什么是DCS？

集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）：以微處理器為基礎(chǔ)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和控制，簡(jiǎn)稱DCS系統(tǒng)。

DCS系統(tǒng)的主要特點(diǎn)歸結(jié)為一句話就是：“分散控制，集中管理”。

DCS與PLC的區(qū)別：

PLC可以說(shuō)只是DCS系統(tǒng)的一個(gè)控制器。

現(xiàn)場(chǎng)控制如何實(shí)現(xiàn)？

DCS輸入信號(hào)：

熱電阻；熱電偶；

0～10mA、4～20mA電流；0～5V、1~5V電壓；

開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）輸入；即現(xiàn)場(chǎng)干觸點(diǎn)或電平信號(hào)；

其他信號(hào)；

DCS輸出信號(hào)：

開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）輸出；即對(duì)外提供觸點(diǎn)，DCS通過(guò)觸點(diǎn)的通斷控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

4～20mA輸出。

過(guò)程控制基本原理：

DCS控制簡(jiǎn)單實(shí)例：

加熱爐溫度控制系統(tǒng)：

溫度變送器

控制器

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥

負(fù)反饋：

Gc(s)：控制器；Gv(s)：調(diào)節(jié)閥；Gm(s)：測(cè)量變送

Gp(s)：控制通道；Gd(s)：干擾通道。

幾個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)：

被控變量；操作變量；被控對(duì)象；

PV：Process Value/Present Value，實(shí)時(shí)測(cè)量值；

SV：SetPoint (SP)/SetPoint Value，目標(biāo)值/設(shè)定值

MV：Manipulated Value，操作輸出值。

目標(biāo)：

目標(biāo)通過(guò)調(diào)節(jié)燃料流量（操縱變量），使進(jìn)料溫度（被控變量）保持在其設(shè)定值；

安全性：確保生產(chǎn)過(guò)程中人身及設(shè)備安全，保護(hù)或減少生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響；

穩(wěn)定性：確保產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品的長(zhǎng)期穩(wěn)定，抑制外部的干擾；

經(jīng)濟(jì)性：實(shí)現(xiàn)效益最大化及成本最小化。

過(guò)程控制系統(tǒng)的分類：

反饋控制系統(tǒng)--反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)被控量與給定位的偏差進(jìn)行工作的，最后達(dá)到消除或減小偏差的目的，偏差值是控制的依據(jù)。又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)。是過(guò)程控制系統(tǒng)中最基本的一種；（最常用）

前饋控制系統(tǒng)--直接根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行工作的，擾動(dòng)是控制的依據(jù)。不構(gòu)成閉合回路，故也稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。由于前饋控制是一種開(kāi)環(huán)控制，無(wú)法檢查控制的效果，所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中是不能單獨(dú)應(yīng)用的；（一般不單獨(dú)使用）

前饋-反饋控制系統(tǒng)(復(fù)合控制系統(tǒng))主要優(yōu)點(diǎn)：能針對(duì)主要擾動(dòng)迅速及時(shí)克服對(duì)被控量的影響。反饋控制的主要優(yōu)點(diǎn)：克服其他擾動(dòng)，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)能準(zhǔn)確地使被控量控制在給定值上。構(gòu)成的前饋—反饋控制系統(tǒng)可以提高控制質(zhì)量。（特殊情況使用）

前饋與反饋：

幾個(gè)概念：

正作用/反作用：當(dāng)被控變量的測(cè)量值增大時(shí)，控制器的輸出也增大，則該控制器為“正作用”；否則，當(dāng)測(cè)量值增大時(shí)，控制器輸出反而減少，則該控制器為“反作用”。

氣開(kāi)閥/氣關(guān)閥：根據(jù)故障安全來(lái)確定，故障開(kāi)為氣關(guān)閥(4-20mA對(duì)應(yīng)0%-100%)，故障關(guān)為氣開(kāi)閥（4-20mA對(duì)應(yīng)100%-0%）。

結(jié)論：該控制器的作用方向不能為正作用，而應(yīng)為反作用（-）。

如何構(gòu)成負(fù)反饋？

回路判別法的要點(diǎn)：

（1）反饋回路中負(fù)增益環(huán)節(jié)（包括比較器）數(shù)為奇數(shù)；

（2）對(duì)控制器而言，“正作用”是指Tm↑→u↑。

PID概念及整定：

幾個(gè)含義：

u(t)：控制器輸出；

e(t)：控制器輸入與設(shè)定值偏差；

Kc：比例增益；P：比例度，1/Kc；

Ti：積分時(shí)間；Td：微分時(shí)間。

（一）PID控制原理

水箱液位的自動(dòng)控制：

流程圖和控制結(jié)構(gòu)框圖：

從人工控制到自動(dòng)控制：

若液位計(jì)提供了信息：

(1)當(dāng)前液位比期望設(shè)定值低50cm；

(2)液位還在繼續(xù)走低；

“人”如何調(diào)節(jié)閥門？

需要關(guān)小出口閥，但還需考慮：

(1)關(guān)多少？

(2)持續(xù)多少時(shí)間？

(3)關(guān)閉速度為多少？

(4)…

操作人員：通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，積累閥門調(diào)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)。

