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生产过程计算机控制系统 2008-7-29 15:18:20    浏览: 次   我要评论
[导读] 随着技术的发展,工业控制与工厂管理相结合,无论是模拟控制还是数字控制,控制系统的组态形式可分为三种类型……
    一、过程控制系统的组态
 
    随着技术的发展,工业控制与工厂管理相结合,无论是模拟控制还是数字控制,控制系统的组态形式可分为三种类型,如图1所示。
 
图1  三类不同的组态形式
 
    (一)组态Ⅰ
 
    是把控制回路的指示器、显示记录仪器都安装在中央控制室,所有系统的决定性功能都集中在中央控制室,它属于星形组态,是最常规的组态形式。但系统的电缆多,成本高,加大了噪声信号的误差。组态Ⅰ的另一种形式是控制系统的数字总线拉到生产现场,通过少数几条电缆对现场终端进行多路通道遥控,终端是星形的,与变送器、执行机构相联,可降低安装成本。
 
    (二)组态Ⅱ
 
    是星形或辐射状组态,提供了分散控制的可能,每个过程回路的闭环控制从中央控制室搬出来,放到现场的变送器和执行机构附近,用数据高速通路或数字传输线与控制台、显示仪表连结起来。数据通路较短,可以是冗余的,提高了系统的可靠性。
    (三)组态Ⅲ
 
    组态Ⅲ基础是二个方向的数据传输都用数据高速通路,如果高速通路被破坏,安装在现场的控制器照样运行。这样系统具有更高的可靠性。
 
    采用计算机作为控制、管理手段可以实现一般模拟仪表的控制功能,还可以完成模拟仪表难于实现的某些控制要求。
 
    一般微型计算机系统见图2。现场计算机、数据库、本地显示器和过程接口之间用总线进行数据传输,即基本控制器—较低速的通信线路—操作站,与其他计算机通信采用数据通路,如果连接管理机,需要有二级以上的通信网络。如,基本控制器—较低速的通信线路—操作站—高速通信线路—管理机—光纤通讯—主机系统,参见图3。
 
图2  一般微型计算机系统的结构图
 
图3  计算机综合控制系统
 
    二、计算机集中控制系统
 
    计算机集中控制系统是指一台或几台计算机完成全厂生产过程控制和管理功能的系统。由于工艺过程不同和采用不同的机型,构成许多不同结构的集中控制系统,这里以PROSCON—20/200系统为例来说明这类系统的结构特征。
 
    典型的PROSCON—20/200(简称PR20/200)如图4所示,其主要特点和功能如下:
 
图4  PROSCON—20/200计算机控制系统
 
    (一)在系统结构方面,通常组成两级计算机控制系统。第一级是DDC级(直接数字控制级),即PR20,采用LSI—11微型机和转换测量参数、报警、稳定化控制,并向上级机传送信息。第二级是最佳化控制级,即PR200,采用PDP—11/34A型中档计算机。它的功能是进行大量数据收集和处理,长期报表(包括班、日、月报表),生产过程特性研究和最佳化控制。一个PR200可管理三个PR20子系统,图4中只画出了一个子系统。
 
    (二)外围设备,即过程输入输出通道,是测量控制接口,型号为MESCON。一个PR20控制一个MESCON框架。每个框架包括24块插板,其中一块作为采样控制器CRU;一块作为模数转换AVU,剩下22块可作为模拟量、数字量(或开关量)和脉冲量使用。可根据具体测量点内容和数量任意组合其插板方案:
 
    模拟量输入               FCU=8点/单元
    模拟量输出               AOU=4点/单元
    接点中断输入             INU=16点/单元
    接点读数输入             SNU=16点/单元
    接点输出                 OTU=16点/单元
    脉冲输入/输出             ITU=8点输入/8点输出
 
    (三)系统根据需要配置各种外部设备。系统采用VT55型电视显示器,它带有硬考贝装置,可把屏幕上的参数和图形在纸上印刷成永久的记录。并增加VT30型彩色电视显示器,用于监视生产。如,它有十幅画面,可把全选厂的生产情况显示出来,包括生产流程的概貌、每个工段的生产参数、生产过程趋势、报警值闪烁显示和历史参数显示等。这两种显示终端为生产控制和过程研究提供了方便。配置了远距离打字机终端,安放在公司一级,由调制解调器通过电话线传送各种生产报表和情报数据,加强对企业的管理功能。图4中所有外部设备都配有相应的接口印刷电路板,如DZ11—C和DLV11,插入主机框架的底板槽内,连接到总线上。
 
