建筑智能化技术2

1 第第第第2222章章章章 计算机控制技术基础计算机控制技术基础计算机控制技术基础计算机控制技术基础 2.1 2.1 2.1 2.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述计算机控制系统概述计算机控制系统概述 2.2 2.2 2.2 2.2 直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统 2.3 2.3 2.3 2.3 集散控制系统集散控制系统集散控制系统集散控制系统 2.4 2.4 2.4 2.4 现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统 自动控制的发展过程自动控制的发展过程自动控制的发展过程自动控制的发展过程：：：： 经典硬件逻辑控制经典硬件逻辑控制经典硬件逻辑控制经典硬件逻辑控制 常规仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 控制常规仪表控制常规仪表控制常规仪表控制 计算机集中控制计算机集中控制计算机集中控制计算机集中控制 计算机分散计算机分散计算机分散计算机分散（（（（集散集散集散集散））））控制控制控制控制 以现场总线为代表的网络控制以现场总线为代表的网络控制以现场总线为代表的网络控制以现场总线为代表的网络控制 低级低级低级低级 高级高级高级高级 2.1 2.1 2.1 2.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述计算机控制系统概述计算机控制系统概述 � 2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 基本概念基本概念基本概念基本概念 � 2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 � 2.1.3 2.1.3 2.1.3 2.1.3 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式 � 2.1.4 2.1.4 2.1.4 2.1.4 计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点 2 本节学习要求本节学习要求本节学习要求本节学习要求 1 1 1 1 掌握计算机控制的基本概念掌握计算机控制的基本概念掌握计算机控制的基本概念掌握计算机控制的基本概念 2 2 2 2 掌握计算机控制系统的组成掌握计算机控制系统的组成掌握计算机控制系统的组成掌握计算机控制系统的组成 3 3 3 3 了解计算机控制系统的典型形式了解计算机控制系统的典型形式了解计算机控制系统的典型形式了解计算机控制系统的典型形式 4 4 4 4 了解计算机控制系统的特点了解计算机控制系统的特点了解计算机控制系统的特点了解计算机控制系统的特点 2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 基本概念基本概念基本概念基本概念 1. 1. 1. 1. 开环控制系统与闭环控制系统开环控制系统与闭环控制系统开环控制系统与闭环控制系统开环控制系统与闭环控制系统 控制器控制器控制器控制器 执行器执行器执行器执行器 被控对象被控对象被控对象被控对象 给定值给定值给定值给定值 被控参数被控参数被控参数被控参数 开环控制系统开环控制系统开环控制系统开环控制系统 控制器控制器控制器控制器 执行器执行器执行器执行器 被控对象被控对象被控对象被控对象 给定值给定值给定值给定值 被控参数被控参数被控参数被控参数 闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统 变送器变送器变送器变送器 传感器传感器传感器传感器 2. 2. 2. 2. 计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统 控制器控制器控制器控制器 执行器执行器执行器执行器 被控对象被控对象被控对象被控对象给定值给定值给定值给定值 被控参数被控参数被控参数被控参数 计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统 变送器变送器变送器变送器 传感器传感器传感器传感器 D/AD/AD/AD/A转换转换转换转换 A/DA/DA/DA/D转换转换转换转换 计算机计算机计算机计算机 (1). (1). (1). (1). 特点特点特点特点 A. A. A. A. 计算机在参与闭环的控制过程中计算机在参与闭环的控制过程中计算机在参与闭环的控制过程中计算机在参与闭环的控制过程中，，，，不需要中间环节不需要中间环节不需要中间环节不需要中间环节((((调节调节调节调节 器器器器))))，，，，而用计算机的输出而用计算机的输出而用计算机的输出而用计算机的输出((((断续的形式断续的形式断续的形式断续的形式))))去直接控制调节阀门去直接控制调节阀门去直接控制调节阀门去直接控制调节阀门 等执行机构等执行机构等执行机构等执行机构。。。。 B. B. B. B. 计算机能完全取代模拟调节器计算机能完全取代模拟调节器计算机能完全取代模拟调节器计算机能完全取代模拟调节器，，，，实现多回路的实现多回路的实现多回路的实现多回路的PIDPIDPIDPID调节调节调节调节，，，， 且不需改变硬件且不需改变硬件且不需改变硬件且不需改变硬件，，，，只通过程序改变就能有效地实现较复杂的只通过程序改变就能有效地实现较复杂的只通过程序改变就能有效地实现较复杂的只通过程序改变就能有效地实现较复杂的 控制控制控制控制。。。。 3 (2). (2). (2). (2). 工作过程工作过程工作过程工作过程 A. A. A. A. 实时数据采集实时数据采集实时数据采集实时数据采集 B. B. B. B. 实时控制决策实时控制决策实时控制决策实时控制决策 C. C. C. C. 实时控制输出实时控制输出实时控制输出实时控制输出 3. 