DCS单回路控制系统设计资料讲解
DCS控制系统设计案例分析
实例2：
评判标准
实例3：
评判标准
实例4：
评判标准
实例5：
评判标准
测试8：20分
8）验证控制参数的整定能力，20分
将自动投入，改变控制定值置-80Pa，查看系统是否在45秒内能够控制0Pa～160Pa之间，得10分。
将 自 动 投 入 ， 改 变 控 制 定 值 置 - 8 0 Pa， 查 看 系 统 是 否 在 3 0 min 内 能 够 控 制 30Pa～-1300Pa之间，得20分。
实例1：
题目：
某600MW发电机组的锅炉是亚临界中间一次再热控制循环汽包炉，锅 炉采用平衡通风的方式。配备两台轴流式引风机，通过调节可调动叶 来控制锅炉的炉膛负压，控制策略采用负压偏差PI调节加送风指令做 前馈信号的单回路配前馈的控制模式。在某次机组期间，决定配套实 施脱硫工程（FGD），系统配置一台轴流式增压风机用来克服烟气流经 FGD系统的压力损失。通过调节增压风机动叶的开度，将增压风机入口 处的烟气静压控制在一定值（-180Pa），增压风机动叶自动控制策略 采用控制偏差PI调节加总风量做前馈信号的单回路配前馈的控制模式; 当引风机跳闸触发RB时，为确保系统的稳定，增压风机动叶自动控制 应设计相应的超弛逻辑，并撤出自动，投手动控制。请根据题意的要 求，设计增压风机动叶自动控制逻辑，并根据系统特性，整定相关控 制参数，使其控制性能能够满足控制要求。
PT0002 炉膛负压3：PT0003 相关开关量信号清单： 引风机RB触发ZS1001 叶开度信号坏质量：ZS1000 烟气静压1信号坏质量：ZS1002 烟气静压2信号坏质量：ZS1003 烟气静压3信号坏质量：ZS1004 引风机A电流信号坏质量：ZS1005 引风机B电流信号坏质量：ZS1006
DCS控制系统讲解
DCS控制系统讲解DCS（分散控制系统）是指通过计算机技术和通信技术将生产过程中的各个控制单元进行连接和协调，实现对整个生产过程的自动控制和监控的系统。
它是以计算机为核心，将各个控制单元分散在不同的位置，并通过通信网络进行连接的控制系统。
DCS系统由硬件和软件两部分组成。
硬件包括主机、输入输出设备、通信设备等。
主机是DCS系统的核心，用于处理各个控制单元发送过来的数据，并根据设定的控制策略进行控制。
输入输出设备用于与现场设备进行数据的交换，如传感器、执行器等。
通信设备用于连接各个控制单元，实现数据的传输和交换。
软件是指对DCS系统进行编程，实现各种控制功能和监控功能的程序。
DCS系统的特点是分布式控制。
各个控制单元可以分散在不同的位置，并通过通信网络进行连接。
这样就可以实现对整个生产过程的全面控制和监控。
此外，DCS系统还具有模块化设计的特点，各个控制单元可以独立工作，互不干扰。
这样就可以方便系统的扩展和维护。
DCS系统可以分为三层结构：生产现场层、控制层和管理层。
生产现场层是指生产过程中的实际控制单元，如传感器、执行器等。
控制层是指各个控制单元之间进行数据通信和控制的计算机集群，包括主机、通信设备等。
管理层是指对整个DCS系统进行监控和管理的计算机，包括人机界面和监控软件等。
DCS系统具有很高的可靠性和可扩展性。
由于各个控制单元可以独立工作，并通过通信网络进行连接，当其中一个控制单元发生故障时，其他控制单元仍然可以正常工作。
同时，当生产过程需要扩展时，只需要添加新的控制单元，而无需对整个系统进行大范围的改造。
DCS系统的应用范围广泛，包括电力、化工、冶金、环保、交通等行业。
在电力行业，DCS系统可以用于对电力系统进行监控和控制，实现电力的调度和分配。
在化工行业，DCS系统可以用于对化工过程中的反应装置、蒸馏装置等进行控制，实现化工生产的自动化。
在冶金行业，DCS系统可以用于对冶炼过程中的各个控制单元进行控制，提高生产效率和质量。
DCS单回路控制系统设计
DCS单回路控制系统设计DCS（分布式控制系统）是一种用于实时控制和监控工业过程的自动化系统。
它是由多个分布在整个工厂的分散控制设备组成的。
每个设备都有自己的控制功能，并可以相互通信以实现全面的过程控制。
DCS可以实现对各种设备、仪器、传感器和执行器的集中控制和监控，从而提高生产效率和产品质量。
在设计DCS单回路控制系统时，需要考虑以下几个方面：1.控制目标和需求：首先需要确定系统的控制目标，例如温度、压力、流量等。
然后根据目标确定系统所需的设备、仪器和传感器。
2.信号传输和处理：DCS系统中控制信号的传输和处理非常重要。
可以使用模拟信号或数字信号，模拟信号通常用于测量和控制，数字信号用于数据传输和处理。
3.控制策略：根据控制目标，选择合适的控制策略。
常用的控制策略包括比例-积分-微分（PID）控制、模糊控制、模型预测控制等。
根据实际情况，可以选择单回路控制或多回路控制。
4.控制设备和软件：选择合适的控制设备和软件。
常用的控制设备包括PLC（可编程逻辑控制器）、DCS控制器等。
控制软件通常包括实时数据库、报警管理、历史数据记录和故障诊断等功能。
5.安全性和可靠性：在设计DCS单回路控制系统时，必须考虑安全性和可靠性。
例如，选择适当的传感器和执行器，确保系统安全可靠运行。
此外，应设置适当的报警和故障诊断系统，及时发现和解决潜在问题。
6.通信和网络：DCS系统中的设备通常通过网络进行通信。
