1、控制系统的基本组成
(1)如今控制系统几乎离不开计算机,计算机控制系统简称为控制系统。
(2)控制值系统主要由控制主机(CPU、存储器、I/O单元(模拟量输入/输出单元、开关量输入/输出单元)等)和外围器件(检测仪表、执行机构、人机界面、操作器件、通信设备等)组成。
--控制主机包括控制计算机 (下位机:PLC、DCS、FCS等控制主机)和管理计算机(上位机:工业计算机、触摸屏),控制计算机负责过程控制,管理计算机负责监控管理。
--检测仪表是检测过程各个参数的技术工具,也称测量仪表。一般由传感器和变送器组成。传感器感受被测量,按照一定的规律输出信号。变送器将信号转换为规定的标准信号输出或进行显示。
--执行机构通常由执行装置和控制器组成,根据给定的模拟信号的大小来调节工作状态(如阀门的开度、变频电机转速等),主要由电动、气动、液动三类。
--通信设备:现代化工业生产过程的规模较大,控制和管理复杂,往往需要几台或几十台计算机才能分级完成。不同的计算机之间需要通过通信设备进行信息交换。常用的有以太网通信网卡及交换机。
--操作器件:按钮、开关、指示灯组成。操作器件已经多为虚拟器件所取代,是计算机软件的模拟功能画面。
--人机界面:人和机器在信息交换和功能上接触的结合面,它实现信息的内部形式和人类可以接受形式之间的转换。触摸屏和工业计算机为主。
--系统软件:计算机操作系统、控制计算器编程软件、管理软件(组态王、WINCC等)。
(3)分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)
4C(计算机Computer,通信Communication,显示CRT,控制Control),基本思想:分散控制,集中操作,分级管理,灵活配置,方便组态。
4个层次 :过程控制级,集中监控级,生产管理级,综合管理级。
--过程控制级
过程数据采集:对被控设备中的每个过程量和状态信息进行快速采集。
数字控制:根据数据和算法实施过程量(开关量、模拟量)的控制。
进行设备监测和系统的测试、诊断:将过程量和状态信息取出后,进行分析,是否要向高层传输,在必要时实施报警、故障诊断。
实施安全性、冗余化措施:一旦发现计算机系统故障,立即进行备用件切换,保障系统的安全运行。
(4)常用的控制计算机:
PLC、DCS、FCS三剑客。
PLC:顺序控制、闭环控制、运算处理、逻辑控制、定时控制、PID控制等。可构建DCS也可作为DCS子系统。
DCS:是控制(工程师站)、操作(操作员站)、现场仪表(现场测控站)的3级结构。成本高,各公司不能互换、互操作。
FCS:现场控制取代分散控制;数据传输采用总线方式。即是通信网络,又是控制网络。
(5)控制系统的规模:
这算I/O=实际数字量I/O点数+实际模拟量I/O点数X15
--小型控制系统:I/O点不超过128点,通常采用PLC。
--中型控制系统:I/O点为128~1024点,控制主机可以采用PLC、DCS、FCS。
--大型控制系统:I/O点为1024~4096,控制主机可以采用PLC、DCS、FCS。
--特大控制系统:I/O点超过4096点,一般采用DCS和FCS结主机。
FCS承载能力最强,DCS次之,PLC相对较弱。
(6)组态软件:支持各种厂家的计算机和I/O产品。
基于Linux的监控组态软件及相关技术正在迅速发展之中,很多厂商已经相继推出了成熟的产品,对组态软件业的格局产生深远的影响。
发展:纵向--向上:管理功能日益成熟。具有部分MIS、MES或调度功能。向下:日益具备网络管理功能,不同计算机间的相互通信。OPC(Open platform communications)服务,自动化设备间的通信。工业通信网关。
横向--设备管理、故障检测、先进控制和优化控制、工业仿真、智能监测。