控制技術(shù)基礎(chǔ)-智能建筑專業(yè)

1、內(nèi)容 概述 集散控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)自動(dòng)化（自動(dòng)化（Automation Automation 或或 Automatization Automatization ）1. 1. 自動(dòng)控制自動(dòng)控制 就是指在脫離人的直接干預(yù)，利用控制裝置（簡稱控制器）使被控對(duì)象（或生產(chǎn)過程等）的某些物理量（如溫度、壓力、PH值等）準(zhǔn)確地按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。2. 2. 自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 是指實(shí)現(xiàn)上述控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體。概述概述控制器-給定量偏差執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象輸出量測量裝置擾動(dòng)高水位低水位城市供水管網(wǎng)水泵啟/停壓差水泵狀態(tài)DIDODDC現(xiàn)場控制器水泵智能樓宇水

2、箱供水水泵直接給水系統(tǒng)最低區(qū)一區(qū)二區(qū)三區(qū)水泵智能樓宇水壓轉(zhuǎn)速水泵水壓轉(zhuǎn)速水泵水壓轉(zhuǎn)速123456城市供水管網(wǎng)AIAODDC 現(xiàn)場控制器135246最低區(qū)一區(qū)二區(qū)三區(qū)空壓機(jī)P2水泵智能樓宇高水位低水位壓力啟/?？諌簷C(jī)P1水泵高水位低水位壓力啟/停空壓機(jī)P3水泵高水位低水位壓力啟/停123456789101112城市供水管網(wǎng)AIDIDODDC現(xiàn)場控制器159236710114812氣壓水箱氣壓水箱氣壓水箱并聯(lián)氣壓給水系統(tǒng)排水監(jiān)控系統(tǒng)高水位低水位水泵啟/停壓差水泵狀態(tài)DIDODDC現(xiàn)場控制器水泵高高水位污水污水集水井水泵啟/停壓差水泵狀態(tài)備用水泵城市排污管動(dòng)力控制箱樓宇監(jiān)控樓宇數(shù)據(jù)庫SQL serv

3、er樓宇物業(yè)管理樓宇辦公系統(tǒng)樓宇保安服務(wù)器樓宇消防服務(wù)器樓宇控制服務(wù)器視頻服務(wù)器停車場管理系統(tǒng)停車場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理安防報(bào)警主機(jī)消防主機(jī)DDC控制視頻矩陣切換器圖像處理雙鑒探測器紅外探測器震動(dòng)探測器煙感/溫感探測器照明調(diào)節(jié)攝像機(jī)攝像機(jī)Web服務(wù)器Internet/Intranet圖1.5 智能樓宇的結(jié)構(gòu)自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論2. 現(xiàn)代控制理論3. 大系統(tǒng)理論4. 智能控制理論采樣控制理論非線性控制理論線性控制理論經(jīng)典控制理論.1自動(dòng)控制理論的發(fā)展自動(dòng)控制理論的發(fā)展1 1、經(jīng)典控制理論、經(jīng)典控制理論 研究的主要對(duì)象是單輸入、單輸出單變量系統(tǒng)。 如：調(diào)節(jié)電壓改變電機(jī)的速度；調(diào)整方向盤改變汽車的運(yùn)動(dòng)軌

4、跡等。 新風(fēng)風(fēng)閥風(fēng)機(jī)回風(fēng)排風(fēng)送風(fēng)風(fēng)機(jī)回風(fēng)房間房間空氣熱濕處理系統(tǒng)過濾器t01輸入r(t)t01輸入c(t)12理想的調(diào)節(jié)過程實(shí)際自動(dòng)控制理論的發(fā)展自動(dòng)控制理論的發(fā)展2 2、現(xiàn)代控制理論、現(xiàn)代控制理論 研究的主要對(duì)象是多輸入、多輸出多變量系統(tǒng)。如，汽車看成是一個(gè)具有兩個(gè)輸入（駕駛盤和加速踏板）和兩個(gè)輸出（方向和速度）的控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)科學(xué)地發(fā)展，極大地促進(jìn)了控制科學(xué)的發(fā)展新風(fēng)風(fēng)閥風(fēng)機(jī)回風(fēng)排風(fēng)送風(fēng)風(fēng)機(jī)回風(fēng)房間房間空氣熱濕處理系統(tǒng)過濾器自動(dòng)控制理論的發(fā)展自動(dòng)控制理論的發(fā)展 3、大系統(tǒng)控制理論、大系統(tǒng)控制理論 大系統(tǒng)控制理論是一種過程控制與信息處理相結(jié)合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)工程理論，研究的對(duì)象具有規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)

