DCS及現(xiàn)場總線技術(shù)第一章

1、電子信息與控制工程系1DCS及現(xiàn)場總線及現(xiàn)場總線 DCSDistributed Control SystemFCSFieldbus Control System電子信息與控制工程系2電子信息與控制工程系3v計算機(jī)技術(shù)計算機(jī)技術(shù)（DCSDCS硬件構(gòu)成、軟件平臺的應(yīng)用等）硬件構(gòu)成、軟件平臺的應(yīng)用等）v自動控制技術(shù)自動控制技術(shù)（實現(xiàn)（實現(xiàn)DCSDCS控制策略及算法的技術(shù)方法）控制策略及算法的技術(shù)方法）v人機(jī)接口技術(shù)人機(jī)接口技術(shù) （DCSDCS組態(tài)技術(shù)和操作技術(shù)等）組態(tài)技術(shù)和操作技術(shù)等）v通信技術(shù)通信技術(shù) （DCSDCS數(shù)據(jù)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等）數(shù)據(jù)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等）v現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù) （

2、現(xiàn)場總線的核心、基礎(chǔ)、協(xié)議模型及典型的（現(xiàn)場總線的核心、基礎(chǔ)、協(xié)議模型及典型的FCSFCS技術(shù)）技術(shù)）電子信息與控制工程系4電子信息與控制工程系5教學(xué)內(nèi)容、要求教學(xué)內(nèi)容、要求電子信息與控制工程系6第三章第三章 DCS的軟件體系及功能的軟件體系及功能內(nèi)容：內(nèi)容：DCS軟件體系軟件體系控制、監(jiān)控和組態(tài)軟件控制、監(jiān)控和組態(tài)軟件重點：重點：DCS可靠性和可組態(tài)性可靠性和可組態(tài)性難點：難點：組態(tài)組態(tài)概念概念 第四章第四章 DCS的控制算法及組態(tài)的控制算法及組態(tài)內(nèi)容：內(nèi)容：PID控制、改進(jìn)控制、改進(jìn)PID控制、前饋控制、串級控制控制、前饋控制、串級控制 時滯補償控制、順序控制時滯補償控制、順序控制算法及算

3、法及重點：改進(jìn)重點：改進(jìn)PID控制、前饋控制、時滯補償控制控制、前饋控制、時滯補償控制難點：控制算法難點：控制算法組態(tài)組態(tài)DCS控制功能控制功能電子信息與控制工程系7第五章第五章 DCS數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容：數(shù)據(jù)通信概念及技術(shù)、內(nèi)容：數(shù)據(jù)通信概念及技術(shù)、DCS網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議重點：重點：DCS通信相關(guān)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及功能通信相關(guān)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及功能難點：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)難點：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第六章第六章 現(xiàn)場總線技術(shù)基礎(chǔ)現(xiàn)場總線技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容：內(nèi)容：FCS的定義、特點、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式等的定義、特點、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式等重點：重點： FCS的定義、特點的定義、特點難點：難點：FCS的網(wǎng)絡(luò)協(xié)

4、議模式和標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式和標(biāo)準(zhǔn)電子信息與控制工程系8第七章第七章 典型的現(xiàn)場總線應(yīng)用典型的現(xiàn)場總線應(yīng)用v內(nèi)容：內(nèi)容：FF的特點及主要技術(shù)應(yīng)用；的特點及主要技術(shù)應(yīng)用；v重點：不同重點：不同F(xiàn)CS的應(yīng)用特點及區(qū)別的應(yīng)用特點及區(qū)別v難點：難點：FCS的應(yīng)用技術(shù)方法的應(yīng)用技術(shù)方法電子信息與控制工程系9電子信息與控制工程系10電子信息與控制工程系11v這種控制系統(tǒng)不能自動消除被控參數(shù)與給定值之間這種控制系統(tǒng)不能自動消除被控參數(shù)與給定值之間的誤差。的誤差。開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)框圖開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 給定值給定值 控制器控制器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對象被控對象 被控參數(shù)被控參數(shù) v 計算機(jī)

5、控制系統(tǒng)是用計算機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)是用計算機(jī)( (通常稱為工業(yè)通常稱為工業(yè)控制計算機(jī)控制計算機(jī)) )來實現(xiàn)工業(yè)過程來實現(xiàn)工業(yè)過程自動控制的系統(tǒng)。自動控制的系統(tǒng)。電子信息與控制工程系12v圖中給出了按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。圖中給出了按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。這種控制系統(tǒng)具有較好的控制性能。這種控制系統(tǒng)具有較好的控制性能。v閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（2 2）閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖）閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 給定值給定值 控制器控制器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對象被控對象 被控參數(shù)被控參數(shù) 測量元件測量元件 變換發(fā)送變換發(fā)送 電子信息與控制工程系13圖圖b 單回路計算機(jī)控制系統(tǒng)示意圖單回路計算機(jī)控制

