第一章

過(guo)程(cheng)控製(zhi)係統的(de)進展(zhan)和係(xi)統概念 

 

控製生產過程的方法隨著時間不(bu)斷(duan)地變化(hua)著。它開始(shi)地使用(yong)模(mo)擬調節(jie)器(qi)的單(dan)回路控(kong)製。現(xian)在，使(shi)用數(shu)字(zi)信號的分(fen)散控製係統(tong)在過程控製領域一直在不斷增(zeng)長著。進而，在工廠中應用的各(ge)種(zhong)控製係統綜合(he)成一體(ti)的趨(qu)勢(shi)也在不斷向前發展（如CIM：Computer Integrated Manufacturing計(ji)算(suan)機集(ji)成製造係統*）。

第一章講述控製係統的進(jin)展，當(dang)然係統的基(ji)礎(chu)內容也將說明。

 

 

目(mu)錄(lu)

1.1 關(guan)鍵(jian)詞條 PAGEREF _Toc467383039 \h 1

1.2 調(diao)節器進行的過程控製 PAGEREF _Toc467383040 \h 2

1.3 過程控製功能(neng) PAGEREF _Toc467383041 \h 3

1.4 過程控製係統 PAGEREF _Toc467383042 \h 4

1.5 過程控製係統的發(fa)展曆(li)史 PAGEREF _Toc467383043 \h 5

1.6 綜(zong)合生產控製係統 PAGEREF _Toc467383044 \h 8

1.7 CENTUM CS的係統概念(nian) PAGEREF _Toc467383045 \h 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*譯(yi)注(zhu)：CIM在中國(guo)稱為CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）機械(xie)製造(zao)和裝(zhuang)配(pei)工業中從(cong)接(jie)受(shou)定單到(dao)向(xiang)用戶(hu)交(jiao)貨(huo)全(quan)過程的計算機(ji)集成生產係統。近(jin)年來(lai)對(dui)化工、發電、煉油(you)等(deng)過程工(gong)業也發展了(le)與CIMS類(lei)似(shi)的COPS（技術

1.1 關鍵詞條

下列(lie)各條為(wei)本章(zhang)中(zhong)將(jiang)研究(jiu)的內容

（1）調節器，指(zhi)示調節器，PID調節器 1.2

（2）反(fan)饋控製

（3）順(shun)序控製

（4）直(zhi)接數字控製（DDC）

（5）集中控製係統

（6）分散(san)控製係統

（7）集中監視(shi)和(he)分散控製

（8）一體化生(sheng)產控製係統

（9）CS係統概念

 

1.2 調節器進行的過程控製

圖(tu)1.1為使用模擬調節器的溫(wen)度控製回路。操(cao)作(zuo)者(zhe)設定(ding)一(yi)個(ge)溫度(du)“給定值(zhi)”，調節器自(zi)動的調整操作變量，即(ji)輸(shu)出（例(li)中為調整控製蒸(zheng)汽流量的閥門開(kai)度）以(yi)減(jian)小測得的“過程變量(liang)”（溫度）和目標值“給定值(zhi)”之間的偏差(cha)。這(zhe)種調整(zheng)操作變量以減小“過程變量(liang)”和“給定值(zhi)”之間偏差的過程稱(cheng)之為反饋控製。

指示調節器（PID）指示測(ce)得的 “過程變量”（遠處(chu)貯(zhu)槽中液體的溫度），使用PID算法（P—比例，I—積分和D—微(wei)分）計算操作變量輸出（蒸汽流(liu)量），蒸汽(qi)流量的變化將減小(xiao)“過程變量”和“設定”溫度間的偏(pian)差，也(ye)控製了貯槽(cao)中液體的溫度。

圖1.1    使用模擬調節器的過程控製

 

 

圖1.1也可用圖1.2來表示。

 

1.3 過程控製功能

直接控製生產過程的方法大體分為兩(liang)大(da)類：回(hui)路控製（包(bao)括反饋和前(qian)饋控製）和順序控製。前者輸入(ru)模擬測量信號，後(hou)者輸入操作順序和過程的狀(zhuang)態(tai)信號(hao)。

反饋控製：控製動作直接校(xiao)正(zheng)過程變(bian)量（如(ru)貯槽中液(ye)體溫度）, 比(bi)較(jiao)目標(biao)值（設定值），使兩者一致(zhi)。

l 前饋控製：借助測量幹擾(rao)量（如環(huan)境(jing)溫度）產生校正動(dong)作，在幹(gan)擾尚(shang)未對過程產生影(ying)響(xiang)前直接作用於閥(fa)門。

順序(xu)控製：根(gen)據(ju)預先(xian)指定的順序，控製作用為一係列連(lian)續(xu)完成的控製步(bu)程.