3. 3. 3. 实时性实时性实时性实时性 信号的输入信号的输入信号的输入信号的输入、、、、计算和输出都要在一定的时间范围计算和输出都要在一定的时间范围计算和输出都要在一定的时间范围计算和输出都要在一定的时间范围 内完成内完成内完成内完成。。。。 即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，，，， 并在一定的时间内做出反应或进行控制并在一定的时间内做出反应或进行控制并在一定的时间内做出反应或进行控制并在一定的时间内做出反应或进行控制。。。。 控制器控制器控制器控制器 执行器执行器执行器执行器 被控对象被控对象被控对象被控对象给定值给定值给定值给定值 被控参数被控参数被控参数被控参数 计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统 变送器变送器变送器变送器 传感器传感器传感器传感器 D/AD/AD/AD/A转换转换转换转换 A/DA/DA/DA/D转换转换转换转换 计算机计算机计算机计算机 4. 4. 4. 4. 在线和离线在线和离线在线和离线在线和离线 (1) (1) (1) (1) 在线在线在线在线 生产过程设备与计算机连接起来直接交换信息生产过程设备与计算机连接起来直接交换信息生产过程设备与计算机连接起来直接交换信息生产过程设备与计算机连接起来直接交换信息，，，，不不不不 通过其他中间记录介质来传递的方式通过其他中间记录介质来传递的方式通过其他中间记录介质来传递的方式通过其他中间记录介质来传递的方式。。。。 (2) (2) (2) (2) 离线离线离线离线 生产过程设备不直接受计算机控制生产过程设备不直接受计算机控制生产过程设备不直接受计算机控制生产过程设备不直接受计算机控制，，，，而通过其他中而通过其他中而通过其他中而通过其他中 间记录介质间记录介质间记录介质间记录介质，，，，靠人进行联系并做相应操作的方式靠人进行联系并做相应操作的方式靠人进行联系并做相应操作的方式靠人进行联系并做相应操作的方式。。。。 控制器控制器控制器控制器 执行器执行器执行器执行器 被控对象被控对象被控对象被控对象给定值给定值给定值给定值 被控参数被控参数被控参数被控参数 计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统 变送器变送器变送器变送器 传感器传感器传感器传感器 D/AD/AD/AD/A转换转换转换转换 A/DA/DA/DA/D转换转换转换转换 计算机计算机计算机计算机 2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 外部设备外部设备外部设备外部设备 输出通道输出通道输出通道输出通道 执行机构执行机构执行机构执行机构 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 输入通道输入通道输入通道输入通道 检测装置检测装置检测装置检测装置操作台操作台操作台操作台 被 控 对 象 被 控 对 象 被 控 对 象 被 控 对 象 计 算 机 计 算 机 计 算 机 计 算 机 2.1.3 2.1.3 2.1.3 2.1.3 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式 1. 1. 1. 1. 操作指导控制系统操作指导控制系统操作指导控制系统操作指导控制系统(OIS)(OIS)(OIS)(OIS) 2. 2. 2. 2. 直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统(DDC)(DDC)(DDC)(DDC) 3. 3. 3. 3. 监督控制系统监督控制系统监督控制系统监督控制系统(SCC)(SCC)(SCC)(SCC) 4. 4. 4. 4. 分级控制系统分级控制系统分级控制系统分级控制系统 5. 5. 5. 5. 集散控制系统集散控制系统集散控制系统集散控制系统(DCS)(DCS)(DCS)(DCS) 6. 6. 6. 6. 现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统FCS)FCS)FCS)FCS) 4 2.1.4 2.1.4 2.1.4 2.1.4 计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点 1. 1. 1. 1. 能够实现常规控制难以实现的多变量控制能够实现常规控制难以实现的多变量控制能够实现常规控制难以实现的多变量控制能够实现常规控制难以实现的多变量控制、、、、自自自自 适应控制适应控制适应控制适应控制、、、、参数自整定等参数自整定等参数自整定等参数自整定等；；；； 2. 2. 2. 2. 计算机具有分时功能计算机具有分时功能计算机具有分时功能计算机具有分时功能，，，，一台计算机可以代替多一台计算机可以代替多一台计算机可以代替多一台计算机可以代替多 台控制仪器台控制仪器台控制仪器台控制仪器；；；； 3. 3. 3. 3. 软件功能丰富软件功能丰富软件功能丰富软件功能丰富、、、、编程方便编程方便编程方便编程方便，，，，控制灵活性高控制灵活性高控制灵活性高控制灵活性高；；；； 4. 4. 4. 4. 可靠性高可靠性高可靠性高可靠性高((((抗干扰抗干扰抗干扰抗干扰、、、、抗噪声抗噪声抗噪声抗噪声，，，，冗余措施冗余措施冗余措施冗余措施、、、、纠错技纠错技纠错技纠错技 术等术等术等术等)))) 5. 5. 5. 5. 计算机具有监控计算机具有监控计算机具有监控计算机具有监控、、、、报警报警报警报警、、、、自诊断功能自诊断功能自诊断功能自诊断功能，，，，使计算使计算使计算使计算 机控制系统有很强的可维护性机控制系统有很强的可维护性机控制系统有很强的可维护性机控制系统有很强的可维护性。。。。 