6、系統(tǒng)示意圖u計算機(jī)計算機(jī)保持器保持器廣義對象廣義對象測量變送器測量變送器e(kT)u(kT)被調(diào)參數(shù)被調(diào)參數(shù) yym采樣器采樣器A/DD/A計算機(jī)系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)定值設(shè)定值rv計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與常規(guī)控制系統(tǒng)相似，只是將控制器計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與常規(guī)控制系統(tǒng)相似，只是將控制器用計算機(jī)來代替，就組成了典型的計算機(jī)控制系統(tǒng)。用計算機(jī)來代替，就組成了典型的計算機(jī)控制系統(tǒng)。電子信息與控制工程系14v 執(zhí)行控制功能的執(zhí)行控制功能的核心核心部件是計算機(jī)，是模數(shù)混合系統(tǒng)；部件是計算機(jī)，是模數(shù)混合系統(tǒng)；v 控制規(guī)律利用控制規(guī)律利用軟件軟件實現(xiàn)，便于實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律；實現(xiàn)，便于實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律；v 可同

7、時控制可同時控制多個回路多個回路；v 存在開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等不同類型的控制存在開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等不同類型的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征v 顯然：要改變顯然：要改變控制策略及算法控制策略及算法，只要改變計算機(jī)的，只要改變計算機(jī)的程程序序就可以實現(xiàn)相應(yīng)功能。就可以實現(xiàn)相應(yīng)功能。電子信息與控制工程系15(1)實時數(shù)據(jù)采集實時數(shù)據(jù)采集:檢測被控量的瞬時值，將采樣結(jié)果輸?shù)接嫏z測被控量的瞬時值，將采樣結(jié)果輸?shù)接嬎銠C(jī)中。算機(jī)中。(2)實時決策實時決策: 給定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預(yù)定的控給定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行控制運算制規(guī)律進(jìn)行控制運算實時決策。實時決

8、策。(3)實時控制實時控制: 將實時決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號適時地送給執(zhí)將實時決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號適時地送給執(zhí)行裝置行裝置實現(xiàn)過程控制。實現(xiàn)過程控制。(4)信息管理信息管理: 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應(yīng)用。及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應(yīng)用。計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 上述過程不斷重復(fù)，使整個系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)上述過程不斷重復(fù)，使整個系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工作行工作,并對控制量和設(shè)備本身的異常現(xiàn)象及時作出處理。并對控制量和設(shè)備本身的異?，F(xiàn)象及時作出處理。電子信息與控制工程系16在線方式

9、和離線方式在線方式和離線方式v 生產(chǎn)過程和計算機(jī)直接連接，并受計算機(jī)控制的方生產(chǎn)過程和計算機(jī)直接連接，并受計算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式。式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式。v 生產(chǎn)過程不和計算機(jī)相連，且不受計算機(jī)控制，而生產(chǎn)過程不和計算機(jī)相連，且不受計算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)是靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式。方式。實時實時控制控制指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間時間(采樣采樣控制間隔控制間隔)內(nèi)完成。亦即計算機(jī)對輸入信息，以內(nèi)完成。亦即計算機(jī)對輸入信息，以足夠快的速度進(jìn)行控制。足夠快的速度進(jìn)

10、行控制。v 分時分時控制控制因計算機(jī)運算處理速度遠(yuǎn)高控制回路的速因計算機(jī)運算處理速度遠(yuǎn)高控制回路的速度要求，故可使計算機(jī)依次的完成多個通道（回路）的度要求，故可使計算機(jī)依次的完成多個通道（回路）的實實時控制。時控制。計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作方式計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作方式電子信息與控制工程系17v計算機(jī)計算機(jī)硬件設(shè)備硬件設(shè)備指微機(jī)本身及其外圍設(shè)備，是計指微機(jī)本身及其外圍設(shè)備，是計算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；v計算機(jī)計算機(jī)控制軟件控制軟件指管理計算機(jī)的程序以及過程控指管理計算機(jī)的程序以及過程控制的應(yīng)用程序，是計算機(jī)控制系統(tǒng)的靈魂；制的應(yīng)用程序，是計算機(jī)控制系統(tǒng)的靈魂；v計算機(jī)計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)通