    (四)基本应用程序包括:测量功能、控制功能、计算功能、报警、报表、显示、数据处理、控制监督和过程研究等程序,如图5所示。由通讯程序联接两级计算机的应用功能,方框表示应用程序模块框,弧形框为文件模块框。应用程序是以独立程序模块和文件模块为基础的。文件之间有独立处理数据的子程序模块。模块化的程序结构,便于用户修改和扩充程序。
 
图5  基本应用程序
 
    (五)该系统配用RSX—11实时操作系统,具有实时多道程序,1~250级优先权调度,内存动态分配,文件系统,用户终端接口及掉电自动恢复等功能。在PR200中采用RSX—11M。它有更高的效率,本身有生产和发展程序的功能,配有宏汇编语言及FORTRANIV语言。在PR20中配有RSX—11S,是RSX—11M的子集,只能执行实时任务。用户的基本应用程序是在操作系统控制和调度下运行。PR20系统配有32K字节的内存,其处理能力为200个模拟量测量点,相当于400个数字量输入点。可组成100个控制回路,80个控制输出,相当于160个数字量输出点。根据Casino厂的规模和控制要求,来选择PR20子系统数目。应用示例见浮选过程控制部分。
 
    三、计算机集散控制系统
 
    微机集散系统又称分散型综合控制系统,它是把控制器安装到变送器和执行机构的现场附近,进行就地控制,必要的信息通过高速数据通路同上一级计算机或中央控制室通讯。在安装位置上微处理机是分散安装的。在集中控制系统中,一台大型计算机同时控制几十个甚至几百个控制回路,实行分时控制,一旦基本控制器出现故障,就会造成整个工厂停工的危险。在集散系统中,每个控制器只控制一个或几个回路,使功能更加分散,即使控制器发生故障,只影响几个回路,不像“集中型”那么严重,实质上是把“危险”分散,提高了系统的可靠性。另一方面,集散系统通过通讯网络与上位机联系,在中央控制室以CRT为主要部件的操作台,可以在更高的位置上透视着整个生产过程各个方面的情况,对整个工厂的运营进行监督、控制、操作,以及随时检索分散在各“点”上的历史数据。并且还可以把企业的信息管理和分析、办公室自动化等方面的功能也纳入集散系统中来。参见图6、图7、图8所示。
 
图6  FUJI  NEW  MICREX系统
 
图7  DIGITRONIK/UNIBOX仪表系统
 
图8  TDC3000系统配置图
 
    这里仅以TDC—3000系统为例说明集散系统的一般结构和功能、见图8所示。
 
    (一)由数据通路链结起来的所有分散的过程控制和数据采集装置(过程接口箱),相当于TDC—2000的装置群,与分散在全厂各个角落的检测元件和执行器相联。这些过程接口箱都采用了微处理器,能对进出信号进行处理、检测和控制。过程接口箱的能力见表1。在数据通道中运用的信息,通过相应的门通路进入局部控制网络。
 
表1  过程接口箱能力
名  称
模拟输入
模拟输出
数字输入
数字输出
计数输入
基本控制器CB
扩展控制器EC
多功能控制器MC
高电平HLPIU
低电平LLPIU
低能量LEPIU
16
16
32
256
256
256
8
8
72
256
 
16
256
512
 
 
 
16
128
512
 
 
 
 
64
128
 
 
数据通道口
TDC4500计算机
 30槽(每槽能力可变)
 通道驻留及上述箱的接口
 
    (二)门通路  能对过往的数据进行翻译、变换,使之能为其他不同体制的设备所接受。门通路有下列几种:数据通路的门通路,用来链接局部控制网络(局网)和数据通路以及其他与过程有关的设备;通用门通路,用来链接局网和计量器、分析器、可编程控制器等子系统;计算机门通路是计算机与局网之间的标准接口;处理器门通路以4500型计算机与局网链接;网络门通路实现局网之间的链接;扩展门通路用以延伸到远方配置的多功能操作站链接。
 
    (三)直接挂局网的组件  有历史组件、应用组件和计算组件。历史组件,每个这样组件带1~2个温盘,可存贮32兆字节的数据,包括连续过程的历史数据,批量过程的历史数据,过程事件的历史数据,流程显示画面,可加载的软件映像,组件、门通路和通路箱的组态数据,通用文件(控制语言等原文件)等。
 