2.2 2.2 2.2 2.2 直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统—— DDCDDCDDCDDC DDCDDCDDCDDC——Direct Digital ControlDirect Digital ControlDirect Digital ControlDirect Digital Control 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 直接数字控制系统的功能直接数字控制系统的功能直接数字控制系统的功能直接数字控制系统的功能 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 直接数字控制系统的组成结构直接数字控制系统的组成结构直接数字控制系统的组成结构直接数字控制系统的组成结构 本节学习要求本节学习要求本节学习要求本节学习要求 1 1 1 1 掌握掌握掌握掌握DDCDDCDDCDDC的功能的功能的功能的功能；；；； 2 2 2 2 掌握掌握掌握掌握DDCDDCDDCDDC的组成结构的组成结构的组成结构的组成结构。。。。 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 直接数字控制系统的功能直接数字控制系统的功能直接数字控制系统的功能直接数字控制系统的功能 1. DDC1. DDC1. DDC1. DDC根据现场信号与设定值进行比较根据现场信号与设定值进行比较根据现场信号与设定值进行比较根据现场信号与设定值进行比较，，，，按照产生的按照产生的按照产生的按照产生的 偏差由偏差由偏差由偏差由DDCDDCDDCDDC控制器完成各种开环控制器完成各种开环控制器完成各种开环控制器完成各种开环、、、、闭环控制闭环控制闭环控制闭环控制，，，，控制控制控制控制////驱驱驱驱 动执行机构完成对被测参数的控制动执行机构完成对被测参数的控制动执行机构完成对被测参数的控制动执行机构完成对被测参数的控制。。。。 5 2. DDC2. DDC2. DDC2. DDC控制器能接受中央管理计算机发来的各种直接操作控制器能接受中央管理计算机发来的各种直接操作控制器能接受中央管理计算机发来的各种直接操作控制器能接受中央管理计算机发来的各种直接操作 命令命令命令命令，，，，对监控设备和控制参数进行直接控制对监控设备和控制参数进行直接控制对监控设备和控制参数进行直接控制对监控设备和控制参数进行直接控制，，，，提供了对整提供了对整提供了对整提供了对整 个被控过程的直接控制与调节个被控过程的直接控制与调节个被控过程的直接控制与调节个被控过程的直接控制与调节。。。。 3. DDC3. DDC3. DDC3. DDC一般不设置一般不设置一般不设置一般不设置CRTCRTCRTCRT显示器和操作键盘显示器和操作键盘显示器和操作键盘显示器和操作键盘，，，，但可通过计算但可通过计算但可通过计算但可通过计算 机或编程器对其进行编程和对系统参数进行修改机或编程器对其进行编程和对系统参数进行修改机或编程器对其进行编程和对系统参数进行修改机或编程器对其进行编程和对系统参数进行修改。。。。 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 直接数字控制系统的组成结构直接数字控制系统的组成结构直接数字控制系统的组成结构直接数字控制系统的组成结构 1. 1. 1. 1. 计算机模块计算机模块计算机模块计算机模块 A. A. A. A. 通过通过通过通过输入模块输入模块输入模块输入模块完成数据采集完成数据采集完成数据采集完成数据采集、、、、滤波滤波滤波滤波、、、、非线性校正非线性校正非线性校正非线性校正、、、、各种各种各种各种 补偿运算补偿运算补偿运算补偿运算、、、、上下限报警及累积量计算等上下限报警及累积量计算等上下限报警及累积量计算等上下限报警及累积量计算等；；；； B. B. B. B. 经过运算经过运算经过运算经过运算，，，，通过通过通过通过 输出模块输出模块输出模块输出模块输出控制信输出控制信输出控制信输出控制信 号号号号，，，，驱动执行机构完驱动执行机构完驱动执行机构完驱动执行机构完 成对控制对象的控成对控制对象的控成对控制对象的控成对控制对象的控 制制制制；；；； C. C. C. C. 可通过远程驱动可通过远程驱动可通过远程驱动可通过远程驱动 模块和远程执行器实模块和远程执行器实模块和远程执行器实模块和远程执行器实 现现现现远程控制远程控制远程控制远程控制。。。。 6 2. 2. 2. 2. 通信模块通信模块通信模块通信模块 A. A. A. A. 通过通信模块通过通信模块通过通信模块通过通信模块，，，，可将测量值和状态监测信号送到中央管理可将测量值和状态监测信号送到中央管理可将测量值和状态监测信号送到中央管理可将测量值和状态监测信号送到中央管理 计算机数据库计算机数据库计算机数据库计算机数据库，，，，供实时显示供实时显示供实时显示供实时显示、、、、数据处理数据处理数据处理数据处理、、、、优化计算优化计算优化计算优化计算、、、、报警打报警打报警打报警打 印等印等印等印等。。。。 B. B. B. B. 中央管理计算机的管理中央管理计算机的管理中央管理计算机的管理中央管理计算机的管理、、、、控制指令可通过通信模块送入控制指令可通过通信模块送入控制指令可通过通信模块送入控制指令可通过通信模块送入 DDCDDCDDCDDC控制器计算机模块控制器计算机模块控制器计算机模块控制器计算机模块，，，，实现系统的直接调控实现系统的直接调控实现系统的直接调控实现系统的直接调控。。。。 C. DDCC. DDCC. DDCC. DDC控制器的通信方式控制器的通信方式控制器的通信方式控制器的通信方式 � 点对点方式点对点方式点对点方式点对点方式：：：： 通信速率达通信速率达通信速率达通信速率达115.2kbps115.2kbps115.2kbps115.2kbps。。。。 � RS485RS485RS485RS485方式方式方式方式：：：： 总线长度达总线长度达总线长度达总线长度达1.2km1.2km1.2km1.2km。。。。 3. 3. 3. 3. 