5、復(fù)雜、功能綜合、目標(biāo)多樣、因素眾多等特點(diǎn)。它是一個(gè)多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。 如：人體，我們就可以看作為一個(gè)大系統(tǒng)，其中有體溫的控制、情感的控制、人體血液中各種成分的控制等等。 大系統(tǒng)控制理論目前仍處于發(fā)展階段。新風(fēng)風(fēng)閥風(fēng)機(jī)回風(fēng)排風(fēng)送風(fēng)風(fēng)機(jī)回風(fēng)房間房間空氣熱濕處理系統(tǒng)過濾器回風(fēng)過濾網(wǎng) 熱水盤管冷水盤管加濕噴頭風(fēng)機(jī)溫度檢測風(fēng)壓壓差檢測新風(fēng)溫度檢測MMM熱水冷卻水新風(fēng)量閥門回風(fēng)量閥門啟停控制12345678910模擬量輸入（AI)模擬量輸出（AO)數(shù)字量輸入（DI) 數(shù)字量輸出（DO)11023679548DDC現(xiàn)場控制器ABCDE壓差BDCAE濕度檢測溫度檢測濕度檢測濕度檢測自動(dòng)控制

6、理論的發(fā)展自動(dòng)控制理論的發(fā)展 4、智能控制、智能控制 這是近年來新發(fā)展起來的一種控制技術(shù)，是人工智能在控制上的應(yīng)用。它的指導(dǎo)思想是依據(jù)人的思維方式和處理問題的技巧，解決那些目前需要人的智能才能解決的復(fù)雜的控制問題。 學(xué)派：結(jié)構(gòu)派結(jié)構(gòu)派和功能派功能派 它是一門新興的控制學(xué)科，有些問題尚存有爭議，然而由于它實(shí)用性強(qiáng)，能運(yùn)用人們的經(jīng)驗(yàn)與技巧解決許多以往控制中難以解決的棘手問題（如建模等），因此得到了人們極大的重視，。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 一、按信號(hào)的傳遞路徑來分類一、按信號(hào)的傳遞路徑來分類 1 1、開環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：系統(tǒng)的輸出端與輸入端不存在反饋回路系統(tǒng)的輸出

7、端與輸入端不存在反饋回路，輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用不發(fā)生影響的系統(tǒng)。 圖紙程序指令（步進(jìn)電機(jī)）微型計(jì)算機(jī)放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作機(jī)床切削刀具自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 2 2、閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）、閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)） 特點(diǎn)：特點(diǎn)：系統(tǒng)輸出信號(hào)與測量元件之間存在反饋回路系統(tǒng)輸出信號(hào)與測量元件之間存在反饋回路。 “閉環(huán)”這個(gè)術(shù)語的含義，就是將輸出信號(hào)通過測量元件反饋到系統(tǒng)的輸入端，通過比較、控制來減小系統(tǒng)誤差。 位移微型計(jì)算機(jī)放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作機(jī)床切削刀具反饋測量元件圖紙自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 二、按系統(tǒng)的控制作用來分類二、按系統(tǒng)的控制作用來分類 1 1、恒值控制

8、系統(tǒng)、恒值控制系統(tǒng)（或稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自（或稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自動(dòng)鎮(zhèn)定系統(tǒng)）動(dòng)鎮(zhèn)定系統(tǒng)） 特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)恒定的數(shù)值。特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)恒定的數(shù)值。工業(yè)生產(chǎn)中的恒溫、恒壓等自動(dòng)控制系統(tǒng)都屬于這一類型。 水泵直接給水系統(tǒng)最低區(qū)一區(qū)二區(qū)三區(qū)水泵智能樓宇水壓轉(zhuǎn)速水泵水壓轉(zhuǎn)速水泵水壓轉(zhuǎn)速123456城市供水管網(wǎng)AIAODDC 現(xiàn)場控制器135246自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類2 2、過程控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)（或稱程序控制系統(tǒng)）（或稱程序控制系統(tǒng)） 特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)已知的函數(shù)。特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)已知的函數(shù)。系統(tǒng)的控制過程 按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入，如化工中的壓

