工業(yè)控制系統(tǒng)概述

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1、工業(yè)控制系統(tǒng)概述史洪源2004.72工業(yè)過程的類型w 流程工業(yè)(Process Industry)8連續(xù)生產(chǎn)過程8產(chǎn)品論“斤”賣8如:化肥w 制造業(yè)(Manufacturing Industry)8離散制造過程8產(chǎn)品論“個數(shù)”賣8如:螺絲釘3工業(yè)控制的分類w 過程控制(Process Control)8控制流程工業(yè)的生產(chǎn)過程8一條生產(chǎn)線只生產(chǎn)一種產(chǎn)品8主要控制手段是PID8現(xiàn)在流行叫Process Automation(過程自動化)w 離散控制(Discrete Control)8控制制造業(yè)的加工過程8主要手段是順序與邏輯控制8現(xiàn)在流行叫Factory Automation(工廠自動化)w 批

2、量控制(Batch Control)8同一生產(chǎn)線上的間歇性、多品種生產(chǎn)過程,半連續(xù)過程。8既有順序與邏輯控制,也有連續(xù)過程控制8每種產(chǎn)品有自己的“配方”8主要是食品和制藥行業(yè)4連續(xù)控制:流程工業(yè)5離散控制:制造業(yè)6批量過程:制藥行業(yè)7工業(yè)控制的分類outputcontroller+-plant statedisplaycontrol variable(analog)set-pointplantmeasurementplant statesequenceron/offplantdisplay過程控制:閉環(huán)的特征closed-loop control / regulationkeywords: f

3、eedback, analog variables, continuous processes, process control 離散控制:開環(huán)的特征open-loop control / commandkeywords: sequential / combinatorial, binary variables, discrete processes,batch control, manufacturingoutputerror(deviation)binary%process valuemeasurementclock8大部分工廠都是混合過程工廠w 啤酒廠:8發(fā)酵是 連續(xù)過程(Process

4、 Control)8裝瓶灌封是 離散過程(Discrete Control)Automotive ManufacturingElectronicsMachineryTextilesPharmaceuticalsFine ChemicalFood & BeverageMetals & MiningWater & WastePulp & PaperPetrochemicalsOil & GasElectrical Powerdiscretecontinuous9工業(yè)控制系統(tǒng)分類w 分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System:DCS)8屬于過程控制系統(tǒng)(Process Co

5、ntrol)8適用于流程工業(yè)(Process Industry)w 可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller:PLC)8屬于離散控制系統(tǒng)(Discrete Control)8適用于制造業(yè)(Manufacturing Industry)批量過程有對應(yīng)的控制系統(tǒng)嗎?10工業(yè)控制:幾個重要的階段w 模擬監(jiān)測儀表手動控制(1930以前)w 模擬單回路反饋控制器(1930以后)81945年美國人Bode,奠定了控制理論的基礎(chǔ)。w 監(jiān)督控制(SCADA:Supervisory Control and Data Aquisition)8計算機(jī)開始用于過程控制,主要是監(jiān)視功

6、能(1950s)w 設(shè)定值控制(SPC:Set Point Control)8由計算機(jī)計算出給定值,輸出給模擬調(diào)節(jié)器(1960s)w 直接數(shù)字控制(DDC:Direct Digital Control)8模擬PID電路變成了數(shù)字PID(1960s)w 可編程控制器(PLC:Programmable Logic Controller)8Dick Morley博士,1968年,Modicon公司,084系列w 分布式控制系統(tǒng)(DCS:Distributed Control System)8分布式控制器,集中CRT監(jiān)視(1975年,Honeywell:TDC2000)w 現(xiàn)場總線儀表(Fieldbu

