计算机过程控制系统
过程控制系统PCS(Process Control System)的介绍及应用
过程控制系统PCS(ProcessContro1System)的介绍及应用过程控制系统(ProcessContro1System,PCS)是在自动化技术的支持下对生产过程进行实时监测、控制和优化的一种系统。
PCS通过传感器、执行器、计算机和网络等技术手段，对现场各种参数进行实时监测、分析和控制，以确保产品质量、提高生产效率和降低成本。
以下是PCS的介绍及应用。
1.过程控制系统的基础功能核心模块：输入模块、控制模块和输出模块这三个模块是过程控制系统的基础。
其中输入模块主要负责采集现场的数据，如温度、压力、流量等；控制模块则对这些数据进行处理、分析，并制定相应的控制策略；输出模块则将控制信号传送给执行器，如阀门、电机等，来实现对生产过程的控制。
2.过程控制系统的应用2.1化工行业化工行业中存在许多高危作业环节，PCS可以帮助企业降低生产事故风险。
例如，作为一个严格遵循生产规范要求的工业领域，PCS能够在化学反应过程中确保反应的安全性，从而防止不必要的人员伤害和财产损失。
3.2石油行业在石油工业中，过程控制系统也发挥着至关重要的作用。
由于石油生产环境复杂，PCS可以通过对石油采集、加工、储存等环节的实时监测，精准掌握各个环节的生产数据，提高生产效率和节约成本。
4.3电力行业电力行业是一个需要高度自动化技术支持的领域，PCS通常被用来监测、控制和优化发电机组的运行状态。
例如，在燃气发电机组中，使用PCS能够实现自动控制温度、压力和电压等参数，以提高发电效率和减少排放。
5.4制药行业制药行业需要严格遵守安全、卫生、环保等法规标准，PCS在制药过程中的应用非常重要。
例如，通过对药品生产过程进行实时监测和控制，PCS能够确保药品的生产量和质量达到最佳效果，同时满足药品的安全标准。
6.5食品行业食品行业也是PCS的一个重要应用领域。
在生产食品过程中，PCS可以对温度、湿度、氧气等多项参数进行实时监测和控制，提高食品的生产效率和质量，并且确保生产过程符合卫生安全标准。
过程控制系统(DCS系统原理)精选
过程控制系统（DCS系统原理）精选过程控制系统，又称分布式控制系统（DCS），在现代工业生产中发挥着举足轻重的作用。
DCS系统原理以其高度集中、分散控制的特点，为生产过程提供了稳定、高效的保障。
下面，让我们一起来深入了解DCS系统的核心原理。
一、DCS系统概述DCS系统是一种以计算机技术、通信技术和控制技术为基础，实现对生产过程进行实时监控、操作和管理的控制系统。
它将整个生产过程划分为若干个子系统，通过分散控制、集中管理的方式，确保生产过程稳定、高效运行。
二、DCS系统原理1. 分散控制DCS系统采用分散控制原理，将复杂的工业生产过程分解为若干个相对简单的子过程。
每个子过程由相应的控制器进行实时监控和控制，降低了系统故障的风险，提高了生产过程的可靠性。
2. 集中管理虽然DCS系统采用分散控制，但整个生产过程仍需进行集中管理。
DCS系统通过高速通信网络将各子系统的数据实时传输至中央控制室，操作人员可以在中央控制室对整个生产过程进行监控、调整和优化。
3. 模块化设计4. 开放式通信协议DCS系统采用开放式通信协议，便于与其他系统进行集成。
这使得DCS系统可以轻松地与企业管理系统、数据库等实现数据交换，为企业生产提供全面的信息支持。
5. 故障诊断与处理DCS系统具备强大的故障诊断和处理能力，能够实时监测系统运行状态，发现异常情况及时报警，并采取相应措施进行处理，确保生产过程不受影响。
三、DCS系统在现代工业生产中的应用1. 石化行业：DCS系统在石化行业中应用广泛，用于对炼油、化工等生产过程进行控制，提高产品质量和产量。
2. 电力行业：DCS系统在发电厂、电网调度等领域发挥着重要作用，保障电力系统安全、稳定运行。
3. 冶金行业：DCS系统应用于冶金行业的烧结、炼铁、炼钢等工序，提高生产效率，降低能耗。
4. 环保行业：DCS系统在污水处理、烟气脱硫等环保领域具有显著效果，助力企业实现绿色生产。
DCS系统原理在现代工业生产中具有广泛的应用前景，为企业提高生产效率、降低成本、保障安全生产提供了有力支持。
过程控制系统 (2)
过程控制系统简介过程控制系统（Process Control System）是一种用于监控和控制生产过程的系统。
它由多个硬件设备和软件组成，能够实时监测各种传感器和执行器的状态，并根据设定的规则和算法进行自动控制。
过程控制系统广泛应用于工业生产、能源管理、环境监测等领域，能够提高生产效率、降低能源消耗、提升产品质量和安全性。