因此，设计时需要选择适当的通信协议和网络架构，以确保数据的传输和处理效率。
7.人机界面：为了方便操作和监控，DCS系统需要良好的人机界面。
设计时应考虑用户的需求和操作习惯，以实现直观、简单、易用的界面。
总结来说，DCS单回路控制系统设计应考虑控制目标和需求、信号传输和处理、控制策略、控制设备和软件、安全性和可靠性、通信和网络，以及人机界面等方面。
通过合理的设计，可以实现对工业过程的高效控制和监控，提高生产效率和产品质量。
DCS基本知识讲座解读
Ethernet Switch D
1C 1C 1C 1C 2C 2C2C 2C 1C 1C 2C 2C 1C 1C 2C 2C 1C 1C 2C 2C 1C 1C 2C 2C 1C 1C 2C 2C 1C 1C 2C 2C 1C 1C 2C 2C 1C 1C 2C 2C
Ba的控制指令去推动调节机 构，改变调节量。 调节机构：接受控制作用去改变调节量变化的具体设 备。 控制对象：被控制的热工生产过程或设备。 被 调 量：表征热工过程是否符合规定工况的物理量。 扰 动： 生产过程中引起被调量偏离给定值的各种因 素。 调 节 量：由控制作用来改变并去控制被调量变化的物 理量。
Switch G X 2
Back-up Switch G
Switch H X 2 Back-up Switch I
Back-up Switch H
Switch E X 2
Switch I X 2
R1
Switch R
R2
X2 X3 Back-up Switch R
UNIT#1 CONTROL SYSTEM
2.4 运用
当前：经典控制论范畴： （PID算法）
2.2 自动控制系统的分类
1．按控制方式分类
闭环控制系统（也称反馈控制系统）：它的被控 量信号反馈到控制设备的输入端，成为控制设备生产 控制作用的依据。只要被控量与给定量之间有偏差， 控制设备就要对控制对象施加作用，直到被控量符合 要求为止。 特点:基于偏差，消除偏差，可克服各种扰动对 被控量的影响。由于控制作用落后于干扰，因此相对 来讲控制不及时。
OPC Station
1C 2C
1C 2C
1C 2C
1C 2C
IP Switch
DCS控制系统培训讲义艾默生pptx
应用领域
DCS控制系统广泛应用于电力、 石油、化工、冶金、造纸等工业 领域，实现对生产过程的自动化 控制。
高可靠性
DCS控制系统采用冗余设计，当 某个控制器或通信网络出现故障 时，系统仍可正常运行，保障生 产安全。
02 艾默生DCS控制系统介 绍
系统架构与特点
分布式控制系统架构
高可靠性
艾默生DCS采用分布式控制系统架构 ，实现高度模块化和可扩展性，方便 用户根据需求进行定制和配置。
02
艾默生DCS控制系统特点
详细介绍了艾默生DCS控制系统的技术特点、优势和应用领域，加深了
学员对艾默生DCS控制系统的了解。
03
DCS控制系统操作与维护
通过实例演示和学员亲手操作，使学员掌握了DCS控制系统的基本操作
和日常维护方法。
学员心得体会分享
知识收获
学员们表示通过本次培训，对 DCS控制系统有了更深入的了解 ，掌握了相关知识和技能，为今 后的工作和学习打下了坚实的基
础。
实践经验
学员们分享了在实际操作中遇到 的问题和解决方法，表示通过实 践加深了对理论知识的理解，也
积累了宝贵的经验。
学习感悟
学员们认为本次培训内容丰富、 实用性强，教师讲解生动、形象 ，学习氛围浓厚，表示将继续努 力学习，不断提高自己的专业水
平。
未来发展趋势预测
DCS控制系统技术不断创新
随着科技的不断进步和工业自动化程度的提高，DCS控制系统将不断引入新技术、新方法 和新应用，实现更高效、更智能的控制。
稳定性。
备份重要数据
定期备份控制器组态、历史数 据等重要文件，以防数据丢失
。
常见故障类型及原因
电源故障
电源模块损坏、电源线松动或短路等导致系统无 法正常启动或运行。
DCS单回路控制系统设计资料讲解
DCS单回路控制系统设计资料讲解D C S单回路控制系统设计第五章单回路控制系统设计本章提要1.过程控制系统设计概述2.单回路控制系统方案设计3.单回路控制系统整定4.单回路控制系统投运5.单回路控制系统设计原则应用举例授课内容第一节过程控制系统设计概述单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。
单回路反馈控制系统组成方框图：简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。
过程控制系统设计的一般要求：●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。
●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。
?过程控制系统设计的基本方法：设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。
过程控制系统统设计步骤：●建立被控过程的数学模型●选择控制方案●建立系统方框图●进行系统静态、动态特性分析计算●实验和仿真过程控制系统设计的主要内容：●控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。
