第5章计算机控制系统

化学工业出版社第五章计算机控制系统第一节概述第二节集散控制系统第三节可编程控制器化学工业出版社第一节概述一、计算机控制简介常规控制系统：由被控对象和过程控制仪表组成的过程控制系统。计算机控制系统：由被控对象和计算机组成的过程控制系统。操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督计算机控制系统；集中分散控制系统可编程序控制器化学工业出版社一、计算机控制简介（一）操作指导控制系统原理：在操作指导控制系统中，计算机对工艺变量进行采集，然后根据一定的控制算法计算出供操作人员参考、选择的操作方法、最佳设定值等，再由操作人员直接作用于生产过程。特点：该系统属于开环控制结构，即自动检测＋人工调节。结构简单，控制灵活、安全，尤其适用于被控对象的数学模型不明确或试验新的控制系统。但仍需要人工参与操作，效率不高，不能同时控制多个对象。化学工业出版社（二）直接数字控制系统用一台计算机对多个参数进行实时数据采集，按照一定的控制算法进行运算，然后输出调节指令到执行机构，直接对生产过程施加连续调节作用，使被控参数按照工艺要求的规律变化。一、计算机控制简介化学工业出版社（三）监督计算机控制系统。是计算机根据工艺变量按照所设计的控制算法计算出最佳设定值，并将此设定值直接传送给常规模拟控制器或者DDC计算机，最后由模拟控制器或DDC计算机控制生产过程的系统，一、计算机控制简介化学工业出版社（四）集中分散型控制系统又称分布式控制系统。它采用分散控制、集中操作、分级管理、综合协调的设计原则，从下到上将系统分为现场控制层、监控层、管理层。一、计算机控制简介现场控制层：主要完成DDC的功能；监控层：主要完成SCC的功能；管理层：完成范围更广，层次更高的管理、控制、协调的功能。化学工业出版社一、计算机控制简介操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散系统各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制的关键。化学工业出版社（五）可编程序控制器可编程序控制器PLC（ProgramLogicController），不仅能用于逻辑控制，而且还具有数据处理、故障自诊断、模拟量处理、PID运算、联网等功能的多功能控制器，广泛应用于过程控制领域。一、计算机控制简介被控制生产机械或过程PLC输出设备接触器、电磁阀输入设备按钮、限位开关等化学工业出版社1.计算机控制系统的发展1946年第一台数字计算机问世1950年前后，为早期航天应用研制了一种专用数字计算机——数字微分分析机(DDA)1959年3月1日第一套计算机控制系统在美国德克萨斯州某炼油厂的聚合装置上正式投入运行计算机控制系统发展迅猛，未来的几年内,计算机在控制领域里的应用将向集散化和综合化发展在连续生产过程中,集散控制系统仍是生产过程控制的主选装置,但随着计算机技术的发展，现场总线控制系统将逐渐取代集散控制系统。二、计算机控制系统的发展方向化学工业出版社2.计算机控制系统的发展方向（一）集散控制系统（DCS）分散控制，集中管理，使DCS实现了生产过程的全局优化。（二）可编程序控制器（PLC）PLC是灵活、可靠、易变更的控制器，随着其数据处理、故障诊断、PID运算、联网功能的增强，作用将越来越大。（三）计算机集成制造系统（CIMS）计算机集成制造系统CIMS是在自动化技术、信息技术及制造技术基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产环节所需使用的各种分散的自动化系统有机的集成起来，实现多品种、中小批量生产的智能制造系统。（四）智能控制系统用机器代替人类从事各种劳动，把生产力发展到更高水平，进入信息时代。二、计算机控制系统的发展方向化学工业出版社第二节集散控制系统一、集散控制系统的基本概念定义：集散控制系统DCS，是以微处理机为核心，利用4C技术（Computer计算机技术、Communication通讯技术、CRT显示技术和Control控制技术）实现过程控制和过程管理的计算机控制系统。特点：“集中管理”和“分散控制”。①控制功能丰富②监视操作方便③信息和数据共享④系统扩展灵活⑤安装维护方便⑥系统可靠性高化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统（一）JX300XP集散型控制系统的构成1．工程师站是为专业工程技术人员设计的，内部装有相应的组态平台和系统维护工具。2．操作员站是由工业PC机、CRT、键盘、鼠标、打印机（可选）等组成的人机系统，是操作人员完成过程监控管理任务的环境。3．控制站是系统中直接与现场打交道的I/O处理单元，完成整个工业过程的实时监控功能。控制站可冗余配置，灵活、合理。工程师站、操作员站、控制站通过过程控制网络连接，完成信息、控制命令等传输，双重化冗余设计，使得信息传输安全、高速。化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统JX-300XP系统结构图化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统JX-300XP控制系统采用三层通信网络结构上层（信息管理网）：采用符合TCP/IP协议的以太网，连接各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。中间层（过程控制网）：名称为SCnetⅡ，采用了双高速冗余工业以太网SCnetⅡ作为其过程控制网络，连接操作员站、工程师站与控制站等，传输各种实时信息。底层（控制站内部网络）：名称为SBUS，采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统（二）系统主要性能指标1．系统规模：SCnetⅡ过程控制网可以接多个SCnetⅡ子网，形成一种组合结构。1个控制区域包括15个控制站、32个操作员站或工程师站，总容量15360点。2．控制站规模：以机笼为单位，机笼固定在机柜的多层机架上，每只机柜最多配置5只机笼：1只电源箱机笼和4只卡件机笼（可配置控制站各类卡件）。化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统控制站机柜安装布置图化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统主控制机笼——配置主控制卡，主控卡：2块，插在机笼最左端的两个槽位。