.2簡單控制系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法整定的步驟（1）先用純比例作用進(jìn)行湊試，待過渡過程已基本穩(wěn)定并符合要求后，再加積分作用消除余差，最后加入微分作用是為了提高控制質(zhì)量。關(guān)鍵看曲線，調(diào)參數(shù)。過程控制與自動(dòng)化儀表446.2.4簡單控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)工程整定6.2簡單控制系統(tǒng)三種振蕩曲線比較圖比例度過大、積分時(shí)間過大時(shí)兩種曲線比較圖比例度過小、積分時(shí)間過小或微分時(shí)間過大，產(chǎn)生的周期性激烈振蕩。如果比例度過大或積分時(shí)間過大，過渡過程變化緩慢的情形。經(jīng)驗(yàn)法過程控制與自動(dòng)化儀表456.2.4簡單控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)工程整定6.2簡單控制系統(tǒng)（2）先按控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中給出的范圍把TI定下來，如要引入微分作用，可取TD＝(1/3～1/4)TI，然后對δ進(jìn)行湊試，湊試步驟與前一種方法相同。特點(diǎn)方法簡單，適用于各種控制系統(tǒng)。特別是外界干擾作用頻繁，記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)，采用此法最為合適。此法主要是靠經(jīng)驗(yàn)，在缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或過渡過程本身較慢時(shí)，往往較為費(fèi)時(shí)。經(jīng)驗(yàn)法整定的步驟過程控制與自動(dòng)化儀表46對于同一個(gè)系統(tǒng)，不同的人采用經(jīng)驗(yàn)湊試法整定，可能得出不同的參數(shù)值。在一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，控制器的參數(shù)必須整定，才能獲得滿意的控制質(zhì)量。同時(shí)，在生產(chǎn)進(jìn)行的過程中，如果工藝操作條件改變，或負(fù)荷有很大變化，被控對象的特性就要改變，因此，控制器的參數(shù)必須重新整定。注意！6.2簡單控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表476.2.4簡單控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)工程整定6.2簡單控制系統(tǒng)臨界比例度法

先通過試驗(yàn)得到臨界比例度δk和臨界周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值。臨界振蕩過程控制作用比例度/%積分時(shí)間TI/min微分時(shí)間TD/min比例比例+積分比例+微分比例+積分+微分2δk2.2δk1.8δk1.7δk0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表過程控制與自動(dòng)化儀表486.2簡單控制系統(tǒng)6.2.4簡單控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)工程整定衰減曲線法通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來整定控制器的參數(shù)值。4∶1和10∶1衰減振蕩過程控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs比例+積分1.2δs0.5TS比例+積分+微分0.8δs

0.3TS0.1TS控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs′比例+積分1.2δs′2T升比例+積分+微分0.8δs′1.2T升0.4T升4∶1衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表10∶1衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表過程控制與自動(dòng)化儀表496.2.4簡單控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)工程整定

參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查。先是比例后積分，最后再把微分加。曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大。曲線漂浮繞大彎，比例度盤往小扳。曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降。曲線波動(dòng)周期長，積分時(shí)間再加長。曲線振蕩頻率快，先把微分降下來。動(dòng)差大來波動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長。理想曲線兩個(gè)波，前高后低四比一。一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。6.2簡單控制系統(tǒng)整定口決過程控制與自動(dòng)化儀表506.3復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)

均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)

前饋控制系統(tǒng)

選擇控制系統(tǒng)

三沖量控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表51

當(dāng)對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，可考慮采用串級控制系統(tǒng)。舉例說明串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)

可延長爐子壽命，防止?fàn)t管燒壞；可保證后面精餾分離的質(zhì)量?？刂坪脺囟?.3復(fù)雜控制系統(tǒng)6.3.1串級控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表526.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)過程中，特別是當(dāng)加熱爐的燃料壓力或燃料本身的熱值有較大波動(dòng)時(shí)，該簡單控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量往往很差，原料油的出口溫度波動(dòng)較大，難以滿足生產(chǎn)上的要求。

根據(jù)原油出口溫度的變化來控制燃料閥門的開度

過程控制與自動(dòng)化儀表536.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)

當(dāng)燃料壓力或燃料本身的熱值變化后，先影響爐膛的溫度，然后通過傳熱過程才能逐漸影響原料油的出口溫度，這個(gè)通道容量滯后很大，時(shí)間常數(shù)約15min左右，反應(yīng)緩慢，而溫度控制器TC是根據(jù)原料油的出口溫度與給定值的偏差工作的。所以當(dāng)干擾作用在對象上后，并不能較快地產(chǎn)生控制作用以克服干擾被控變量的影響。當(dāng)工藝上要求原料油的出口溫度非常嚴(yán)格時(shí)，為了解決容量滯后問題，還需對加熱爐的工藝作進(jìn)一步分析。原因過程控制與自動(dòng)化儀表546.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)以原料油出口溫度為主要被控變量的爐出口溫度與爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)

管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表556.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)典型方塊圖過程控制與自動(dòng)化儀表566.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)主變量——工藝最終要求控制的被控變量；副變量——為穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量；主對象——表征主變量的生產(chǎn)設(shè)備；副對象——表征副變量的生產(chǎn)設(shè)備；主控制器——按主變量與工藝設(shè)定值的偏差工作，其輸出作為副控制器的外設(shè)定值，在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用；副控制器——按副變量與主控制器來的外設(shè)定值的偏差工作，其輸出直接操縱控制閥；主測量變送器——對主變量進(jìn)行測量及信號轉(zhuǎn)換的變送器；副測量變送器——對副變量進(jìn)行測量及信號轉(zhuǎn)換的變送器；主回路——是指由主測量變送器，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對象構(gòu)成的外回路，又叫主環(huán)或外環(huán)；副回路——是指由副測量變送器、副控制器、執(zhí)行器和副對象構(gòu)成的內(nèi)回路，又稱副環(huán)或內(nèi)環(huán)。串級控制系統(tǒng)的組成方塊圖。幾個(gè)串級控制系統(tǒng)中常用的名詞

