,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014-3-12,#,DCS，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的根底上开展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。,什么是,DCS,自动化控制系统？,*,不同：,首先，DCS的骨架系统网络，它是DCS的根底和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩大性，起着决定性的作用，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。,其次，这是一种完全对现场I/O输入和输出通道处理并实现直接数字控制DOS功能的网络节点。可以防止由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。,*,DCS,存在的前提：,系统网络是DCS的工程师站，它是对DCS进展离线的配置、组态工作和在线的系统监视、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进展组态，配置工作的工具软件即组态软件，并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最正确的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。,*,电脑控制,电脑在线监控,*,DCS的开展历程,DCS自1975年问世以来，已经经历了二十多年的开展历程。在这二十多年中，DCS虽然在系统的体系构造上没有发生重大改变，但是经过不断的开展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。总的来说，DCS正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向开展。作为生产过程自动化领域的计算机控制系统，传统的DCS仅仅是一个狭义的概念。而现在不仅包括过去DCS中所包含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构，向上开展到了生产管理，企业经营的方方面面。,*,*,*,集散控制系统及应用,一、集散控制系统的根本概念,二、集散控制系统的根本构造,三、DCS的根本组成局部,四、DCS的特点,五、DCS功能设计,*,集散控制系统的根本概念,集散控制系统是以微处理为根底的集中分散控制系统，它的主要特征是集中管理和分散控制。根本思路：霍尼韦尔公司,1、把集中的计算机控制系统分解为分散的控制系统，有专门的过程分散控制装置，在过程控制级各自完成过程中的局部控制和操作。,2、从模拟电动仪表的操作习惯出发，开发人机间良好的操作界面，用于操作人员的监视操作。,3、为了使操作站与过程控制装置之间建立数据的联系，建立数据的通信系统，使数据能在操作人员和生产过程间相互传递。,*,集散控制系统的根本构造,1,、分散过程控制装置,2,、操作管理装置,3,、通信系统,根本思想是,分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。,*,DCS的根本组成局部,1、面向被控制现场的现场I/O控制站。,2、面向操作人员的操作员站。,3、面向DCS监视管理的工程师站。,DCS操作员站主要功能是为系统的运行操作提供人机界面，使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数、是否有异常情况发生。,*,DCS,操作员站,*,DCS,的特点,1、分级阶梯构造,2、分散控制,3、自治和协调性,系统具备开放的体系构造，可以提供多层开放数据接口。,*,DCS,功能设计,1、现场的数据采集功能,2、监视报警功能,3、日志管理效劳器功能,4、事故追忆功能,5、时间顺序记录功能SOE,6、二次高级计算功能,7、DCS的人机界面,*,DCS,功能设计,CRT是一种使用阴极射线管(Cathode Ray Tube的显示器,*,DCS,功能设计,网络构造可靠性、开放性及先进性。在系统操作层，采用冗余的100Mbps以太网；在控制层，采用冗余的100Mbps工业以太网，保证系统的可靠性；在现场信号处理层，12Mbps的PROFIBUS总线连接中央控制单元和各现场信号处理模块。,标准的Client/Server构造。有的DCS的操作层采用Client/Server构造,开放并且可靠的操作系统。系统的操作层采用WINDOWS NT操作系统；控制站采用成熟的嵌入式实时多任务操作系统QNS以确保控制系统的实时性、平安性和可靠性。,标准的控制组态软件。系统采用IEC611313标准的控制组态工具，可以实现任何监测、控制要求。,可扩展性和可裁剪性，保证经济性。,*,模糊,PID,一 模糊控制概论,二 经典,PID,控制,三 模糊,PID,控制,四 应用,-,基于,DCS,系统的热水锅炉模糊,PID,控制系统,*,一、模糊控制概论,什么叫模糊控制？,所谓模糊控制，就是对难以用已有规律描述的复杂系统，采用自然语言如大、中、小加以表达，借助定性的、不准确的及模糊的条件语句来表达，模糊控制是一种基于语言的一种智能控制,*,为什么采用模糊控制？,传统的自动控制控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型(即传递函数模型或状态空间模型)的根底上，但是在实际中，很多系统的影响因素很多，很难找出准确的数学模型。这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义重大。因为模糊控制不用建立数学模型不需要预先知道过程准确的数学模型。,*,工作原理,把由各种传感器测出的准确量转换成为适于模糊运算的模糊量,然后将这些量在模糊控制器中加以运算,最后再将运算结果中的模糊量转换为准确量,以便对各执行器进展具体的操作控制。