数据转发卡：2块，IO机笼可以配置2块数据转发卡。IO卡件：16块。I/O机笼——不配置主控制卡。每类机笼最多可以配置20块卡件。化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统主控制机笼正面结构图化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统主控制卡：主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保证实时过程控制的完整性。通过SBUS网络可以挂接8个I/O或远程I/O单元（即8个机笼），8个机笼必须安装在两个或者两个以上的机柜内。数据转发卡：是每个机笼必配的卡件。如果数据转发卡按非冗余方式配置，则数据转发卡可插在这两个槽位的任何一个，空缺的一个槽位不可作为I/O槽位。I/O卡件：可按冗余或不冗余方式配置，数量在总量不大于16的条件下不受限制。在配置时，地址设置遵循一定的原则。化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统卡件配置地址备注主控制卡冗余/非冗余2~31冗余配置时，主控制卡的地址遵循“ADD和ADD+1连续，且ADD必须为偶数，2≤ADD＜31”的原则，且地址不能重复数据转发卡冗余/非冗余0~15冗余设置时，地址遵循“ADD和ADD+1连续，且ADD必须为偶数，0≤ADD＜15”的原则，且地址不能重复I/O卡件冗余0~15按冗余方式配置时，互为冗余的两卡件槽位地址遵循“ADD和ADD+1连续，且ADD必须为偶数，0≤ADD＜15”的原则非冗余0~15卡件槽位地址不能随意配置卡件地址设置的原则化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统型号卡件名称性能及输入/输出点数XP243主控制卡（SCnetⅡ）负责采集、控制和通信等，10MbpsXP244通信接口卡（SCnetⅡ）RS232/RS485/RS422通信接口，可以与PLC、智能设备等通信XP233数据转发卡SBUS总线标准，用于扩展I/O单元XP313电流信号输入卡6路输入，可配电，分两组隔离，可冗余XP313I电流信号输入卡6路输入，可配电，点点隔离，可冗余XP314电压信号输入卡6路输入，分两组隔离，可冗余XP314I电压信号输入卡6路输入，点点隔离，可冗余XP316热电阻信号输入卡4路输入，分两组隔离，可冗余XP316I热电阻信号输入卡4路输入，点点隔离，可冗余XP335脉冲量信号输入卡4路输入，分两组隔离，不可冗余，可对外配电XP341PAT卡（位置调整卡）2路输出，统一隔离，不可冗余XP322模拟信号输出卡4路输出，点点隔离，可冗余XP361电平型开关量输入卡8路输入，统一隔离XP362晶体管触点开关量输出卡8路输出，统一隔离XP363触点型开关量输入卡8路输入，统一隔离XP369SOE信号输入卡8路输入，统一隔离卡件型号及性能化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统（三）JX-300XP系统的卡件型号、性能及外特性1．XP243主控卡主控卡结构图（a）正面板（b）侧面板化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统（1）XP243主控卡特点控制站软硬件的核心，协调控制站内软硬件关系和各项控制任务。是一个智能化的独立运行的计算机系统，可以自动完成数据采集、信息处理、控制运算等各项功能。接收上层的管理信息，并向上传递工艺装置的特性数据和采集到的实时数据；向下与智能I/O卡件实时通信，实现与I/O卡件的信息交换（现场信号的输入采样和输出控制）。采用双微处理器结构，协同处理控制站的任务，功能更强，速度更快。主控制卡面板上具有二个互为冗余的SCnetⅡ通信口和7个LED状态指示灯化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统种类名称说明网络端口PORT-A（RJ-45）通信端口A，通过双绞线RJ-45连接器与冗余网络SCnetⅡ的0#网络相连PORT-B（RJ-45）通信端口B，通过双绞线RJ-45连接器与冗余网络SCnetⅡ的1#网络相连SlaveSBUS总线接口，负责SBUS总线（I/O总线）的管理和信息传输LED状态指示灯FAIL故障报警或复位指示RUN工作卡件运行指示WORK工作/备用指示STDBY准备就绪指示，备用卡件运行指示LED-Ａ本卡件的通信网络端口A的通信状态指示灯LED-Ｂ本卡件的通信网络端口B的通信状态指示灯SlaveSlaveCPU运行指示，包括网络通信和I/O采样运行指示主控制面板上端口及指示灯说明化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统（2）主控卡的地址设置，主控卡上的拨号开关SW2进行设置S1-S3为系统保留资源，必须拨为OFF，S4.S5.S6.S7.S8采用二进制码计数方法读数进行的，其中自左至右代表高位到低位，即左侧S4为高位，S8右侧为低位。“ON”表示“1”，“OFF”表示“0”。主控制卡的网络地址不可设置为00#，01#。拨号开关拨到上部表示“ON”，拨到下部表示“OFF”。依据BCD码进行设置化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统（3）主控卡的TCP/IP协议地址的系统约定：最多有15个控制站。类别地址范围备注网络码IP地址控制站地址128.128.12～31每个控制站包括两块互为冗余主控制卡。同一块主控制卡享用相同的IP地址，两个网络码。128.128.22～31TCP/IP协议地址的系统约定化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统2．XP233数据转发卡（1）功能XP233是I/O机笼的核心单元，是主控卡联接I/O卡件的中间环节。一方面驱动SBUS总线，另一方面管理本机笼的I/O卡件。XP233具有冷端温度采集功能，节约热电偶补偿导线。化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统数据转发卡结构图化学工业出版社二、JX300XP集散型控制系统FAIL出错指示RUN运行指示WORK工作/备用指示COM(与主控制卡通信时)POWER电源指示颜色红绿绿绿绿正常暗亮亮