9、力、溫度、流量控制。 恒值控制系統(tǒng)可看成輸入等于常值的過程控制系統(tǒng)。位移微型計(jì)算機(jī)放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作機(jī)床切削刀具反饋測量元件圖紙燈光照明控制子系統(tǒng)空調(diào)及冷熱源控制子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)監(jiān)測中心通訊控制器DDC現(xiàn)場控制器區(qū)域控制計(jì)算機(jī)DDC現(xiàn)場控制器DDC現(xiàn)場控制器通訊控制器DDC現(xiàn)場控制器DDC現(xiàn)場控制器DDC現(xiàn)場控制器通訊控制器DDC現(xiàn)場控制器DDC現(xiàn)場控制器DDC現(xiàn)場控制器通訊控制器DDC現(xiàn)場控制器DDC現(xiàn)場控制器DDC現(xiàn)場控制器.綜合營運(yùn)管理現(xiàn)場裝置現(xiàn)場裝置現(xiàn)場裝置現(xiàn)場裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類3 3、隨動(dòng)系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)（或稱伺服系統(tǒng)）（或稱伺服系統(tǒng)） 特點(diǎn)：輸入信

10、號(hào)是一個(gè)未知函數(shù)。特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)未知函數(shù)。要求控制系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入信號(hào)變化。 如：火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。 該系統(tǒng)要求有較好的跟蹤能力。 +_受信儀放大器減速器校正裝置檢測裝置電機(jī)+智 能 樓 宇 物 業(yè) 管 理 系 統(tǒng)BAFASAOACA廣義的BA空調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)智能數(shù)字照明給排水自動(dòng)控制供配電綜合自動(dòng)化火災(zāi)報(bào)警控制自動(dòng)消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)巡更系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)入侵報(bào)警系統(tǒng)出入口控制車庫管理系統(tǒng)智能卡管理數(shù)字信息分析處理電子商務(wù)綜合業(yè)務(wù)管理輔助決策計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星通信有線電視自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類三、按系統(tǒng)傳輸信號(hào)的性質(zhì)來分類三、按系統(tǒng)傳輸信號(hào)的性質(zhì)來分類 1 1

11、、連續(xù)系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng) 特點(diǎn)：系統(tǒng)各部分信號(hào)都是模擬的連續(xù)函數(shù)。特點(diǎn)：系統(tǒng)各部分信號(hào)都是模擬的連續(xù)函數(shù)。目前工業(yè)中普遍采用的常規(guī)儀表PID調(diào)節(jié)器控制的系統(tǒng)。 2 2、離散系統(tǒng)、離散系統(tǒng) 特點(diǎn)：系統(tǒng)的某一處或幾處信號(hào)以脈沖序列或數(shù)碼形式傳特點(diǎn)：系統(tǒng)的某一處或幾處信號(hào)以脈沖序列或數(shù)碼形式傳遞的控制系統(tǒng)。遞的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中用脈沖開關(guān)或采樣開關(guān)，將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散信號(hào)。其中離散信號(hào)以脈沖形式傳遞的系統(tǒng)又叫脈沖控制系統(tǒng)，離散信號(hào)以數(shù)碼形式傳遞的系統(tǒng)又叫數(shù)字控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 輸入輸出采樣開關(guān)+_( )e t( )e t保持器被控過程輸入輸出+_A DD A計(jì)算機(jī)放大器執(zhí)行器

12、被控對(duì)象反饋裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類四、按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來分類四、按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來分類 1 1、線性系統(tǒng)、線性系統(tǒng) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：系統(tǒng)由線性元件構(gòu)成，描述運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型為線性微分方程。運(yùn)動(dòng)方程一般形式： 式中：r(t)系統(tǒng)輸入量； c(t)系統(tǒng)輸出量 主要特點(diǎn)是具有疊加性和齊次性。c(t)adtdc(t)adtc(t)dadtc(t)da011 -n1 -n1 -n1 -nnnnnr(t)bdtdr(t)bdtr(t)dbdtr(t)db011 -m1 -m1 -m1 -mmmmm自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類2 2、非線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng) 特點(diǎn)：在構(gòu)

13、成系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中有一個(gè)或一個(gè)以上的非線性特點(diǎn)：在構(gòu)成系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中有一個(gè)或一個(gè)以上的非線性環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)。 非線性的理論研究遠(yuǎn)不如線性系統(tǒng)那么完整，目前尚無通用的方法可以解決各類非線性系統(tǒng)。其他的分類方法：其他的分類方法： 按功能來分：按功能來分： 溫度控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、 位置控系統(tǒng)等。 按元件組成分：按元件組成分：機(jī)電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 分類小結(jié)分類小結(jié)閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)按傳遞路徑. 1隨動(dòng)系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)按控制作用. 2離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)按信號(hào)性質(zhì). 3非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)按數(shù)學(xué)模型. 4反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成控制系統(tǒng)的