11、信網(wǎng)絡(luò)指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制單元之指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制單元之間的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，是進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交換的通間的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，是進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交換的通道。道。電子信息與控制工程系18計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)各部分的功能說明各部分的功能說明 由主機(jī)、接口電路及外圍設(shè)備組成。不同的系統(tǒng)，由主機(jī)、接口電路及外圍設(shè)備組成。不同的系統(tǒng)，所需硬件也不同，一般可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要進(jìn)行所需硬件也不同，一般可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要進(jìn)行擴(kuò)展擴(kuò)展。 現(xiàn)已生產(chǎn)現(xiàn)已生產(chǎn)出具有各種功能的插件板或功能模塊出具有各種功能的插件板或功能模塊，可，可用標(biāo)準(zhǔn)總線連接起來，使用非常方便，用標(biāo)準(zhǔn)總線連接起來，使用非常方便，PC總線

12、構(gòu)成的總線構(gòu)成的各種各種工工業(yè)業(yè)控控制計算制計算機(jī)機(jī)、可編程邏輯控制器、可編程邏輯控制器(PLC)等即屬等即屬此類。此類。硬件硬件1電子信息與控制工程系19檢測及變送檢測及變送控制對象控制對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)多路開關(guān)多路開關(guān)接口接口外部通道外部通道變送器變送器接口接口接口接口接口接口接口接口A/DA/DD/AD/A反多路開關(guān)反多路開關(guān)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出傳感器傳感器主機(jī)及操作臺主機(jī)及操作臺通用外部設(shè)備通用外部設(shè)備顯示終端顯示終端磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器打印機(jī)打印機(jī)軟件軟件微微型型計計算算機(jī)機(jī)生生產(chǎn)產(chǎn)對對象象操作操作臺臺實時實時時鐘時鐘電子信息與控制工程系20v 由由CPU和存儲

13、器構(gòu)成，是整個控制系統(tǒng)的指揮部。和存儲器構(gòu)成，是整個控制系統(tǒng)的指揮部。v 它自動地對系統(tǒng)的它自動地對系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行巡回檢測各種參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，通過過程輸，通過過程輸入通道發(fā)送來的工業(yè)對象的生產(chǎn)工況參數(shù)；入通道發(fā)送來的工業(yè)對象的生產(chǎn)工況參數(shù)；v 按照人們預(yù)先安排的程序，進(jìn)行信息處理、分析和計按照人們預(yù)先安排的程序，進(jìn)行信息處理、分析和計算，并作出相應(yīng)的算，并作出相應(yīng)的控制決策或調(diào)節(jié)控制決策或調(diào)節(jié)；v 并且以信息的形式通過輸出通道及時并且以信息的形式通過輸出通道及時發(fā)出有關(guān)的控制發(fā)出有關(guān)的控制命令命令，指揮全系統(tǒng)有條不紊地協(xié)調(diào)工作。，指揮全系統(tǒng)有條不紊地協(xié)調(diào)工作。主機(jī)主機(jī)電子信息與控制工程系

14、21接口與輸入接口與輸入/輸出通道輸出通道v I/O接口與接口與I/O通道是主機(jī)與外部連接的橋梁。通道是主機(jī)與外部連接的橋梁。v 常用的常用的I/O接口接口有并行接口、串行接口等，他們大部分是可編有并行接口、串行接口等，他們大部分是可編程的。程的。v I/O通道通道有模擬量有模擬量I/O通道和數(shù)字量通道和數(shù)字量I/O通道。通道。v 模擬量模擬量I/O通道通道的作用是，一方面將由傳感器得到的工業(yè)對的作用是，一方面將由傳感器得到的工業(yè)對象的生產(chǎn)過程參數(shù)變換為二進(jìn)制代碼傳送給計算機(jī)；另一方面將象的生產(chǎn)過程參數(shù)變換為二進(jìn)制代碼傳送給計算機(jī)；另一方面將計算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號變換為控制操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬

15、信號，計算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號變換為控制操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。v 數(shù)字通道數(shù)字通道的作用是，除完成編碼數(shù)字輸入輸出外，還可將各的作用是，除完成編碼數(shù)字輸入輸出外，還可將各種繼電器、限位開關(guān)等的狀態(tài)通過輸入接口傳送給計算機(jī)，或?qū)⒎N繼電器、限位開關(guān)等的狀態(tài)通過輸入接口傳送給計算機(jī)，或?qū)⒂嬎銠C(jī)發(fā)出的開關(guān)動作邏輯信號由輸出接口傳送給生產(chǎn)機(jī)械中的計算機(jī)發(fā)出的開關(guān)動作邏輯信號由輸出接口傳送給生產(chǎn)機(jī)械中的各個電子開關(guān)或電磁開關(guān)。各個電子開關(guān)或電磁開關(guān)。電子信息與控制工程系22通用外圍設(shè)備通用外圍設(shè)備v 通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能而設(shè)通用外圍設(shè)備主要

