工业控制系统概述
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10
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
3
连续控制：流程工业
4
离散控制：制造业
5
批量过程：制药行业
6
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"
ERP
(Enterprise Resource Planning)
Supervisory Level
来自百度文库
DCS
(Distributed Control System)
Control Level
PLC
(Programmable Logic Controller)
ms
Seconds
Hours
Days
Weeks
Month
Years
17
DCS的基本体系结构
18
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 系统网络（System Network） 8 将主控制器、操作员站、工程师站和系统服务器连接 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
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？
9
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）
8
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）
13
控制器与输入输出
14
控制室人机接口：模拟时代
15
控制室人机接口：数字时代
16
各层次系统的相应时间
Planning Level MES Execution Level SCADA
(Manufacturing Execution System) (Supervisory Control and Data Acquisition)
plant state
measurement process value
7
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
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
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）
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）
11
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
12
A V
T
现场设备：传感器、变送器、执行器
19
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
20
图形组态
21
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
23
The End
祝你们成功！ 祝你们成功！
24
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)
binary sequencer plant output
set-point
controller + error (deviation)
control variable (analog) plant output
clock display on/off
plant state display measurement %
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
2
工业控制的分类
过程控制（Process Control）
Instruction List (IL)
A: LD %IX1 (* PUSH BUTTON *) ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *) ST %QX2 (* FAN ON *)
22
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
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"
ERP
(Enterprise Resource Planning)
Supervisory Level
来自百度文库
DCS
(Distributed Control System)
Control Level
PLC
(Programmable Logic Controller)
ms
Seconds
Hours
Days
Weeks
Month
Years
17
DCS的基本体系结构
18
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 系统网络（System Network） 8 将主控制器、操作员站、工程师站和系统服务器连接 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
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）
8
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）
13
控制器与输入输出
14
控制室人机接口：模拟时代
15
控制室人机接口：数字时代
16
各层次系统的相应时间
Planning Level MES Execution Level SCADA
(Manufacturing Execution System) (Supervisory Control and Data Acquisition)
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
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
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）
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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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
19
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
20
图形组态
21
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
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The End
祝你们成功！ 祝你们成功！
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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)
binary sequencer plant output
set-point
controller + error (deviation)
control variable (analog) plant output
clock display on/off
plant state display measurement %
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）
Instruction List (IL)
A: LD %IX1 (* PUSH BUTTON *) ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *) ST %QX2 (* FAN ON *)
22
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