架构过程控制系统通常由以下几个组件构成：1. 传感器传感器是过程控制系统的输入设备，用于实时监测和采集生产过程中的各种数据。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
这些传感器将检测到的数据传输给控制系统进行处理和分析。
2. 执行器执行器是过程控制系统的输出设备，用于根据系统的控制策略执行操作。
例如，根据温度传感器的数据，过程控制系统可以控制执行器来调节加热或冷却设备的操作，以维持所需的温度。
3. 控制器控制器是过程控制系统的核心组件，负责接收传感器数据、计算控制策略，并通过执行器来实现控制。
控制器可以是硬件控制器，如可编程逻辑控制器（PLC），也可以是软件控制器，如基于计算机的控制系统。
4. 监视界面监视界面是过程控制系统的用户界面，用于显示实时数据、报警信息和操作状态，方便操作人员进行监控和操作。
监视界面通常具有图形化界面，方便用户进行数据浏览、参数调整和报表生成等操作。
5. 数据存储与分析过程控制系统还需要具备数据存储和分析功能，以便后续的监测和分析。
数据存储可以使用数据库或云存储等方式，分析可以使用数据挖掘、统计学等方法，以提供对生产过程的优化建议。
工作原理过程控制系统的工作原理可分为以下几个步骤：1.传感器实时采集生产过程中的数据，如温度、压力、流量等。
2.数据被传输到控制器，控制器将采集到的数据与设定的控制规则进行比较，并计算出相应的控制量。
3.控制器通过执行器来实现控制操作，例如调节温度、打开或关闭阀门等。
4.控制器还会将数据传输到监视界面，以便操作人员实时监测生产过程，并及时处理异常情况。
第9章 计算机过程控制系统
9.1 计算机过程控制系统---结构发展
3）现场总线控制系统
主控计算机系统 接口 现场总线 …
连接现场智能设备与控制 室之间的全数字式、开放 的、双向的通信网络。 具有综合功能的 智能仪表
智能传感器
智能执行器
智能仪表
1）采用全分散化结构。 2）信号传输实现了全数字化。 3）技术和标准实现全开放，现场设备具有互操作性，不同厂家的现场设备可 互联可互换，并统一组态，从而能降低系统投资成本，并减少运行费用。 4）通信网络采用开放式互联网络，可极其方便地实现数据共享。
a2
a3
K cT D d1Tc
d1 1
TD K DTc
低通滤波器时间 常数 微分先行PID控制算法、带死区的PID控制算法、积分分离PID控制算法等。
9.2 集散控制系统
以微型计算机为基础、利用控制技术、通信技术、计算机 技术和CRT技术，将分散型控制装置、通信系统、集中操作 与信息管理系统综合在一起的新型过程控制系统。
（3）开放的系统结构
硬件和软件设计成模块式，具有较好的开放性、通用性，扩展方便；可以 根据规模需求，灵活组建不同配置的系统。
（4）系统可靠性高
采用冗余（增加额外设备）技术和容错技术，各单元都具有自诊断、自检 查和自修复功能，及故障自动报警功能。
9.1 计算机过程控制系统---结构发展
2）集散控制系统
工程师站 操作员站 … 操作员站
网 络 …
现场控制站
现场控制站
核心思想----“信息集中，控制分散”。 通过多台计算机分担控制功能和范围，使处理能力大大提高，将危 险性分散；系统扩充时，只要根据需要增加所需的节点，并修改相 应的组态，即可完成。
第九章 计算机过程控制系统
dcs总结
dcs总结dcs总结DCS与PLC的关系：1、区别:逻辑层次不同，DCS是系统的概念，PLC是装置的概念联系：由PLC也可搭建DCS系统集散控制系统的含义计算机过程控制系统的一种DCS-------DistributeControlSystem（分布式控制系统）集中管理分散控制系统简称：集散控制系统采用危险分散、控制分散、而操作和管理集中的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式，适应现代化的生产过程控制要求。
DCS的发展背景4C:DCS是计算机（Computer)、通信(Communication)CRT显示、控制（Control）技术（简称4C技术）发展的产物。
它解决了原有集中控制系统(CCS)危险集中和常规仪表控制功能单一的局限性过程控制系统：以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。