14、組成：輸入部分、控制系統(tǒng)部分和輸出部分。控制系統(tǒng)的組成：輸入部分、控制系統(tǒng)部分和輸出部分。從物理角度上看，從物理角度上看，自動(dòng)控制研究的是特定激勵(lì)作用下的系 統(tǒng)響應(yīng)變化情況；從數(shù)學(xué)角度上看，從數(shù)學(xué)角度上看，研究的是輸入與輸出之間的映射關(guān)系。輸入輸出控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成1. 1. 溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)人工控制人工控制調(diào)壓器溫度計(jì)電熱絲爐子220反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成 控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：要求爐子的溫度恒定在期望的數(shù)值上。要求爐子的溫度恒定在期望的數(shù)值上。 控制過程：控制過程：輸入信號(hào)（期望爐溫）輸出信號(hào)（實(shí)際爐溫）腦（計(jì)算、比較）放大、執(zhí)行（手臂

15、、手）被控對(duì)象（電熱絲、爐子）測量（眼睛）反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成2.2.溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)自動(dòng)控制自動(dòng)控制反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成 控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：要求爐子的溫度恒定在期望的數(shù)值上。要求爐子的溫度恒定在期望的數(shù)值上。 控制過程：控制過程：buu+_實(shí)際溫度電壓放大器功率放大器爐子熱電偶電機(jī)、減速器、調(diào)壓器期望溫度ru反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成一般的形式一般的形式 輸入信號(hào)輸入信號(hào)系統(tǒng)控制目標(biāo)的反映，是人的意志的具體體。系統(tǒng)控制目標(biāo)的反映，是人的意志的具體體?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)主要完成對(duì)有關(guān)信號(hào)的變換、處理，發(fā)出控制主要完成對(duì)有關(guān)信號(hào)的

16、變換、處理，發(fā)出控制 量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制功能。量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制功能。輸出信號(hào)輸出信號(hào)系統(tǒng)的控制結(jié)果，反映了被控對(duì)象的運(yùn)行狀。系統(tǒng)的控制結(jié)果，反映了被控對(duì)象的運(yùn)行狀。 輸入信號(hào)輸出信號(hào)放大比較執(zhí)行被控對(duì)象測量反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)“火炮打飛機(jī)火炮打飛機(jī)” +_受信儀放大器減速器校正裝置檢測裝置電機(jī)+反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成3. 典型的反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖典型的反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖對(duì)控制系統(tǒng)的要求及典型信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)的要求及典型信號(hào) 基本要求基本要求： 穩(wěn)定性 穩(wěn)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性 （穩(wěn)、準(zhǔn)、快） 典型信號(hào)：典型

17、信號(hào)： 1. 脈沖信號(hào) hththttr0,10, 0)(1)(0,0, 0)(dttrtttr1)(sR 2.2.階躍信號(hào)階躍信號(hào)3.3.斜坡信號(hào)斜坡信號(hào) 000t)t (aut)t ( rssR1)(對(duì)控制系統(tǒng)的要求及典型信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)的要求及典型信號(hào)21)(ssR000)(tatttr對(duì)控制系統(tǒng)的要求及典型信號(hào)4. 4. 加速度信號(hào)加速度信號(hào) 5. 5. 諧波信號(hào)諧波信號(hào) 6. 6. 指數(shù)信號(hào)指數(shù)信號(hào)00210)(2ttattr31)(ssR微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件 軟件是指能完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。 它是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，

18、整個(gè)系統(tǒng)的工作都是在程序的指揮下進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的。 軟件通常分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件，另一類是應(yīng)用軟件。 1可編程控制器（PLC） 2集散控制系統(tǒng)(DCS) 3人工智能(AI) 4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1可編程控制器（PLC） PLC與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有如下一些特點(diǎn)： （1）抗干擾能力強(qiáng) （2）適應(yīng)性好 （3）編程直觀、簡單 （4）功能完善，接口功能強(qiáng) 2集散控制系統(tǒng)（DCS ） Distributed Control Systems管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)CTR操作臺(tái)高 速 數(shù) 據(jù) 通 道基本控制器數(shù)據(jù)采集器基本控制器DEP面板工 業(yè) 對(duì) 象小規(guī)模中規(guī)模大規(guī)模

19、3人工智能 人工智能是用計(jì)算機(jī)模擬人類大腦的邏輯判斷功能，其中具有代表性的兩個(gè)尖端領(lǐng)域是專家系統(tǒng)和機(jī)器人。 所謂專家系統(tǒng)即計(jì)算機(jī)專家咨詢系統(tǒng)，是一個(gè)存儲(chǔ)了大量專門知識(shí)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。不同的專家系統(tǒng)將不同領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，以適當(dāng)?shù)男问酱娣庞谟?jì)算機(jī)中。根據(jù)這些專家知識(shí)，專家系統(tǒng)可以對(duì)用戶提出的問題做出判斷和決策，以回答用戶的咨詢。 機(jī)器人是一種能模擬人類智能和肢體動(dòng)作的裝置，從本世紀(jì)70年代微處理機(jī)問世以來，機(jī)器人便逐漸涉足于各工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和科學(xué)研究領(lǐng)域。目前已出現(xiàn)的機(jī)器人可以分為兩類，工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人。4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 國外在20世紀(jì)80年代掀起了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Neural Network）