16、是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能而設(shè)置的。置的。v 通用外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存通用外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模和要求來配置。儲設(shè)備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模和要求來配置。v 他們用來顯示、打印、存儲和傳送數(shù)據(jù)。常用他們用來顯示、打印、存儲和傳送數(shù)據(jù)。常用的有打印機(jī)、記錄儀、圖形顯示器、硬盤等。的有打印機(jī)、記錄儀、圖形顯示器、硬盤等。電子信息與控制工程系23檢測元件、儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測元件、儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)v 傳感器的主要功能是將被檢測的非電學(xué)量參數(shù)轉(zhuǎn)變傳感器的主要功能是將被檢測的非電學(xué)量參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量，變送器的作用是將傳感器得到的電信號轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，變送器的作

17、用是將傳感器得到的電信號轉(zhuǎn)換成適合于計算機(jī)接口使用的電信號（如成適合于計算機(jī)接口使用的電信號（如010mA DC）。）。 為了控制生產(chǎn)過程，還需要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常用的執(zhí)為了控制生產(chǎn)過程，還需要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動、液動、氣動調(diào)節(jié)閥、開關(guān)，交、直流電行機(jī)構(gòu)有電動、液動、氣動調(diào)節(jié)閥、開關(guān)，交、直流電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)等，它們也是計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計人動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)等，它們也是計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計人員經(jīng)常選用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。員經(jīng)常選用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電子信息與控制工程系24操作臺操作臺v 操作臺是人操作臺是人-機(jī)對話的機(jī)對話的聯(lián)系紐帶聯(lián)系紐帶。通過它人們可以向計。通過它人們可以向計算機(jī)輸入程序，修改內(nèi)

18、存的數(shù)據(jù)，顯示被測參數(shù)以及發(fā)出算機(jī)輸入程序，修改內(nèi)存的數(shù)據(jù)，顯示被測參數(shù)以及發(fā)出各種操作命令等。它主要由以下各種操作命令等。它主要由以下四部分組成四部分組成：v 作用開關(guān)作用開關(guān)。如電源開關(guān)、操作方式（自動。如電源開關(guān)、操作方式（自動/手動）選擇手動）選擇開關(guān)等。通過這些開關(guān)，人們可以對主機(jī)進(jìn)行啟停、設(shè)置開關(guān)等。通過這些開關(guān)，人們可以對主機(jī)進(jìn)行啟停、設(shè)置和修改數(shù)據(jù)以及修改控制方式等等。作用開關(guān)可通過接口和修改數(shù)據(jù)以及修改控制方式等等。作用開關(guān)可通過接口與主機(jī)相連。與主機(jī)相連。v 功能鍵功能鍵。功能鍵主要包括復(fù)位鍵、啟動鍵、打印鍵及。功能鍵主要包括復(fù)位鍵、啟動鍵、打印鍵及工作方式選擇鍵等等。主要

19、是為了操作方便。工作方式選擇鍵等等。主要是為了操作方便。v LED數(shù)碼管及數(shù)碼管及CRT顯示顯示。用來顯示被測參數(shù)及操作人。用來顯示被測參數(shù)及操作人員感性趣的內(nèi)容。如顯示數(shù)據(jù)表格、系統(tǒng)流程、開關(guān)狀態(tài)員感性趣的內(nèi)容。如顯示數(shù)據(jù)表格、系統(tǒng)流程、開關(guān)狀態(tài)以及報警狀態(tài)等。以及報警狀態(tài)等。v 數(shù)字鍵。數(shù)字鍵。用來輸入數(shù)據(jù)或修改控制系統(tǒng)的參數(shù)。用來輸入數(shù)據(jù)或修改控制系統(tǒng)的參數(shù)。電子信息與控制工程系25v 軟件是指能完成各種功能的微機(jī)程序的總和，如操作系軟件是指能完成各種功能的微機(jī)程序的總和，如操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、管理程序、控制程序、計算和自診斷程序等。統(tǒng)、監(jiān)控程序、管理程序、控制程序、計算和自診斷程序等。