●工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。
●工程安装和仪表调校●调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。
第二节单回路控制系统方案设计1.被控参数的选择选取被控参数的一般原则为：●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。
●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。
DCS单回路控制系统设计资料讲解
DCS单回路控制系统设计资料讲解DCS，即分散控制系统，是一种基于微处理器的工业控制系统，广泛应用于化工、电力、石油等领域。
单回路控制系统是DCS系统中的一种常用架构，主要用于单个设备或过程的控制。
单回路控制系统的设计资料包括以下几个方面：1.系统结构：在单回路控制系统设计资料中，首先需要明确系统的总体架构和组成部分。
一般来说，单回路控制系统由传感器、执行器、控制器和人机界面组成。
传感器用于采集过程变量，执行器用于控制过程变量，控制器负责执行控制算法，人机界面则用于实现操作和监视。
2.控制策略：在单回路控制系统设计资料中，需要明确应用的控制策略。
常用的控制策略包括比例控制、积分控制、微分控制和模糊控制等。
根据具体的应用需求和控制对象的特性，选择合适的控制策略以实现稳定、准确的控制。
3.控制算法：在单回路控制系统设计资料中，需要详细描述控制器的工作原理和控制算法。
控制算法是控制器的核心部分，它根据输入的传感器信号和输出的执行器信号，通过运算和判断来实现过程变量的控制。
常见的控制算法有PID算法、模糊控制算法等。
4.通信协议：在单回路控制系统设计资料中，需要考虑通信协议的选择。
DCS系统是分布式控制系统，需要通过网络将各个部分连接起来，实现相互之间的数据交换和协同控制。
常用的通信协议有MODBUS、OPC等。
5.安全性与可靠性：在单回路控制系统设计资料中，需要考虑系统的安全性和可靠性。
安全性包括防止非法操作和保护系统免受外部攻击，可靠性包括系统硬件和软件的稳定性和可用性。
设计资料中需要详细说明安全和可靠性措施，例如设备的备份和冗余、数据的备份和恢复策略等。
6.软件架构：在单回路控制系统设计资料中，需要描述控制系统的软件架构。
软件架构包括了操作系统、控制算法、通信协议的实现等部分。
设计资料中需要详细描述软件的结构和模块之间的关系。
7.硬件配置：在单回路控制系统设计资料中，需要描述控制系统的硬件配置。
硬件配置包括了各个模块的型号和数量、布线方式、电源要求等。
DCS控制系统 ppt课件
DCS控制系统
反馈控制功能
反馈控制功能的实现--由内部仪表完成，用功能自程序模块实现 单回路控制仪表的功能。
名词解释：内部仪表—能够完成不同标准功能的程序模块
顺序控制功能
用于断续处理，根据控制要求，对时间、状态等条件进行逻辑判 断，分步骤完成一系列操作控制。
注：复杂控制中可能在连续控制中含有断续控制，断续控制的某 一操作需要加入连续控制。
上上
PI D上 上 上 上
3上 1上 上 上 上
8上 8上 上 上 上 上上上
P124 RF- TAB 3- 2 CFCD2
上上上上上上上上
反馈控制功能应用实例
DCS控制系统
V001 V002
TA01 温度下限接点ON
PB01(启动按钮）
上限时开关ON LA01
下限时开关ON LA02
V003
去下一道工序
响所控制的回路。 集散控制可能涉及的问题 CPU控制回路的数量与实际要求的关系---生产装置中联系紧密的控制
回路数目约为8~40个，状态量约为100~500个，集中在一个站内可省 去通信过程，实时性好。
DCS控制系统
配有YEWCOM 7000小型机作为上 位机，包括现场控制站CFCD2、操 作站COPSV／COPCV、数据通讯 母线HF-BUS等构成。 上位机可以连接数个终端和其它外 设。现场控制站CFCD2用作直接控 制，操作站COPSV／COPCV完成 操作和现场监视，现场控制站和操 作站通过HF-BUS相连接。
DCS控制系统
（1）插件可包含多路输入输出，例：MAC2有8路 1~5V输入，8路4~20mA输出。
（2）必要时需加接隔离电路，例：光隔输入、磁隔输 出。
（3）插件实际运算工作在计算机（控制部分RF-FIG3-2）内完成，插件与计算机之间采用站内通信总线交 换数据。
1-流程行业DCS仿真操作与控制系统设计实践课程-单回路控制实验指导书
CIMC 中国智能制造挑战赛
⑤ 点击左侧“功能组件→信号源”菜单栏里的“控制器输入”模块， 然后按住鼠标 左键将“控制器输入”模块拖入到右侧的控制器组态空白区域，此时“控制器输入”模块自 动命名为数据源，如下图所示：
⑥ 双击“数据源”模块，弹出“数据采集点配置”对话框，点击“数据点采集配置” 对话框里的“BROWSE”按钮，弹出“数据源”列表对话框，点击“数据源”列表对话框里 的“仪表”选项，找到 FI101，双击 FI101 向下弹出“仪表数据”，单击选择“仪表数据”， 点击“确定”按钮。如下图所示：