内部总线内部总线内部总线内部总线 一般采用一般采用一般采用一般采用VMEVMEVMEVME总线总线总线总线，，，，支持多支持多支持多支持多CPUCPUCPUCPU的的的的16161616位位位位/32/32/32/32位总线位总线位总线位总线。。。。 VME(VersaModuleVME(VersaModuleVME(VersaModuleVME(VersaModule EurocardEurocardEurocardEurocard))))总线是一种通用的计算机总总线是一种通用的计算机总总线是一种通用的计算机总总线是一种通用的计算机总 线线线线。。。。VMEVMEVMEVME的数据传输机制是异步的的数据传输机制是异步的的数据传输机制是异步的的数据传输机制是异步的，，，，有多个总线周期有多个总线周期有多个总线周期有多个总线周期，，，，地址宽地址宽地址宽地址宽 度是度是度是度是16161616、、、、24242424、、、、32323232、、、、40404040或或或或64646464位位位位，，，，数据线路的宽度是数据线路的宽度是数据线路的宽度是数据线路的宽度是8888、、、、16161616、、、、24242424、、、、 32323232、、、、64646464位位位位，，，，系统可以动态的选择它们系统可以动态的选择它们系统可以动态的选择它们系统可以动态的选择它们。。。。 VMEVMEVMEVME总线数据总线数据总线数据总线数据 传输速率为传输速率为传输速率为传输速率为0000～～～～ 500Mb/s500Mb/s500Mb/s500Mb/s。。。。 用户可以定义用户可以定义用户可以定义用户可以定义 I/OI/OI/OI/O端口端口端口端口。。。。 4. 4. 4. 4. 电源模块电源模块电源模块电源模块 要求要求要求要求：：：：稳定稳定稳定稳定、、、、无干扰无干扰无干扰无干扰。。。。 � 采用隔离变压器采用隔离变压器采用隔离变压器采用隔离变压器，，，，将其一次将其一次将其一次将其一次、、、、二次线圈间的屏蔽层可二次线圈间的屏蔽层可二次线圈间的屏蔽层可二次线圈间的屏蔽层可 靠接地靠接地靠接地靠接地，，，，隔离共模干扰隔离共模干扰隔离共模干扰隔离共模干扰；；；； � 带有板内微处理器带有板内微处理器带有板内微处理器带有板内微处理器，，，，提供高质量的提供高质量的提供高质量的提供高质量的24V DC24V DC24V DC24V DC稳压电源稳压电源稳压电源稳压电源；；；； � 过压过压过压过压////欠压显示欠压显示欠压显示欠压显示；；；； � 长寿命后备锂电池长寿命后备锂电池长寿命后备锂电池长寿命后备锂电池。。。。 7 5. 5. 5. 5. 输入输出模块输入输出模块输入输出模块输入输出模块 A. A. A. A. 模拟输入模块模拟输入模块模拟输入模块模拟输入模块((((AI,AnalogyAI,AnalogyAI,AnalogyAI,Analogy Input)Input)Input)Input) 受控对象中有许多连续性的物理量受控对象中有许多连续性的物理量受控对象中有许多连续性的物理量受控对象中有许多连续性的物理量((((即模拟即模拟即模拟即模拟 量量量量))))，，，，用仪表检测后可通过用仪表检测后可通过用仪表检测后可通过用仪表检测后可通过AIAIAIAI模块送入模块送入模块送入模块送入DDCDDCDDCDDC进行进行进行进行进行进行进行进行 处理处理处理处理。。。。 连续的物理量连续的物理量连续的物理量连续的物理量：：：：温度温度温度温度、、、、湿度湿度湿度湿度、、、、压力压力压力压力、、、、压差压差压差压差、、、、应应应应 力力力力、、、、流量流量流量流量、、、、位移位移位移位移、、、、速度速度速度速度、、、、加速度加速度加速度加速度 、、、、PHPHPHPH值值值值、、、、浓度浓度浓度浓度、、、、 电压电压电压电压、、、、电流电流电流电流、、、、功率因数功率因数功率因数功率因数、、、、有功功率有功功率有功功率有功功率、、、、无功功率无功功率无功功率无功功率、、、、频频频频 率等率等率等率等。。。。 模拟输入通道标准电信号有模拟输入通道标准电信号有模拟输入通道标准电信号有模拟输入通道标准电信号有：：：： 电阻信号电阻信号电阻信号电阻信号：：：：由热电阻产生由热电阻产生由热电阻产生由热电阻产生，，，，规格有规格有规格有规格有100100100100ΩΩΩΩ、、、、500500500500ΩΩΩΩ、、、、 1k1k1k1kΩΩΩΩ、、、、10k10k10k10kΩΩΩΩ、、、、20k20k20k20kΩΩΩΩ；；；； 电压信号电压信号电压信号电压信号：：：：一般由热电偶一般由热电偶一般由热电偶一般由热电偶、、、、压力压力压力压力、、、、湿度湿度湿度湿度、、、、应变式传应变式传应变式传应变式传 感器产生感器产生感器产生感器产生，，，，规格有规格有规格有规格有1111～～～～ 5V DC5V DC5V DC5V DC、、、、0000～～～～ 5V DC5V DC5V DC5V DC、、、、0000～～～～ 10V DC10V DC10V DC10V DC 等等等等；；；； 电流信号电流信号电流信号电流信号：：：：由各种温度由各种温度由各种温度由各种温度、、、、位移或各种电量位移或各种电量位移或各种电量位移或各种电量、、、、化学量化学量化学量化学量 变送器变送器变送器变送器、、、、电磁流量计等产生电磁流量计等产生电磁流量计等产生电磁流量计等产生，，，，规格为规格为规格为规格为4444～～～～20mA DC20mA DC20mA DC20mA DC。。。。 在所有模拟输入模块中在所有模拟输入模块中在所有模拟输入模块中在所有模拟输入模块中，，，，输入电路将各种范围的模输入电路将各种范围的模输入电路将各种范围的模输入电路将各种范围的模 拟量输入信号统一转变成拟量输入信号统一转变成拟量输入信号统一转变成拟量输入信号统一转变成1111～～～～ 5V DC5V DC5V DC5V DC、、、、或或或或0000～～～～ 10V DC10V DC10V DC10V DC的电的电的电的电 压信号送入压信号送入压信号送入压信号送入A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器。。。。 