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什么是DCS？ 集散控制系统（Distributed Control System）：以微处理器为基础，对生产过程进行集中监视、操作、管理和控制，简称DCS系统。 DCS系统的主要特点归结为一句话就是：“分散控制，集中管理”。 DCS与PLC的区别：
PLC可以说只是DCS系统的一个控制器。 现场控制如何实现？ DCS输入信号： 热电阻；热电偶； 0～10mA、4～20mA电流；0～5V、1~5V电压； 开关量（数字量）输入；即现场干触点或电平信号； 其他信号； DCS输出信号： 开关量（数字量）输出；即对外提供触点，DCS通过触点的通断控制现场设备。 4～20mA输出。 过程控制基本原理： DCS控制简单实例： 加热炉温度控制系统： 温度变送器 控制器 气动调节阀 负反馈： Gc(s)：控制器；Gv(s)：调节阀；Gm(s)：测量变送 Gp(s)：控制通道；Gd(s)：干扰通道。 几个专业术语： 被控变量；操作变量；被控对象； PV：Process Value/Present Value，实时测量值； SV：SetPoint (SP)/SetPoint Value，目标值/设定值 MV：Manipulated Value，操作输出值。 目标： 目标通过调节燃料流量（操纵变量），使进料温度（被控变量）保持在其设定值； 安全性：确保生产过程中人身及设备安全，保护或减少生产过程对环境的影响； 稳定性：确保产品质量及产品的长期稳定，抑制外部的干扰； 经济性：实现效益最大化及成本最小化。 过程控制系统的分类： 反馈控制系统--反馈控制系统是根据系统被控量与给定位的偏差进行工作的，最后达到消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。又称闭环控制系统。是过程控制系统中最基本的一种；（最常用） 前馈控制系统--直接根据扰动量的大小进行工作的，扰动是控制的依据。不构成闭合回路，故也称为开环控制系统。由于前馈控制是一种开环控制，无法检查控制的效果，所以在实际生产过程中是不能单独应用的；（一般不单独使用） 前馈-反馈控制系统(复合控制系统)主要优点：能针对主要扰动迅速及时克服对被控量的影响。反馈控制的主要优点：克服其他扰动，使系统在稳态时能准确地使被控量控制在给定值上。构成的前馈—反馈控制系统可以提高控制质量。（特殊情况使用） 前馈与反馈： 几个概念： 正作用/反作用：当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。 气开阀/气关阀：根据故障安全来确定，故障开为气关阀(4-20mA对应0%-100%)，故障关为气开阀（4-20mA对应100%-0%）。 结论：该控制器的作用方向不能为正作用，而应为反作用（-）。 如何构成负反馈？
回路判别法的要点： （1）反馈回路中负增益环节（包括比较器）数为奇数； （2）对控制器而言，“正作用”是指Tm↑→u↑。 PID概念及整定： 几个含义： u(t)：控制器输出； e(t)：控制器输入与设定值偏差； Kc：比例增益；P：比例度，1/Kc； Ti：积分时间；Td：微分时间。 （一）PID控制原理 水箱液位的自动控制：
流程图和控制结构框图：
从人工控制到自动控制： 若液位计提供了信息： (1)当前液位比期望设定值低50cm； (2)液位还在继续走低； “人”如何调节阀门？ 需要关小出口阀，但还需考虑： (1)关多少？ (2)持续多少时间？ (3)关闭速度为多少？ (4)… 操作人员：通过长期实践，积累阀门调节的经验。 自动控制专家：将这些经验转化为数学语言，让计算机（DCS主控卡）代替人脑调节阀门。 —通过编程，使计算机具有了一定的智能。 PID的角色： PID（比例、积分、微分） 定量地解决了： (1)关多少？ (2)持续多少时间？ (3)关闭速度为多少？ (4)… PID控制器： P：Propotional,比例控制器； I：Intergral,积分控制器； D：Derivative,微分控制器； 是负反馈控制系统的一种算法，将设定值和测量值的偏差做为输入，通过PID算法，计算出输出值。
比例控制器：
比例增益对控制性能的影响：
比例积分控制器：
积分作用（I）：
比例积分微分控制器：
微分时间Td对系统性能的影响 微分作用的增强（即Td增大），从理论上讲使系统的超前作用增强，稳定性得到加强；微分作用主要适合于一阶滞后较大的对象，如温度、成份等。 微分作用（D）： 原理：根据将来趋势调节 提高稳定性，使比例和积分强度可以增加，提高控制性能。 虽然理论上很完美，但受搞频噪声影响严重，实际中除了惯性大的对象（温度）以外，用得较少。
PID对控制性能影响： 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)，调节作用增强，但稳定性下降； 积分时间Ti：积分作用增强（即Ti下降），使系统消除余差的能力加强，但控制系统的稳定性下降； 微分时间Td：微分作用增强（即Td增大），可使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。
被控对象特性分类： 流量：一般响应速度较快，宜用PI 压力：响应速度既有快的，也有慢的，PI 液位：一般精度要求不高，可用P 温度：典型的慢对象，控制精度要求高，建议采用PID PID整定方法：经验法，临界比例度法，响应曲线法。 PID整定方法1-经验法： 针对被控变量类型的不同，选择不同的PID参数初始值，投运后再作调整。尽管简单，但即使对于同一类型的被控变量，如温度系统，其控制通道的动态特性差别可能很大，因而经验法属最为“粗糙”的整定法。 温度T：P=20～60%,T=180～600s,D=3～180s。 压力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-临界比例度法： 1、先切除PID控制器中的积分与微分作用（即将积分时间设为无穷大，微分时间取为0），并令比例度P为一个较大值，并投入闭环运行； 2、将设定值作小幅度的阶跃变化，观察测量值的响应变化情况； 3、逐步减小P的取值，对于每个P值重复步骤2中的过程，直至产生等幅振荡； 4、设等幅振荡的振荡周期为Pu、产生等幅振荡的控制器增益为Kcmax。
根据等幅振荡曲线得到的振荡周期Pu，和产生等幅振荡的控制器增益Kcmax，对所选择的控制规律查表得到控制器参数。
PID整定方法3-响应曲线法： 临界比例度法的局限性：生产过程有时不允许出现等幅振荡，或者无法产生正常操作范围内的等幅振荡。 响应曲线法PID参数整定步骤： (1)将回路切换至手动状态（开环），保持MV在一个固定值保持不变，等待PV值稳定。（前提是工况允许） (2)改变MV值，然后保持不变，即产生一个阶跃信号，等待PV值稳定。--在控制理论中，此时PV的变化曲线就是一个阶跃响应。 (3)朝MV相反方向做同样的阶跃测试。 更多内容，请查看暖通南社相关课件。 |
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