20、計(jì)算機(jī)的研究和應(yīng)用熱潮，我國在90年代也開始了這方面的研究。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（大規(guī)模的并行處理和分布式的信息存儲(chǔ)，良好的自適應(yīng)性、自組織性和很強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能、聯(lián)想功能及容錯(cuò)功能），使它的應(yīng)用越來越廣泛，其中一個(gè)重要的方面是智能控制，包含機(jī)器人控制。常用接口技術(shù) D/A轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器 驅(qū)動(dòng)電路 D/A轉(zhuǎn)換器 在微機(jī)的各種接口中，完成外設(shè)信號(hào)到微機(jī)所需數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的，稱為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）器； D/A轉(zhuǎn)換器（Digital to Analog Converter）是一種能把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電子器件；A/D轉(zhuǎn)換器 完成微機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)到外設(shè)所需信號(hào)轉(zhuǎn)換的，稱為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)

21、換）器。 A/D轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter）則相反，它能把模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。它們的功能及在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的地位，如圖所示。單片機(jī)和被控實(shí)體間的接口示意圖單片機(jī)和被控實(shí)體間的接口示意圖當(dāng)?shù)毓δ軉纹⑿陀?jì)算機(jī)A/D多路開關(guān)傳感器傳感器D/A被控實(shí)體變送器變送器白熾燈驅(qū)動(dòng)接口 P1.78031開關(guān)1243781K 1K 300R+5V+12VCJ0451.開關(guān)量輸出隔離電路開關(guān)量輸出隔離電路803133 392827262516&CP74LS273SN75452V7V0J7J0J1J2. .+5V光

22、電耦合控制直流電機(jī)光電耦合控制直流電機(jī)803174LS273+5VDC+ -MR1R2R3SCRMCS620078.LED顯示器件工作原理 發(fā)光二極管顯示字段。 7個(gè)發(fā)光二極管組成字符“8”，1個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。abcdefgdpR(a) 共 陰 極abcdefgdpR(b) 共 陽 極+5Vaabbcdcedfegfg17 64 3 2 510 9 8GNDGNDdpabcdefgdpR(a) 共 陰 極abcdefgdpR(b) 共 陽 極+5Vaabbcdcedfegfg17 6432510 9 8GNDGNDdp.44鍵盤.+5V8031INT1P1.0P1.7P1.6P1.5P

23、1.3P1.2P1.1P1.45.1K4鍵盤接口鍵盤接口P1.0P1.2P1.4P1.68031+5VABDCR1R4R3R2.中小功率直流電機(jī) 設(shè)電機(jī)在恒定電壓下的轉(zhuǎn)速為Vmax，控制信號(hào)的占空比D= t /（其中t代表通電時(shí)間，代表脈沖周期），則電機(jī)的的轉(zhuǎn)速和控制信號(hào)的關(guān)系可用如下公式表示： V=VmaxD返回本節(jié)方向控制+A+-DCS1S4S2S3MOTOR SERVO.-步進(jìn)電機(jī)AABBCC集散型控制系統(tǒng) （1 1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)階段）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)階段 1 1）數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)）數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 2 2）計(jì)算機(jī)、模擬儀表混合控制系統(tǒng)）計(jì)算機(jī)、模擬儀表混合控制系統(tǒng) 3 3）計(jì)算機(jī)監(jiān)

24、視控制系統(tǒng)）計(jì)算機(jī)監(jiān)視控制系統(tǒng) （2 2）集散控制系統(tǒng)階段）集散控制系統(tǒng)階段 第一節(jié) 集散型控制系統(tǒng)概述集散型控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展DCSDCS基本結(jié)構(gòu)分為基本結(jié)構(gòu)分為 過程控制單元過程控制單元 操作顯示站操作顯示站 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò) 管理計(jì)算機(jī)管理計(jì)算機(jī)四部分四部分第一節(jié) 集散型控制系統(tǒng)概述集散型控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)集散型控制系統(tǒng)四層結(jié)構(gòu)模式集散型控制系統(tǒng)四層結(jié)構(gòu)模式管理級(jí)管理級(jí)過程管理級(jí)直接控制級(jí)批量過程 離散過程第四層第三層第二層第一層現(xiàn)場設(shè)備連續(xù)控制過程分層物業(yè)第一節(jié) 集散型控制系統(tǒng)概述集散型控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 集散型控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與功能集散型控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與功