B. B. B. B. 模拟输出模块模拟输出模块模拟输出模块模拟输出模块((((AO,AnalogyAO,AnalogyAO,AnalogyAO,Analogy Output)Output)Output)Output) DDCDDCDDCDDC控制器将要输出的数字信号经控制器将要输出的数字信号经控制器将要输出的数字信号经控制器将要输出的数字信号经D/AD/AD/AD/A转换成电流转换成电流转换成电流转换成电流 或电压模拟信号或电压模拟信号或电压模拟信号或电压模拟信号，，，，输出输出输出输出4444～～～～ 20mA DC20mA DC20mA DC20mA DC电流信号或电流信号或电流信号或电流信号或1111～～～～ 5V 5V 5V 5V DCDCDCDC、、、、0000～～～～ 5V DC5V DC5V DC5V DC、、、、0000～～～～ 10V DC10V DC10V DC10V DC电压信号电压信号电压信号电压信号。。。。 模拟输出信号用于控制各种直行程或角行程电动模拟输出信号用于控制各种直行程或角行程电动模拟输出信号用于控制各种直行程或角行程电动模拟输出信号用于控制各种直行程或角行程电动 执行机构的行程执行机构的行程执行机构的行程执行机构的行程，，，，以控制阀门以控制阀门以控制阀门以控制阀门、、、、风门的开度风门的开度风门的开度风门的开度，，，，或通过或通过或通过或通过 调速装置调节电机的转速等调速装置调节电机的转速等调速装置调节电机的转速等调速装置调节电机的转速等。。。。 8 C. C. C. C. 数字输入模块数字输入模块数字输入模块数字输入模块(DI)(DI)(DI)(DI) 输入各种限位开关输入各种限位开关输入各种限位开关输入各种限位开关、、、、继电器继电器继电器继电器、、、、电气联动机构电气联动机构电气联动机构电气联动机构、、、、电磁阀电磁阀电磁阀电磁阀 门联动触点的开门联动触点的开门联动触点的开门联动触点的开、、、、关状态等二位关状态等二位关状态等二位关状态等二位(on/off)(on/off)(on/off)(on/off)信号信号信号信号。。。。 各种开关量信号在各种开关量信号在各种开关量信号在各种开关量信号在DIDIDIDI模块内经电平转换模块内经电平转换模块内经电平转换模块内经电平转换、、、、光电隔离并光电隔离并光电隔离并光电隔离并 经滤波处理后经滤波处理后经滤波处理后经滤波处理后，，，，即可送入计算机进行分析处理即可送入计算机进行分析处理即可送入计算机进行分析处理即可送入计算机进行分析处理。。。。 D. D. D. D. 数字输出模块数字输出模块数字输出模块数字输出模块(DO)(DO)(DO)(DO) 用于电机启用于电机启用于电机启用于电机启////停停停停、、、、电磁阀门电磁阀门电磁阀门电磁阀门、、、、继电器继电器继电器继电器、、、、指示灯指示灯指示灯指示灯、、、、声报声报声报声报 警器等开关控制警器等开关控制警器等开关控制警器等开关控制。。。。 2.3 2.3 2.3 2.3 集散控制系统集散控制系统集散控制系统集散控制系统——DCSDCSDCSDCS DCSDCSDCSDCS--------Distributed Control System Distributed Control System Distributed Control System Distributed Control System 2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 集散控制系统的特点集散控制系统的特点集散控制系统的特点集散控制系统的特点 2.3.2 2.3.2 2.3.2 2.3.2 集散控制系统的结构集散控制系统的结构集散控制系统的结构集散控制系统的结构 2.3.3 2.3.3 2.3.3 2.3.3 集散控制系统的通信集散控制系统的通信集散控制系统的通信集散控制系统的通信 本节学习要求本节学习要求本节学习要求本节学习要求 1 1 1 1 了解集散控制系统的特点了解集散控制系统的特点了解集散控制系统的特点了解集散控制系统的特点 2 2 2 2 掌握集散控制系统的结构掌握集散控制系统的结构掌握集散控制系统的结构掌握集散控制系统的结构 3 3 3 3 了解集散控制系统的通信了解集散控制系统的通信了解集散控制系统的通信了解集散控制系统的通信 9 2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 集散控制系统特点集散控制系统特点集散控制系统特点集散控制系统特点 1. 1. 1. 1. 自治性自治性自治性自治性 A. A. A. A. 采用分级递阶式控制采用分级递阶式控制采用分级递阶式控制采用分级递阶式控制；；；； B. B. B. B. 采用物理上的分散结构采用物理上的分散结构采用物理上的分散结构采用物理上的分散结构，，，，实现了分散控制实现了分散控制实现了分散控制实现了分散控制；；；； C. C. C. C. 可实现集中监控与操作可实现集中监控与操作可实现集中监控与操作可实现集中监控与操作。。。。 2. 2. 2. 2. 协调性协调性协调性协调性 通过通信网络协调工作通过通信网络协调工作通过通信网络协调工作通过通信网络协调工作，，，，实现综合控制实现综合控制实现综合控制实现综合控制；；；； 3. 3. 3. 3. 在线性和实时性在线性和实时性在线性和实时性在线性和实时性 4. 4. 4. 4. 适应性适应性适应性适应性、、、、灵活性灵活性灵活性灵活性、、、、可扩充性可扩充性可扩充性可扩充性 5. 5. 5. 5. 系统组态灵活系统组态灵活系统组态灵活系统组态灵活 6. 6. 6. 6. 友好性友好性友好性友好性 7. 7. 7. 7. 