20、v 軟件是微機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟軟件是微機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作的。件指揮下協(xié)調(diào)工作的。v 軟件的質(zhì)量關(guān)系到計算機(jī)運行和控制效果的好壞，及硬軟件的質(zhì)量關(guān)系到計算機(jī)運行和控制效果的好壞，及硬件功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。件功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應(yīng)用。v 軟件通常分為兩大類：軟件通常分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件一類是系統(tǒng)軟件，另一類是，另一類是應(yīng)用應(yīng)用軟件。軟件。 軟件軟件2電子信息與控制工程系26v 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件一般是由一般是由計算機(jī)廠家提供計算機(jī)廠家提供的，用來管理計的，用來管理計算機(jī)本身的資源、方便用戶使用計算機(jī)的軟件。它主要包算

21、機(jī)本身的資源、方便用戶使用計算機(jī)的軟件。它主要包括操作系統(tǒng)、各種編譯軟件、監(jiān)控管理軟件，這些軟件一括操作系統(tǒng)、各種編譯軟件、監(jiān)控管理軟件，這些軟件一般不需要用戶自己設(shè)計，它們只是作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工般不需要用戶自己設(shè)計，它們只是作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工具。具。v 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是面向生產(chǎn)過程的程序，是是面向生產(chǎn)過程的程序，是為實現(xiàn)特定控為實現(xiàn)特定控制目的而編制的專用程序制目的而編制的專用程序，如，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波程序、標(biāo)度變換程序、控制量計算程序等采樣，數(shù)字濾波程序、標(biāo)度變換程序、控制量計算程序等等。應(yīng)用軟件大都由用戶自己根據(jù)實際需要進(jìn)行開發(fā)。應(yīng)等。應(yīng)用

22、軟件大都由用戶自己根據(jù)實際需要進(jìn)行開發(fā)。應(yīng)用軟件的優(yōu)劣，將給控制系統(tǒng)的功能、精度和效率帶來很用軟件的優(yōu)劣，將給控制系統(tǒng)的功能、精度和效率帶來很大的影響，它的設(shè)計是非常重要的。大的影響，它的設(shè)計是非常重要的。電子信息與控制工程系27軟件部分軟件部分計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 硬件部分硬件部分控制計算機(jī)控制計算機(jī)主機(jī)、外設(shè)、系統(tǒng)總線主機(jī)、外設(shè)、系統(tǒng)總線生產(chǎn)過程輸入輸出通道生產(chǎn)過程輸入輸出通道操作臺、通信設(shè)備操作臺、通信設(shè)備 現(xiàn)場儀表（測量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）現(xiàn)場儀表（測量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等） 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 匯編或高級語言、過程控制語言匯編或高級語言、過程控制語言 通信網(wǎng)絡(luò)軟件、診斷程序等通信

23、網(wǎng)絡(luò)軟件、診斷程序等系 統(tǒng)系 統(tǒng)軟軟 件件 應(yīng)應(yīng) 用用軟軟 件件 過程輸入過程輸入/輸出程序、過程控制程序輸出程序、過程控制程序 人機(jī)接口程序、打印顯示程序人機(jī)接口程序、打印顯示程序 各種公共子程序各種公共子程序 歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)電子信息與控制工程系28v 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計算機(jī)控制系統(tǒng)中的比重越來越大。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計算機(jī)控制系統(tǒng)中的比重越來越大。計算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為兩大類：一類稱計算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為兩大類：一類稱為對等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為對等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(Peer to peer)；另一類稱為客戶機(jī)；另一類稱為客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)服務(wù)器結(jié)構(gòu)(C

24、lient/Server)。這種分類主要是按照網(wǎng)。這種分類主要是按照網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的關(guān)系確定的。絡(luò)各節(jié)點之間的關(guān)系確定的。v 自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)，是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一?，F(xiàn)場總線技是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一。現(xiàn)場總線技術(shù)使自控系統(tǒng)與分散的生產(chǎn)設(shè)備具有了通信能力，并術(shù)使自控系統(tǒng)與分散的生產(chǎn)設(shè)備具有了通信能力，并把它們連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，加入到信息網(wǎng)絡(luò)的行列。把它們連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，加入到信息網(wǎng)絡(luò)的行列。計算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)3電子信息與控制工程系29計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)集散型控制集散型控制系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)統(tǒng)直接數(shù)字控