過程控制與自動(dòng)化儀表576.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)1.干擾進(jìn)入副回路F2引起θ2變化，控制器T2C及時(shí)進(jìn)行控制，使其很快穩(wěn)定下來。如果干擾量小，經(jīng)過副回路控制后，F(xiàn)2一般影響不到溫度θ1；如果干擾量大，其大部分影響為副回路所克服，波及到被控變量溫度θ1再由主回路進(jìn)一步控制，徹底消除干擾的影響，使被控變量回復(fù)到給定值。過程控制與自動(dòng)化儀表586.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)2.干擾作用于主對象F1變化→θ1↑→T1C輸出↓→T2C設(shè)定值↓→T2C輸出↓→恢復(fù)給定值

所以，在串級控制系統(tǒng)中，如果干擾作用于主對象，由于副回路的存在，可以及時(shí)改變副變量的數(shù)值，以達(dá)到穩(wěn)定主變量的目的。過程控制與自動(dòng)化儀表596.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)3.干擾同時(shí)作用于副回路和主對象在干擾作用下，主、副變量的變化方向相同。過程控制與自動(dòng)化儀表606.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)3.干擾同時(shí)作用于副回路和主對象主、副變量的變化方向相反，一個(gè)增加，另一個(gè)減小。過程控制與自動(dòng)化儀表616.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)1）主回路為定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。2）結(jié)構(gòu)上是主、副控制器串聯(lián)，主控制器的輸出作為副控制器的外設(shè)定，形成主、副兩個(gè)回路，系統(tǒng)通過副控制器操縱執(zhí)行器。3）副回路對象時(shí)間常數(shù)小，動(dòng)作迅速，但控制不一定精確，具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路對象時(shí)間常數(shù)大，動(dòng)作滯后，但主控制器能進(jìn)一步消除副回路沒有克服掉的干擾，具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)。4）抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，對進(jìn)入副回路的擾動(dòng)抑制力更強(qiáng)，控制精度高，控制滯后小。因此，它特別適用于溫度對象等滯后大的場合。串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)過程控制與自動(dòng)化儀表626.3.1串級控制系統(tǒng)5．串級控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)（1）副變量的選擇串級控制系統(tǒng)中主變量和控制閥的選擇與簡單控制系統(tǒng)的被控變量與控制閥的選用原則相同。副變量的選擇是設(shè)計(jì)串級控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，在選擇過程中應(yīng)考慮以下原則：1）副回路應(yīng)包括盡可能多的擾動(dòng)，尤其是主要的擾動(dòng)。2）盡量不要把純滯后環(huán)節(jié)包含在副回路中，以提高副回路的快速抗干擾能力。3）主、副對象的時(shí)間常數(shù)不能太接近。副對象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)小于主對象的時(shí)間常數(shù)，一般主、副對象的時(shí)間常數(shù)之比在3~10之間。6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表63加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級控制系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中，由于選擇了燃料油壓力作為副變量，副對象的控制通道很短，時(shí)間常數(shù)很小，因此控制作用非常及時(shí)，比起前面的雙溫度控制方案，能更及時(shí)有效地克服由于燃料油壓力波動(dòng)對原料油出口溫度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)6.3.1串級控制系統(tǒng)舉例過程控制與自動(dòng)化儀表646.3.1串級控制系統(tǒng)5．串級控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)（2）主副控制器控制規(guī)律的選擇6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)控制規(guī)律是根據(jù)控制的要求來進(jìn)行選擇的。目的為了高精度地穩(wěn)定主變量。主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)主變量的無差控制。副變量的給定值是隨主控制器的輸出變化而變化的。副控制器一般采用比例控制規(guī)律。過程控制與自動(dòng)化儀表656.3.1串級控制系統(tǒng)5．串級控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)（3）主副控制器的正、反作用方式選擇6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)1）串級控制系統(tǒng)中的副控制器作用方向的選擇：2）串級控制系統(tǒng)中主控制器作用方向的選擇：當(dāng)主、副變量增加（減?。r(shí)，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減小（增加），要求控制閥的動(dòng)作方向是一致的時(shí)候，主控制器應(yīng)選“反”作用；反之，則應(yīng)選“正”作用。根據(jù)工藝安全等要求，選定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式后，按照使副控制回路成為一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)的原則來確定。過程控制與自動(dòng)化儀表666.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)舉例

主變量θ1或副變量θ2增加時(shí)，都要求關(guān)小控制閥，減少供給的燃料量，才能使θ1或θ2降下來，所以此時(shí)主控制器T1C應(yīng)確定為反作用方向?！催^程控制與自動(dòng)化儀表676.3.1串級控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)舉例被冷卻物料出口溫度為主變量，冷劑流量為副變量。分析冷卻器的特性可以知道，當(dāng)主變量即被冷卻物料出口溫度增加時(shí)，需要開大控制閥，而當(dāng)副變量即冷劑流量增加時(shí)，需要關(guān)小控制閥，它們對控制閥動(dòng)作方向的要求是不一致的，因此主控制器TC的作用方向應(yīng)選用正作用。↑↓↑↑正過程控制與自動(dòng)化儀表686.3.1串級控制系統(tǒng)6．串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)（1）兩步整定法按照串級控制系統(tǒng)主、副回路的情況，先整定副控制器，后整定主控制器的方法。整定過程1）在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用運(yùn)行的條件下，將主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比（如4∶1）過渡過程下的副控制器比例度和操作周期，分別用δ2s和T2s表示。2）在副控制器比例度等于δ2s的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時(shí)主控制器的比例度δ1s和操作周期T1s。過程控制與自動(dòng)化儀表696.3.1串級控制系統(tǒng)6．串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)3）根據(jù)上面得到的δ1s、T1s、δ2s、T2s，按下表計(jì)算主、副控制器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間。4）按“先副后主”、“先比例次積分后微分”的整定規(guī)律，將計(jì)算出的控制器參數(shù)加到控制器上。5）觀察控制過程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)參數(shù)比例度δ／％積分時(shí)間TI微分時(shí)間TD/minPδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS過程控制與自動(dòng)化儀表706.3.1串級控制系統(tǒng)6．串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）一步整定法

