过程控制发展历程课件

,Content,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,IPC of Industrial Control Software,*,Shenyang Institute of Automation,2024/11/18,1,先进过程控制,王卓 房间：,A,楼,608,电话：,3873,E-mail,：,2024/11/18,2,第一讲 过程控制系统发展历程及先进控制技术现状,2024/11/18,3,内容,过程控制系统发展,先进控制简介,先进控制产品现状,课程内容和考核办法,2024/11/18,4,计算机控制系统的进化,手动,气动电动计算机控制,50,年前,70,年代,80年代,90年代,2024/11/18,5,集中型计算机控制系统,直接数字控制系统,(DDC),集中型计算机控制系统,分层计算机控制系统。,直接数字控制系统,(DDC),：,主要是由一台数字计算机替代一组模拟控制器,集中型计算机控制系统：把几十个甚至几百个控制回路以及上千个过程变量的显示、操作和控制集中在单一计算机上来实现。即在一台计算机上实现过程监视、数据收集、数据处理、数据存储、报警和登录、控制等功能。,2024/11/18,6,集中型计算机控制系统,-,计算机和调节器混合控制系统,控制功能由传统的模拟仪表来实现,2024/11/18,7,集中型计算机控制系统,-,监督计算机控制系统,(SCC),控制功能由,DDC,计算机来实现,2024/11/18,8,集散型计算机控制系统,DCS,的核心结构,三点一线,：,计算机网络,过程控制站,操作站,工程师站,引入网络,2024/11/18,9,集散型计算机控制系统,缺点：,DCS,系统中最关键的部分是与工业生产过程打交道的过程控制站，它仍然是集中的。,420mA,信号，以模拟方式进行传输。这种方式在检测环节存在的问题是精度低、动态补偿能力差、无自诊断功能，在传输上存在的问题是单向性,2024/11/18,10,著名的,DCS,厂商,Emerson,Honeywell,Rockwell,Siemens,GE,ABB,横河,和利时,浙大中控,上海新华,2024/11/18,11,现场总线控制系统,(FCS),定义：,现场总线是将现场仪表与控制室系统连接起来的全数字化、双向、多站的通信网络。,特点：,通信数字化,控制功能,全分布,优点：,智能化、简单化、标准化,低成本、易移植、易扩展,2024/11/18,12,现场总线控制系统,(FCS),优点：,结构开放，系统集成灵活、方便；,硬件智能化、传输数字化、控制计算高品质化等特点；,布线容易，便于施工，可节省大量电缆、控制设备，从而降低系统成本,。,2024/11/18,13,现场总线控制系统,(FCS)-,结构,数字网络深入现场,控制功能下放到现场,2024/11/18,14,现场总线控制系统,(FCS)-,标准,组织：,IEC,和,ISO,IEC61158(99,年,),FF H1,ControlNet,，,Profibus,，,P-Net,，,FF H2,，,SwiftNet,，,WorldFIP,，,Interbus,随后,IEC TC17B,通过了三种总线标准：,SDS,（,Smart Distributed System,）,ASI,（,Actuator Sensor Interface,）,Device NET,ISO11898,的,CAN,（,Control Area Network,）,EPA,我国自主制定,2024/11/18,15,现场总线控制系统,(FCS),-,多样性,行业习惯,如,Profibus,一直应用于,PLC,行业，,FF,应用于仪表行业；,利益冲突,各工控厂商不愿放弃自己的标准和已占有的市场份额；,领域差别,不同的现场总线有着不同的应用领域，不存在能解决所有工业问题的现场总线。,2024/11/18,16,现场总线控制系统,(FCS)-,标准,工业以太网,21,世纪的新宠,Ethernet Protocol,Complementary device netowrks,EtherNet/IP,DeviceNet,ControlNet,Foundation Fieldbus HSE,Foundation Fieldbus H1,IDA,IDA,Modbus TCP/IP,PROFInet,Profibus DP,Profibus PA,AS-i,2024/11/18,17,工业以太网,工业以太网,伴随总线,集成方法,支持的厂商,EtherNet/IP,DeviceNet,ControlNet,封装法,美国罗克维尔公司,Foundation Fieldbus HSE,Foundation Fieldbus,H1,封装法,现场总线基金会,IDA,IDA,Modbus TCP/IP,封装法,法国施耐德公司,PROFInet,Profibus DP,Profibus PA,AS-I,网关,/,代理服务器法,德国西门子公司,OPC,-,OPC,基金会,2024/11/18,18,现场总线控制系统,(FCS)-NCS3000,2024/11/18,19,NCS4000,2024/11/18,20,当前过程控制系统发展的主要特点,生产装置实施先进控制成为主流,卡边生产,低投入，高产出,APC,软件应用年增长率,30%,过程优化受到普遍重视,DCS,走向国际标准开放系统,FCS,综合自动化系统是发展方向,递阶系统结构,控制管理,信息集成,2024/11/18,21,控制术语,被控变量：,CV,，,controlled variables-,these are the variables which quantify the performance or quality of the final product,which are also called output