計算機儀表控制系統(tǒng)

1、第15章 計算機儀表控制系統(tǒng),,自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版,化學工業(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)絡化具有如下特點：具有嚴格意義上的回路結構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?；芈废到y(tǒng)的采樣周期為T，回路控制系統(tǒng)的截止頻率為 則當采樣周期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)絡化分析計算機網(wǎng)絡快速發(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)絡化產(chǎn)品；基本實現(xiàn)了檢測、變送、顯示、調節(jié)控制和執(zhí)行單元的網(wǎng)絡化過程。,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)絡化分析控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化，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)絡化分析 現(xiàn)場級總線技術引入回路控制系統(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)調控制技

6、術的應用。,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)調集中的原則設計；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)絡結構，下層負責完成各種現(xiàn)場級的控制任務，上層負責完成各種管理、決策和協(xié)調任務。,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)絡結構示意,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)調關系，具有控制作用的分級遞階結構。,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，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)更強調各子系統(tǒng)間的協(xié)作關系，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)絡結構示意,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、分解和結構劃分遵循下述三原則： 縱向分層 橫向分解 多級結構與分布結構,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)絡化現(xiàn)場級網(wǎng)絡技

10、術將所有的網(wǎng)絡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)絡化的最基本實現(xiàn)。各種儀表單元是控制網(wǎng)絡化的最小實現(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)預定的完整控制任務。,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)絡化計算機控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化后，會給控制技術的實現(xiàn)和系統(tǒng)的構成帶來如下一些特點： 儀表網(wǎng)絡化

11、 計算分散化 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化促成了控制系統(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)技術和現(xiàn)場級網(wǎng)絡技術的發(fā)展，新一代計算機控制逐步形成兩層網(wǎng)絡的系統(tǒng)結構。上層負責玩策劃那個高層管理功能，下層負責完成所有的具體控制任務。,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)絡結構示意,15.3 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,（2）控制