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將副控制器一次放好，不再變動(dòng)，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制器參數(shù)。實(shí)踐證明

這種整定方法，對于對主變量要求較高，而對副變量沒有什么要求或要求不嚴(yán)，允許它在一定范圍內(nèi)變化的串級控制系統(tǒng)，是很有效的。過程控制與自動(dòng)化儀表716.3.2均勻控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)1.均勻控制的目的前后精餾塔的供求關(guān)系甲塔:為了穩(wěn)定操作需保持塔釜液位穩(wěn)定，必然頻繁地改變塔底的排出量。乙塔：從穩(wěn)定操作要求出發(fā)，希望進(jìn)料量盡量不變或少變。甲、乙兩塔間的供求關(guān)系出現(xiàn)了矛盾。

為了解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)操作，使液位和流量均勻變化，組成的系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。過程控制與自動(dòng)化儀表726.3.2均勻控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)2.均勻控制的特點(diǎn)（1）兩個(gè)變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的。（2）前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。前一設(shè)備的液位和后一設(shè)備的進(jìn)料量之關(guān)系圖1—液位變化曲線；2—流量變化曲線過程控制與自動(dòng)化儀表736.3.2均勻控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)3.均勻控制方案過程控制與自動(dòng)化儀表746.3.3比值控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)1、概述

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通常為流量比值控制系統(tǒng)。幾個(gè)概念主物料、主動(dòng)量（Q1

、主流量）從物料、從動(dòng)量（Q2

、副流量）副流量Q2與主流量Q1的比值關(guān)系為過程控制與自動(dòng)化儀表756.3.3比值控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)2、比值控制系統(tǒng)的類型(1)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖過程控制與自動(dòng)化儀表766.3.3比值控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)2、比值控制系統(tǒng)的類型(1)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表77(2)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

它是在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加了主流量控制回路而構(gòu)成的。

雙閉環(huán)比值控制雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)2、比值控制系統(tǒng)的類型過程控制與自動(dòng)化儀表786.3復(fù)雜控制系統(tǒng)6.3.3比值控制系統(tǒng)(2)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)2、比值控制系統(tǒng)的類型過程控制與自動(dòng)化儀表796.3復(fù)雜控制系統(tǒng)6.3.3比值控制系統(tǒng)