    应用组件  在各种分散的控制箱不能解决的一些计算和控制问题的情况下采用。
 
    计算组件  具有高级编程能力,如某些应用程序采用基本应用软件和控制语言不能解决问题时可用这个组件来实现。
 
    (四)多功能操作站  用以监视、管理全厂运行情况的单一窗口,还能进行控制操作和历史数据的检索。在操作站CRT上调用瞬时信息的画面只需1秒钟。除用盘键存取数据外,还可通过触感屏幕来快速直接存取所需的信息和画面。
 
    集散系统的品种众多,各制造厂根据各自技术特点生产出不同的品种。在设计采用集散系统时应结合生产实际环境、技术经济效果,择优选用。集散系统产品见附表2。
 
表2  集散系统的典型产品表
系统名称
制造厂家
国别
备注
ECS-1200
福尼工程公司(FORNEYENGINEERING)
美国
 用于电力控制较多
DCI-4000
费希尔·波特公司(FISHER&PORTER)
美国
 用于石油化工
MICON MDC200
鲍威尔公司(POWELL)
美国
 用于电力、冶金特别是冶金工业窑炉控制,与首钢有合作关系
NETWORK-90
贝利控制公司(BAILEY)
美国
 用于电力、冶金
MAX-1
利兹·诺思拉普公司(LEEDS&NORTHRUP)
美国
 用于电力
PROVOX
费希尔公司(FISHER)
美国
 用于石油化工、电力、冶金
MV8000
贝克曼公司(BECKMAN)
美国
 
D/3
雷克斯诺德公司(Rexnord)
美国
 用于石油化工,该公司已于德州仪器公司合并
SPECTRUM
福克斯波罗公司(FOXBORO)
美国
 用于石油化工,与上海有合作关系
TDC3000
霍尼韦尔公司(Honey Well)
美国
 用于石油化工较多,与四川仪表总厂有合作关系
MOD300
泰勒公司(TAYLOR)
美国
 用于石油化工、电力
MICRO
穆尔公司(MOORE)
美国
 用于石油化工
WDPF
西屋公司(WESTINGHOUSE)
美国
 用于冶金电力较多,我国攀钢、鞍钢已引进设备
SYSTEM3000
鲍勃科克和威尔科克斯公司(BOBCOCK and WILCOX)
美国
 
S3
罗斯芒特公司(ROSEMOUNT)
美国
 用于石油化工、电力、冶金
Unitrol Σ
EX系列
HIAC-3000
日立公司(HITACHI)
日本
 用于电力较多,冶金也有应用
TOSDIC-MS
TOSDIC-AS
东芝公司(TOSHIBA)
日本
 应用较为广泛
CENTUM
YEWPARK-Ⅱ
YESNSE
横河公司(YOKOGAWA)
日本
 用于冶金、化工较多,与西安仪表厂有合作关系
MACTUS 620
MACTUS 700
三菱电机公司(MITSUBISHI ELECTRIC)
日本
 
MICREX-P
富士电机公司(FUJI ELECTRIC)
日本
 用于建材、冶金、电力等工业
CATOX
日本触媒化学工业公司(JAPAN SHOKUBAI)
日本
 
MDDC
三菱事务机械公司(MITSUBISHI ZIMV KIKAI)
日本
 
F-1 System
千野公司(CHINO)
日本
 
SC-1000
岩井公司(IWAI)
日本
 
IMAC-8
岛津公司(SHIMUTSU)
日本
 
MEIMOS
明治公司(MEZI GIZYUTSU SERVICE CENTER)
日本
 
TDC-3000S
山武霍尼韦尔公司(Save-Honey well)
日本
 与美国霍尼韦尔合作
TELEPERM M
西门子公司(SIEMENS)
西德
 
CONTRONIC P
哈德曼·布朗(H and B)
西德
 
LOGLSTAT
CP80-A500
霭益吉公司(AEC)
西德
 
PCS-8000
菲利浦公司(Philips)
西德
 
PLS-80
埃卡尔德公司(ECKARDT)
西德
 用于污水处理,除尘等环保情况
MICON
维地欧公司(VDO)
西德
 与美国Powell合作,用于冶金工业较多
P-4000
肯特公司(KENT)
英国
 
S 6000
恩立克公司(TCS)
英国
 
MICROZ
控制贝利公司(Control Bailey)
法国
 用于电力、建材
GEM80/230
通用电气公司(GEC)
英国
 
Asea Master System
亚细亚公司(ANSALDO)
瑞典
 
AMSALDO INTEGRATED AUTOMATION SYSTEM
安莎公司(AVSALDO)
意大利
 
工厂控制和自动化系统(典型系统13/42)
勃朗·勃威力公司(BBC)
瑞士
 接近于可编程控制器
 
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可以
QQ阮阮 发表于 2011-6-3 7:50:33
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