DCS与现场总线技术第一章概论

给定值
控制器
执行机构
被控对象
被控参数
变换发送
测量元件
（2）闭环控制系统框图
❖ 图中给出了按偏差进行控制的闭环控制系统框图。 这种控制系统具有较好的控制性能。
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电子信息与控制工程系
❖ 计算机控制系统
设定值r
e(kT) 计算机
u(kT)
D/A
保持器
u 广义对象
被调参数 y
ym A/D
计算机系统
采样器
电子信息与控制工程系
DCS及现场总线
DCS——Distributed Control System FCS——Fieldbus Control System
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电子信息与控制工程系
本课程涵盖多门技术的相关内容
DCS由4C技术发展和渗透产生：
计算机技术
控制技术
通讯技术
CRT人机接口技术
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电子信息与控制工程系
本课程与的相关课程的关系
微机原理
控制工程
DCS及现场总线
自动控制理论
测控仪表与装置
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电子信息与控制工程系
教学内容、要求
第一章 概述 内容：计算机控制系统概念、各类特点及应用 重点：DCS、FCS总体概念 难点：集散控制概念
第二章 DCS的硬件体系及系统 内容：DCS构成方式、要素及功能 重点：DCS结构体系及各层功能 难点： DCS结构体系
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电子信息与控制工程系
第三章 DCS的软件体系及功能 内容：DCS软件体系——控制、监控和组态软件 重点：DCS可靠性和可组态性 难点：组态概念
第四章 DCS的控制算法及组态 内容：PID控制、改进PID控制、前馈控制、串级控制
时滞补偿控制、顺序控制算法及DCS实现 重点：改进PID控制、前馈控制、时滞补偿控制 难点：控制算法——组态——DCS控制功能
❖ 计算机通信网络——指各数据采集节点和控制单元之间 的通信设备及网络，是进行系统数据信息交换的通道。
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电子信息与控制工程系
计算机控制系统各部分的功能说明
1
硬件
由主机、接口电路及外围设备组成。不同的系统， 所需硬件也不同，一般可根据控制系统的需要进行扩 展。
现已生产出具有各种功能的插件板或功能模块，可 用标准总线连接起来，使用非常方便，PC总线构成的 各种工业控制计算机、可编程逻辑控制器(PLC)等即属 此类。
第七章 典型的现场总线应用 ❖ 内容：FF的特点及主要技术应用； ❖ 重点：不同FCS的应用特点及区别 ❖ 难点：FCS的应用技术方法
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电子信息与控制工程系
第一章 绪论
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电子信息与控制工程系
1.1 计算机控制系统基础
❖ 1.1.1计算机控制系统的概述 ❖ 1.1.2计算机控制系统的组成 ❖ 1.1.3计算机控制系统的分类 ❖ 1.1.4集散控制系统产生的背景
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电子信息与控制工程系
1.1.1 计算机控制系统概述
❖ 计算机控制系统是用计算机(通常称为工业控制 计算机)来实现工业过程自动控制的系统。
开环控制系统
给定值
控制器
执行机构
被控对象
被控参数
开环控制系统框图
❖ 这种控制系统不能自动消除被控参数与给定值之间 的误差。
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电子信息与控制工程系
❖ 闭环控制系统
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电子信息与控制工程系
第五章 DCS数据通信及网络 内容：数据通信概念及技术、DCS网络标准和协议 重点：DCS通信相关技术、网络协议及功能 难点：网络体系结构
第六章 现场总线技术基础 内容：FCS的定义、特点、网络协议模式等 重点： FCS的定义、特点 难点：FCS的网络协议模式和标准
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电子信息与控制工程系
足够快的速度进行控制。
❖ 分时控制——因计算机运算处理速度远高控制回路的速
度要求，故可使计算机依次的完成多个通道（回路）的实
时控制。
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电子信息与控制工程系
1.1.2、计算机控制系统的组成
❖ 计算机硬件设备——指微机本身及其外围设备，是计算 机控制系统的基础；
❖ 计算机控制软件——指管理计算机的程序以及过程控制 的应用程序，是计算机控制系统的灵魂；
测量变送器
图b 单回路计算机控制系统示意图
❖ 计算机控制系统的结构与常规控制系统相似，只是将控制器 用计算机来代替，就组成了典型的计算机控制系统。
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电子信息与控制工程系
结构特征
❖
执行控制功能的核心部件是计算机，是模数混合系统；
❖
控制规律利用软件实现，便于实现复杂的控制规律；
❖
可同时控制多个回路；
❖
存在开环控制系统、闭环控制系统等不同类型的控制
系统。
❖
显然：要改变控制策略及算法，只要改变计算机的程
序就可以实现相应功能。
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电子信息与控制工程系
计算机控制系统的工作原理
(1)实时数据采集:检测被控量的瞬时值，将采样结果输到计 算机中。
(2)实时决策: 给定值与被控量的数值处理后，按照预定的控 制规律进行控制运算——实时决策。
❖ 它自动地对系统的各种参数进行巡回检测，通过过程输 入通道发送来的工业对象的生产工况参数；
本课程涵盖多门技术的相关内容
❖ 计算机技术
（DCS硬件构成、软件平台的应用等）
❖ 自动控制技术
（实现DCS控制策略及算法的技术方法）
❖ 人机接口技术
（DCS组态技术和操作技术等）
❖ 通信技术
（DCS数据通信技术、网络技术等）
❖ 现场总线技术
（现场总线的核心、基础、协议模型及典型的FCS技术）
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电子信息与控制工程系
计算机控制系统的工作方式
• ⑴在线方式和离线方式
❖
生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方
式称为在线方式或联机方式。
❖
生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而
是靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机
方式。
• ⑵实时控制——指信号的输入、计算和输出都要在一定的
时间(采样\控制间隔)内完成。亦即计算机对输入信息，以
(3)实时控制: 将实时决策结果转化为控制信号适时地送给执 行装置——实现过程控制。
(4)信息管理: 随着网络技术和控制策略的发展，信息共享 及管理在控制系统得到了充分的应用。
上述过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进 行工作,并对控制量和设备本身的异常现象及时作出处理。
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电子信息与控制工程系
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电子信息与控制工程系
软件
显示终端 磁盘驱动器
接口
微
型
接口
计
算
机
接口
打印机
接口
实时 操作 时钟 台
通用外部设备 主机及操作台 接口
变送器 源自文库感器
A/D
多路开关
生
D/A
反多路开关
执行机构
产
对
象 开关量输入
开关量输出
外部通道
检测及变送
控制对象
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电子信息与控制工程系
①主机
❖ 由CPU和存储器构成，是整个控制系统的指挥部。