要求兩種物料的比值能靈活地隨第三變量的需要而加以調(diào)整，這樣就出現(xiàn)一種變比值控制系統(tǒng)，又稱串級比值控制系統(tǒng)。(3)變比值控制系統(tǒng)2、比值控制系統(tǒng)的類型過程控制與自動(dòng)化儀表806.3.4前饋控制系統(tǒng)6.3復(fù)雜控制系統(tǒng)反饋與前饋換熱器的反饋控制換熱器的前饋控制反饋控制與前饋控制方塊圖過程控制與自動(dòng)化儀表816.3復(fù)雜控制系統(tǒng)6.3.4前饋控制系統(tǒng)2．前饋控制的特點(diǎn)控制形式控制所依據(jù)的信號檢測信號控制系統(tǒng)組態(tài)控制作用發(fā)生的時(shí)間反饋控制被控變量的偏差大小被控變量閉環(huán)偏差出現(xiàn)之后前饋控制干擾量的大小干擾量開環(huán)偏差出現(xiàn)之前過程控制與自動(dòng)化儀表826.3復(fù)雜控制系統(tǒng)6.3.4前饋控制系統(tǒng)3．前饋控制的應(yīng)用場合1）系統(tǒng)中存在頻繁且幅值大的干擾，這種干擾可測但不可控，對被控變量影響比較大，采用反饋控制難以克服，但工藝上對被控變量的要求又比較嚴(yán)格，可以考慮引入前饋回路來改善控制系統(tǒng)的品質(zhì)。2）當(dāng)采用串級控制系統(tǒng)仍不能把主要干擾包含在副回路中時(shí)，采用前饋-反饋控制系統(tǒng)，可獲得更好的控制效果。3）當(dāng)對象的控制通道滯后大，反饋控制不及時(shí)，控制質(zhì)量差，可采用前饋-反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。過程控制與自動(dòng)化儀表836.3復(fù)雜控制系統(tǒng)6.3.5其他控制系統(tǒng)1．分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)是通過將一個(gè)控制器的輸出分成若干個(gè)信號范圍，每一個(gè)信號段分別控制一個(gè)控制閥，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制器對多個(gè)控制閥的開度控制，從而在較大范圍內(nèi)控制進(jìn)入被控對象的能量或原料，實(shí)現(xiàn)對被控參數(shù)的控制。過程控制與自動(dòng)化儀表846.3復(fù)雜控制系統(tǒng)6.3.5其他控制系統(tǒng)2.選擇控制系統(tǒng)在這些大型工藝生產(chǎn)過程中，除了要求控制系統(tǒng)在生產(chǎn)處于正常運(yùn)行情況下，能夠克服外界干擾，維持生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行外，當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)有一種應(yīng)變能力，能采取相應(yīng)的保護(hù)措施，促使生產(chǎn)操作離開安全極限，返回到正常情況。生產(chǎn)保護(hù)性措施有兩類：一類是硬保護(hù)措施；一類是軟保護(hù)措施。過程控制與自動(dòng)化儀表856.3復(fù)雜控制系統(tǒng)6.3.5其他控制系統(tǒng)2.選擇控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)有兩種類型：被控變量的選擇性控制系統(tǒng)及被控變量測量值的選擇性控制系統(tǒng)。過程控制與自動(dòng)化儀表866.3復(fù)雜控制系統(tǒng)舉例大型合成氨工廠的蒸汽鍋爐過程控制與自動(dòng)化儀表876.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)典型生產(chǎn)過程單元按其物理和化學(xué)變化實(shí)質(zhì)來分類，有流體力學(xué)過程、傳熱過程、傳質(zhì)過程及化學(xué)反應(yīng)過程四類。流體輸送設(shè)備傳熱設(shè)備精餾塔化學(xué)反應(yīng)器過程控制與自動(dòng)化儀表886.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.1流體輸送設(shè)備的控制方案1．離心泵的控制（1）改變泵的轉(zhuǎn)速的控制方案過程控制與自動(dòng)化儀表896.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.1流體輸送設(shè)備的控制方案1．離心泵的控制（2）改變管路特性的控制方案（3）改變旁路流量的控制方案過程控制與自動(dòng)化儀表906.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.1流體輸送設(shè)備的控制方案2．往復(fù)泵的控制（1）改變泵的轉(zhuǎn)速的控制方案（2）改變旁路流量的控制方案過程控制與自動(dòng)化儀表916.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.1流體輸送設(shè)備的控制方案3．壓縮機(jī)的控制（1）氣量控制系統(tǒng)1）出口節(jié)流法通過改變進(jìn)口導(dǎo)向葉片的角度，主要是改變進(jìn)口氣流的角度來改變流量。2）改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速法這種方法最節(jié)能，特別是大型壓縮機(jī)現(xiàn)在一般都采用蒸汽透平機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速較為簡單，應(yīng)用較為廣泛。3）改變阻力法通過在壓縮機(jī)入口管線上設(shè)置控制模板，改變阻力實(shí)現(xiàn)氣量控制，這種方法過于靈敏，并且壓縮機(jī)入口壓力不能保持恒定，所以較少采用。（2）壓縮機(jī)入口壓力控制系統(tǒng)（3）防喘振控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表926.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.2傳熱設(shè)備的控制方案1．兩側(cè)無相變換熱器的控制（1）控制載熱體流量過程控制與自動(dòng)化儀表936.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.2傳熱設(shè)備的控制方案1．兩側(cè)無相變換熱器的控制（2）控制載熱體旁路流量過程控制與自動(dòng)化儀表946.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.2傳熱設(shè)備的控制方案1．兩側(cè)無相變換熱器的控制（3）將工藝介質(zhì)分路過程控制與自動(dòng)化儀表956.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.2傳熱設(shè)備的控制方案2．蒸汽加熱器的控制（1）控制蒸汽的流量（2）控制蒸汽加熱器傳熱面積過程控制與自動(dòng)化儀表966.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.2傳熱設(shè)備的控制方案3．低溫冷卻器的控制（1）控制冷劑的流量（2）控制傳熱面積（3）控制汽化壓力過程控制與自動(dòng)化儀表976.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.2傳熱設(shè)備的控制方案4．加熱爐的控制（1）簡單控制方案過程控制與自動(dòng)化儀表986.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.2傳熱設(shè)備的控制方案4．加熱爐的控制（2）串級控制方案過程控制與自動(dòng)化儀表996.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.3鍋爐的控制方案過程控制與自動(dòng)化儀表1006.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.3鍋爐的控制方案1．單沖量液位控制2．雙沖量液位控制3．三沖量液位控制單沖量雙沖量三沖量過程控制與自動(dòng)化儀表1016.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.4精餾塔的控制方案過程控制與自動(dòng)化儀表1026.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.4精餾塔的控制方案（1）提餾段溫度控制1）主要控制系統(tǒng)。提餾段溫度控制系統(tǒng)，將塔底溫度作為被控變量，其測溫元件裝在提餾段，塔釜熱劑量作為操作變量。2）輔助控制系統(tǒng)。塔頂回流量的定值控制系統(tǒng)塔頂壓力定值控制系統(tǒng)塔進(jìn)料定值控制系統(tǒng)塔底液位均勻控制系統(tǒng)回流罐液位均勻控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表1036.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.4精餾塔的控制方案（2）精餾段溫度控制1）主要控制系統(tǒng)。精餾段溫度控制系統(tǒng)，被控變量為精餾段溫度，其測溫元件在精餾段，操作變量為回流量。2）輔助控制系統(tǒng)。再沸器加熱量的定值控制回流罐與塔釜液位控制進(jìn)料量控制過程控制與自動(dòng)化儀表1046.4.5反應(yīng)器的控制方案1．反應(yīng)器的控制要求及被控變量的選擇1）質(zhì)量指標(biāo)。使反應(yīng)達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率，或使產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的濃度。2）物料平衡和能量平衡。為了使反應(yīng)器能夠正常運(yùn)行，必須使反應(yīng)器在生產(chǎn)過程中保持物料平衡和能量平衡。例如，為了保持熱量平衡，需要及時(shí)除去反應(yīng)熱，以保證反應(yīng)的正常進(jìn)行。3）約束條件。對于反應(yīng)器，要防止工藝變量進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或不正常工況。例如，在不少催化接觸反應(yīng)中，溫度過高或進(jìn)料中某些雜質(zhì)含量過高，將會引起催化劑中毒或破損。為此，應(yīng)適當(dāng)配置一些報(bào)警、連鎖或自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)。6.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)過程控制與自動(dòng)化儀表1056.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.5反應(yīng)器的控制方案2．釜式反應(yīng)器的控制（1）控制進(jìn)料溫度（2）控制夾套溫度過程控制與自動(dòng)化儀表1066.4典型單元的控制方案分析與設(shè)計(jì)6.4.5反應(yīng)器的控制方案2．釜式反應(yīng)器的控制（3）串級控制過程控制與自動(dòng)化儀表107過程控制與自動(dòng)化儀表第7章過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)掌握集散控制系統(tǒng)體系及軟硬件功能。了解現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要類型及組成。掌握現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組建的方法。3了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分類。124過程控制與自動(dòng)化儀表1097.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

