计算机过程控制系统的分类
计算机控制系统的应用领域非常广泛,计算机可以控制单个电机、阀门,也可以控制管理整个工厂企业;控制方式可以是单回路控制,也可以是复杂的多变量解耦控制、自适应控制、最优控制乃至智能控制。因而橡扒隐,它的分类方法也是多样的,可以按照被控参数、设定值的形式进行分类,也可以按照控制装置结构类型、被控对象的特点和要求及控制功能的类型进行分类,还可以按照系统功能、控制规律和控制方式进行分类。常用的是按照系统功能分类,分为以下几类:(1)数据处理系统(DAS),对生产过程参数作巡检、分析、记录和报警处理。 (2)操作指导控制系统(OGC),计算机的输出不直接用来控制生产过程,而只是对过程参数进行收集,加工处理后输出数据,操作人员据此进行必要的操作。 (3)直接数字控制系统(DDC),计算机从过程输入通道获取数据,运算处理后,再从输出通道输出控制信号,驱动执行机构。 (4)监督控制系统(SCC),计算机根据生产过程参此渣数和对象的数字模型给出最佳工艺参数,据此对系统进行控制。 (5)多级控制系统,企业经营管理和生产过程控制分别由几级计算机进行控制,一般是三级系统,即经营管理级(MIS)、监督控制级(SCC)和直接数字控制级(DDC)。 (6)集散控制系统(DCS),以微处理器为核心,实现地理和功能上的分散控制,同时通过高速数据通道将分散的信息集中起来,实现复杂的控制和管理。 (7)监控与数据采集系统(SCADA),SCADA是以计算机、控制、通讯与CRT技术为基础的一种综合自动化系统,更适用于/点多、面广、线长0的生产过程。由于控制中心和监控点的分散而自然形成了两层控制结构。 (8)现场总线控制系统(FCS),是新一代分布式控制系统,与DCS的三层结构不同,其结构模式为/工作站)现场总线智能仪表0两层结构,降低了总成本,提高了可靠性,系统更加开放,功能更加强大。在统一的国际标准下,可实现真正的开放式互连系统结构。 (9)计算机集成过程控制系统(CIPS),利用DCS作基础,开发高级控制策略,实现各层次的优化,利用管理信息系统MIS进行辅助管理和决策,将企业中有关过程控制、计划调度、经营管理、市场销售等信息进行集成,经科学加工后,为各级领导、管理及生产部门提供决策依据,实现控制、管理的一体化。 31计算机过程控制系统国内外应用状况
近十几年,过程控制系统发展非常迅速,由于集散控制系统是这一领域的主导发展方向,各国厂商都在这一市场不断推陈出新。美国和日本的产品代表两个主要的发展方向:美国厂商重点推出开放型集散系统,加速研制现场总线产品,推广应用智能变送器;日本厂商则着重发展高功能集散系统,从软件开发入手,挖掘软件工作的潜力,强调控制功能和管理功能的结合。 20世纪80年代,比较著名的大型集散控制系统新产梁厅品有:美国Honeywell公司的TDC-3000,Foxboro公司的I/AS,Bailey公司的INFI-90,日本横河公司的CENTRUMXL,英国Oxford Automation公司的SYSTEM-86,德国Siemens公司的TELEPERM系统等等。这些都属于第三代DCS,控制点可达到一万点以上,系统结构接近标准化,采用局域网技术。它的主要改变是在局域网络方面,采用了符合国际标准化组织ISO的OSI开放系统互连的参考模型。因此,在符合开放系统的各制造厂商产品间可以互相连接、互相通讯和进行数据交换,第三方的应用软件也能在系统中应用,从而使集散控制系统进入了更高的阶段。 在20世纪90年代初,随着对控制和管理要求的不断提高,第四代集散控制系统以管控一体化的形式出现。它在硬件上采用了开放的工作站,使用RISC替代CISC,采用了客户机/服务器(Client/Server)的结构。在网络结构上增加了工厂信息网(Intranet),并可与国际信息网(Internet)联网。在软件上则采用UNIX系统和X-Windows的图形用户界面,系统的软件更丰富。同时,在制造业,计算机集成制造系统(CIMS)得到了应用,使人们看到了应用信息管理系统的经济效益。随着现场总线技术的出现,在世界上引起了广泛重视,各大仪表制造厂商纷纷在自己的DCS系统中融入现场总线技术,推出现场总线控制系统及相应的现场总线仪表装置。第四代集散控制系统的典型产品有Honeywell公司的TPS控制系统,横河公司CENTER-CS控制系统,Foxboro公司I/AS50/51系列控制系统,ABB公司Advant系列OCS开放控制系统等。这一代集散控制系统主要是为解决DCS系统的集中管理而研制,它们在信息的管理、通讯等方面提供了综合的解决方案。 我国的工业控制计算机技术起步于20世纪50年代末期,经历了巡回检测装置、小型工业控制机、可编程控制器等几个阶段以后,70年代中期研制了小型工业控制计算机网络系统。70年代末,有少数几家化工企业从国外引进了集散控制系统。20世纪80年代中期,集散控制系统进入冶金、电力等行业。1985年,济钢第一套控制系统-MODICON584系列PLC在济钢炼铁厂4#高炉上料系统应用获得成功。1991年,济钢炼钢3#板坯连铸机二冷配水改造工程和中板厂加热炉改造工程中,选用了美国德州仪器(TI)公司生产的TI-545系列PLC系统。 90年代初期,我国将集散控制系统与工业控制局部网络列入国家攻关计划,并取得了一些可喜的成果。我国石化行业/八五0期间新建和技改的石化生产装置大多数采用DCS系统,现已有300多套。同时,开展了计算机集成制造系统试点,近几年部分石化企业已开始实施CIMS。 CIMS在石油行业虽已开始应用,但尚属探索阶段。由于建立大型的控制与管理相接合的管理信息系统所需投资较大,一般企业无法承受,而且我国当前的生产过程与国际先进水平还有一定的差距,这对过程控制系统的发展产生了一定的影响。 我国自动化仪表行业通过引进技术和与外商合作,还合资组装生产了DCS,逐步实现了国产化。如上海的福克斯波罗、西安横河、北京贝利、四川仪表总厂等都有相应的DCS产品。我国独立自主开发的DJK-7500(重庆自动化研究所)、HS-2000(北京和利时自动化公司)、FB-2000(浙江威盛自动化公司)、友力-2000(航空航天部)、DCS-100(清华大学)和L-2000(上海调节器厂)集散控制系统,适合我国国情,有自己的特色,已投入生产和使用。