控制系统的分类:1、控制算法：逻辑控制、过程控制、混合控制2、控制方式：开环控制、闭环控制、监督控制3、控制对象：连续过程、离散过程、批次过程4、系统结构：集中结构（CCS）、分散结构（DCS）控制系统发展阶段：计算机在40年代出现，在50年代中后期开始被应用于过程控制SPC------DDC------CCS------DCS(-----FCS)常规模拟调节仪表仪表与计算机控制系统相结合（SPC）直接数字控制系统（DDC）集中式控制系统（CCS）集散控制系统（DCS）CCS优点：结构简单、清晰，集中式的数据库容易管理，并容易保证数据的一致性。
缺点：（1）软件系统庞大，多种同时进行任务，计算机运行效率低。
（2）软件可靠性下降。
70%故障由于设计不良或存在缺陷的软件造成。
（3）系统的可扩性差。
（4）危险高度集中。
DCS设计的基本原则危险分散、控制分散、操作和管理集中的基本设计思想.多层分级、合作自治的结构形式.（1）使用多台计算机共同完成所有过程量的输入、输出。
（2）用不同的计算机完成不同的功能，提高每台计算机的运行效率，而且单一化的处理在软件结构上简单，提高了软件的可靠性。
过程控制系统计算机控制系统
集散控制系统的特点
•4）丰富的功能软件包
• 集散控制系统具有丰富的功能软件 包。它能提供控制算法模块、控制程序 软件包、过程监视软件包、显示软件包、 报表打印和信息检索程序包等，并至少 提供一种过程控制语言，供用户开发高 级的应用软件，例如优化管理和控制软 件。
集散控制系统的特点
•（5） 采用高可靠性技术
集散控制系统的特点
•2） 采用微机智能技术 • 集散控制系统采用了以微处理器为 基础的“智能技术”，这是集散控制系 统有别于其他系统装置的最大特点。集 散控制系统中的现场控制单元，过程输 入输出接口，显示操作站和数据通信装 置等均采用微处理器，有记忆、逻辑判 断和数据运算功能，可以实现自适应、 自诊断和自检测等“智能”。
操作站上运行的应用软件
一套完善的DCS，其操作站上运 行的应用软件应完成如下功能：实时 数据库、网络管理、历史数据库管理、 图形管理、历史数据趋势管理、数据 库详细显示与修改、记录报表生成与 打印、人机接口控制、控制回路调节、 参数列表、串行通信和各种组态等。
DCS的组态（开发与生成）
DCS的开发过程主要是采用系统组态软件依 据控制系统的实际需要生成各类应用软件的过程。 一个强大的组态软件，能够提供一个友好的用户 界面，并已汉化，使用户只需用最简单的编程语 言或图表作业方法而不需要编写代码程序便可生 成自己需要的应用软件。 组态软件功能包括基本配置组态和应用软件 组态。基本配置组态是给系统一个配置信息，如 系统的各种站的个数、它们的索引标志、每个控 制站的最大点数、最短执行周期和内存容量等。 应用软件的组态则包括比较丰富的内容，下面对 应用软件的几个主要内容进行说明。
6）DCS与上位机的接口
本章小结
1. 计算机控制系统的基本组成；
过程控制系统
过程控制系统第一章&第二章1.过程控制系统：为了实现过程控制，以控制理论和生产要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表或计算机构成的总体，称为过程控制系统。
2.过程控制系统的组成：系统输出、受控过程的输入、外部扰动、受控过程、广义过程、控制器。
3.过程控制系统的分类：a)按过程控制系统的结构特点来分类i.反馈控制系统 ii.前馈控制系统 iii. 前馈-反馈控制系统b)按给定信号的特点来分类i. 定制控制系统 ii. 程序控制系统 iii. 随动控制系统4.过程建模数学模型a). 机理建模法 b). 实验建模法5.过程输入量与输出量之间的信号联系，称为“通道”；控制作用与受控参数之间的信号联系，称为“控制通道”；扰动作用与受控参数之间信号联系，称为“扰动通道”。
6.自衡特性：在扰动作用破坏平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性。
表示。
7.有自衡能力的单容过程的数学模型，都可用传递函数G(s)=&'()*8.题2-4、2-6（P29）什么是过程的自平衡能力？第三章1.一次仪表：测量体将被测参数成比例地转换为另一便于计量的物理量，所用的仪表叫做一次仪表。
2.二次仪表：显示被计量的物理量的仪表。
3.准确度等级：任何自动化仪表均有一定误差。
常用仪表精度等级：0.1、0.2、0.35、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等（工业常用0.5~4.0）。
4.热电偶测温计a)测温原理：热电效应b)补偿导线：用两根不同的金属丝，它在0----100摄氏度温度范围和所连接的热电偶具有相同的热电性能，其材料是廉价金属，用它将热电偶的冷端延伸出来。