variables.,操作变量：,MV,，,manipulated variables-,these input variables are adjusted dynamically to keep the controlled variables at their set-points.,扰动变量：,DV,，,disturbance variables-,these are also called load variables and represent input variables that can cause the controlled variables to deviate from their respective set points.,2024/11/18,22,控制术语,set-point change-,implementing a change in the operating conditions.The set-point signal is changed and the manipulated variable is adjusted appropriately to achieve the new operating conditions.Also called servomechanism(or servo)control.,disturbance change-,the process transient behavior when a disturbance enters,also called regulatory control or load change.A control system should be able to return each controlled variable back to its set-point.,2024/11/18,23,控制策略分类,前馈控制，,Feedforward Control:,Distinguishing feature:measure a disturbance variable,Advantage:,Correct for disturbance before it upsets the process.,Disadvantage:,Must be able to measure the disturbance.,No corrective action for unmeasured disturbances.,2024/11/18,24,如直流电机转速开环控制,控制器,对 象,转速给定,控制量,转速,功率,放大器,机,械,设,备,电动机,+V,2024/11/18,25,控制策略分类,反馈控制，,Feedback Control:,Distinguishing feature:,measure the controlled variable,Advantages:,Corrective action is taken regardless of the source of the disturbance.,Reduces sensitivity of the controlled variable to disturbances and changes in the process(shown later).,Disadvantages:,No corrective action occurs until after the disturbance has upset the process,that is,until after,x,differs from,xsp,.,Very oscillatory responses,or even instability,2024/11/18,26,人工闭环,功率,放大器,+V,转速表,2024/11/18,27,自动闭环控制,功率,放大器,+V,测速发电机,2024/11/18,28,基本控制框图,控制器,对象,反馈,（测量）,参考输入,偏差,输出,2024/11/18,29,控制目标,Specific Objectives of Control,Increased product throughput,Increased yield of higher valued products,Decreased energy consumption,Decreased pollution,Decreased off-spec product,Increased Safety,Extended life of equipment,Improved Operability,Decreased production labor,2024/11/18,30,概念：,先进控制是指在一类在动态环境中，基于数学模型，借助充分的计算能力，为工厂获得最大利润而实施的运行和技术策略,3,目的：解决常规,PID,控制难以控制的回路,延时、时变、强耦合和非线性,特点：,与传统的,PID,控制不同，先进控制是一种基于模型的控制策略,通常用于处理复杂的多变量过程控制问题,先进控制的实现需要足够的计算能力作为支持平台,二、先进控制简介,2024/11/18,31,二、先进控制简介,先进控制地位和效益：,2024/11/18,32,内容：,侠义,先进控制算法，包括,模型预测控制，推断控制，协调控制，质量卡边控制，统计过程控制，,模糊控制，神经控制，非线性控制，鲁棒控制,广义,狭义先进控制，控制器参数调节，软测量及过程分析与辨识，乃至过程优化,二、先进控制简介,2024/11/18,33,二、先进控制简介,四个步骤,过程知识,+,控制理论,+,控制工程,2024/11/18,34,设计流程,2024/11/18,35,产品分类：,以,PID,为核心的,self-tuning,或,auto-tuning,以,MPC,为核心的单,/,多变量控制