集散控制系统的控制算法应用.doc

PAGE\*MERGEFORMAT6

合肥学院
HEFEIUNIVERSITY

集散控制与现场总线课程设计

设计名称：集散控制系统的控制算法应用
班级：08自动化（2）班
姓名：李宏灶
学号：0805070110
指导教师：丁健

摘要:
现代科学技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为是发展较快的两个分支，工业自动化根据生产过程的特点可分为过程控制和制造工业自动化及自动化测量系统。过程控制自动化是以流程工业为对象，流程工业自动化控制一般采用集散控制系统(DCS)。
本文主要介绍了集散控制系统概念、组成（现场控制级、过程控制级、过程管理级、经营管理级）、特点（系统构成灵活、操作管理便捷、控制功能丰富、信息资源共享、安装调试方便）、硬件结构、控制算法以及其在常减压装置中的应用。
关键词：
构成与特点硬件结构控制算法应用流程介绍
一、集散控制系统构成与特点
1.1集散控制系统概念
集散控制系统（Distributedcontrolsystem）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。
1.2集散控制系统的组成
集散控制系统一般有以下四部分组成：
1）现场控制级
又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。
2）过程控制级
又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。
3）过程管理级
DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况、
这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的数字跟状态。
4）经营管理级
又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。
1.3集散控制系统的特点
DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点：
1）系统构成灵活
2）操作管理便捷
3）控制功能丰富
4）信息资源共享
5）安装、调试方便
1.4集散控制系统的硬件结构
DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。
现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站；也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站；还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。
二、集散控制系统的控制算法
1）比例控制器（P调节）
控制器的输出信号u与偏差e成正比：U=KPeKP称为比例增益。从减少偏差的角度，应该增加KP，但是KP还影响系统的稳定性，过大的KP往往会使得系统产生激烈的振荡和不稳定。因此在设计中应该合理优化KP，在满足精度要求下，选取合适的KP值。
2）积分控制器（I调节）
在积分控制器中，调节规律是偏差e经过积分控制器的积分作用得到控制器的输出信号u：传递函数为：
积分控制器的显著特点是误差调节，就是说当系统达到平衡后，阶跃信号稳态设定值和被调量无差，偏差e=0.即：积分的作用实际上是将偏差e累计起来得到u，如果偏差e不为0，积分作用将使积分控制器的输出u不断增加或减小，系统将无法平衡，故而只有e为0，积分控制器的输出r才不发生变化。
3）微分控制器（D调节）
在微分控制器中，调节规律是偏差e经过微分控制器的积分作用得到控制器的输出信号u：传递函数为：
积分控制器的显著特点是当出现了偏差才进行调节，而微分控制器则针对被调量的变化率来进行调