c)冷端补偿：为了消除冷端温度变化对测量精度的影响。
i.计算矫正法 ii. 补偿电桥桥5.热电阻温度计a)工作原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变化的性质来测量温度的。
b)特点：性能稳定、测量精度高、测量范围宽、同时还不需要冷端温度补偿，一般可在—270~900ºC 范围内使用。
过程控制系统的组成和分类
过程控制系统的组成和分类过程控制系统（Process Control System）由一系列硬件和软件组成，它们协同工作以监测和控制制造过程中的各种变量。
控制系统通常包括传感器、执行器、控制器、通信设备和操作界面等组件。
过程控制系统主要分为以下几类：1.基于PLC的控制系统可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种数字化的工业控制器，以逻辑操作实现自动化控制，广泛应用于制造业中。
PLC控制系统通常由多个可编程控制器、I/O模块、通信模块等构成，具有模块化、可扩展、高可靠性等特点。
2.集散式控制系统（DCS）集散式控制系统（Distributed Control System，DCS）是一种大型工业控制系统，通常由多个分布式控制节点、多个I/O模块、通信网络等组件构成。
DCS控制系统能够方便地实现过程控制和数据采集，适用于需要实现复杂控制的生产工艺。
3.计算机集成制造系统（CIM）计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing，CIM）是一种将计算机技术与制造工艺相结合的控制系统。
CIM控制系统包含了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺计划（CAPP）等多个模块，实现了制造流程的自动化、信息化和集成化控制。
4.人机交互控制系统（HMI）人机交互控制系统（Human Machine Interface，HMI）主要由操作终端和控制器组成。
HMI控制系统通过触摸屏、鼠标、键盘等设备提供操作界面，方便操作人员对制造过程进行控制和监测。
HMI控制系统适用于制造过程的小批量生产和多品种生产。
总而言之，过程控制系统的组成和分类十分丰富，不同类型的控制系统适合不同的工业生产场景。
随着人工智能、物联网等技术的发展，过程控制系统的应用也将不断发展和创新。
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制系统的设计思想，为达到控制目的而设计的程序。
6
3 计算机过程控制系统的类型
1．巡回检测和数据处理系统 最初，计算机只用于生产数据的处理和巡回检测。 巡回检测和数据处理系统的结构图如图10-3所示，这 是一个开环控制系统，计算机不直接参与过程控制， 对生产过程不会直接产生影响。
11
12
ห้องสมุดไป่ตู้
6．现场总线集散控制型控制系统 随着计算机技术的发展，通用PC机及其系统软件、
工具软件的性能迅速提高，而价格直趋下跌，这促使 技术人员舍弃DCS的专用计算机体系结构及其独家自 成体系的系统软件，而采用通过PC机及商品化系统软 件，并将先进的现场总线技术融于系统之中，淘汰 DCS的输入输出结构，从而推出一种面貌全新的现场 总线集散控制型控制系统。
计算机过程控制系统
目录
1 计算机过程控制系统简介 2 计算机过程控制系统的组成 3 计算机过程控制系统的类型 4 先进过程控制方法 5 小结
1
现代过程工业向着大型化和连续化的方向发展，生 产过程也随之日趋复杂，对生态环境的影响也日益突 出，这些都对控制提出了越来越高的要求。不仅如此， 生产的安全性和可靠性，生产企业的经济效益都成为 衡量当今自动控制水平的重要指标。因此，仅用常规 仪表已不能满足现代化企业的控制要求。随着计算机 技术的迅速发展，计算机具有运算速度快、精度高、 存储量大、编程灵活以及有很强的通信能力等特点， 已在过程控制中得到十分广泛的应用。
等等。
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1. 自适应控制 自适应控制是一种利用辨识器将对象参数进行在
线估计，用控制器实现参数自动整定的一种控制技术， 它可用于结构已知而参数未知但恒定的随机系统，也 可用于结构已知而参数缓慢变化的随机系统。自适应 控制系统在对象结构参数、初始条件发生变化或目标 函数的极值点发生漂移的时候，能够自动地维持在最 优工作状态。
2
1 计算机过程控制系统简介