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击选择“阀门开度”，点击“确定”按钮，则“数据输出点配置”对话框里“位号”位置显 示出“FV101-阀门开度”，如下图所示，点击确定，完成。
⑨ 点击控制器组态工具栏“接线”按钮， 然后点击“数据源（FI101-仪表数据）”中 心的小黑点，再点击“PID 控制器”PV 旁的小圆圈，则控制器输入和 PID 控制器信号通讯连 接完成。点击控制器组态工具栏“接线”按钮， 然后点击“PID 控制器”PV 旁的小黑点， 再点击“控制输出点（FV101-阀门开度）”中心的小圆圈，则 PID 控制器和控制器输出信号 通讯连接完成。如下图所示：
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⑦ 点击左侧“功能组件→控制器”菜单栏里的“PID 控制器”模块， 然后按住鼠标 左键将“PID 控制器”模块拖入到右侧的控制器组态空白区域，并双击此模块，进行配置。
位号输入 LIC101；由于调节阀 FV101 为气开阀，则调节阀 FV101 为正作用，根据控制 回路的负反馈关系，由此判断控制器为反作用，手/自动状态选择“手动”。PID 参数设置， Kc（P-比例）输入 2.5，Ti（积分）输入 10000（Ti 值不能小于 0.1），Td（微分）输入 0，输 入的 PID 参数为参考值，可根据 PID 整定方法及 4:1 衰减曲线寻求最佳的 PID 参数。点击 “确定”按钮，则完成 PID 控制器配置。
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第四节 比值控制系统
比值控制系统----使两种或多种物料流量自动维持一定比值关系的过程控制系统。 常用的比值控制系统主要有以下几种结构形式： 1 单闭环比值控制系统 在开环比值控制的基础上，设计了一个副物料流量闭环控制回路。
第四节 比值控制系统
第四节 比值控制系统
第四阶段：第四代DCS系统，2000年以后 第四代DCS的体系结构主要分为四层结构:现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平台(ERP, CRM, SCM等)。所以说，当今DCS主要提供工厂(车间)级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。例如以Honeywell公司最新推出的Experion PKS(过程知识系统)、Emerson公司的P1antWeb (Emerson ProcessManagement), Foxboro公司A2、横河公司的R3 (PRM-_-C厂资源管理系统)和ABB公司的Industrial IT系统。
第四节 串级控制系统
例：联合尾气焚烧炉炉温控制
第二节 串级控制系统
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。 二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。
单回路控制系统详解
一、单回路控制系统1. 画出图示系统的方框图：2. 一个简单控制系统总的开环增益（放大系数）应是正值还是负值？仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系？为什么？3. 试确定习题1中控制器的正反作用。
若加热变成冷却，且控制阀由气开变为气关，控制器的正反作用是否需要4. 什么是对象的控制通道和扰动通道？若它们可用一阶加时滞环节来近似，试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。
5. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-，若P P T τ的比值一定时，T P 大小对控制质量有什么影响？为什么？6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后，对控制质量有什么影响？举例说明。
7. 试述控制阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。
8. 对图示控制系统采用线性控制阀。
当负荷G 增加后，系统的响应趋于非周期函数，而G 减少时，系统响应震9. 一个简单控制系统中，控制阀口径变化后，对系统质量有何影响？10. 已知蒸汽加热器如图所示，该系统热量平衡式为：G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ为蒸汽的冷凝潜热)。
（1）主要扰动为θi 时，选择控制阀的流量特性。
（2）主要扰动为G 1时，量特性。
（3特性。
11.作用后，对系统质量有什么影响？为了保持同样的衰减比，比例度δ要增加，为什么？12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程；画出它们的阶跃响应，并简述它们的应用场合。