7.1.1計(jì)算機(jī)控制簡述圖7-1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的三個(gè)作用：1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。2）實(shí)時(shí)監(jiān)督?jīng)Q策。3）實(shí)時(shí)控制及輸出。過程控制與自動(dòng)化儀表1107.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述7.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表1117.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述7.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)過程控制與自動(dòng)化儀表1127.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述7.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControl，DDC）

過程控制與自動(dòng)化儀表1137.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述7.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類監(jiān)督控制系統(tǒng)（SupervisoryComputerControl，SCC）

過程控制與自動(dòng)化儀表1147.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述7.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）

過程控制與自動(dòng)化儀表1157.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述7.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS）

過程控制與自動(dòng)化儀表1167.2集散控制系統(tǒng)7.2.1集散控制系統(tǒng)的基本概念DCS的發(fā)展1）第一階段是DCS的初創(chuàng)階段，主要依賴于“4C”技術(shù)，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)分散控制。2）第二階段是DCS的成熟階段。達(dá)到了“4A”目標(biāo)。把過程控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作網(wǎng)絡(luò)和工廠信息網(wǎng)融為一體，推出了TPS全廠一體化的概念。3）第三階段是DCS的擴(kuò)展階段。向計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS、計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)CIPS方向發(fā)展。

過程控制與自動(dòng)化儀表1177.2集散控制系統(tǒng)7.2.2集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1．集散控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)DCS的體系結(jié)構(gòu)通常為三級：第一級為分散過程控制級；第二級為集中操作監(jiān)控級；第三級為綜合信息管理級。過程控制與自動(dòng)化儀表1187.2集散控制系統(tǒng)7.2.2集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2．集散控制系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)及各部分功能從DCS使用的功能角度來看，可分成現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站、通信系統(tǒng)、接口等。過程控制與自動(dòng)化儀表1197.2集散控制系統(tǒng)7.2.2集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2．集散控制系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)及各部分功能（1）現(xiàn)場控制站–硬件組成1）過程量I/O，包括模擬量輸入輸出，開關(guān)量輸入輸出，累積量（計(jì)數(shù)值）輸入輸出和脈沖寬度輸入輸出等幾種。2）主控單元，即實(shí)現(xiàn)處理和計(jì)算的主體，其中包括CPU、存儲器、控制軟件。3）電源，分為邏輯電源和現(xiàn)場電源兩種，為過程量I/O接口及主控單元提供電源的為邏輯電源。為現(xiàn)場量I/O提供電源的為現(xiàn)場電源。4）通信網(wǎng)絡(luò)，包括根據(jù)需要配置的集線器、交換器、路由器等。5）機(jī)柜、機(jī)架等機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)件。過程控制與自動(dòng)化儀表1207.2集散控制系統(tǒng)7.2.2集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2．集散控制系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)及各部分功能（1）現(xiàn)場控制站–軟件組成過程量采集軟件：用于對采集的過程量進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換，即將采集到的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成為工程量表示的浮點(diǎn)數(shù)，然后將這些工程量集中存放到現(xiàn)場控制站內(nèi)存中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中?；芈酚?jì)算軟件：以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先確定的算法進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為輸出對現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)控制。網(wǎng)絡(luò)通信軟件：將系統(tǒng)中各個(gè)現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站以及各類功能站聯(lián)結(jié)在一起，互相交換信息，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。過程控制與自動(dòng)化儀表1217.2集散控制系統(tǒng)7.2.2集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2．集散控制系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)及各部分功能（2）操作員站操作員站是人和機(jī)器的聯(lián)系通道。安裝有操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件和控制器的驅(qū)動(dòng)軟件，顯示系統(tǒng)的標(biāo)簽、動(dòng)態(tài)流程圖和報(bào)警信息。（3）工程師站工程師站的主要工作是組態(tài)設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)結(jié)果下載到模塊中執(zhí)行。主要軟件包括組態(tài)軟件和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的軟件。（4）通信系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)把現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站、管理計(jì)算機(jī)等連成一個(gè)系統(tǒng)。過程控制與自動(dòng)化儀表1227.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)1．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)由工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站（包括主控單元設(shè)備和I/O單元設(shè)備）、通信控制站、系統(tǒng)服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)等組成。過程控制與自動(dòng)化儀表1237.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)1．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)（1）HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中的站1）工程師站。運(yùn)行相應(yīng)的組態(tài)管理程序，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。2）操作員站。運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。3）服務(wù)器。運(yùn)行相應(yīng)的管理程序，對整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。4）現(xiàn)場控制站。運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)控制程序，對現(xiàn)場進(jìn)行控制和管理。5）通信站。作為MACS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的通信接口，可以連接企業(yè)的ERP系統(tǒng)和實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)RealMIS，或者接入Internet/Intranet/Extranet。過程控制與自動(dòng)化儀表1247.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)1．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)（2）HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)1）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)MNET。采用TCP/IP通信協(xié)議的冗余高速以太網(wǎng)鏈路，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)包括工程師站、操作員站、服務(wù)器等，網(wǎng)絡(luò)使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)連接到中心交換機(jī)上。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)用固定分配的IP地址進(jìn)行標(biāo)識。2）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET。采用HSIE通信協(xié)議的冗余高速工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)包括服務(wù)器、現(xiàn)場控制站等，網(wǎng)絡(luò)使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)連接到中心交換機(jī)上。3）控制網(wǎng)絡(luò)CNET。位于現(xiàn)場控制站內(nèi)部，使用Profibus-DP現(xiàn)場總線組網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)主要有DP主站（主控單元）和DP從站（智能I/O單元）。采用帶屏蔽的雙絞銅線連接各節(jié)點(diǎn)，站地址為0~125。主要用于完成實(shí)時(shí)輸入/輸出數(shù)據(jù)和從站設(shè)備診斷信息的傳送。過程控制與自動(dòng)化儀表1257.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（1）控制機(jī)柜（2）控制機(jī)籠FM301（3）主控模塊FM801（4）電源模塊FM910/FM920（5）端子模塊FM131A（6）8通道模擬量輸入模塊FM148（7）8通道模擬量輸出模塊FM151（8）16通道開關(guān)量輸入模塊FM161（9）16通道開關(guān)量輸出模塊FM171過程控制與自動(dòng)化儀表126表7-1FM系列硬件主要產(chǎn)品產(chǎn)品型號名稱主控機(jī)籠FM3012個(gè)主控模塊+4個(gè)電源模塊FM3052個(gè)主控模塊+2個(gè)電源模塊主控模塊FM801嵌入式x86處理器，100MHz，16MB內(nèi)存，8MBDOC，1MBSRAMFM803嵌入式x86處理器，266MHz，128MB內(nèi)存，16MBDOC，1MBSRAM電源模塊FM910DC24V電源模塊FM920DC48V電源模塊I/O模塊FM1488通道模擬量輸入模塊FM1478通道熱電偶型輸入模塊FM1438通道熱電阻型輸入模塊FM1518通道模擬量輸出模塊FM16116通道開關(guān)量輸入模塊FM17116通道開關(guān)量輸出模塊FM1628通道脈沖輸入模塊端子模塊FM131A通用端子底座，40位雙排接線端子通信模塊FM1200DP總線冗余控制器FM1201DP總線重復(fù)器FM1202DP總線光電收發(fā)器過程控制與自動(dòng)化儀表1277.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（1）控制機(jī)柜前視圖后視圖主要型號有主控機(jī)柜FP040、擴(kuò)展機(jī)柜FP041、FP033等。主控機(jī)柜FP040的上方為安裝主控單元組件的控制機(jī)籠，機(jī)柜的下方正、反面各安裝三列導(dǎo)軌，每列最多可安裝11個(gè)模塊，正面最多可有33個(gè)安裝位，背面最多可有33個(gè)安裝位，一共最多可以安裝66個(gè)I/O模塊。過程控制與自動(dòng)化儀表1287.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（2）控制機(jī)籠FM301