25、能 DCSDCS的骨架的骨架系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) DCSDCS的現(xiàn)場的現(xiàn)場I/OI/O控制站控制站 DCSDCS的操作員站的操作員站 DCSDCS的工程師站的工程師站第一節(jié) 集散型控制系統(tǒng)概述典型的典型的DCSDCS體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu) 工程師站操作員站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場控制站操作監(jiān)控級(jí)現(xiàn)場控制級(jí)管理級(jí)管理機(jī)服務(wù)器第一節(jié) 集散型控制系統(tǒng)概述集散型控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與集散型控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)特點(diǎn) 集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 功能全、采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、實(shí)現(xiàn)了功能全、采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話技術(shù)、系統(tǒng)擴(kuò)展靈活、可靠性高、人機(jī)對(duì)話技術(shù)、系統(tǒng)擴(kuò)展靈活、可靠性高、管理能力強(qiáng)、使用方便、完備的開放

26、系統(tǒng)、采管理能力強(qiáng)、使用方便、完備的開放系統(tǒng)、采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、具有綜合性和專業(yè)性用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、具有綜合性和專業(yè)性第一節(jié) 集散型控制系統(tǒng)概述集散型控制系統(tǒng)的集散型控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站 集散型控制系統(tǒng)一般分為三級(jí)集散型控制系統(tǒng)一般分為三級(jí) 管理級(jí)管理級(jí) 操作監(jiān)控級(jí)操作監(jiān)控級(jí) 現(xiàn)場控制級(jí)現(xiàn)場控制級(jí)第二節(jié) DCS的現(xiàn)場控制站 現(xiàn)場控制站的功能與結(jié)構(gòu)現(xiàn)場控制站的功能與結(jié)構(gòu)第二節(jié) DCS的現(xiàn)場控制站 控制站機(jī)柜控制站機(jī)柜第二節(jié) DCS的現(xiàn)場控制站機(jī)籠的正、背面結(jié)構(gòu)圖機(jī)籠的正、背面結(jié)構(gòu)圖1 1機(jī)籠機(jī)籠 2 2走線槽走線槽 3 3左進(jìn)線孔左進(jìn)線孔 4 4右進(jìn)線孔右進(jìn)線孔 5 5走線槽擋走

27、線槽擋板板 6 6機(jī)籠擴(kuò)展接口機(jī)籠擴(kuò)展接口 7 7端子排端子排 8 8交流輸入接口交流輸入接口 9 9直流輸直流輸入接口入接口0-15號(hào)I/O槽位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡1、2主控制卡1、2149286753第二節(jié) DCS的現(xiàn)場控制站 硬件配置常用芯片硬件配置常用芯片1. CPU1. CPU2. 2. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM)(ROM) 隨機(jī)存貯器隨機(jī)存貯器(RAM)(RAM)第二節(jié) DCS的現(xiàn)場控制站 現(xiàn)場輸入與輸出單元現(xiàn)場輸入與輸出單元 模擬量輸入模擬量輸入(AI)(AI)通道通道 端子板、信號(hào)調(diào)理器、端子板、信號(hào)調(diào)理器、A/DA/D模板、柜內(nèi)模板、柜內(nèi) 連接電纜連接電纜 模擬量輸出

28、模擬量輸出(AO)(AO)通道通道 開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入(SI)(SI)通道通道 開關(guān)量蔬菜開關(guān)量蔬菜(SO)(SO)通道通道 脈沖量輸入脈沖量輸入(PI)(PI)通道通道第二節(jié) DCS的現(xiàn)場控制站 電源電源 保證交流供電系統(tǒng)可靠性的幾種措施保證交流供電系統(tǒng)可靠性的幾種措施 端子板端子板第二節(jié) DCS的現(xiàn)場控制站現(xiàn)場通信接口第三節(jié) 現(xiàn)場主控單元與通信單元現(xiàn)場通信接口 串行接口串行接口 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)波特率數(shù)據(jù)位校驗(yàn)停止位COM口96007E11應(yīng)用軟件包工控平臺(tái)軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫RtDb小型DCS的驅(qū)動(dòng)器串行口RS81MPAF/S031小型DCS的操作站（MOPS）現(xiàn)場控制單元 上位機(jī)與通信軟件及通信系