13. 什么叫积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？14. 采用响应曲线法整定控制器参数，选用单比例控制时，δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ，δ∝τP /T P ,为什么？而选择比例积分控制时，δ=1.44K P τP /T P ×100%，即比例度增加，为什么？15. 采用临界比例度法整定控制器参数，在单比例控制时，δ=2δK (临界比例度)，为什么？16. 在一个简单控制系统中，若对象的传递函数为)1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +-+S ，进行控制器参数整定时，应注意什么？ 17. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-，采用比例控制，当系统达到稳定边缘时，K C =K CK ，临界周期为T K 。
单回路控制系统课件
变化范围。
控制要求分析
对控制要求进行分析，明确控制目 标和控制参数，以及控制参数的允 许变化范围。
控制方案制定
根据工艺流程和控制要求分析结果 ，制定合适的控制方案，包括控制 策略和控制算法等。
03 单回路控制系统的实现
控制算法的实现
开环控制算法
05 单回路控制系统的优化与改进
控制策略的优化
总结词
控制策略的优化是提高单回路控制系统性能的关键步骤。
详细描述
通过调整控制器的参数、改变控制算法或采用先进控制策略 ，如模糊控制、神经网络控制等，可以改善系统的动态性能 和稳态精度，提高系统的抗干扰能力和鲁棒性。
硬件设备的升级与改进
总结词
硬件设备的升级与改进是提高单回路控 制系统性能的重要手段。
干扰。
02 单回路控制系统的设计
控制器设计
01
02
03
控制器类型选择
根据控制要求和工艺特性 ，选择合适的控制器类型 ，如比例控制器、积分控 制器、微分控制器等。
控制算法设计
根据控制要求，设计合适 的控制算法，如PID控制 算法、模糊控制算法等。
控制器参数整定
根据系统特性和控制要求 ，对控制器参数进行整定 ，以获得最佳的控制效果 。
该算法基于设定值与实际输出值 的偏差进行控制，通过调节控制 阀或电机等执行机构来减小偏差 。
闭环控制算法
闭环控制算法通过负反馈机制， 将系统输出值与设定值进行比较 ，并据此调整控制阀或电机等执 行机构，以减小偏差。
控制程序的编写与调试
编程语言选择
根据控制系统的需求和开发环境 ，选择合适的编程语言，如C、C
DCS单回路控制系统设计资料讲解
DCS单回路控制系统设计资料讲解DCS（Distributed Control System）单回路控制系统是指由多个控制器组成的系统，每个控制器负责一个回路的控制。
本文将对DCS单回路控制系统的设计资料进行讲解，包括系统结构、硬件配置、软件设计等。
一、系统结构DCS单回路控制系统的基本结构包括控制器、输入/输出（I/O）模块、通信网络和上位机。
控制器是系统的核心部分，负责接收传感器输入信号、控制执行器输出信号，并根据设定值和反馈信号进行控制。
每个回路对应一个控制器，回路之间相互独立。
I/O模块用于与外部设备进行数据交换，包括接收传感器信号、控制执行器、报警、人机界面等功能。
通信网络用于连接各个控制器和上位机，实现数据的共享和交互。
上位机用于监控、配置和管理整个系统。
二、硬件配置DCS单回路控制系统的硬件配置包括控制器、I/O模块和传感器/执行器。
控制器通常由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口等组成，其性能和规模决定了系统的处理能力和扩展性。
I/O模块负责将外部设备的数据转换为数字信号，并通过通信网络传输给控制器。
传感器用于采集控制对象的状态信息，执行器用于对控制对象施加控制信号。
三、软件设计DCS单回路控制系统的软件设计包括控制算法、通信协议和用户界面。
控制算法按照系统的要求，如PID控制算法、模糊控制算法等，对控制器进行程序设计。
通信协议用于控制器之间和上位机之间的数据交换。
用户界面提供操作界面和显示功能，以便用户能够实时监控和操作系统。
在软件设计中，需要考虑到系统的稳定性、可靠性和实时性。
稳定性是指系统在受到扰动时能够恢复到稳态的能力；可靠性是指系统能够按照要求工作，不出现故障；实时性是指系统能够对输入信号进行及时响应，使控制效果更好。
四、设计资料要求DCS单回路控制系统的设计资料需要包括系统的拓扑结构图、硬件配置表、控制算法程序、通信协议、用户界面设计以及相关参数的设置。
拓扑结构图描述了系统各组成部分之间的连接关系；硬件配置表包括了控制器、I/O模块、传感器/执行器的型号、数量和安装位置；控制算法程序描述了对控制器的编程要求；通信协议用于实现不同组成部分之间的数据交互；用户界面设计根据实际需求进行设计，以方便用户使用和操作；相关参数的设置是指对系统各项参数进行设定，如控制周期、采样周期等。
第五章 单回路控制系统设计
例：液位定值控制系统（见下页图）
其结构图如下：
设定值
e 液位控制器 u 执行阀
f (t) q1 液 位 过 程 实 际 液 位
检测变送器
执行阀 液位检测变送器
设定值 液位控制器
从结构图我们可以看出：单回路控制系统是最简单、最 基本、最成熟的一种控制方式。
单回路控制系统根据被控量的类型可分为：温度单回路 控制系统、压力单回路控制系统、流量单回路控制系统等。
.........