一個(gè)FM301機(jī)籠中有8個(gè)槽位，每個(gè)槽位有一個(gè)64針插座，連接相應(yīng)的模塊。最左邊兩個(gè)槽插入兩塊主從冗余主控單元模塊FM801。剩下槽位插入電源模塊，其中1#—4#電源是系統(tǒng)電源，提供24VDC，選用FM910；后面電源是現(xiàn)場電源，提供DC48V/24V，根據(jù)不同的電壓要求，選用FM920或FM910。過程控制與自動(dòng)化儀表1297.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（2）控制機(jī)籠FM301

FM301機(jī)籠的背板上有通信端口、電源輸出端口、電源報(bào)警輸出端口、電源輸入端口、站號撥碼開關(guān)等。左側(cè)為電源模塊接線端，右側(cè)為主控單元接線端。右側(cè)兩個(gè)4針插座是系統(tǒng)電源和DP通信的輸出接口；四個(gè)RJ45插座是主控單元系統(tǒng)網(wǎng)（SNET）的輸出接口。過程控制與自動(dòng)化儀表130主控單元站號設(shè)置撥碼開關(guān)從下向上依次為第1~6位，用于設(shè)置主控單元站號，ON為0，OFF為1，以二進(jìn)制編碼方式進(jìn)行地址設(shè)置。為確保構(gòu)成冗余配置，必須保證主從站號設(shè)置一致并和實(shí)際站號相同。過程控制與自動(dòng)化儀表1317.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（3）主控模塊FM801

FM801型主控模塊為盒式插件結(jié)構(gòu)。FM801的前面板有狀態(tài)指示燈、掉電保護(hù)開關(guān)、復(fù)位按鈕、電源指示燈；后面板的64針插頭插在FM301內(nèi)的64針插座上，實(shí)現(xiàn)與FM301的連接；通信接口、站號設(shè)置、電源接口位于機(jī)籠FM301的背板上。過程控制與自動(dòng)化儀表132FM801狀態(tài)指示燈說明POWER（綠燈）“亮”表示主控單元電源打開STANDBY（黃燈）在雙機(jī)系統(tǒng)中“亮”表示從機(jī)，“滅”表示主機(jī)在單機(jī)系統(tǒng)中，該燈是“閃”狀態(tài)RUN（綠燈）“亮”表示主控單元處于在線運(yùn)行狀態(tài)“滅”表示主控單元處于離線狀態(tài)ERROR（紅燈）“亮”表示主控單元運(yùn)行錯(cuò)“閃”表示從機(jī)從主機(jī)中拷貝工程文件SNET1（黃燈）“亮”表示系統(tǒng)網(wǎng)1（以太網(wǎng)）數(shù)據(jù)交換正常“滅”表示系統(tǒng)網(wǎng)1（以太網(wǎng)）沒有數(shù)據(jù)交換，不正常SNET2（黃燈）“亮”表示系統(tǒng)網(wǎng)2（以太網(wǎng)）數(shù)據(jù)交換正?！皽纭北硎鞠到y(tǒng)網(wǎng)2（以太網(wǎng)）沒有數(shù)據(jù)交換，不正常CNET（黃燈）“亮”DP網(wǎng)通信正?！皽纭敝骺貑卧狣P故障“閃”DP網(wǎng)與模塊通信不正常RNET（黃燈）“亮”表示雙機(jī)（以太網(wǎng)）備份數(shù)據(jù)交換正常RESET復(fù)位鍵BATTERY數(shù)據(jù)保持電池。撥碼置于ON，表示FM801處于掉電保護(hù)狀態(tài)，撥碼置于OFF，表示FM801不處于掉電保護(hù)狀態(tài)過程控制與自動(dòng)化儀表1337.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（4）電源模塊FM910/FM920（5）端子模塊FM131A