25、直接數(shù)字控制系統(tǒng)制系統(tǒng)流程流程CIMS現(xiàn)場總線控現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)制系統(tǒng)1.1.3計算機(jī)控制系統(tǒng)分類計算機(jī)控制系統(tǒng)分類計算機(jī)監(jiān)督控計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)制系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用特點、控根據(jù)應(yīng)用特點、控制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為六種類型分為六種類型電子信息與控制工程系301、 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng) 主要對過程參數(shù)進(jìn)行定時巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、主要對過程參數(shù)進(jìn)行定時巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、參數(shù)的越限報警以及對數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、參數(shù)的越限報警以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實時分析。數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實時分析。v 計算機(jī)計算機(jī)不不直接參與生產(chǎn)過程的直接參與生產(chǎn)過程的控制控制

26、，而只是對系統(tǒng)，而只是對系統(tǒng)過程參數(shù)進(jìn)行收集、加工處理、然后輸出數(shù)據(jù)。過程參數(shù)進(jìn)行收集、加工處理、然后輸出數(shù)據(jù)。v 操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全缺點：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象缺點：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象。電子信息與控制工程系31 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖 計算機(jī)測得的信號數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的控制算法，計算出計算機(jī)測得的信號數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的控制算法，計算出 可供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案?？晒┎僮魅藛T選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。 電

27、子信息與控制工程系32 DDC系統(tǒng)中用一臺微機(jī)對多個被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢系統(tǒng)中用一臺微機(jī)對多個被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進(jìn)行控制運算，并輸出測，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進(jìn)行控制運算，并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。 DDC系統(tǒng)給定、顯示、報警等集中在此控制臺上。系統(tǒng)給定、顯示、報警等集中在此控制臺上。 DDC系統(tǒng)中，計算機(jī)不僅完全取代模擬調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)中，計算機(jī)不僅完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)實現(xiàn)多回路多回路的的PID調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通過調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通過改改變變軟件就可以實現(xiàn)較復(fù)雜的軟件就可以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法控制算法。 )模擬量

28、輸入模擬量輸入DDC計計算算機(jī)機(jī)模擬量輸出模擬量輸出生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出顯示顯示打印打印報警報警操作臺操作臺電子信息與控制工程系333、 微機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)微機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(Supervisory Computer Control）兩級控制兩級控制v第第1級用級用DDC計算機(jī)或調(diào)節(jié)器，完成直接控制；計算機(jī)或調(diào)節(jié)器，完成直接控制；v第第2級用級用SCC計算機(jī)根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)計算機(jī)根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)即按即按照一定算法進(jìn)行優(yōu)化計算，照一定算法進(jìn)行優(yōu)化計算，自動地改變自動地改變DDC系統(tǒng)的系統(tǒng)的給定給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況值，從而使生產(chǎn)過程始終

29、處于最優(yōu)工況(最低消耗、最最低消耗、最低成本、最高產(chǎn)量等低成本、最高產(chǎn)量等)。v它的作用是改變給定值，又稱它的作用是改變給定值，又稱給定值控制給定值控制SPC(Set Point Computer Control)。vSCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，同時還可以進(jìn)行順系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，同時還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。電子信息與控制工程系34監(jiān)督控制系統(tǒng)有兩種典型的結(jié)構(gòu)形式監(jiān)督控制系統(tǒng)有兩種典型的結(jié)構(gòu)形式給 定 值計算機(jī)顯 示 /打 印 /記 錄工 藝 參數(shù)檢 測控 制SCC 計 算 機(jī)模 擬調(diào) 節(jié) 器檢 測被 控 對 象給 定 值計

30、算機(jī)顯 示 /打 印 /記 錄工 藝 參數(shù)檢 測控 制SCC 計 算 機(jī)DDC計 算 機(jī)檢 測被 控 對 象(a) SCC 模 擬 調(diào) 節(jié) 器(b) SCC DDC系 統(tǒng)電子信息與控制工程系35 微機(jī)的作用是對各物理量進(jìn)行巡回檢測并接收微機(jī)的作用是對各物理量進(jìn)行巡回檢測并接收管理命令，然后，按照一定的數(shù)學(xué)模型計算后，管理命令，然后，按照一定的數(shù)學(xué)模型計算后，輸出給定值到模擬調(diào)節(jié)器。輸出給定值到模擬調(diào)節(jié)器。 此給定值在模擬調(diào)節(jié)器中與檢測值進(jìn)行比較，此給定值在模擬調(diào)節(jié)器中與檢測值進(jìn)行比較，其偏差值經(jīng)模擬調(diào)節(jié)器計算后輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其偏差值經(jīng)模擬調(diào)節(jié)器計算后輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以達(dá)到調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的目的。

