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什么是自动控制系统的静态动态和干扰

归档日期:07-08       文本归类:动态控制      文章编辑:爱尚语录

  端子板直接与生产过程相连,读取传感器来的信号。I/O板有几种不同的类型,每一种I/O板都有相应的端子板。 l 模拟量输入,4-20毫安的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板;4-16个通道不等; l 模拟量输出,通常都是4-20毫安的标准信号,一般它的通道比较少,4-8个个通道; l 开关量输入;16-32个通道: l 开关量输出,开关量输入和输出还分不同电压等级的板,如直流24伏、125伏;交流220伏或115伏等;8-16个通道不等; l 脉冲量输入,用于采集速率的信号;4-8通道不等; l 快速中断输入; l HART协议输入板; l 现场总线I/O板; 每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整,信号在进入I/O板以前信号要进行整修,如上下限的检查、温度补偿、滤波,这些工作可以在端子板完成,也可以分开完成,完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板。 I/O总线年代的DCS由于控制器的运算能力不强,为了增加I/O点数,把控制器的任务分开,实际上是有三种类型的控制器。即:完成闭环运算的控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器。它们分别有自己的I/O总线,各种DCS的I/O总线各不相同。如果要求快速,最好采用并行总线。一般采用串行总线总线较多,模拟量数据采集器和逻辑运算器的I/O点数可以多一些。 闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器可以和人机界面直接连在通讯网络上,在网络上的每一个不同的控制器作为网络上的一个独立结点。每一个结点完成不同的功能。它们都应有网络接口。有的DCS为了节省网络接口,把所有的过程控制用的设备即闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器预先连在控制总线上,称为过程控制站。这可以增加过程控制站能接收的I/O点数,又能节省接口。然后再通过接口连到网络上,与人机界面相连。随着计算机计术的发展,控制器的运算能力不断增强,如PC机做的一个控制器能力很强,既可接收模拟量运算,也接收开关量逻辑运算。一个控制器成为网络上的一个结点。通过网络与人机界面相连。 控制器是DCS的核心部件,它相当于一台PC机。有的DCS的控制器本身就是PC机。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片,还有两个接口,一个向下接收I/O总线来的信号,另一个

  接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM用来存贮完成各种运算功能的控制算法(有的DCS称为功能块库)。在库中存功能块,如控制算法PID、带死区PID,积分分离PID,算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函数运算一次滤波、正弦、余弦、X-Y函数发生器、超前-滞后;比较先进的算法有史密斯预估,C语言接口、矩阵加、矩阵乘;逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。通常用站功能块不仅把模拟量和开关量结合起来,还与人连系起来。功能块越多,用户编写应用程序(即组态)越方便。组态按照工艺要求,把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因为E2PROM可以擦写,组态要随工艺改变而改变,所以把组态存在E2PROM中。不同用户有不同组态。组态时,用户从功能块库中选择要的功能块,填上参数,把功能块连接起来。形成控制方案存到E2PROM中。这时控制器在组态方式,投入运行后就成为运行方式。 控制器中安装有操作系统,功能块组态软件和通讯软件。 为了系统安全运行,闭环控制器一定是冗余运行的,一用一备,并且是热备。为了使冗余成功,应注意以下几点:两个控制器的硬件、软件版本必需一致;检查发送-接收的芯片是否完好;冗余的芯片是否完好。两个模件的设定是否一样、还要检查有没有带手操站等。 八、PLC的起源 PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世,人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接,构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末,它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强,逐渐适合复杂的控制任务 。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现,以及流程加工行业(如汽车制造业)对生产流程迅速、频繁变更的需求,PLC技术出现并快速发展。 目前,PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃,使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制,发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。但是,仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。 PLC之所以有生命力,在于它更加适合工业现场和市场的要求:高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备,不需添加太多的中间部件或需要更多的接口,这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件,而

  DIV/DIV上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时,可以不必进行计算机方面的专门培训,就能对可编程控制器进行操作及编程。 九、PLC的功能 1、数据采集与输出。 2、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。 3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。 4、输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能,通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节,具有温度、运动等测量接口。 5、通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术,有RS232或RS485接口,可进行远程I/O控制,多台 PLC可彼此间联网、通信,外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间,实现程序和数据交换,如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时,可由一台计算机与多台PLC构成集中管理、分散控制的分布式控制网络,以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统,现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用,以便作决策和调整,实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7、编程、调试等,并且大部分支持在线编程。 十、PLC的主要特点 1、可靠性高。PLC的MTBF一般在40000~50000h以上,有的在10~20万h,且均有完善的自诊断功能。 2、结构形式多样,模块化组合灵活。有固定式适于小型系统或机床,组合式适于集控制系统。最少的PLC只有6点,而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。 3、功能强大。 4、编程方便。控制具有极大灵活性。 5、适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。

  6、安装、维修简单 7、与DCS相比,价格低。 8、当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。 PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络,以实现信息的交换,并可构成集中管理、分散控制的分布式控制系统,满足工厂自动化(FA)系统发展的需要,各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制,然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。 目前各厂商都主推各自的总线标准,如西门子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其构成的集中管理、分散控制分布式控制方式是十分类似的。如ROCKWELL(A-B)推出了全方位自动化的理念,推荐三层网络结构,即1)设备层(DeviceNet为代表);2)控制层(ControlNet为代表);3)管理层(EtheNet)。 十一、PLC的发展 1、与DCS的差别 集散系统DCS从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统,所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势,初期主要用在连续过程控制,侧重回路调节功能,满足快速大量数据处理要求。硬件结构方面,总线标准化程度高,兼容性强,软件资源丰富,特别是有实时操作系统的支持,故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。 PLC是由继电器逻辑系统发展而来,主要用在离散制造、工序控制,初期主要是代替继电器控制系统,侧重于开关量顺序控制方面。PLC在自身发展同时,也在吸收DCS系统的优点。PLC在过程控制的发展将是与现场总线技术结合,发展向下拓展功能,开放总线年世界PLC的销售额为25亿美元,此后每年以20%左右的速度递增。进入90年代以来,世界PLC的年平均销售额在55亿美元以上,其中我国约占1%。当前,PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品,用PLC设

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