電源模塊是AC-DC轉(zhuǎn)換設(shè)備，采用開關(guān)電源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)AC220V到DC24V或DC48V的轉(zhuǎn)換，為主控制器和I/O模塊等現(xiàn)場設(shè)備提供電源，其中FM910輸出電壓為24VDC，F(xiàn)M920輸出電壓為48VDC。FM131A端子模塊是與常規(guī)I/O模塊搭配使用的通用端子模塊，用于實(shí)現(xiàn)功能模塊與現(xiàn)場信號的連接。過程控制與自動(dòng)化儀表134FM131A外形及地址設(shè)置模塊通信地址為120當(dāng)撥碼開關(guān)位于ON時(shí)，對應(yīng)位的二進(jìn)制值為0，置于OFF時(shí)，則為1。過程控制與自動(dòng)化儀表1357.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（6）8通道模擬量輸入模塊FM148

FM148模塊是8路模擬大信號輸入單元，每一通道可接入0~10V電壓信號或0~20mA電流信號，8路輸入均有輸入過壓保護(hù)。FM148A既可接入二線制電流信號，也可接受四線制電流信號。

過程控制與自動(dòng)化儀表136FM148A端子信號的接線要求每路信號采用+24V屏蔽雙絞線接到FM131A的端子上。注意：在DCS中，為防止多點(diǎn)接地引起信號測量不正常，有二線制電流信號輸入的模塊，嚴(yán)禁接入其他類型信號。過程控制與自動(dòng)化儀表1377.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（7）8通道模擬量輸出模塊FM151

FM151模塊是8路4~20mA模擬信號輸出單元，通過現(xiàn)場總線（ProfiBus-DP）與主控單元相連。過程控制與自動(dòng)化儀表138FM151端子信號的接線FM151模塊與FM131A端子間依靠64針歐式連接器連接，構(gòu)成完整的I/O單元。輸出到現(xiàn)場的模擬量信號直接由FM131A的雙層端子引出。FM151模塊的每路信號均采用屏蔽電纜與FM131A的端子連接。過程控制與自動(dòng)化儀表1397.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（8）16通道開關(guān)量輸入模塊FM161

FM161模塊是智能型16通道開關(guān)量輸入模塊，用于處理從現(xiàn)場來的觸點(diǎn)型開關(guān)量輸入信號，觸點(diǎn)提供24VDC和48VDC兩種查詢電源選擇，模塊的工作電源為24VDC。過程控制與自動(dòng)化儀表140FM161端子信號的接線FM161端子信號的接線方式有兩種：無公共端接法和共地端接法。過程控制與自動(dòng)化儀表141FM161查詢電源的接法為保證與現(xiàn)場設(shè)備的隔離性，DC24V查詢電源應(yīng)使用相對于模塊工作電源獨(dú)立的外接查詢電源，同時(shí)在查詢電源的輸入端應(yīng)接入0.2~0.5A的熔斷器。過程控制與自動(dòng)化儀表1427.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)2．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件簡介（9）16通道開關(guān)量輸出模塊FM171