可靠性可靠性可靠性可靠性 冗余设计冗余设计冗余设计冗余设计、、、、模块设计模块设计模块设计模块设计                控制软件控制软件控制软件控制软件 通信部分通信部分通信部分通信部分 控制软件控制软件控制软件控制软件 中央管理计算机中央管理计算机中央管理计算机中央管理计算机 集散控制系统集散控制系统集散控制系统集散控制系统 DDC分散控制部分分散控制部分分散控制部分分散控制部分 集中管理部分集中管理部分集中管理部分集中管理部分 2.3.2 DCS2.3.2 DCS2.3.2 DCS2.3.2 DCS系统的结构系统的结构系统的结构系统的结构 DCSDCSDCSDCS结构图结构图结构图结构图 服务器服务器服务器服务器 中央监控计算机中央监控计算机中央监控计算机中央监控计算机 路由器路由器路由器路由器 通信接口通信接口通信接口通信接口 操作员站操作员站操作员站操作员站 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师站工程师站工程师站工程师站 DDCDDCDDCDDC通信接口通信接口通信接口通信接口 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC …DDCDDCDDCDDC DDCDDCDDCDDC 现现现现 场场场场 控控控控 制制制制 级级级级 监监监监 控控控控 级级级级 中央中央中央中央 管理管理管理管理 级级级级 现现现现 场场场场 网网网网 控控控控 制制制制 网网网网 管管管管 理理理理 网网网网 10 AI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DO 传感器传感器传感器传感器 执行器执行器执行器执行器 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC … DDCDDCDDCDDC 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC… 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场控制级现场控制级现场控制级现场控制级 分解分解分解分解 1. 1. 1. 1. 现场控制级现场控制级现场控制级现场控制级(DDC)(DDC)(DDC)(DDC) (1). (1). (1). (1). 组成组成组成组成 机箱机箱机箱机箱、、、、电源电源电源电源、、、、控制计算机控制计算机控制计算机控制计算机((((即即即即DDC)DDC)DDC)DDC)、、、、通信控制单通信控制单通信控制单通信控制单 元元元元、、、、手动手动手动手动////自动显示操作单元自动显示操作单元自动显示操作单元自动显示操作单元。。。。 (2). (2). (2). (2). 功能功能功能功能 A. A. A. A. 过程数据采集过程数据采集过程数据采集过程数据采集 DDCDDCDDCDDC直接与现场装置相连直接与现场装置相连直接与现场装置相连直接与现场装置相连，，，，对现场控制对象的状态对现场控制对象的状态对现场控制对象的状态对现场控制对象的状态 和参数进行采集和参数进行采集和参数进行采集和参数进行采集，，，，并进行必要的滤波并进行必要的滤波并进行必要的滤波并进行必要的滤波、、、、转换等处理转换等处理转换等处理转换等处理。。。。 AI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DO 传感器传感器传感器传感器 执行器执行器执行器执行器 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC … DDCDDCDDCDDC 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC … 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场控制级现场控制级现场控制级现场控制级 分解分解分解分解 B. B. B. B. 装置状态和设备运行状态监测与诊断装置状态和设备运行状态监测与诊断装置状态和设备运行状态监测与诊断装置状态和设备运行状态监测与诊断 对采集的各种信号进行处理对采集的各种信号进行处理对采集的各种信号进行处理对采集的各种信号进行处理，，，，检查是否合格有效检查是否合格有效检查是否合格有效检查是否合格有效，，，， 判断计算机的各模块是否正常判断计算机的各模块是否正常判断计算机的各模块是否正常判断计算机的各模块是否正常，，，，根据结果产生报警信根据结果产生报警信根据结果产生报警信根据结果产生报警信 号号号号。。。。 AI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DO 传感器传感器传感器传感器 执行器执行器执行器执行器 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC … DDCDDCDDCDDC 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC … 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场控制级现场控制级现场控制级现场控制级 分解分解分解分解 11 C. C. C. C. 闭环与开环控制闭环与开环控制闭环与开环控制闭环与开环控制 � DDCDDCDDCDDC还与第二级的计算机相连还与第二级的计算机相连还与第二级的计算机相连还与第二级的计算机相连，，，，接受上层计算机的指令接受上层计算机的指令接受上层计算机的指令接受上层计算机的指令 和管理信息和管理信息和管理信息和管理信息，，，，并向上传递现场采集的数据并向上传递现场采集的数据并向上传递现场采集的数据并向上传递现场采集的数据。。。。 � 现场控制级本身也完成局部的闭环控制与顺序控制现场控制级本身也完成局部的闭环控制与顺序控制现场控制级本身也完成局部的闭环控制与顺序控制现场控制级本身也完成局部的闭环控制与顺序控制。。。。 