浙大工业过程控制1绪论
浙大中控DCS第一部分概述
第一部分概述SUPCON JX-300X DCS由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成。
¾工程师站是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维护工具。
通过系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统，具体功能包括：系统生成、数据库结构定义、操作组态、流程图画面组态、报表程序编制等。
而使用系统的维护工具软件实现过程控制网络调试、故障诊断、信号调校等。
¾操作站是由工业PC机、CRT、键盘、鼠标、打印机等组成的人机系统，是操作人员完成过程监控管理任务的环境。
高性能工控机、卓越的流程图机能、多窗口画面显示功能可以方便地实现生产过程信息的集中显示、集中操作和集中管理。
¾控制站是系统中直接与现场打交道的I/O处理单元，完成整个工业过程的实时监控功能。
控制站可冗余配置，灵活、合理。
在同一系统中，任何信号均可按冗余或不冗余连接，详见卡件描述。
对于系统中重要的公用部件，建议采用100%冗余，如主控制卡、数据转发卡和电源箱。
¾过程控制网络实现工程师站、操作站、控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，双重化冗余设计，使得信息传输安全、高速。
1.1 系统整体结构JX-300X DCS采用三层通信网络结构，如图1.1-1所示。
最上层为信息管理网，采用符合TCP/IP协议的以太网，连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。
中间层为过程控制网（名称为SCnet Ⅱ），采用了双高速冗余工业以太网SCnet Ⅱ作为其过程控制网络，连接操作站、工程师站与控制站等，传输各种实时信息。
底层网络为控制站内部网络（名称为SBUS），采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。
1-1图1.1-1 JX-300X系统结构图1.2 系统主要性能指标1.2.1 系统规模过程控制网络SCnet Ⅱ连接系统的工程师站、操作站和控制站，完成站与站之间的数据交换。
浙大中控国产DCS操作手册(通用)
SUPCON ECS-700 VisualField系统软件实时监控软件使用手册第一章：控制系统介绍 (3)1.S UPCON ECS-700系统介绍 (3)2.系统网络结构 (3)2.1.系统网络结构概述 (3)3.我公司ECS-700系统配置 (4)第二章：实时监控软件 (5)1.概述 (5)1.1.功能特点 (5)1.2.技术指标 (5)2.启动监控软件 (6)3.监控界面介绍 (8)3.1.监控表头 (8)3.2.监控画面 (10)3.3.报警栏 (27)3.3.1.报警显示 (28)3.3.2.过程报警表 (29)3.3.3.历史报警表 (30)第一章：控制系统介绍1.Supcon ECS-700系统介绍WebFieldTM ECS系统是致力于帮助用户实现生产过程自动化的大规模联合控制系统，继承和发展了中控多年来积累的过程控制经验和核心技术，融合了最新的大规模组网技术、现场总线技术和信息管理技术。
ECS系统的强大功能和高可靠性可以全面帮助企业提升生产效能。
2001年，第一套ECS系统正式在工业现场安装并投入使用。
截止到2008 底为止，中控已经在全世界销售出约1000套ECS系统，广泛地应用于各种石化、化工、电力、冶金、建材、食品等工业领域。
ECS系列控制系统经过多年的实际运行考验，被公认为最成熟的过程控制系统之一。
2.系统网络结构2.1.系统网络结构概述ECS-700系统由控制节点（控制站及配套设备）、操作节点（工程师站、操作员站、主工程师站、数据站、AMS站等）及系统网络（包括过程信息网SOnet、过程控制网SCnet、I/O 总线I/O BUS）等构成。
3.我公司ECS-700系统配置浙江中控提供的系统覆盖范围包括中央控制室、4个现场机柜室，由提供的光纤网络以星形连接方式连接中央控制室和与其关联的各个现场机柜室。
网络图如下：硬件配置如下：l控制器：FCU711-S01控制器作为DCS主控制器，性能强大，可以与多种IO 卡件兼容。
1 浙大过程控制与自动化仪表课件1