将计算机用于过程控制系统，就称之为计算机过 程控制系统。它由被控对象、测量变送器、计算机和 执行器组成，如图10-1所示。其中控制器的核心可以 是微处理器、单片机、PLC或微型计算机。
图10-l 计算机过程控制系统基本结构
3
2 计算机过程控制系统的组成
计算机控制系统已广泛应用到国防和工业领域， 由于被控对象、控制功能及控制设备不同，因而计 算机控制系统是千变万化的。计算机控制系统的最 基本特征是一个实时系统，它由硬件和软件两大部 分组成。 1．硬件组成
9
4．集散控制系统（DCS） 集散控制系统( DCS)，也称分布式控制系统，是
70年代中期发展起来的新型计算机控制系统。集散控 制系统是由多台计算机分别控制生产过程中多个控制 回路，同时又可集中获取数据和集中管理的自动控制 系统。它是计算机技术（Computer）、控制技术 （Control）、通信技术（Communication）和图形显 示（CRT）等技术的综合应用，通常也将集散控制称 为4C技术。它不仅具有传统的控制能力和集中化的信 息管理和操作显示功能，而且还有大规模数据采集、 处理的功能以及较强的数据通讯能力，为实现高等过
13
4 先进过程控制方法
随着计算机在过程控制系统的广泛应用，从20世 纪80年代开始针对工业过程本身的特点，控制界提出 了一系列行之有效的先进过程控制方法。先进过程控 制通常在计算机过程控制系统中用于处理复杂的多变 量过程控制问题，如大迟延、多变量耦合、被控变量 与控制变量存在着各种约束的时变系统等。先进控制 是建立在常规控制之上的动态协调约束控制，可使控 制系统适应实际工业生产过程动态特性和操作要求。 目前应用得比较成功的先进过程控制方法有自适应控 制、预测控制、模糊控制、神经网络控制和鲁棒控制
过程进行监督管理和控制的计算机控制系统。监督控 制是一个二级控制系统，监督控制系统可以通过对外 部信息的检测，根据当时的工艺条件和控制状态，按 照一定的数学模型和优化准则，在线计算最优设定值， 并及时送至下一级DDC计算机，实现自适应控制，使 控制过程始终处于最优状态。监督控制系统结构图如 图10-5所示。
程控制和生产管理提供了先进的工具和手段。
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5．现场总线控制系统（FCS） 随着数字通信技术的发展极大地推进着现场级信
息网络技术的发展，在国际上出现了现场总线技术。 近几年现场总线技术一直是国际自动化领域的热点。
现场总线的概念包含两方面内容。首先，现场总 线是一种通信标准，是全数字化、双向、多信息、多 主站通信规程的可应用之技术。把控制功能分散到现 场装置中，并能实现以数字形式宽范围的通信。其次， 现场总线的通信标准是开放的，控制系统中的现场仪 表装置，用户可自由选择不同厂商的符合标准的产品， 利用现场总线构成所需控制系统。开放性是现场总线 的主要标志之一。
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2．直接数字控制系统（DDC） 直接数字控制系统( DDC)，就是用一台计算机取代
模拟控制器直接控制调节阀等执行器，使被控变量保 持在给定值。其基本组成如图 10-4所示。直接数字控 制系统是利用计算机的分时处理功能直接对多个控制 回路实现多种形式控制的多回功能的数字控制系统。
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3．监督控制系统（SCC） 监督控制系统( SCC)，它是利用计算机对工业生产
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自从 20世纪 50年代末期由美国麻省理工学院提出 第一个自适应控制系统以来，先后出现过许多不同形 式的自适应控制系统。发展到现阶段，无论是从理论 研究还是从实际应用的角度来看，比较成熟的自适应 控制系统有下述两大类。模型参考自适应控制系统 （Model Reference Adaptive System，MRAS）和自 校正控制系统（Self-tuning Regulator，STR）。
计算机控制系统的硬件一般由被控对象（生产过 程）、过程通道、计算机、人机联系设备、控制操 作台等几部分组成，如图10-2所示。
4
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2．软件组成 计算机控制装置配置了必要的软件，才能针对生
产过程的运行状态，按照人的思维和知识进行自动控 制，完成预定控制功能。计算机控制装置的软件通常 分为两大类：系统软件和应用软件。