 

在CENTUM CS中，所(suo)有回路控製，包括(kuo)前饋(kui)控製均(jun)歸(gui)於(yu)“反饋控製”類中。同樣(yang)，它(ta)還(hai)包括諸(zhu)如電動機控製，電力(li)分配控製。

 

1.4 過程控製係統

為完(wan)成(cheng)圖1.1所示的溫度控製，需要一個控製係統（即一種完成控製運(yun)算的設(she)備）。有多(duo)種可(ke)選(xuan)用的控製係統，它們(men)一般可分為模擬控製係統和數字控製係統。

模擬控製係統：使用運算放大器等，控製設備用模擬(ni)信號（如電壓(ya)）進行控製運算，不能進行(xing)順序控製。

數字控製係統：使用處理(li)器（處理單元(yuan)），控製設備(bei)用數字信(xin)號完成控製運算，它不僅可以完成反饋和前饋控製（總(zong)稱直接數字控製DDC），而且還可用於順序控製。

 

 

l DDC（直接數字控製）：由(you)數字設備完成調節器功(gong)能，控製器的輸入和輸出可以是模擬信號。同樣，在監視時，上位機直接驅(qu)動數字調節器的輸出(chu)。

 

1.5 過程控製係統的發展曆史

數字控製係統隨(sui)著(zhu)它的組(zu)件(jian)變化而(er)取得(de)的進步而不斷進展，圖1.5展示了這些(xie)進展。

 

 

 

電子計算機首(shou)次(ci)用於過程控製領(ling)域是(shi)在60年(nian)代(dai)，隨後一些數字控製技術得到了廣(guang)泛(fan)的發展。

引(yin)入計算機的目的有兩個: ¬數據報(bao)表(biao); ­初(chu)期(qi)的設定點(dian)控製（SPS）.

 

 

¬計算機控製數據報表操作指導(dao)­計算機控製設定值控製（SPS）

     圖1.6 數據報表                      圖1.7 設定值控製

 

 

計算機引入過程控製初期，調節器功能由計算機代替(ti)和DDC控製，在DDC控製中，開始用計算機直接控製生產過程。

早期，控製係統是集中的那(na)裏(li)一台(tai)中央計算機不僅(jin)完成監(jian)督(du)和操作，而且(qie)還完成全部過程控製。這樣做(zuo)最重要的原因是計算機的成本(ben)。

微處理器的出現大大地(di)改變了上述情況(kuang)。研究的主題變為如可實現多種多樣的功能分散風(feng)險(xian)，分散功能，等等），如何將各種各樣專有的和普遍(bian)要求(qiu)結合在一起。

分散控製係統（DCS）根據過程控製的要求，現在已有輸入點分散至(zhi)1個回路(lu)8個回路(lu)16個回路(lu)直至80個回路(lu)的適用係統。

 

 

®集中控製：¯分散控製：

集中控製, 集中監測                           分散控製   集中檢(jian)測

圖1.8 集中控製圖1.9 分散式(shi)控製

 

 

1.6 綜合生產控製係統

當今(jin)對分布(bu)於全工廠的控製係統一體化的趨勢已(yi)達(da)到實(shi)現計算機集成製造（CIM）水(shui)平(ping)。下麵(mian)的4種方法促(cu)進了CIM的實現。由於這些方法是相互(hu)結合的，故(gu)將來的係統需(xu)要一體化。

l 控製室的一體化

減少控製室數量以減少(shao)操作各個係統的人(ren)機界麵的數量。

現存(cun)係統的一體化

現存多個係統通(tong)過網(wang)絡(luo)連接成一個新(xin)係統，以達到在新係統中的ICS站(zhan)上(shang)集中操       作。

l 單窗口(kou)

作為CIM的一部(bu)分，應(ying)用CENTUM CS人機接口中的“X-”功能操作計算機係統

l 過程儀表裝置(zhi)和電氣控製的一體化

過程控製和電氣(qi)控製由DCS的一個操作界(jie)麵操作.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖1.11   一體化控製係舉(ju)例（2）

 

1.7 CENTUM CS的係統概念

這一節將引入“綜合處理 ”的概(gai)念，這是橫河(he)電機係統工作引出的一個基本概念。本節將講(jiang)述這個概念和CENTUM CS一體化生產控製係統之(zhi)間的關係及(ji)其(qi)特(te)點。

 

綜合處理

綜合處理（CS）是橫河係統業(ye)務工作中產生的一個基本概念。橫河電機支持用戶總結(jie)多年來為滿(man)足生產需要解決各種問(wen)題(ti)而積(ji)累(lei)的技(ji)術(shu)專利。為實現上述目的，橫(heng)河電機與(yu)用戶密切(qie)使用相(xiang)結合，集中精力通過一體化技術如計算機集成製造（CIM）和生產中心(xin)組織(zhi)等方(fang)式構築(zhu)先進的生產控製係統。

*生產中心組織：

這是一種構想，目的是將生產組織得更(geng)合理，方法(fa)是提(ti)高直接生產各部分和間接生產各部分間的協(xie)調性(xing)。

 

 

CS也含用戶滿意(yi)（之義

通過CENTUM CS，橫河電機可提供(gong)滿足(zu)用戶要求的各種解決方案(an)。

 

係統概念

為滿足預(yu)期90年代中期開始或(huo)產業的結構變化，橫河電機開發了CENTUM CS係統以實現下(xia)列四類係統構想(xiang)：

構想1不斷創新的係統一體化

構想2可持(chi)續的係統結構(gou)

構想3使用期間費(fei)用最(zui)小

構想4工程技術可不斷革(ge)新

實現了上述構想，CENTUM CS給(gei)了用戶一個十分令(ling)人滿意的解(jie)決(jue)方案。

 

圖1.12 係統概念構成