检测与过程控制技术姚维博士浙江大学电气自动化研究所课程主要内容过程参数检测与变送：温度、压力、流量、液位 过程控制仪表：执行器单回路控制系统设计常用高性能过程控制系统：串级、前馈实现特殊要求的过程控制系统参考书过程控制与自动化仪表，侯志林主编过程控制及仪表（修订版），邵裕森主编过程控制系统及仪表，邵裕森、巴筱云主编检测和控制仪表普通采用基地式仪表和部分单元组合式仪表，且多数为气动仪表；被控参数主要是温度、压力、流量、液位； 控制目的是保持工艺参数的稳定，消除或减少生产过程的扰动；控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论；过程控制系统的结构大多数是单输入单输出系统。
50年代（仪表化和局部自动化—过程控制第一阶段）60年代（综合自动化阶段—过程控制第二阶段） 仪表方面大量采用单元组合仪表，并出现了组装仪表以适应较复杂的模拟和逻辑控制的需要；计算机控制系统开始应用于过程控制领域，实现了DDC和SCC控制；为提高控制质量和实现特殊控制要求，出现了串级、前馈、比值、均匀、选择等复杂控制系统；理论方面除了经典控制理论外，出现了现代控制理论；系统由单变量系统转向多变量系统，以解决实际生产过程中的更为复杂的问题。
1962年，英国帝国工业公司（ICI）安装了Ferranti Argus计算机控制系统替代全部模拟控制仪表，功能保持不变，这是集中式计算机控制系统应用的开端。
集中式过程计算机控制系统的发展经历了直接数字控制DDC、集中型计算机控制系统和分层计算机控制系统。
9集中型计算机控制系统它把几十个甚至几百个控制回路以及上千个过程变量的显示、操作和控制集中在单一计算机实现，即在一台计算机上实现过程监视、数据采集、数据处理、数据存储、报警、过程控制等功能。
此外，还可实现生产调度和工厂管理部分功能。
与常规模拟仪表控制系统相比具有以下优点：控制功能齐全，可实现模拟仪表难以实现的部分功能和先进控制、联锁等复杂控制；由于单一计算机高度集中，便于信息分析和综合，易实现整个系统的最优控制；用CRT来代替大量的模拟仪表盘，简洁明了。
浙大工业过程控制--10.解耦控制
C1 y20 C1 C2
u20
C1 y20
2024/1/12
工业过程控制
变量配对举例（续）
5. 利用相对增益的性质计算相对增益矩阵：
12
1 1 u10
1
1 y20 C2
C1 y20 C1 C2
u20
C1 y20
y20 C2
C1 C1
C2 y20
C1
C2
C1 y20 C1 C2
工业过程控制
调和过程解耦控制仿真（续）
模型：
y1 y2
(s) (s)
(2s
1 2s 1 K 21e 5 s 1)(10 s
1)
1
(3s
3s 1
K
e5
22
2024/1/12
工业过程控制
改进的解耦控制方案
r1
uc1 Gc1(s)
u1
G11(s)
y1
D21(s)
G21(s)
r2
D12(s)
G12(s)
Gc2(s)
uc2
u2 G22(s)
y2
2024/1/12
工业过程控制
调和过程的解耦控制举例
FC
F1, C1
FC
F2, C2
2024/1/12
FC
AC
F1, C1
FC
F2, C2
调和罐 F, C
FC
2024/1/12
工业过程控制
调和过程多回路控制模型#2
2024/1/12
工业过程控制
多回路控制方案#2的闭环响应
2024/1/12
工业过程控制
耦合过程的控制系统设计
经合适输入输出变量配对后，若关联不大， 则可采用常规的多回路PID控制器；
浙大中控硬件DCS基础知识幻灯片
2. 浙大中控DCS硬件介绍
2.1硬件基础 配电/配电模块：（24VDC，安全栅、卡件供电、
四线制仪表、三线制24V 地 信号+）对于电流信号 而言，经常会有配电设置。简单说，就是卡件通过 配电跳线的设置对外输出24VDC电压，即为配电； 卡件通过配电跳线设置为不配电，即不对外输出 24VDC电压，那么就不配电。需要配电的现场变 送器通常为二线制变送器，而不需要配电的现场变 送器通常为四线制变送器。在ESC-100系统中，配 电时需要使用配电模块PM-3511，它将安插在相 应的端子板配电模块插槽，从而配合卡件和端子板 完成配电功能。
3
1. 浙大中控ESC-100 DCS简介
ESC-100控制系统是浙江中控技术股份有 限公司SUPCON WebField系列控制系统之 一，是公司为了适应网络技术发展，特别是 Internet、Web技术的发展而推出的机遇网 络技术的控制系统。
该系统融合了最新的现场总线技术、嵌入式 软件系统、先进控制技术与网络技术，实现 了多种总线兼容和异构系统综合集成。CS简介
系统规模 ESC-100系统过程控制网站点容量最高可达63
个冗余的控制站和72个操作节点，系统I/O 点容量可达38000点。可根据I/O规模的大 小来决定控制站数量，操作节点可根据用户 操作的不同决定配置的数量与规格
7
2. 浙大中控DCS硬件介绍
