工业控制系统概述

工业控制系统概述史洪源2004.72工业过程的类型w 流程工业（Process Industry）8连续生产过程8产品论“斤”卖8如：化肥w 制造业（Manufacturing Industry）8离散制造过程8产品论“个数”卖8如：螺丝钉3工业控制的分类w 过程控制（Process Control）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PID8现在流行叫Process Automation（过程自动化）w 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）w 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4连续控制：流程工业5离散控制：制造业6批量过程：制药行业7工业控制的分类outputcontroller+-plant statedisplaycontrol variable(analog)set-pointplantmeasurementplant statesequenceron/offplantdisplay过程控制：闭环的特征closed-loop control / regulationkeywords: feedback, analog variables, continuous processes, process control 离散控制：开环的特征open-loop control / commandkeywords: sequential / combinatorial, binary variables, discrete processes,batch control, manufacturingoutputerror(deviation)binary%process valuemeasurementclock8大部分工厂都是混合过程工厂w 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 ManufacturingElectronicsMachineryTextilesPharmaceuticalsFine ChemicalFood & BeverageMetals & MiningWater & WastePulp & PaperPetrochemicalsOil & GasElectrical Powerdiscretecontinuous9工业控制系统分类w 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）w 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller：PLC）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？10工业控制：几个重要的阶段w 模拟监测仪表手动控制（1930以前）w 模拟单回路反馈控制器（1930以后）81945年美国人Bode，奠定了控制理论的基础。w 监督控制（SCADA：Supervisory Control and Data Aquisition）8计算机开始用于过程控制，主要是监视功能（1950s）w 设定值控制（SPC：Set Point Control）8由计算机计算出给定值，输出给模拟调节器（1960s）w 直接数字控制（DDC：Direct Digital Control）8模拟PID电路变成了数字PID（1960s）w 可编程控制器（PLC：Programmable Logic Controller）8Dick Morley博士，1968年，Modicon公司，084系列w 分布式控制系统（DCS：Distributed Control System）8分布式控制器，集中CRT监视（1975年，Honeywell：TDC2000）w 现场总线仪表（Fieldbus Instrument）8用数字信号仪表取代420mA模拟仪表（1990s）“间接数字控制”呢？11信息化工厂的层次生产执行系统（生产执行系统（MES）监视与人机接口监视与人机接口(SCADA)单元控制单元控制回路控制回路控制传感器、变送器、执行器传感器、变送器、执行器被控主设备被控主设备企业管理（企业管理（ERP）DCS12信息化工厂的层次MES单元控制回路控制输入输出传感器、变送器、执行器AV控制室操作接口control room被控主设备工作流与生产执行过程控制SCADA =Supervisory ControlAnd Data AcquisitionTERP企业管理13现场设备：传感器、变送器、执行器14控制器与输入输出15控制室人机接口：模拟时代16控制室人机接口：数字时代17各层次系统的相应时间PlanningLevelExecutionLevelControlLevelSupervisoryLevelms Seconds Hours Days Weeks Month YearsERP(Enterprise Resource Planning)DCS MES(Manufacturing Execution System)PLC(Programmable Logic Controller)(Distributed Control System)(Supervisory Control and Data Acquisition)SCADA18DCS的基本体系结构19DCS组成w IO模块8模入（AI）、模出（AO）、开入（DI）、开出（DO）、脉入（PI）。w 主控制器（Main Control Unit：MCU）8执行控制运算w 控制网络（Control Network）8将主控制器与IO模块连接起来w 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w 操作员站（Operator Station）8操作工用计算机w 工程师站（Engineer Station）8组态（configuration）工程师用计算机w 系统服务器（System Server）8集中存储组态或历史数据信息什么是“组态”？20组态（Configuration）w 设备组态：确定系统中的硬件设备w 图形组态：设计操作员站画面w 控制算法组态：设计控制算法w 其它组态：趋势、报表、报警21图形组态22控制算法组态：IEC61131-3五种语言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 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 %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 D4T323一个专业的仪控工程师（I&C Professional）w 通晓各种传感器、变送器、执行器的应用w 通晓基本控制元件（如继电器等）w 通晓DCS/PLC等系统硬件的指标和应用w 通晓HMI软件的应用w 通晓过程控制算法的设计和现场调试w 通晓网络设备和现场总线的应用w 通晓各种流行的软件接口（如OPC）应用w 通晓各种行业标准、国际和国家强制型法规w 通晓仪控项目的实施和管理24The End祝你们成功！祝你们成功！