自動(dòng)控制專家：將這些經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)語(yǔ)言，讓計(jì)算機(jī)（DCS主控卡）代替人腦調(diào)節(jié)閥門。

—通過(guò)編程，使計(jì)算機(jī)具有了一定的智能。

PID的角色：

PID（比例、積分、微分）

定量地解決了：

(1)關(guān)多少？

(2)持續(xù)多少時(shí)間？

(3)關(guān)閉速度為多少？

(4)…

PID控制器：

P：Propotional,比例控制器；

I：Intergral,積分控制器；

D：Derivative,微分控制器；

是負(fù)反饋控制系統(tǒng)的一種算法，將設(shè)定值和測(cè)量值的偏差做為輸入，通過(guò)PID算法，計(jì)算出輸出值。

比例控制器：

比例增益對(duì)控制性能的影響：

比例積分控制器：

積分作用（I）：

比例積分微分控制器：

微分時(shí)間Td對(duì)系統(tǒng)性能的影響

微分作用的增強(qiáng)（即Td增大），從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)；微分作用主要適合于一階滯后較大的對(duì)象，如溫度、成份等。

微分作用（D）：

原理：根據(jù)將來(lái)趨勢(shì)調(diào)節(jié)

提高穩(wěn)定性，使比例和積分強(qiáng)度可以增加，提高控制性能。

雖然理論上很完美，但受搞頻噪聲影響嚴(yán)重，實(shí)際中除了慣性大的對(duì)象（溫度）以外，用得較少。

PID對(duì)控制性能影響：

控制器增益Kc或比例度PB：增益增大(即Kc增大或比例度PB下降)，調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降；

積分時(shí)間Ti：積分作用增強(qiáng)（即Ti下降），使系統(tǒng)消除余差的能力加強(qiáng)，但控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；

微分時(shí)間Td：微分作用增強(qiáng)（即Td增大），可使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，主要適合于特性滯后較大的廣義對(duì)象，如溫度對(duì)象等。

被控對(duì)象特性分類：

流量：一般響應(yīng)速度較快，宜用PI

壓力：響應(yīng)速度既有快的，也有慢的，PI

液位：一般精度要求不高，可用P

溫度：典型的慢對(duì)象，控制精度要求高，建議采用PID

PID整定方法：經(jīng)驗(yàn)法，臨界比例度法，響應(yīng)曲線法。

PID整定方法1-經(jīng)驗(yàn)法：

針對(duì)被控變量類型的不同，選擇不同的PID參數(shù)初始值，投運(yùn)后再作調(diào)整。盡管簡(jiǎn)單，但即使對(duì)于同一類型的被控變量，如溫度系統(tǒng)，其控制通道的動(dòng)態(tài)特性差別可能很大，因而經(jīng)驗(yàn)法屬最為“粗糙”的整定法。

溫度T：P=20～60%,T=180～600s,D=3～180s。

壓力P：P=30～70%,T=24～180s。

液位L：P=20～80%,T=60～300s。

流量F：P=40～100%,T=6～60s。

PID整定方法2-臨界比例度法：

1、先切除PID控制器中的積分與微分作用（即將積分時(shí)間設(shè)為無(wú)窮大，微分時(shí)間取為0），并令比例度P為一個(gè)較大值，并投入閉環(huán)運(yùn)行；

2、將設(shè)定值作小幅度的階躍變化，觀察測(cè)量值的響應(yīng)變化情況；

3、逐步減小P的取值，對(duì)于每個(gè)P值重復(fù)步驟2中的過(guò)程，直至產(chǎn)生等幅振蕩；

4、設(shè)等幅振蕩的振蕩周期為Pu、產(chǎn)生等幅振蕩的控制器增益為Kcmax。

根據(jù)等幅振蕩曲線得到的振蕩周期Pu，和產(chǎn)生等幅振蕩的控制器增益Kcmax，對(duì)所選擇的控制規(guī)律查表得到控制器參數(shù)。

PID整定方法3-響應(yīng)曲線法：

臨界比例度法的局限性：生產(chǎn)過(guò)程有時(shí)不允許出現(xiàn)等幅振蕩，或者無(wú)法產(chǎn)生正常操作范圍內(nèi)的等幅振蕩。

響應(yīng)曲線法PID參數(shù)整定步驟：

(1)將回路切換至手動(dòng)狀態(tài)（開(kāi)環(huán)），保持MV在一個(gè)固定值保持不變，等待PV值穩(wěn)定。（前提是工況允許）

(2)改變MV值，然后保持不變，即產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)，等待PV值穩(wěn)定。--在控制理論中，此時(shí)PV的變化曲線就是一個(gè)階躍響應(yīng)。

(3)朝MV相反方向做同樣的階躍測(cè)試。

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