2.1硬件基础 冗余：通俗来讲，冗余就是热备用，可以理解既
8
2. 浙大中控DCS硬件介绍
2.1硬件基础
跳线：一些硬件上的功能设置，我们经常通过跳线选择来 实现。跳线按功能分，可以分为冗余跳线、配电跳线、断 电保护跳线和地址跳线等。
隔离：隔离主要针对I/O卡件而言，一般分为统一隔离、分 组隔离、点点隔离。统一隔离是指卡件内所有通道采用一 个隔离电源供电，并且与控制站的电源隔离；分组隔离一 般指将一块卡件的所有通道分成两组，每组采用一个隔离 电源供电；点点隔离是指卡件内部每一路通道均单独采用 一个隔离电源供电，并且都与控制站电源隔离，这种方式 使得卡内各通道之间相互影响减小，抗干扰性强。一般来 说，在分组隔离卡件的配置上，要考虑组内的信号点是否 互相有干扰。
浙大中控DCS培训系统调试
浙大中控DCS培训系统调试
前言
中控DCS培训系统是一种用于教学和实验的虚拟仿真系统，可用于工业自动化、过程控制等领域的培训和实践操作。
本文将介绍如何调试该系统。
调试步骤
1.下载安装软件：中控DCS培训系统安装包及相应的驱动程序。
2.配置环境变量：安装完成后，将驱动程序添加至系统的环境变量中，
以便在使用中可以直接调用驱动程序。
3.连接设备：将模拟设备和计算机连接。
可以使用串口连接或者网络连
接，具体方法可参考中控DCS培训系统的手册。
连接成功后，拔掉设备并重
新连接，确保连接正常。
4.测试设备：打开中控DCS培训系统软件，点击“测试”的按钮，测试
设备是否可以被正常识别并连接。
如果提示错误，可以根据错误信息判断故障原因并进行排查。
5.调试程序：先查看设备驱动程序的配置文件是否正确，然后启动调试
程序，检查程序运行状态和输出结果，确认程序是否正常运行。
6.调试功能：对于系统中的各项功能，需要运行并测试其有效性，可通
过调试功能实现。
例如如果需要测试报警功能，则需要调用报警程序，并检查相关输出结果。
7.记录日志：在调试过程中，需要记录每一次的调试结果和处理方法，
以便在后续的使用中可以参考之前的经验和方法。
中控DCS培训系统的调试过程需要按照以上步骤进行，需要仔细地检查每一个环节，确保设备和程序正常运行。
同时，根据调试结果和遇到的问题，需要不断地改进和优化调试流程和方法，提高调试效率和质量。
浙大中控培训教材
浙大中控培训教材一. 系统概要（一）总述（二）系统主要设备和软件（三）系统的主要特点（四）系统性能二. 系统硬件（一）控制站硬件（二）操作站硬件1.控制站特点2.控制站组成3.卡件类型（1）主控卡（2）数据转发卡（3）系统I/O卡件（4）电源系统（5）控制站机械结构（三）硬件安装要求1.安装条件2.运输、存储和安装3.接地规范4.配线5.系统供电规范6.外形尺寸7.系统软件安装8.系统调试9.系统维护三. 系统软件（一）软件特点（二）软件组成及安装（三）组态软件1.基本组态软件SCKey2.报表制作软件3.流程图制作软件4.SCLang编程语言软件5.图形组态软件SCControl（四）实时监控软件（五）维护软件四. 通信网络（一）信息管理网（Ethernet）（二）过程控制网络（Scnet II网）（三）SBUS总线一. 系统概要（一）总述JX-300是浙大中控于1997年推出的一套全数字化的新一代的集散控制系统。
该系统具有以往集散控制系统的一切功能和优良的性能，更吸纳了九十年代在微处理器、CRT 图形显示和网络通讯等领域的最新技术，成为近几年国外著名DCS系统在中国市场的最主要竞争对手。
该系统不断改进完善系统性能，最大限度地满足应用需要的原则，充分应用了最新信号处理技术，高速网络通信技术，可靠的软件平台和软件设计技术及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了JX-300的性能和功能，使其兼具了高速可靠的数据输入输出、运算、过程控制功能和PLC联锁逻辑控制功能，能适应更广泛更复杂的应用要求，成为一个全数字化的、结构灵活、功能更加完善的新型开放式集散控制系统。
JX-300X的基本组成包括工程师(ES)、操作站(OS)、控制站(CS)和通讯网络Scnet II。
通过JX-300X的通讯网络上挂接总线变换单元(BCU)可实现与JX-100、JX-200、JX-300的其他系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元(CIU)可实现JX-300X与PLC等数字设备的连接；通过多功能计算站(MFS)和相应的应用软件Advantrol-PIMS可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览，报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存储、历史趋势存储与查看、生产过程报表生成与输出等功能，从而实现整个企业生产过程的管理、控制全集成综合自动化。