K f (T0 s 1)
(T0s 1)(Tf s 1) Kc K0 (Tf s 1)
由于系统是稳定的，则在单位阶跃扰动下系统的稳态值为：
y() lim y(t)
t
lim s
K f (T0s 1)
s0 s[(T0s 1)(Tf s 1) KcK0 (Tf s 1)]
T（I min ）T（D min ）
0.1 ～1 3～10 0.5～3 0.4～3
2、临界比例度法（参见P183）
调节器取纯比例形式， 由大到小调节，使被控 量成
等幅振荡，如下图：
得 临界比例度 K
临界振荡周期 TK
根据 P183 表5-7计算调 节器参数
3、衰减曲线法（参见P183）
调节器取纯比例形式，
单回路控制系统方框图的一般形式如下：
F(S)
X (S) Z(S)
WC (S)
WV (S) Wm (S )
W0(S) Y(S)
WC (S)—调节器的传递函数 WV (S)—调节阀的传递函数 W0 (S)—被控过程的传递函数 Wm (S)—测量变送器的传递函数
二、正作用、反作用
根据控制论可知：对于反馈控制系统，要使系统能够稳 定地工作，必须要构成负反馈。
单回路DCS控制系统设计
单回路DCS控制系统设计一、概述二、设计步骤1.系统需求分析：根据工业过程的特点和要求，确定单回路DCS控制系统的功能和性能需求，包括控制对象、控制变量、控制要求等。
2.系统结构设计：根据系统需求，确定单回路DCS控制系统的结构和组成部分，包括硬件设备和软件模块的选择和配置。
3.传感器和执行器的选择与布置：根据控制对象的特点和要求，选择适合的传感器和执行器，并合理布置在控制系统中。
4.控制策略设计：设计合适的控制策略，包括反馈控制、前馈控制、模糊控制等，以实现对控制对象的精确控制。
5.控制算法实现：根据控制策略设计，编写相应的控制算法，并将其实现在单回路DCS控制系统中。
6.系统仿真与调试：使用仿真软件对设计的控制系统进行仿真和调试，验证系统的性能和可靠性。
7.系统优化与改进：根据仿真和调试结果，对系统进行优化和改进，以提高系统的稳定性和响应速度。
三、控制策略与技术1.反馈控制：通过测量控制变量和目标变量之间的误差，并根据误差的大小调整控制变量，使其逼近目标变量。
常用的反馈控制策略有比例控制、积分控制和微分控制。
2.前馈控制：通过预测系统的未来状态，并提前调整控制变量，以减小系统响应时间和稳态误差。
常用的前馈控制策略有基于模型的前馈控制和自适应前馈控制。
3.模糊控制：通过模糊逻辑和模糊推理，将模糊控制规则和输入变量映射为输出变量。
模糊控制适用于非线性和模糊的系统，能够有效处理系统参数变化和外部干扰。
四、系统实施中的注意事项1.系统可靠性：在设计和选择硬件设备时，考虑设备的可靠性和稳定性，以确保系统长时间运行不发生故障。
2.数据安全：采用合适的通信协议和加密机制，保护通信和数据传输的安全性，防止信息泄露和篡改。
3.系统扩展性：在系统设计中考虑到后期的扩展需求，预留足够的接口和空间，以便对系统进行升级和扩展。
4.人机界面设计：设计直观友好的人机界面，方便操作人员对系统进行监控和调整，同时考虑到不同操作人员的使用习惯和技术水平。
DCS单回路控制系统设计样本
DCS单回路控制系统设计样本DCS（Distributed Control System）是分布式控制系统的缩写，是一种采用多个控制器分布在不同的位置，并通过通信网络相互连接以共同完成一个控制任务的系统。
DCS被广泛应用于工业自动化控制和过程控制领域，具有可靠性高、扩展性好、维护简单等优点。
下面是一个基于单回路的DCS控制系统设计样本：1.系统概述：该控制系统用于实现一条生产线的自动化控制，包括输入设备、输出设备、PLC（Programmable Logic Controller）和数据通信网络等组成部分。
2.硬件配置：2.1输入设备：传感器、开关等，用于采集实时的工艺参数和设备状态；2.2输出设备：执行器、指示灯等，用于实现对设备的控制和操作；2.3PLC：作为DCS系统的核心控制器，负责接收输入信号、进行逻辑运算和控制输出设备；2.4数据通信网络：用于实现PLC之间的数据交换和信息传递，可以选择以太网、CAN总线等。
3.系统设计：3.1数据采集：将输入设备采集到的数据通过信号调理电路进行预处理，然后发送给PLC进行后续的逻辑运算和控制。
数据采集可通过模拟量输入模块和数字量输入模块实现。
3.2逻辑运算：PLC接收到输入信号后，利用内部的程序进行逻辑运算，包括比较、计算、判断等，生成相应的控制信号。
逻辑运算的结果可以通过PLC的输出接口发送给输出设备进行设备的控制。
3.3控制策略：为了实现更复杂的控制需求，需要在PLC中编写相应的控制程序和算法。
控制策略可以采用PID控制、模糊控制、遗传算法等方法，根据具体的应用需求进行选择。
3.4数据通信：为了实现不同PLC之间的数据交换和信息传递，需要在PLC中配置相应的通信模块和配置网络参数。
数据通信可以通过以太网、RS485、CAN总线等方式实现。
4.系统优化：4.1系统可靠性：为了提高系统的可靠性，需要采取相应的冗余设计措施，如冗余PLC、冗余通信网络等。
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D C S单回路控制系统设计第五章单回路控制系统设计⏹本章提要1.过程控制系统设计概述2.单回路控制系统方案设计3.单回路控制系统整定4.单回路控制系统投运5.单回路控制系统设计原则应用举例⏹授课内容第一节过程控制系统设计概述✧单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。
