工业控制系统概述

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监督控制（SCADA：Supervisory Control and Data Aquisition）
8
设定值控制（SPC：Set Point Control）
8
直接数字控制（DDC：Direct Digital Control）
8
可编程控制器（PLC：Programmable Logic Controller）
批量控制（Batch Control）
8 同一生产线上的间歇性、多品种生产过程，半连续过程。 8 既有顺序与逻辑控制，也有连续过程控制 8 每种产品有自己的“配方” 8 主要是食品和制药行业
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连续控制：流程工业
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离散控制：制造业
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批量过程：制药行业
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工业控制的分类
离散控制：开环的特征 open-loop control / command keywords: sequential / combinatorial, binary variables, discrete processes, "batch control", "manufacturing" 过程控制：闭环的特征 closed-loop control / regulation keywords: feedback, analog variables, continuous processes, "process control"
Sequential Flow Chart (SFC)
START STEP T1 STEP A T2 N D STEP B T3 N D ACTION D1 D1_READY ACTION D2 D2_READY ACTION D3 D3_READY ACTION D4 D4_READY
Ladder Diagram (LD)
Instruction List (IL)
A: LD %IX1 (* PUSH BUTTON *) ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *) ST %QX2 (* FAN ON *)
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一个专业的仪控工程师（I&C Professional）
通晓各种传感器、变送器、执行器的应用 通晓基本控制元件（如继电器等） 通晓DCS/PLC等系统硬件的指标和应用 通晓HMI软件的应用 通晓过程控制算法的设计和现场调试 通晓网络设备和现场总线的应用 通晓各种流行的软件接口（如OPC）应用 通晓各种行业标准、国际和国家强制型法规 通晓仪控项目的实施和管理
8
分布式控制系统（DCS：Distributed Control System）
8
现场总线仪表（Fieldbus Instrument）
8
信息化工厂的层次
企业管理（ 企业管理（ERP） ） 生产执行系统（ 生产执行系统（MES） ） 监视与人机接口(SCADA) 监视与人机接口 单元控制 回路控制 传感器、变送器、 传感器、变送器、执行器 被控主设备
8 控制流程工业的生产过程 8 一条生产线只生产一种产品 8 主要控制手段是PID 8 现在流行叫Process
Automation（过程自动化）
离散控制（Discrete Control）
8 控制制造业的加工过程 8 主要手段是顺序与逻辑控制 8 现在流行叫Factory
Automation（工厂自动化）
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控制器与输入输出
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控制室人机接口：模拟时代
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控制室人机接口：数字时代
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各层次系统的相应时间
Planning Level MES Execution Level SCADA
(Manufacturing Execution System) (Supervisory Control and Data Acquisition)
discrete
continuous
工业控制系统分类
分布式控制系统（Distributed Control System：DCS）
8属于过程控制系统（Process
Control） 8适用于流程工业（Process Industry）
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller：PLC）
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The End
祝你们成功！ 祝你们成功！
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ERP
(Enterprise Resource Planning)
Supervisory Level
DCS
(Distributed Control System)
Control Level
PLC
(Programmable Logic Controller)
ms
Seconds
Hours
Days
Weeks
CALC1 AUTO ACT IN2 MAN_ON CALC IN1 OUT PUMP
Structured Text (ST)
VAR CONSTANT X : REAL := 53.8 ; Z : REAL; END_VAR VAR aFB, bFB : FB_type; END_VAR bFB(A:=1, B:=‘OK’); Z := X - INT_TO_REAL (bFB.OUT1); IF Z>57.0 THEN aFB(A:=0, B:=“ERR”); ELSE aFB(A:=1, B:=“Z is OK”); END_IF
Month
Years
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DCS的基本体系结构
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DCS组成
IO模块 8 模入（AI）、模出（AO）、开入（DI）、开出（DO）、脉入（PI）。 主控制器（Main Control Unit：MCU） 8 执行控制运算 控制网络（Control Network） 8 将主控制器与IO模块连接起来 系统服务器连接 操作员站（Operator Station） 8 操作工用计算机 工程师站（Engineer Station） 8 组态（configuration）工程师用计算机 什么是“组态”？ 系统服务器（System Server） 8 集中存储组态或历史数据信息
工业控制系统概述
史洪源
2004.7
工业过程的类型
流程工业（Process Industry）
8连续生产过程 8产品论“斤”卖 8如：化肥
制造业（Manufacturing Industry）
8离散制造过程 8产品论“个数”卖 8如：螺丝钉
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工业控制的分类
过程控制（Process Control）
8属于离散控制系统（Discrete
Control） 8适用于制造业（Manufacturing Industry）
批量过程有对应的控制系统吗？
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工业控制：几个重要的阶段
模拟监测仪表＋手动控制（1930以前） 模拟单回路反馈控制器（1930以后）
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1945年美国人Bode，奠定了控制理论的基础。 计算机开始用于过程控制，主要是监视功能（1950s） 由计算机计算出给定值，输出给模拟调节器（1960s） “间接数字控制”呢？ 模拟PID电路变成了数字PID（1960s） Dick Morley博士，1968年，Modicon公司，084系列 分布式控制器，集中CRT监视（1975年，Honeywell：TDC2000） 用数字信号仪表取代4－20mA模拟仪表（1990s）
plant state
measurement process value
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大部分工厂都是混合过程工厂
啤酒厂： 8 发酵是 连续过程（Process Control） 8 装瓶灌封是 离散过程（Discrete Control）
Automotive Manufacturing Electronics Machinery Textiles Pharmaceuticals Fine Chemical Food & Beverage Metals & Mining Water & Waste Pulp & Paper Petrochemicals Oil & Gas Electrical Power 8
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组态（Configuration）
设备组态：确定系统中的硬件设备 图形组态：设计操作员站画面 控制算法组态：设计控制算法 其它组态：趋势、报表、报警
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图形组态
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控制算法组态：IEC61131-3五种语言
Function Block Diagram (FBD)
AUTO DI V ACT CALC1 CALC IN1 OUT MAN_ON IN2 >=1 PUMP DO V
binary sequencer plant output
set-point
controller + error (deviation)
control variable (analog) plant output
clock display on/off
plant state display measurement %
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DCS
信息化工厂的层次
企业管理 工作流与生产执行过程控制
SCADA = Supervisory Control And Data Acquisition
ERP MES control room
控制室操作接口
单元控制 回路控制 输入输出 传感器、变送器、执行器 被控主设备
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A V
T
现场设备：传感器、变送器、执行器