第八章 过程计算机控制系统

第三篇过程计算机控制系统过程计算机控制可具有四种功能层次:1、控制层。实现直接数字控制(DirectDigitalControl，简称DDC)，用计算机递推算法代替模拟调节器。2、监控层。具有对生产过程进行监视和高级控制的功能。3、计划调度层。执行决策管理层下达的生产指令。4、决策管理层。多目标优化决策。第八章直接数字控制系统§8-1直接数字控制系统的基本概念直接数字控制系统就是用一台计算机取代模拟调节器直接控制执行机构（通常是调节阀）去控制被调量。§8.2信号采集•采样周期T0是两次采样的时间间隔。根据香农定理确定：采样频率ω0≥2ωmax，这里ωmax是被采样信号所含的最高频率成分。故采样周期T0≤Tmax/2，Tmax是最高频率ωmax的周期。§8.3DDC的PID算式一、位置型PID算式模拟控制系统PID表达式为式中Kc,Ti,Td分别为比例系数，积分和微分时间。当t=kT0时u(t)可近似表示为u(kT0)(简化表为u(k))])()(1)([)(0tdicdttdeTdtteTteKtu0000000001()(1)()[()()]()()[()(1)]()()[()(1)]/,/,()PIDkcdiikdciikcidiicidcdekekukKekTeiTTTTTKekeiekekTTKekKeiKekekKKTTKKTTukk其中为第次采样时刻计算机的输出，此称为位置型算式。二、增量型PID算式由上式知三、速度型PID算式四、偏差系数控制算式（编程方便）将增量型算式改写成)]2()1(2)([)()]1()([)1()()()]2()1([)()1()1(10kekekeKkeKkekeKkukukukekeKieKkeKkudickidic故0)()(TkukV称中间参量。，，这里ddcdicddcdicKCKKBKKKAkCekBekAekeKkeKKkeKKKku2)2()1()()2()1()2()()()(第九章分布式控制系统§9-1概述1975美国Honeywell公司推出了世界上第一个分布式控制系统TDC-2000。分布式控制系统(DistributedControlSystem，简称DCS)，又称集散系统。它综合了计算机、控制、通信和图形显示等技术，是以微处理器为核心的系统。具有控制、集中信息管理、操作显示、大规模数据采集、处理和数据通信功能，为实现高等过程控制和生产管理提出了先进的工具和手段。表9.1列举了部分国家生产的分布式系统：分布式控制系统如图9.1所示，它由数据传输通道，控制站和操作站三部分组成。1.数据传输通道。设备间进行信息交换的媒介，常用环形和总线形拓扑结构。2.操作站，又称控制台，通过人与系统界面实现与用户进行信息交换的设备。（1）基本操作站：具有显示、操作等窗口。（2）高级操作站：增加了系统组态、仿真、管理信息系统、打印机、CRT，拷贝机、海量存储器等。3.控制站，是分布式系统的关键，系统中的控制（DDC）和全部数据采集、处理都由控制器承担。控制器之间设有专门通信通道，不占用数据传输通道。§9.2分布式控制系统的分析一、基本设计思想1、控制分散，信息集中生产过程的控制采用全分散结构，而信息则通过通信网络全集中于有关设备并存于数据库。使系统危险分散，可靠性提高。2、灵活性和可扩展性。各种板卡和组态软件、硬件软件的模块化结构。3、数据通信能力。高速数据公路连接各模块设备，经接口与局部网络相连，实现数据库和系统资源共享。4、友好人机界面。流程画面、趋势显示、报警显示，用功能键改变操作量干预生产。5、高可靠性。硬件自诊断系统，关键部件双重化（冗余）等二、系统功能1、监视、操作功能（1）操作显示：工程状态显示；趋势显示；工艺流程图动态显示。（2）文件显示：班、日、月生产报表；报警总汇表；事件清单。2、控制功能控制器具有很强的控制功能：16～32位的CPU，多种板卡，多种控制算法存在ROM中（如TDC-3000有28种基本算法，见P215页表9.3）三、系统组态将分布式系统各功能连接起来，配置成可执行的应用程序的过程称为系统组态。分布式系统都配备了组态软件，如WinCC，组态王等。用组态软件进行系统组态的方法已推广到小型分布系统，甚至单机系统。