➢单回路反馈控制系统组成方框图：➢简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
➢过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。
➢过程控制系统设计的一般要求：●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。
●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。
➢过程控制系统设计的基本方法：设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。
➢过程控制系统统设计步骤：●建立被控过程的数学模型●选择控制方案●建立系统方框图●进行系统静态、动态特性分析计算●实验和仿真➢过程控制系统设计的主要内容：●控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。
●工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。
●工程安装和仪表调校●调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。
第二节单回路控制系统方案设计1.被控参数的选择➢选取被控参数的一般原则为：●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。
●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。
●被控参数必须具有足够大的灵敏度。
●被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。
2.控制参数的选择➢需要正确选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。
➢当工艺上允许有几种控制参数可供选择时，可根据被控过程扰动通道和控制通道特性，对控制质量的影响作出合理的选择。
所队正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。
✧扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏离给定性✧控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响，以使被控参数尽力维持在给定值。
➢在生产过程有几个控制参数可供选择时，一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强，动态响应要比扰动通道快。
➢可由过程静态特性的分析（扰动通道静态放大倍数K f、控制通道静态放大倍数K o）、过程扰动通道动态特性的分析（时间常数T f、时延τf、扰动作用点位置）、过程控制通道动态特性的分析（时间常数T o、时延τ（包括纯时延τ0、容量时延τc）、时间常数匹配）确定各参数选择原则。
➢根据过程特性选择控制参数的一般原则：●控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数K o要适当大一些，时间常数T o要适当小一些。
纯时延τ0愈小愈好，在有纯时延τ0的情况下，τ0与T o之比应小—些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。
●扰动通道参数选择：选择过程扰动通道的放大系数K f应尽可能小。
时间常数T f要大。
扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。
容量时延τc愈大则有利于控制。
●时间常数匹配：广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。
●注意工艺操作的合理性、经济性。
3.系统设计中的测量变送问题➢ 被控参数的测量和变送必须迅速正确地反映其实际变化情况，为系统设计提供准确的控制依据。
➢ 测量和变送环节的描述：s m m m m e s T K s W τ-+=1)( ➢ 参数选择原则：减小T m 和τm 均对提高系统的控制质量有利。
若T m较大，则会使记录曲线与实际参数之间产生较大的动态误差。
从减小测量变送环节误差角度考虑，应减少仪表的量程，即增大K m 。
➢ 系统设计测量和变送中涉及的问题：● 信号滤波● 信号处理● 纯时延问题● 测量时延问题● 信号传送时延问题：信号传递时延将降低控制质量。
对比可采取以下改善措施：i. 若测量信号为电信号，可将转换器安装在仪表盘附近，以缩短气压信号的传送距离．ii. 若调节器输出为气压信号，可在50～60 m 距离间，装一继动器，提高气压信号的传输功率，以减小传递时间。
iii. 若调节器输出为电信号，应将转换器安装在调节阀附近，或采用电气阀门定位器。
4. 调节阀（执行器）的选择➢调节阀类型的选择：气动执行器和电动执行器➢调节阀口径（D g、d g）大小的选择：主要依据是阀的流通能力。
正常工况下要求调节阀开度处于15％～85％之间。
➢调节阀气开、气关形式的选择：主要以安全方面考虑。
➢调节阀流量特性的选择：系统总的放大倍数尽可能保持不变，通常被控过程的特性是非线性的(一阶以上特性)，而变送器、调节器(若比例作用时)和执行机构的放大系数是常数。