FM171型模塊是智能型16通道DC24V繼電器開關(guān)量輸出模塊。用于給現(xiàn)場提供無源觸點(diǎn)型開關(guān)量輸出信號，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)和啟停控制。過程控制與自動(dòng)化儀表143FM171輸出信號接法過程控制與自動(dòng)化儀表1447.2集散控制系統(tǒng)7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統(tǒng)3．HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的軟件簡介組態(tài)軟件：安裝在工程師站上，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫總控、設(shè)備組態(tài)、數(shù)據(jù)站算法組態(tài)、控制器算法組態(tài)、報(bào)表組態(tài)、圖形組態(tài)、工程師在線下裝等功能。操作員站軟件：是安裝在操作員站上的用于完成用戶對人機(jī)交互界面監(jiān)控的軟件。主要包括流程圖、趨勢圖、參數(shù)列表、報(bào)警、日志的顯示及控制調(diào)節(jié)、參數(shù)整定等操作功能。數(shù)據(jù)站軟件：是安裝在數(shù)據(jù)站上的用于完成對系統(tǒng)實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)的集中管理和監(jiān)視的軟件，同時(shí)還為各站的數(shù)據(jù)請求提供服務(wù)。控制站軟件：是安裝在現(xiàn)場控制站主控單元中的軟件，主要用于完成數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、控制、運(yùn)算等功能。過程控制與自動(dòng)化儀表145MACS系統(tǒng)的組態(tài)實(shí)施流程圖過程控制與自動(dòng)化儀表146MACS系統(tǒng)的組態(tài)實(shí)施過程（1）前期準(zhǔn)備工作（2）建立目標(biāo)工程過程控制與自動(dòng)化儀表147MACS系統(tǒng)的組態(tài)實(shí)施過程（3）系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)過程控制與自動(dòng)化儀表148MACS系統(tǒng)的組態(tài)實(shí)施過程（4）數(shù)據(jù)庫組態(tài)過程控制與自動(dòng)化儀表149MACS系統(tǒng)的組態(tài)實(shí)施過程（5）算法組態(tài)過程控制與自動(dòng)化儀表150MACS系統(tǒng)的組態(tài)實(shí)施過程（6）圖形、報(bào)表組態(tài)過程控制與自動(dòng)化儀表151MACS系統(tǒng)的組態(tài)實(shí)施過程（6）圖形、報(bào)表組態(tài)過程控制與自動(dòng)化儀表152MACS系統(tǒng)的組態(tài)實(shí)施過程（7）編譯生成（8）系統(tǒng)下裝過程控制與自動(dòng)化儀表1537.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)7.3.1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述1．現(xiàn)場總線的定義現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線?；诂F(xiàn)場總線構(gòu)建的控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem，簡稱FCS）。2．現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)方面（2）技術(shù)方面（3）經(jīng)濟(jì)方面3．現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展過程控制與自動(dòng)化儀表154與其他控制系統(tǒng)比較——控制功能分散過程控制與自動(dòng)化儀表155與其他控制系統(tǒng)比較——接線簡單過程控制與自動(dòng)化儀表1567.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)7.3.2幾種主要現(xiàn)場總線簡介1．FF現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線（FoundationFieldbus，F(xiàn)F）是由國際公認(rèn)的、唯一不附屬于任何企業(yè)的、非商業(yè)化的國際標(biāo)準(zhǔn)組織——現(xiàn)場總線基金會提出?；饡F(xiàn)場總線分為低速現(xiàn)場總線H1和高速現(xiàn)場總線HSE兩種通信速率。低速現(xiàn)場總線H1的傳輸速率為31.25kbit/s，高速現(xiàn)場總線HSE的傳輸速率為100Mbit/s，H1支持總線供電和本質(zhì)安全特性。H1最大通信距離為1900m（如果加中繼器可延長至9500m），每個(gè)網(wǎng)段最多可直接連接32個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果加中繼器最多可連接126個(gè)節(jié)點(diǎn)。通信媒體為雙絞線、光纜或無線電。FF的H1和HSE分別是IEC61158的標(biāo)準(zhǔn)子集1和5。應(yīng)用領(lǐng)域以過程自動(dòng)化為主。過程控制與自動(dòng)化儀表1577.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)7.3.2幾種主要現(xiàn)場總線簡介2．PROFIBUS現(xiàn)場總線（1）PROFIBUS-FMS主要是用來解決車間級通用性通信任務(wù)?？捎糜诖蠓秶蛷?fù)雜的通信?？偩€周期一般小于100ms。（2）PROFIBUS-DP

這是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速和便宜的通信總線。它的設(shè)計(jì)是專門為自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散的I/O設(shè)備級之間進(jìn)行通信使用的。總線周期一般小于10ms。（3）PROFIBUS-PA

是專門為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)的。它可使傳感器和執(zhí)行器接在一根共用的總線上，甚至在本質(zhì)安全領(lǐng)域也可接上。根據(jù)IEC1158－2標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS-PA用雙絞線進(jìn)行總線供電和數(shù)據(jù)通信。PROFIBUS主要用于加工制造自動(dòng)化、過程自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化等行業(yè)。過程控制與自動(dòng)化儀表158PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)圖過程控制與自動(dòng)化儀表1597.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)7.3.2幾種主要現(xiàn)場總線簡介3．ControlNet

現(xiàn)場總線（1）網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率高采用CTDMA技術(shù)，數(shù)據(jù)一旦發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)就可同時(shí)接收。因此，與主從式傳輸技術(shù)比較，不需要重復(fù)發(fā)送同樣的信息到不同的從站，從而減少在網(wǎng)絡(luò)上的通信量。（2）同步性好由于在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)可同時(shí)被多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收，與主從式傳輸方式比較，各節(jié)點(diǎn)可同時(shí)接收數(shù)據(jù)。因此，同步性好。（3）實(shí)時(shí)性好采用在預(yù)留時(shí)間段的確定時(shí)間內(nèi)周期重復(fù)發(fā)送，保證有實(shí)時(shí)要求的數(shù)據(jù)能夠正確發(fā)送。并且，可根據(jù)實(shí)時(shí)性要求，設(shè)置時(shí)間片的大小，進(jìn)行預(yù)留，從而保證實(shí)時(shí)性。（4）避免數(shù)據(jù)訪問的沖突采用虛擬令牌，只有獲得令牌的節(jié)點(diǎn)可發(fā)送數(shù)據(jù)，避免了數(shù)據(jù)訪問的沖突現(xiàn)象，提高了傳輸效率。（5）高吞吐量傳輸速率5Mbit/s時(shí)，網(wǎng)絡(luò)刷新速率為2ms。過程控制與自動(dòng)化儀表1607.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)7.3.2幾種主要現(xiàn)場總線簡介4．CAN總線

控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork，CAN）總線主要應(yīng)用于汽車制造、公共交通車輛、機(jī)器人、液壓系統(tǒng)、分散型I/O。

過程控制與自動(dòng)化儀表1617.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)7.3.2幾種主要現(xiàn)場總線簡介5．LonWorks總線LonWorks現(xiàn)場總線是美國Echelon公司開發(fā)的現(xiàn)場總線技術(shù)。主要應(yīng)用于工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等。LonWorks技術(shù)的核心是具備通信和控制功能的Neuron（神經(jīng)元）芯片。它包括一個(gè)固化的高級通信協(xié)議LonTalk、三個(gè)微處理器、一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)和靈活的輸入/輸出方式。LonTalk協(xié)議提供了OSI參考模型所定義的全部7層協(xié)議，其中1~6層被封裝到Ne