浙大中控dcs控制原理与工程
简单控制系统
测量变送对控制质量的影响
脉动信号的测量与变送
流体输送过程中，由于输送机械自身运行的不连续性，以及流体冲击、机械振动、环境条件 变化等，都会使得管路特性发送变化，从而导致测量信号波动。 调整措施： 1）在测量管线设置气阻、气容，目的是对脉动信号进行滤波。 2）在测量管线内加一个内径0.5 ~ 2mm左右的垫片，进行输入侧信号限尼。 3）调整测量仪表本身的阻尼时间常数。 4）在变送器输出端外置阻尼环节。 5）电信号测量时，其脉动成分的消除可直接在检测端并一个50 ~ 200 F的接地大电容。 6）若非工艺过程引起的脉动变送信号输出时，应考虑变送器正、负压室引压时间常数， 当时，会造成变送器脉动输出。所以应谨慎调整充压管道压力，尽可能是两根引压管 T T 线有相等的时间常数。
消除时滞的一般办法
当 o > 1.57To 时，必须采用时滞 补偿。 一般情况应考虑设计复杂控制 系统，如前馈、串级等。或设置 Smith补偿器，以完全抵消广义被控 对象时滞。
简单控制系统
测量变送对控制质量的影响
时滞
时滞的引入：检测点位置，测量仪表 本身。 减小时滞的措施： 1）合理选择检测点位置； 2）选择时滞较小的测量变送仪表； 3）采用带时滞补偿模块的可编程 控制器；
K
l L
——相对开度。即控制阀在某一开度下的行程与全行程之比。
简单控制系统
控制阀的选择
常用理想流量特性 1、控制阀理想流量特性主要是指阀的前、后压差恒定时，流体通过 Q 阀门的流量与开度之间的关系。其中，R max Qmin 称为可调比， 一般 R 30 。 2、理想流量特性主要取决于阀芯的形状。 3、常用理想流量特性 1）线性特性——指控制阀相对流量与相对开度呈线性关系。 2）对数（等百分比）特性——指单位相对位移变化所引起的相对 流量变化与该点的相对流量成正比 关系。 3）快开特性——指单位相对唯一的变化所引起的相对流量变化与 该点相对流量值的倒数成正比关系。 4）抛物线特性——指单位相对位移变化所引起的相对流量变化与 该点相对流量值的平方根成正比关系。
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（Controlled Variable - CV, Process Variable - PV）
设定值/给定值
(Setpoint - SP, Setpoint Value - SV )
操纵变量/操作变量 (Manipulated Variable, MV) 扰动/扰动变量 (Disturbance Variable, DV)
控制系统的调试和投用：控制系统安装完毕后，
概念、特点及适用场合
2021/2/13
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2
课程考核与参考资料
考核：平时成绩 50%，包括出勤、平时练
习、综合练习等；期末考试（闭卷）50%
主要参考资料：
1、王树青等编著，工业过程控制工程. 北京： 化学工业出版社，2002.12
2、金以慧主编，过程控制. 北京：清华大学 出版社，1993.04
对控制器而言，测量/测量信号 (Measurement ) ，控 制/控制信号/控制变量（Control Variable ）
2021/2/13
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10
控制系统的目标
过程控制系统的目标：
在扰动存在的情况下，通过调节操纵变量使被 控变量保持在其设定值。
应用过程控制系统的主要原因：
（1）安全性：确保生产过程中人身与设备的安全，保 护或减少生产过程对环境的影响； （2）稳定性：确保产品质量与产量的长期稳定，以抑 制各种外部干扰； （3）经济性：实现效益最大化或成本最小化。
定性的要求，针对具体工业对象确定控制目标；
选择被控变量：选择与控制目标直接或间接相关的
可测量参数作为控制系统的被控变量；
选择操作变量：从所有可操作变量中选择合适的操
作变量，要求对被控变量的调节作用尽可能大而快；
确定控制方案：当被控变量与操作变量多于1个时，
既可以直接用MIMO（多输入多输出）控制方案；也 可以将系统分解成几个SISO（单输入单输出）子系统 再进行设计（当然这里存在最佳分解问题）。
设定值 ysp
+
_
偏差 e
控制器 Gc (s)
控制变量 u
扰动 D
执行器 Gv (s)