AI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DO 传感器传感器传感器传感器 执行器执行器执行器执行器 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC … DDCDDCDDCDDC 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC … 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场控制级现场控制级现场控制级现场控制级 分解分解分解分解 D. D. D. D. 安全安全安全安全、、、、冗余化操作冗余化操作冗余化操作冗余化操作 发现系统硬件或控制板有故障时发现系统硬件或控制板有故障时发现系统硬件或控制板有故障时发现系统硬件或控制板有故障时，，，，及时切换到备用部及时切换到备用部及时切换到备用部及时切换到备用部 件件件件，，，，以确保整个系统安全运行以确保整个系统安全运行以确保整个系统安全运行以确保整个系统安全运行。。。。 AI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DOAI DI AO DO 传感器传感器传感器传感器 执行器执行器执行器执行器 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC … DDCDDCDDCDDC 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场设备现场设备现场设备现场设备、、、、生产过程生产过程生产过程生产过程 DDCDDCDDCDDC … 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场控制级现场控制级现场控制级现场控制级 分解分解分解分解 2. 2. 2. 2. 监控级监控级监控级监控级 对现场控制进行监控和组态对现场控制进行监控和组态对现场控制进行监控和组态对现场控制进行监控和组态，，，，实现控制过程的动实现控制过程的动实现控制过程的动实现控制过程的动 态最优化态最优化态最优化态最优化。。。。 监控级一般带有监控级一般带有监控级一般带有监控级一般带有操作员站操作员站操作员站操作员站和和和和工程师站工程师站工程师站工程师站。。。。 通信接口通信接口通信接口通信接口 操作员站操作员站操作员站操作员站 工程师站工程师站工程师站工程师站 监监监监 控控控控 级级级级 控控控控 制制制制 网网网网 通信接口通信接口通信接口通信接口 现现现现 场场场场 控控控控 制制制制 级级级级 DDCDDCDDCDDC 12 (1). (1). (1). (1). 监控级的主要任务监控级的主要任务监控级的主要任务监控级的主要任务：：：： A. A. A. A. 优化控制优化控制优化控制优化控制 当现场条件发生改变时当现场条件发生改变时当现场条件发生改变时当现场条件发生改变时，，，，监控级根据优化策略监控级根据优化策略监控级根据优化策略监控级根据优化策略，，，，进行分进行分进行分进行分 析计算析计算析计算析计算，，，，产生新的设定值和调节值交由现场控制级执行产生新的设定值和调节值交由现场控制级执行产生新的设定值和调节值交由现场控制级执行产生新的设定值和调节值交由现场控制级执行。。。。 B. B. B. B. 协调控制协调控制协调控制协调控制 根据被控对象情况根据被控对象情况根据被控对象情况根据被控对象情况，，，，以最优化准则协调相互的关系等以最优化准则协调相互的关系等以最优化准则协调相互的关系等以最优化准则协调相互的关系等。。。。 C. C. C. C. 系统运行监视系统运行监视系统运行监视系统运行监视 监视整个系统的运监视整个系统的运监视整个系统的运监视整个系统的运 行参数行参数行参数行参数、、、、状态状态状态状态，，，，制定被制定被制定被制定被 控对象记录 报表 企业所得税申报表下载财务会计报表下载斯维尔报表下载外贸周报表下载关联申报表下载 控对象记录报表控对象记录报表控对象记录报表，，，，进行进行进行进行 报警显示报警显示报警显示报警显示，，，，故障显示故障显示故障显示故障显示、、、、 分析记录等分析记录等分析记录等分析记录等。。。。 通信接口通信接口通信接口通信接口 操作员站操作员站操作员站操作员站 工程师站工程师站工程师站工程师站 DDCDDCDDCDDC通信接口通信接口通信接口通信接口 (2). (2). (2). (2). 工程师站工程师站工程师站工程师站 对对对对DCSDCSDCSDCS进行离线的配置进行离线的配置进行离线的配置进行离线的配置、、、、组态工作组态工作组态工作组态工作；；；； 对对对对DCSDCSDCSDCS进行在线的系统监督进行在线的系统监督进行在线的系统监督进行在线的系统监督、、、、控制和维护控制和维护控制和维护控制和维护。。。。 为管理人员提供操作界面为管理人员提供操作界面为管理人员提供操作界面为管理人员提供操作界面，，，，它将操作请求通过通信它将操作请求通过通信它将操作请求通过通信它将操作请求通过通信 网络传递给操作员站网络传递给操作员站网络传递给操作员站网络传递给操作员站，，，，再由操作员站实现具体操作再由操作员站实现具体操作再由操作员站实现具体操作再由操作员站实现具体操作。。。。 通信接口通信接口通信接口通信接口 操作员站操作员站操作员站操作员站 工程师站工程师站工程师站工程师站 DDCDDCDDCDDC通信接口通信接口通信接口通信接口 (3). (3). (3). (3). 操作员站操作员站操作员站操作员站 实现在线监督实现在线监督实现在线监督实现在线监督。。。。 直接与现场控制器通信直接与现场控制器通信直接与现场控制器通信直接与现场控制器通信，，，，监视其工作情况并将来自现监视其工作情况并将来自现监视其工作情况并将来自现监视其工作情况并将来自现 场控制器的系统状态数据场控制器的系统状态数据场控制器的系统状态数据场控制器的系统状态数据，，，，通过通信网络传递给工程师站通过通信网络传递给工程师站通过通信网络传递给工程师站通过通信网络传递给工程师站 及管理计算机及管理计算机及管理计算机及管理计算机。。。。 