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分布式控制与现场总线技术（ DCS FCS ） 主要研究内容 （现场总线+分布式）控制系统组成： 主要研究内容 系 统 组 成 对象（或过程）： 冶金、石油化工、制药、食品加工、机械加工等等； 自动化装置： 制造/工厂自动化：IPC、PLC等； 过程控制：IPC、DCS等； 控制理论（算法） 主要研究内容 “3C”技术的综合： §0－1：自动化仪表发展概况 自动控制理论与过程控制算法的发展 自动化装置的五个发展阶段 “基地式”仪表； 单元组合式仪表； 计算机集中控制系统； 集散控制系统（DCS）； 现场总线控制系统（FCS). 工业自动化的任务 工业自动化发展概况 第一阶段（~50年代） 控制理论：以传递函数作为模型描述方法，以根轨迹、频率法作为基本的分析和综合方法； 控制方法：基本PID控制与串级、前馈控制等； 控制仪表：基地式仪表→单元组合仪表。 单元组合仪表构成的调节系统 自动化仪表的基本概念 敏感元件（又称“一次仪表”）： “独立”于被测系统之外，直接与工艺介质相接触，并以参数方式对被测物理量作出“敏感”响应的物理实体。这里，“独立”是指被测物理量不应因敏感元件的设置而受到影响。 传感器： 是将敏感元件参数响应变量转换成便于应用和传送的信号装置。因此，其是由敏感元件和相应线路所组成的物理系统。 变送器：是输出信号符合标准化要求的传感器。 电动单元组合式仪表发展概况 DDZ-?型仪表： 60年代，放大元件为电子管、磁放大器 DDZ-?型仪表： 70年代 ，采用晶体管放大元件 DDZ-? 型仪表： 80年代，采用集成电路 S型仪表： 90年代，采用微处理器的数字调节器 工业自动化发展概况 第二阶段（ 60 ~ 70年代中期） 控制理论：以状态空间分析方法为基础，其核心包括：以最小二乘法为基础的系统辨识方法，以极大值原理和动态规划为主的最优控制理论，和以卡尔曼滤波器为代表的估计技术； 控制方法：最优控制方法在航空航天领域取得了成功，但尚未能很好地应用于过程工业； 控制设备：单元组合仪表→计算机集中控制方式（如DDC，SPC等） 计算机集中控制系统 工业自动化发展概况 第三阶段（ 70年代末 ~ 90年代） 控制设备：商品化的分布式计算机控制系统（ DCS）与可编程控制器（Programmable Logic Controllers, PLC）的出现与工业应用； 控制方法：以模型预测控制为代表的适合于工业过程的先进控制（Adavanced Process Control, APC）方法形成，商品化APC 软件产品出现； 控制对象：受约束的 MIMO（多输入多输出）系统，控制目标考虑操作条件的最优化。 集散控制系统（DCS） 工业自动化发展概况 第四阶段（ 90年代 ~ ） 控制对象：操作单元→生产全过程→供应链（Supply Chain），广义的“控制”概念。 控制设备：商品化现场总线控制系统（Fieldbus Computer Systems, FCS）逐步替代DCS系统；网络技术的高度发展。 控制方法：结合最优化技术、计算机网络与数据信息处理技术的现代集成制造系统（CIMS）的形成与应用。 现场总线控制系统（FCS） 生产制造管理信息系统——MMS 工业自动化的任务 被控过程（或对象）举例 工业自动化的任务 厂级生产计划与调度： 通过合理安排各装置的生产任务（处理量、生产方案等），实现全厂生产效益的最大化； 装置操作的最优化： 在完成厂级生产任务、保证装置安全的前提下，以装置效益的最优化为目标，制定各单元重要参数的操作指标（即设定值）； 基本单元的平稳控制： 跟踪重要参数的操作指标，实现基本单元的平稳操作、安全操作与质量控制。 过程控制的目标 从生产过程的角度看，过程控制实现的目标： 安全性：确保生产过程中人身与设备的安全，主要措施包括：对重要参数设置定值控制、采取参数超限报警与事故报警、设置自动联锁保护系统等； 经济性：即实现经济效益的最大化或操作成本的最小化，常用方法：采用约束控制与操作最优化技术； 稳定性：即要求系统具有抑制外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。常用方法：结合工业对象特性与控制理论对系统进行稳定性与鲁棒性分析。 以上主要讲述了三个方面 自动控制理论与过程控制算法的发展 自动化装置的五个发展阶段 “基地式”仪表； 单元组合式仪表； 计算机集中控制系统； 集散控制系统（DCS）； 现场总线控制系统（FCS). 工业自动化的任务 §0－2：信号传输标准 电压制信号传输标准：（参考教材：0.2节） 信号传输标准 电流制信号