7、s Instrument)8用數(shù)字信號儀表取代420mA模擬儀表(1990s)“間接數(shù)字控制”呢?11信息化工廠的層次生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)監(jiān)視與人機(jī)接口監(jiān)視與人機(jī)接口(SCADA)單元控制單元控制回路控制回路控制傳感器、變送器、執(zhí)行器傳感器、變送器、執(zhí)行器被控主設(shè)備被控主設(shè)備企業(yè)管理(企業(yè)管理(ERP)DCS12信息化工廠的層次MES單元控制回路控制輸入輸出傳感器、變送器、執(zhí)行器AV控制室操作接口control room被控主設(shè)備工作流與生產(chǎn)執(zhí)行過程控制SCADA =Supervisory ControlAnd Data AcquisitionTERP企業(yè)管理13現(xiàn)場設(shè)備:傳感

8、器、變送器、執(zhí)行器14控制器與輸入輸出15控制室人機(jī)接口:模擬時代16控制室人機(jī)接口:數(shù)字時代17各層次系統(tǒng)的相應(yīng)時間PlanningLevelExecutionLevelControlLevelSupervisoryLevelms Seconds Hours Days Weeks Month YearsERP(Enterprise Resource Planning)DCS MES(Manufacturing Execution System)PLC(Programmable Logic Controller)(Distributed Control System)(Supervisory

9、Control and Data Acquisition)SCADA18DCS的基本體系結(jié)構(gòu)19DCS組成w IO模塊8模入(AI)、模出(AO)、開入(DI)、開出(DO)、脈入(PI)。w 主控制器(Main Control Unit:MCU)8執(zhí)行控制運(yùn)算w 控制網(wǎng)絡(luò)(Control Network)8將主控制器與IO模塊連接起來w 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(System Network)8將主控制器、操作員站、工程師站和系統(tǒng)服務(wù)器連接w 操作員站(Operator Station)8操作工用計算機(jī)w 工程師站(Engineer Station)8組態(tài)(configuration)工程師用計算機(jī)w 系統(tǒng)

10、服務(wù)器(System Server)8集中存儲組態(tài)或歷史數(shù)據(jù)信息什么是“組態(tài)”?20組態(tài)(Configuration)w 設(shè)備組態(tài):確定系統(tǒng)中的硬件設(shè)備w 圖形組態(tài):設(shè)計操作員站畫面w 控制算法組態(tài):設(shè)計控制算法w 其它組態(tài):趨勢、報表、報警21圖形組態(tài)22控制算法組態(tài):IEC61131-3五種語言Structured Text (ST)VAR CONSTANT X : REAL := 53.8 ;Z : REAL; END_VARVAR aFB, bFB : FB_type; END_VARbFB(A:=1, B:=OK);Z := X - INT_TO_REAL (bFB.OUT1);IF

11、 Z57.0 THEN aFB(A:=0, B:=“ERR”);ELSE aFB(A:=1, B:=“Z is OK”);END_IFLadder Diagram (LD)AUTOAUTOMAN_ONMAN_ONACTACTCALC1CALC1CALCCALCIN1IN1IN2IN2OUTOUTPUMPPUMPFunction Block Diagram (FBD)CALC1CALC1CALCCALCIN1IN1IN2IN2OUTOUTPUMPPUMPAUTOAUTOMAN_ONMAN_ONACTACT=1=1DIDIV VDODOV VInstruction List (IL)A: LD %

12、IX1 (* PUSH BUTTON *) ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *) ST %QX2 (* FAN ON *)Sequential Flow Chart (SFC)START STEPT1T2D1_READYD2_READYSTEP AACTION D1NDACTION D2STEP BD3_READYD4_READYACTION D3NDACTION D4T323一個專業(yè)的儀控工程師(I&C Professional)w 通曉各種傳感器、變送器、執(zhí)行器的應(yīng)用w 通曉基本控制元件(如繼電器等)w 通曉DCS/PLC等系統(tǒng)硬件的指標(biāo)和應(yīng)用w 通曉HMI軟件的應(yīng)用w 通曉過程控制算法的設(shè)計和現(xiàn)場調(diào)試w 通曉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和現(xiàn)場總線的應(yīng)用w 通曉各種流行的軟件接口(如OPC)應(yīng)用w 通曉各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國際和國家強(qiáng)制型法規(guī)w 通曉儀控項目的實施和管理24The End祝你們成功!祝你們成功!

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