29、統(tǒng)上位機(jī)與通信軟件及通信系統(tǒng) 第三節(jié) 現(xiàn)場主控單元與通信單元抗干擾措施 接地系統(tǒng)抗干擾和抗靜電干擾問題接地系統(tǒng)抗干擾和抗靜電干擾問題 軟件抗干擾措施軟件抗干擾措施第三節(jié) 現(xiàn)場主控單元與通信單元集散型控制系統(tǒng)軟件技術(shù)集散型控制系統(tǒng)軟件技術(shù) 操作系統(tǒng) 基本概念基本概念 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) 任務(wù)、任務(wù)調(diào)度、任務(wù)互斥與同步、任務(wù)之任務(wù)、任務(wù)調(diào)度、任務(wù)互斥與同步、任務(wù)之間的數(shù)據(jù)傳遞、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理間的數(shù)據(jù)傳遞、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理第五節(jié) 集散型控制系統(tǒng)軟件技術(shù)數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫管理方式及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理方式及數(shù)據(jù)庫 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的作用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫

30、的作用 1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是樓宇機(jī)電設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是樓宇機(jī)電設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)的集成平臺(tái)數(shù)據(jù)的集成平臺(tái) 2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是操作信息、數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是操作信息、數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示的平臺(tái)平臺(tái) 3.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是先進(jìn)控制、裝置優(yōu)化的平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是先進(jìn)控制、裝置優(yōu)化的平臺(tái)第五節(jié) 集散型控制系統(tǒng)軟件技術(shù)集散型控制系統(tǒng)組態(tài)集散型控制系統(tǒng)組態(tài)系統(tǒng)組態(tài)軟件功能系統(tǒng)組態(tài)軟件功能 系統(tǒng)組態(tài)軟件的功能DCSDCS組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)示意圖組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)示意圖 監(jiān)視畫面組 態(tài)內(nèi)部儀表型號(hào)表125種操作站通信總線組態(tài)表格工業(yè)過程I/O過程數(shù)據(jù)DCS系統(tǒng)現(xiàn)場控制站、反饋控制應(yīng)用軟件系統(tǒng)組態(tài)顯示操作編 譯1128通信數(shù)據(jù)

31、緩存區(qū)內(nèi)部儀表數(shù)據(jù)組態(tài)字現(xiàn)場控制站現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線的產(chǎn)生 從集中控制走向分散控制 從DCS走向FCS 從集團(tuán)協(xié)議走向國際標(biāo)準(zhǔn) 從國外走向國內(nèi)現(xiàn)場總線的產(chǎn)生圖：傳統(tǒng)的現(xiàn)場級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng) 第一節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn) 系統(tǒng)的開放性 互可操作性與互用性 現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性第一節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述現(xiàn)場總線的基本內(nèi)容 現(xiàn)場總線的含義 通信網(wǎng)絡(luò) 互操作性 分散功能塊 通信線供電 開放式互連網(wǎng)絡(luò)第一節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述現(xiàn)場總線的基本內(nèi)容FCS的分散功能塊控制方案 操作站LAN服務(wù)器FTFGAI110差壓

32、變送器模擬量輸入功能塊現(xiàn)場總線PID功能控制塊調(diào)節(jié)閥模擬量輸出功能塊PID110AO110第一節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述現(xiàn)場總線的基本內(nèi)容OSI及其幾種現(xiàn)場總線開放互連模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系 應(yīng)用層表達(dá)層會(huì)話層傳輸層物理層ISO/OSI模型76網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層54321應(yīng)用層物理層現(xiàn)場總線協(xié)議總線接口子層數(shù)據(jù)鏈路層用戶層物理層FF模型功能塊設(shè)備描述傳送塊通信棧物理層Proifbus-DP數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層接口物理層Proifbus-FMS數(shù)據(jù)鏈路層用戶接口隱去第3至第7層隱去第3至第6層應(yīng)用層信息規(guī)范底層接口HART指令Bell202HART模型HART通信規(guī)則第一節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述現(xiàn)場總線的基本內(nèi)

33、容 FCS體系結(jié)構(gòu)操作站LAN服務(wù)器124H2現(xiàn)場總線現(xiàn)場設(shè)備32H1現(xiàn)場總線現(xiàn)場設(shè)備32H1現(xiàn)場總線現(xiàn)場設(shè)備H1H1H1H1H2網(wǎng)橋第一節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述幾種常見的現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線基金會(huì)現(xiàn)場總線基金會(huì)(FF) Fieldbus Foundation(FF)組織 FF現(xiàn)場總線的特點(diǎn)與優(yōu)勢 設(shè)備互操作性、改善過程數(shù)據(jù)、對(duì)進(jìn)程增加更多的了解、改善現(xiàn)場安全、更早的預(yù)測維護(hù)、減少的線纜和安裝費(fèi)用第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線基金會(huì)(FF)FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制器網(wǎng)橋PLC手持終端總線分析器H1低速現(xiàn)場總線H2高速現(xiàn)場總線（或Ethernet）H1H1H1監(jiān)控計(jì)算機(jī)第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場