因此往往通过选择调节阀的流量特性来补偿被控过程特性的非线性，从而达到系统总放大倍数不变的目的。
5.调节器控制规律的选择➢目的：为了使调节器的特性与控制过程的特性能很好配合，使所设计的系统能满足生产工艺对控制质量指标的要求。
➢调节器PID控制规律对控制质量的影响：●当广义过程的时间常数较大，纯时延较小时(即τ0／T o很小)，引入微分作用其效果良好。
此时各类调节器控制规律对控制质量的影响为：比例积分微分(PID)作用最好，比例微分（PD）作用较好，比例（P）作用次之，比例积分（PI）作用较差。
●当过程控制通道时间常数较小，而负荷变化很快，引入微分和积分作用均要引起系统振荡，对控制质量的影响不利。
●当过程控制通道时延很大，负荷变化也很大时，单回路控制系统已不能满足工艺要求，需采用其他控制方案。
➢调节器控制规律的选择原则：根据00T τ比值选择控制规律： ● 2.000<T τ时，选用比例或比例积分控制规律； ● 12.000<<T τ时，选用比例积分或比例积分微分控制规律；● 100>T τ时，单回路反馈控制系统已不能满足控制要求，应根据具体情况，采用其他控制方式。
根据过程特性选择控制规律：● 比例控制规律：适用于控制通道滞后较小，时间常数不太大，扰动幅度较小，负荷变化不大，控制质量要求不高，允许有余差的场合。
如贮罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽压力的控制等。
● 比例积分控制规律：引入积分作用能消除余差。
适用于控制通道滞后小，负荷变化不太大，工艺上不允许有余差的场合，如流量或压力的控制。
● 比例微分控制规律：引入了微分，会有超前控制作用，能使系统的稳定性增加，最大偏差和余差减小，加快了控制过程，改善了控制质量。
适用于过程容量滞后较大的场合。
对于滞后很小和扰动作用频繁的系统，应尽可能避免使用微分作用。
● 比例积分微分控制规律：可以使系统获得较高的控制质量，它适用于容量滞后大、负荷变化大、控制质量要求较高的场合，如反应器、聚合釜的温度控制。
6.调节器正、反作用的确定✧正作用-----指调节器的输出随着正偏差(指测量值大于设定值)的增加而增加，即调节器的输出随着测量值增大而增大。
✧反作用-----指调节器的输出随着正偏差的增加而减小，即调节器的输出随着测量值增大而减少。
➢调节器作用方向确定的原则：应根据被控过程的特性及调节阀的气开、气关形式来正确选择，以使自动控制系统成为一个负反馈的闭环系统，即如果被控变量偏高，则控制作用应使之降低；相反，如果被控变量偏低，则控制作用应使之升高。
控制作用对被控变量的影响应与扰动作用对被控变量的影响相反，才能使被控变量回到设定值。
➢控制系统各环节的极性的规定：●正作用调节器：即当系统的测量值增加时，调节器的输出亦增加，其静态放大系数K c取负；●反作用调节器：即当系统的测量值增加时，调节器的输出减小，其静态放大系数K c取正；●气开式调节阀：其静态放大系数K v取正；●气关式调节阀：其静态放大系数K v取负；●正作用被控过程：其静态放大系数K0取正；●反作用被控过程：其静态放大系数K0取负。
过程控制系统要能正常工作，则该系统的各个环节的极性(可用其静态放大系数表示)相乘必须为正。
变送器的静态放大系数K m通常为正极性，故只需调节器K c、调节阀K v和过程的K0极性相乘起来必须为正即可。
➢确定调节器正、反作用的次序过程：●首先根据生产工艺安全等原则确定调节阀的气开气关形式；●然后按被控过程特性，确定其正、反作用；●最后根据上述组成该系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性相乘必须为正的原则来确定调节器的正、反作用方式。
第三节单回路控制系统整定1.有关单回路控制系统整定的概述✧系统整定-----指选择调节器的比例度σ、积分时间T I和微分时间T d的具体数值。
系统整定的实质，就是通过改变控制参数使调节器特性和被控过程特性配合好，来改善系统的动态和静态特性，求得最佳的控制效果。
ψ（以➢系统的良好控制效果一般要求：瞬时响应的衰减率9.0＝.0～75保证系统具有一定的稳定性储备），尽量减小稳态偏差(余差)、最大偏差和过渡过程时间。
➢注意：只有系统设计正确，仪表经过调校和正确安装之后，调节器参数的整定才是有意义的。
➢调节器参数的整定方法：（可分为两大类）●理论计算整定法：如根轨迹法、频率特性法等。
这类整定方法要求已知过程的数学模型。
其计算繁琐，工作量很大，而且最后得到的数据一般精度又不高，所以目前在工程上较少采用。
● 工程整定方法：如动态特性参数法、临界比例度法、衰减曲线法、现场实验整定法等。
它直接在过程控制系统中进行。
其方法简单，计算简便，而且容易掌握，所得参数虽然不一定为最佳，但是实用，能解决一般性问题，所以在工程上得到了广泛应用。
● 计算机仿真寻优整定法：采用最优积分准则。
来求调节器的整定参数的最优值的方法。
2. 理论计算整定法（介绍根轨迹法） ➢ 根轨迹作图整定方法原理：应用根轨迹作图方法的原则来选择调节器的PID 参数，使系统特征方程中对瞬态响应起主导作用的根满足某一指定要求，从而使系统的瞬态响应达到指定的性能指标。
➢ 单回路反馈控制系统根轨迹的基本方程式：1)()()(0-==s W s W s W K➢ 根轨迹上各点(即系统特征方程式的根)应满足下列条件：● 幅角条件： 180)12()(+±=∠N s W K ，（N ＝0，1，…） ● 模值条件：1|)(|=s W K➢ 系统整定时，W 0(s)为已知，调节器W(s)的形式已定，但比例度δ，积分时间 T I 、微分时间T d 待定。