操纵变量 q
被控对象
干扰通道 GD (s)
+ 控制通道 +
Gp (s)
(s)
被控变量：温度、压力、流量、液位或料位、成分与 物性等六大参数；
2021/2/13
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9
过程控制系统的重要术语
2021/2/13
可编辑版
15
控制系统的设计与实施（续）
调节阀的选择：根据被控变量与操作变量的工艺条
件及对象特性，选择合适大小与流量特性的调节阀；
控制算法的选择：依据控制方案选择合适的控制算
法。通常对于SISO系统，PID控制算法能满足大部分 情况；而对于MIMO系统，可采用的控制算法很多， 但一般都需要对象模型，仅适用于计算机控制系统。
2021/2/13
可编辑版
7
热交换器温度控制系统方块图
扰动 RF (t), Ti (t)
设定值 Tsp
偏差 e(t)
+_
温度 控制器
控制信号
u(t)
蒸汽
控制阀
蒸汽量 RV (t)
测量值 Tm(t)
温度测量 变送器
热交换器
干扰 通道
+ 控制 + 通道
被控变量 T(t)
2021/2/13
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8
一般的单回路控制系统
出水
Qo(t)
控制阀
液体贮罐
干扰 通道
+ 控制 + 通道
被控变量 h(t)
测量值 hm(t)
液位传感 测量变送器
问题：指出每一条连接线所对应的变量信号的物理 意义与单位，以及每一个方块所表示的意义？
2021/2/13
可编辑版
6
热交换器的温度控制系统
Tsp
蒸汽
u(t)
TC
RV
Tm
T 凝液
RF , Ti 进料
2021/2/13
可编辑版
12
前馈与反馈控制系统举例
蒸汽 RV Tm T
2021/2/13
Tsp
u(t)
前馈
控制器
RF
Ti
凝液
进料 蒸汽
RV
Tm
T
Tsp
蒸汽
u(t)
TC
RV
Tm
T
Tsp
u(t) 前馈/反馈 控制器
RF
Ti
进料
凝液 可编辑版
凝液
RF , Ti 进料
13
控制系统的分类（续）
开关量控制（Switch Control）与连续量控制 （Continuous Control） 举例：空调器的控制
答疑：周一下午2:30-5:00; 地点：工控所老
楼403（助教：覃旭松）
2021/2/13
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3
本章要求
了解控制系统的设计目的 结合具体对象，掌握单回路控制系统的方
块图描述法，并掌握方块图中线与方框图 的物理意义 掌握过程控制中的常用术语（中英文） 了解控制系统的主要分类与设计过程 能够结合具体对象，了解控制系统的组成
《过程控制工程》绪论 “Process Control Engineering”
戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所
2021/2/13
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1
教学要求
了解控制系统的设计目的，掌握控制系 统方块图描述法
掌握过程对象的建模方法 掌握PID类常规控制策略，能够结合具体
的工业过程设计合理的控制方案 掌握控制系统的分析方法 了解先进控制算法，掌握其设计思想、
2021/2/13
可编辑版
4
控制系统的由来
Qi
传感测量器：液位计+人眼 控制器：大脑 执行机构：手+手动阀
h
LC
hsp
Qo
差压传感变送器 电动调节器 自动调节阀
2021/2/13
可编辑版
5
液位控制系统的组成与方块图
设定值 hsp
偏差 e(t)
+_
液位 控制器
扰动 Qi(t)
控制信号
操纵变量
u(t)
2021/2/13
可编辑版
11
控制系统的分类
定值控制（Regulatory Control, “调节控制”） 与伺服控制（Servo Control, “跟踪控制”） 对照举例：连续过程与间歇过程（Batch Processes）或飞行控制。
前馈控制（Feedforward Control）与反馈控制 （Feedback Control） 对照举例：热交换器的出口温度控制。
连续时间控制（Continuous-Time Control）与 离散时间控制（Discrete-Time Control, 也称 “采样控制”/“数字控制”） 举例：计算机控制系统
多变量控制与单变量多回路控制 线性控制与非线性控制等
2021/2/13
可编辑版
14
控制系统的设计与实施
确定控制目标：依据生产过程安全性、经济性与稳