31、這樣，系統(tǒng)就可以以達(dá)到調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的目的。這樣，系統(tǒng)就可以根據(jù)生產(chǎn)情況的變化，不斷地改變給定值，以達(dá)根據(jù)生產(chǎn)情況的變化，不斷地改變給定值，以達(dá)到實現(xiàn)最優(yōu)控制的目的。到實現(xiàn)最優(yōu)控制的目的。電子信息與控制工程系36v 該系統(tǒng)為兩級微機(jī)控制系統(tǒng)，一級為監(jiān)督級該系統(tǒng)為兩級微機(jī)控制系統(tǒng)，一級為監(jiān)督級SCC，二，二級為級為DDC。v SCC的作用用來計算最佳給定值，它與的作用用來計算最佳給定值，它與DDC之間通過之間通過接口進(jìn)行信息聯(lián)系。接口進(jìn)行信息聯(lián)系。v DDC用來把給定值與測量值用來把給定值與測量值(數(shù)字量數(shù)字量)進(jìn)行比較，其偏差進(jìn)行比較，其偏差由由DDC進(jìn)行數(shù)字計算，并實現(xiàn)對各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)控制

32、進(jìn)行數(shù)字計算，并實現(xiàn)對各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)控制作用。作用。v 當(dāng)當(dāng)DDC級計算機(jī)出現(xiàn)故障時，可由級計算機(jī)出現(xiàn)故障時，可由SCC計算機(jī)完成計算機(jī)完成DDC的控制功能。顯然提高了控制系統(tǒng)的可靠性。的控制功能。顯然提高了控制系統(tǒng)的可靠性。v 與與SCC模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)相比，其控制規(guī)律可以改變，模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)相比，其控制規(guī)律可以改變，使用更加靈活。使用更加靈活。電子信息與控制工程系37 監(jiān)控計算機(jī)監(jiān)控計算機(jī)CRT操作站操作站現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站 被控對象被控對象被控對象被控對象.高高 速速 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 通通 道道. 集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（Total Distributed Con

33、trolTDC）也稱為分布式）也稱為分布式控制系統(tǒng)或分散式控制系統(tǒng)（控制系統(tǒng)或分散式控制系統(tǒng)（Distributed Control SystemDCS）。）。 采用了分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的采用了分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則，形成具有層次化體系結(jié)構(gòu)的分級分布式控制。設(shè)計原則，形成具有層次化體系結(jié)構(gòu)的分級分布式控制。 具有高可具有高可靠性能，便于維修與更新?？啃阅?，便于維修與更新。電子信息與控制工程系38 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場智能設(shè)備與控制室之間的全連接現(xiàn)場智能設(shè)備與控制室之間的全數(shù)字式、數(shù)字式、開放的、雙向開放的、雙向的通信網(wǎng)絡(luò)。的

34、通信網(wǎng)絡(luò)。 FCS是新一代分布式控制系統(tǒng)，改進(jìn)了是新一代分布式控制系統(tǒng)，改進(jìn)了DCS系統(tǒng)成本高、系統(tǒng)成本高、各各DCS通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而無法互聯(lián)的弱點。通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而無法互聯(lián)的弱點。 隨著智能傳感器、執(zhí)行器向數(shù)字化方向發(fā)展，隨著智能傳感器、執(zhí)行器向數(shù)字化方向發(fā)展，F(xiàn)CS信號信號傳輸實現(xiàn)了傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化全數(shù)字化取代取代4-20mA模擬信號模擬信號,從最底層逐層向從最底層逐層向最高層均采用通信網(wǎng)絡(luò)互連最高層均采用通信網(wǎng)絡(luò)互連; 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用全分散化全分散化, 現(xiàn)場總線的節(jié)點是現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)現(xiàn)場總線的節(jié)點是現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表，如傳感器、變送器、執(zhí)行器等。場儀表，如傳感器、變送器、執(zhí)行器

35、等。 電子信息與控制工程系39v 采用采用“工作站工作站-現(xiàn)場總線智能儀表現(xiàn)場總線智能儀表”二層結(jié)構(gòu)，國際標(biāo)二層結(jié)構(gòu)，國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。v主要有五種現(xiàn)場總線：主要有五種現(xiàn)場總線：v CAN總線總線（controller area network,控制器局域網(wǎng)絡(luò)）控制器局域網(wǎng)絡(luò)）v LONGWORKS總線總線(local operating network局部操作網(wǎng)絡(luò)局部操作網(wǎng)絡(luò))v PROFIBUS (process field bus 過程現(xiàn)場總線過程現(xiàn)場總線)v HATR總線總線（可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）（可尋址遠(yuǎn)程