,在模糊控制中,存在着一个模糊量和准确量之间相互转化的问题,*,模糊控制原理图,*,s:系统的设定值。,x1,x2:模糊控制的输入(准确量)。,X1,X2:模糊量化处理后的模糊量。,U:经过模糊控制规那么和近似推理后得出的模糊控制量。,u:经模糊判决后得到的控制量(准确量)。,y:对象的输出。,*,工作步骤：,输入量模糊化,建立模糊规那么,进展模糊推理,输出量反模糊,*,模糊控制的特点,适用于不易获得准确数学模型的被控对象,是一种语言变量控制器,附属于智能控制的范畴。该系统尤其适于非线性，时变，滞后系统的控制,抗干扰能力强，响应速度快，并对系统参数的变化有较强的鲁棒性,*,模糊控制规那么及控制算法,模糊控制规那么是人们用于描述其控制经历的语句，这种语句采用形式逻辑所采用的传统格式，但是在这些条件语句中，前件和后件都是模糊词。所以，这些条件语句就成了模糊条件语句。从而也较恰当地反映了人们的控制经历。用于 叙 述 人们经历的根本语句构造有三种形式;它们分别反映了三种根本的推理。,*,.,*,模糊控制规那么的生成,模糊控制规那么是对系统控制经历总结，这些经历用模糊条件语句来表述。模糊控制规那么的生成有四种方法，如下:,(1)模拟专家经历或过程控制知识生成控制规那么。,(2)根据过程的模糊模型生成控制规那么。,(3)根据对手工控制操作的观察和测量生成控制规那么。,(4)根据学习算法生成控制规那么。,*,因为这种方法较为简单，应用较广，行之有效专家经历是以语言描述一个控制过程的。例如对于一个空调制冷控制系统，专家经历可表示为以下模糊规那么:,如果 温 度 过高，那么马达置于快速档上;,如 果温 度 较高，那么马达置于较快速档上:,如果 温 度 恰当，那么马达置于中速档上;,如 果 温 度 凉，那么马达置于低速档上。,这种 语 言 的控制经历很容易用“if-then这种条件语句夹表示。,*,结论：,实行模糊控制要进展三个方面的工作:,准确量的模糊化,把语言变量的语言值化为某适当论域上的模糊子集;,模糊控制算法和设计,通过一组模糊条件语句构成模糊控制规那么,并计算模糊控制规那么决定的模糊关系;,输出信息的模糊判决,并完成由模糊量到准确量的转化,*,四 应用,基于,DCS,系统的热水锅炉模糊,PID,控制系统,*,基于,DCS,系统的热水锅炉模糊,PID,控制系统,在某热力公司46MW热水锅炉的燃烧控制改造工作中,在原有DCS 系统中采用了复合模糊PID 控制器进展锅炉出水温度的控制,解决了外界气温变化与锅炉燃烧实时调节的矛盾,并在工程中实际应用,取得了较好的控制效果。,*,原有集中供热自控系统存在的问题,此集中供热中心始建于1997 年,有5 台设计总容量为275T/H 的热水锅炉,其中3 台65T/H,2 台40T/H,新增1 台90T/H。控制系统以出水温度信号为被调量,通过单台热水锅炉的燃烧控制系统的炉排给煤控制、送风控制和负压控制系统,以及补水定压控制系统,到达出水温度的控制。使用至今,已不能满足供热的要求,特别是温度控制系统温控精度低,消耗煤炭量大。,根据锅炉运行的控制要求,在原有DCS 系统SUPMAX-500 集散控制系统中实现锅炉燃烧的智能控制,在炉排转速控制中结合模糊控制与PID 控制的优点,采用模糊PID 算法实现锅炉出水温度的控制。,*,设计思路,根据锅炉运行的控制要求,在原有DCS 系统SUPMAX-500集散控制系统中进展改造,将原来的PID 控制改进为模糊PID 复合控制,采用模糊PID 切换控制策略,在误差大于最大误差量程的7%时,采用模糊控制算法,误差小于7%时,采用PID 控制算法。这样既抑制了传统PID 控制响应慢的缺点,又抑制了模糊控制不准确的缺点,使系统稳定可靠,提高了系统的整体性能。,*,锅炉出水温度控制的方法和要求,热用户生活舒适的需求就是对室内温度恒定的需求,由供水温度TG 决定,室外温度为-104时,在一定供热面积情况下对热网供水温度进展调节。随着室外温度的降低,逐渐提高供水温度至130。经过公司多年热力运行的数据得出供水温度TG 与室外温度Tw 之间有如下关系:,TG=90-4TW(1),为了在不同的室外温度TW 下,供水温度TG 满足上式,通过调节炉排转速、鼓引风配比等因素控制锅炉燃烧来实现。,*,模糊控制算法及其实现,1)确定模糊控制构造。在每个燃烧周期,根据出水口温度测量值和由式1 计算出的设定温度TG 比照,求出温度偏差e 以及每个周期的温度偏差的变化ec 作为模糊控制的2 个输入量,炉排转速的百分比(MV)作为输出量,形成双输入单输出模糊控制构造。,2)确定各变量的模糊集。误差E 的模糊量取7 个:即PB、PM、PS、Z0、NS、NM、NB,分别表示正大、正中、正小、零、负小、负中、负大。量化到整数论域为:E=-3,-2,-1,0,1,2,3。,*,.,*,在设定温度上下分别取,6,个偏离值将温度模糊分割为,7,个区域,形成出水口温度的模糊集,(T-LL,T-LM,T-LH,T-NM,T-HL,T-HM,T-HH),然后再依据燃烧周期把每个周期温度变化在,0,值左右分别取,6,个偏离值,以便将温度变化率模糊分割为温度变化模糊集,(BT-LL,BT-LM,BT-LH,BT-NM,BT-HL,BT-HM,BT-HH),。,*,.,*,5)模糊变量赋值。根据隶属度函数确定出水口温度、温度变化与炉排转速变化的隶属度赋值表。,6)建立控制规那么表。根据模糊控制规那么以及最大隶属度方法,将控制量由模糊量变为准确量。即炉排转速变化的百分值,锅炉控制规那么见表1。,*,*,.,*,炉排转速的调节与限幅,炉排转速控制给煤量,是保证锅炉经济、平安运行的重要控制对象。根据现场操作经历,电机转速不大于1400rpm,即70%,当电机转速到达上限后,执行器不再执行转速上升的指令。因此,必须对炉排转速设置合理的上限以防燃烧不充分,造成能源的浪费和环境污染。,为保证燃烧的经济性和平安性,鼓风转速与炉排转速之间应互相协调,保证适宜的风煤比。这个比例与实际现场的煤质、炉况、变频器转速相关。引风转速与鼓风转速应互相适应,以维持炉膛负压在一定范围内,实际测量显示,温度控制偏差小于2%,到达控制要求。,*,投运效果,*,*,结论,锅炉控制系统原有,DCS,系统中采用了模糊,PID,算法控制锅炉的燃烧,改善了锅炉燃烧