計算機儀表控制系統(tǒng)

1、第15章 計算機儀表控制系統(tǒng),,自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版,化學(xué)工業(yè)出版社,Contents,,15.1 儀表控制系統(tǒng),（1）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)所有儀表單元之間及其與被控對象之間都是通過信號線直接相連的。,15.1 儀表控制系統(tǒng),（1）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)回路中給定值信號u與被控變量y之間的傳遞函數(shù)：,15.1 儀表控制系統(tǒng),（1）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)回路中給定值信號u與顯示信號z之間的傳遞函數(shù)：,15.

2、1 儀表控制系統(tǒng),（1）閉環(huán)回路控制系統(tǒng) 回路控制系統(tǒng)現(xiàn)對于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化具有如下特點：具有嚴(yán)格意義上的回路結(jié)構(gòu)單元間信息的直接傳送控制算法的集中計算,15.1 儀表控制系統(tǒng),（2）閉環(huán)回路連續(xù)特性分析除調(diào)節(jié)控制單元外，其他儀表單元作用類似于低通濾波器，可以近似為常數(shù)：,15.1 儀表控制系統(tǒng),（2）閉環(huán)回路連續(xù)特性分析因此，u與y，u與z之間的傳遞函數(shù)可簡化為：,15.1 儀表控制系統(tǒng),（2）閉環(huán)回路連續(xù)特性分析回路控

3、制系統(tǒng)的時域特性可采用最常見的階躍擾動動態(tài)特性分析方法進行分析。簡化后，回路中存在調(diào)節(jié)控制單元與被控對象，因此，回路系統(tǒng)一般不再是二階系統(tǒng)。Bode圖的分析方法是控制系統(tǒng)頻域分析的常用方法。,15.1 儀表控制系統(tǒng),（3）閉環(huán)回路數(shù)字化離散分析控制系統(tǒng)中當(dāng)用數(shù)字儀表代替模擬儀表后，控制系統(tǒng)的特性分析需要從離散化角度進行。回路系統(tǒng)的采樣周期為T，回路控制系統(tǒng)的截止頻率為 則當(dāng)采樣周期T滿足條件： 離散過程可保

4、證控制系統(tǒng)的主要特性不變。實際應(yīng)用中，常?。?15.1 儀表控制系統(tǒng),（4）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化分析計算機網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，多種現(xiàn)場總線系統(tǒng)在工業(yè)控制中的得到應(yīng)用；常規(guī)傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器、顯示器發(fā)展成網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品；基本實現(xiàn)了檢測、變送、顯示、調(diào)節(jié)控制和執(zhí)行單元的網(wǎng)絡(luò)化過程。,15.1 儀表控制系統(tǒng),（4）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化分析電氣信息的傳輸不再是點到點的直接方式，而是通過網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字量方式進行，實際的

5、物理回路不再存在。,15.1 儀表控制系統(tǒng),（4）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化分析控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，反饋控制回路從物理上的回路系統(tǒng)變成了知識邏輯上的回路系統(tǒng),15.1 儀表控制系統(tǒng),（4）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化分析 現(xiàn)場級總線技術(shù)引入回路控制系統(tǒng)后，可獲得如下優(yōu)點：連線大大減少，極大地簡化了系統(tǒng)復(fù)雜性；系統(tǒng)整理可靠性增加；數(shù)據(jù)通訊交互性增強，便于網(wǎng)絡(luò)計算；控制系統(tǒng)扁平化，便于底層與上層控制的溝通，便于協(xié)調(diào)控制技

6、術(shù)的應(yīng)用。,15.2 計算機控制系統(tǒng),（1）計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展和評價 通過以下幾個方面對系統(tǒng)進行評價：對系統(tǒng)控制質(zhì)量的評價對系統(tǒng)工程化的評價對系統(tǒng)實時性的評價對系統(tǒng)可靠性的評價對系統(tǒng)可擴展性的評價對系統(tǒng)經(jīng)濟指標(biāo)的評價,15.2 計算機控制系統(tǒng),（2）集中控制系統(tǒng)用一臺計算機實現(xiàn)對眾多被控對象或參數(shù)進行控制的計算機系統(tǒng)。,15.2 計算機控制系統(tǒng),（2）集中控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制（DDC控制）：使用一臺計算

7、機代替若干個調(diào)節(jié)控制回路的功能。集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點：便于各種運算的集中處理；各通道或回路的耦合關(guān)系在控制計算機中可以得到很好的反映；由于系統(tǒng)沒有分層，所有控制規(guī)律可直接實現(xiàn)；,15.2 計算機控制系統(tǒng),（3）集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)又稱分散型控制系統(tǒng)；它是一個為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)要求，從綜合自動化的角度，按功能分散、協(xié)調(diào)集中的原則設(shè)計；具有高度可靠性，用于生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和各種過程控制。,15.2 計算機控制系統(tǒng),（3）集

8、散控制系統(tǒng)典型的集散控制系統(tǒng)具有兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，下層負責(zé)完成各種現(xiàn)場級的控制任務(wù)，上層負責(zé)完成各種管理、決策和協(xié)調(diào)任務(wù)。,15.2 計算機控制系統(tǒng),（3）集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意,15.2 計算機控制系統(tǒng),（3）集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)考慮了各子系統(tǒng)控制要求的協(xié)調(diào)關(guān)系，具有控制作用的分級遞階結(jié)構(gòu)。,15.2 計算機控制系統(tǒng),（4）分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)是在集散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要而產(chǎn)生的更新一代

9、的控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)更強調(diào)各子系統(tǒng)間的協(xié)作關(guān)系，具有明確的分解策略和算法。,15.2 計算機控制系統(tǒng),（4）分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意,15.2 計算機控制系統(tǒng),（4）分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)的分層、分解和結(jié)構(gòu)劃分遵循下述三原則： 縱向分層 橫向分解 多級結(jié)構(gòu)與分布結(jié)構(gòu),15.3 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,（1）控制系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)技

10、術(shù)將所有的網(wǎng)絡(luò)接口移到了各種儀表單元中，從而使得儀表單元均具有了直接的通訊功能，這事控制網(wǎng)絡(luò)化的最基本實現(xiàn)。各種儀表單元是控制網(wǎng)絡(luò)化的最小實現(xiàn)環(huán)節(jié)各種儀表單元分別獨立完成各自的工作，然后再通過網(wǎng)絡(luò)進行彼此間的信息交換和組織，并相互協(xié)作最終實現(xiàn)預(yù)定的完整控制任務(wù)。,15.3 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,（1）控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化計算機控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化后，會給控制技術(shù)的實現(xiàn)和系統(tǒng)的構(gòu)成帶來如下一些特點： 儀表網(wǎng)絡(luò)化

11、 計算分散化 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化促成了控制系統(tǒng)的扁平化,15.3 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,（2）控制系統(tǒng)的扁平化隨著企業(yè)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，新一代計算機控制逐步形成兩層網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。上層負責(zé)玩策劃那個高層管理功能，下層負責(zé)完成所有的具體控制任務(wù)。,15.3 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,（2）控制系統(tǒng)的扁平化新一代計算機儀表控制系統(tǒng)兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意,15.3 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,（2）控制