34、總線過程現(xiàn)場總線(PROFIBUS) Profibus現(xiàn)場總線包括三種類型的總線形式：通用自動(dòng)化Profibus-FMS總線、工業(yè)自動(dòng)化Profibus-DP總線和過程自動(dòng)化Profibus-PA總線，以適應(yīng)于高速和時(shí)間苛求的數(shù)據(jù)傳輸或大范圍的復(fù)雜通信場合。 第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場總線過程現(xiàn)場總線(PROFIBUS)Profibus現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)Profibus-FMSProfibus-DP PLC PLC網(wǎng)橋工業(yè)PC機(jī)工業(yè)PC機(jī)A C TA C T1 0 M 1 0 0 M1 2 3 41 3 1 4 1 5 1 65 6 7 81 7 1 8 1 9 2 09 1 0 1 1 1 22 1

35、 2 2 2 3 2 4U P L IN K123456789 1 0 1 1 1 21 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4C O LC O LP W RS W IT C H耦合器 傳感器執(zhí)行器 傳感器執(zhí)行器第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場總線HART 可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路計(jì)算機(jī)系統(tǒng)HART接口手操器智能儀表智能儀表HART420mA模擬儀表第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場總線控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN) CAN概述 版 本發(fā)布時(shí)間內(nèi) 容 變 化1.01985年1.11987年位定時(shí)要求重新定義1.21990年振蕩器容錯(cuò)能力提高2.01991年P(guān)art A,與

36、1.2版相同Part B,引入數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的擴(kuò)展幀結(jié)構(gòu)CANCAN協(xié)議版本發(fā)展協(xié)議版本發(fā)展 第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場總線控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN) CAN總線系統(tǒng) CAN總線系統(tǒng)由CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)構(gòu)成。 第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場總線控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN) CAN總線系統(tǒng) 上位機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器1節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)器2節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)器n節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)一級(jí)總線二級(jí)總線系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場總線控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN) CAN網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式 CAN接口卡監(jiān)控主機(jī)現(xiàn)場傳感器現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場傳感器現(xiàn)場設(shè)備分線盒現(xiàn)場傳感器現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場傳感器現(xiàn)場設(shè)備點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接樹型連接支脈型連接菊花鏈型CAN

37、CAN網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)連接方式原理示意圖網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)連接方式原理示意圖 第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場總線控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)CAN總線分布工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓韴D CAN接口卡CANHCANL中繼器CAN模塊1CAN模塊2CAN模塊NCANLCANHSdLRTRTRTRT監(jiān)控主機(jī)第二節(jié) 幾種常見的現(xiàn)場總線局部操作網(wǎng)絡(luò)(LonWorks) LonWorks概述概述 LonWorks的技術(shù)核心的技術(shù)核心神經(jīng)元芯片神經(jīng)元芯片 LonWorks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片(Neuron Chip)。該芯片內(nèi)部裝有3個(gè)CPU。 第三節(jié) 局部操作網(wǎng)絡(luò)(LonWorks)神經(jīng)元芯片 共享存儲(chǔ)器 通信接口I/O口MAC處理器網(wǎng)絡(luò)處理

38、器應(yīng)用處理器網(wǎng)絡(luò)緩沖器應(yīng)用緩沖器第三節(jié) 局部操作網(wǎng)絡(luò)(LonWorks)LonWorks節(jié)點(diǎn) 以神經(jīng)元芯片為核心的控制節(jié)點(diǎn)傳感器和執(zhí)行器晶振電源I/O調(diào)理收發(fā)器16k58k ROM神經(jīng)元芯片3150/3120神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖 第三節(jié) 局部操作網(wǎng)絡(luò)(LonWorks)LonWorks節(jié)點(diǎn) 采用宿主(Host Base)結(jié)構(gòu)主處理器接口單元神經(jīng)元芯片收發(fā)器復(fù)位電路EPROM典型宿主結(jié)構(gòu)框圖典型宿主結(jié)構(gòu)框圖 第三節(jié) 局部操作網(wǎng)絡(luò)(LonWorks)LonTalk協(xié)議的功能 使用LONTALK協(xié)議的典型控制系統(tǒng) 路由器NodeNodeNode路由器NodeNodeNode路由器NodeNodeNode路由器NodeNodeNodeNodeNodePC機(jī)DDEServerNetMakerInstallationToolLonBuilder開發(fā)工具箱Power Line Chann