通信接口通信接口通信接口通信接口 操作员站操作员站操作员站操作员站 工程师站工程师站工程师站工程师站 DDCDDCDDCDDC通信接口通信接口通信接口通信接口 DDCDDCDDCDDC DDCDDCDDCDDC DDCDDCDDCDDC 13 3. 3. 3. 3. 中央管理级中央管理级中央管理级中央管理级 管理整个系统管理整个系统管理整个系统管理整个系统，，，，并对监控级实现监控并对监控级实现监控并对监控级实现监控并对监控级实现监控。。。。能对被控对象进能对被控对象进能对被控对象进能对被控对象进 行监督行监督行监督行监督，，，，制定 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 制定计划制定计划制定计划，，，，进行成本核算进行成本核算进行成本核算进行成本核算，，，，对设备和人员进行管对设备和人员进行管对设备和人员进行管对设备和人员进行管 理理理理，，，，以实现被控过程的静态最优化和综合自动化以实现被控过程的静态最优化和综合自动化以实现被控过程的静态最优化和综合自动化以实现被控过程的静态最优化和综合自动化。。。。 管理级主要进行信息管理管理级主要进行信息管理管理级主要进行信息管理管理级主要进行信息管理，，，，属通信网络属通信网络属通信网络属通信网络，，，，一般是高速以一般是高速以一般是高速以一般是高速以 太局域网太局域网太局域网太局域网。。。。可以通过网关可以通过网关可以通过网关可以通过网关、、、、网桥或路由器与其它信息网联网桥或路由器与其它信息网联网桥或路由器与其它信息网联网桥或路由器与其它信息网联 网网网网，，，，实现信息共享实现信息共享实现信息共享实现信息共享。。。。 服务器服务器服务器服务器 中央监控计算机中央监控计算机中央监控计算机中央监控计算机 路由器路由器路由器路由器中央中央中央中央 管理管理管理管理 级级级级 管管管管 理理理理 网网网网 通信接口通信接口通信接口通信接口 监监监监 控控控控 级级级级 2.3.3 2.3.3 2.3.3 2.3.3 集散控制系统的通信集散控制系统的通信集散控制系统的通信集散控制系统的通信 1. 1. 1. 1. 通信介质通信介质通信介质通信介质 A. A. A. A. 现场总线层现场总线层现场总线层现场总线层：：：：双绞线双绞线双绞线双绞线 B. B. B. B. 其他其他其他其他：：：：基带或宽带同轴电缆基带或宽带同轴电缆基带或宽带同轴电缆基带或宽带同轴电缆，，，，远程采用光纤远程采用光纤远程采用光纤远程采用光纤。。。。 2. 2. 2. 2. 网络结构网络结构网络结构网络结构 环形网络和在线网络相结合环形网络和在线网络相结合环形网络和在线网络相结合环形网络和在线网络相结合 总线型和星型向结合总线型和星型向结合总线型和星型向结合总线型和星型向结合 3. 3. 3. 3. 访问控制方式访问控制方式访问控制方式访问控制方式 CSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CD 令牌环令牌环令牌环令牌环 令牌总线令牌总线令牌总线令牌总线 4. 4. 4. 4. 中央监控计算机与中央监控计算机与中央监控计算机与中央监控计算机与DDCDDCDDCDDC之间的通信之间的通信之间的通信之间的通信 中央监控计算机与现场中央监控计算机与现场中央监控计算机与现场中央监控计算机与现场DDCDDCDDCDDC之间需要大量上传下送之间需要大量上传下送之间需要大量上传下送之间需要大量上传下送 监测与控制数据信息监测与控制数据信息监测与控制数据信息监测与控制数据信息，，，，各控制器之间也需要通信各控制器之间也需要通信各控制器之间也需要通信各控制器之间也需要通信，，，，以实以实以实以实 现系统的协调控制现系统的协调控制现系统的协调控制现系统的协调控制。。。。 因此因此因此因此，，，，其通信系统必须满足如下要求其通信系统必须满足如下要求其通信系统必须满足如下要求其通信系统必须满足如下要求：：：： � 能适应现场恶劣环境能适应现场恶劣环境能适应现场恶劣环境能适应现场恶劣环境；；；； � 传输速率不低于传输速率不低于传输速率不低于传输速率不低于9600bps9600bps9600bps9600bps；；；； � 传输距离不大于传输距离不大于传输距离不大于传输距离不大于1.2km1.2km1.2km1.2km，，，，可采用可采用可采用可采用UTPUTPUTPUTP作为传输介质作为传输介质作为传输介质作为传输介质；；；； � 抵抗高电压入侵抵抗高电压入侵抵抗高电压入侵抵抗高电压入侵。。。。 14 5. 5. 5. 5. 多台中央监控计算机与管理计算机之间的通信多台中央监控计算机与管理计算机之间的通信多台中央监控计算机与管理计算机之间的通信多台中央监控计算机与管理计算机之间的通信 为了高效率完成任务为了高效率完成任务为了高效率完成任务为了高效率完成任务，，，，智能建筑楼宇自动化的智能建筑楼宇自动化的智能建筑楼宇自动化的智能建筑楼宇自动化的 DCSDCSDCSDCS通常设置多台中央管理计算机通常设置多台中央管理计算机通常设置多台中央管理计算机通常设置多台中央管理计算机。。。。 在具有多台中央管理计算机的在具有多台中央管理计算机的在具有多台中央管理计算机的在具有多台中央管理计算机的DCSDCSDCSDCS系统中系统中系统中系统中，，，，常常常常 用网络型中央监控系统结构用网络型中央监控系统结构用网络型中央监控系统结构用网络型中央监控系统结构。。。。 中央管理计算机之间需要互相传输大量的数据中央管理计算机之间需要互相传输大量的数据中央管理计算机之间需要互相传输大量的数据中央管理计算机之间需要互相传输大量的数据 和图像等信息和图像等信息和图像等信息和图像等信息，，，，而且有一定的而且有一定的而且有一定的而且有一定的实时性实时性实时性实时性要求要求要求要求。。。。 2.4 2.4 2.4 2.4 现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统—— FCSFCSFCSFCS FCSFCSFCSFCS-------- FieldbusFieldbusFieldbusFieldbus Control SystemControl Sy