36、傳感器數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）v FF總線總線（基金會現(xiàn)場總線）（基金會現(xiàn)場總線）電子信息與控制工程系40電子信息與控制工程系41FCS系統(tǒng)特點：v1）采用一對）采用一對N的設(shè)備連接方式成本低。的設(shè)備連接方式成本低。v2）實現(xiàn)了徹底的分散控制。）實現(xiàn)了徹底的分散控制。v3）開放性與互操作性簡化了系統(tǒng)的集成。）開放性與互操作性簡化了系統(tǒng)的集成。v4）信息綜合，組態(tài)靈活。）信息綜合，組態(tài)靈活。電子信息與控制工程系42電子信息與控制工程系43 流程計算機(jī)集成制造系統(tǒng)流程計算機(jī)集成制造系統(tǒng) 經(jīng)營決策經(jīng)營決策企業(yè)管理企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)調(diào)度過程優(yōu)化過程優(yōu)化過程控制過程控制第五層：企業(yè)決策，生產(chǎn)規(guī)劃第五層：企業(yè)決策，生

37、產(chǎn)規(guī)劃第四層：供銷第四層：供銷,財務(wù)財務(wù),計劃計劃,管理等管理等第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)優(yōu)化第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)優(yōu)化第二層：先進(jìn)控制，過程優(yōu)化第二層：先進(jìn)控制，過程優(yōu)化第一層：單元自動化第一層：單元自動化,簡單控制簡單控制生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程 流程流程CIMS的遞階控制示意圖的遞階控制示意圖電子信息與控制工程系44 流程流程CIMS是工程大系統(tǒng)，它所要解決的是工程大系統(tǒng)，它所要解決的不是局部優(yōu)化問題，而是工廠、公司乃至一個不是局部優(yōu)化問題，而是工廠、公司乃至一個區(qū)域的總目標(biāo)或總?cè)蝿?wù)的最優(yōu)化問題。區(qū)域的總目標(biāo)或總?cè)蝿?wù)的最優(yōu)化問題。v 最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)包括產(chǎn)量最高、質(zhì)量最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)包括產(chǎn)量最

38、高、質(zhì)量最好、原料和能耗最小、成本最低、可靠性最好、原料和能耗最小、成本最低、可靠性最高、環(huán)境污染最小等指標(biāo)，它反映了技術(shù)、最高、環(huán)境污染最小等指標(biāo)，它反映了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的綜合性要求。經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的綜合性要求。v 流程流程CIMS的理論基礎(chǔ)是大系統(tǒng)理論。的理論基礎(chǔ)是大系統(tǒng)理論。電子信息與控制工程系45v 程序控制是控制被控量按照預(yù)先規(guī)定的時間函程序控制是控制被控量按照預(yù)先規(guī)定的時間函數(shù)變化，被控制量是時間的函數(shù)，如加熱爐的溫度數(shù)變化，被控制量是時間的函數(shù)，如加熱爐的溫度控制。控制。v 順序控制則可以看作是程序控制的擴(kuò)展，在各順序控制則可以看作是程序控制的擴(kuò)展，在各個時期所給出

39、的設(shè)定值可以是不同的物理量，而且個時期所給出的設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定值的給出，不僅取決于時間，還取決于對每次設(shè)定值的給出，不僅取決于時間，還取決于對以前的控制結(jié)果的邏輯判斷以前的控制結(jié)果的邏輯判斷。電子信息與控制工程系46 2) PID控制控制v調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分的調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分的函數(shù)。函數(shù)。PID控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整,因此一直是因此一直是應(yīng)用最廣、最為成熟的技術(shù)。應(yīng)用最廣、最為成熟的技術(shù)。v有限拍控制的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時間最短，要求設(shè)計有限拍控制的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時間最短，要求設(shè)計的系統(tǒng)在盡可能短

40、的時間里完成調(diào)節(jié)過程。有限拍的系統(tǒng)在盡可能短的時間里完成調(diào)節(jié)過程。有限拍控制通常在數(shù)字隨動系統(tǒng)中應(yīng)用?？刂仆ǔＴ跀?shù)字隨動系統(tǒng)中應(yīng)用。電子信息與控制工程系47v 控制系統(tǒng)性能指標(biāo)不單是過渡過程的品質(zhì)，而控制系統(tǒng)性能指標(biāo)不單是過渡過程的品質(zhì)，而且包括能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指且包括能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指標(biāo)。標(biāo)。v 對于存在隨機(jī)擾動、純滯后對象以及多變量耦對于存在隨機(jī)擾動、純滯后對象以及多變量耦合的系統(tǒng)，僅用合的系統(tǒng)，僅用PIDPID控制是難以達(dá)到滿意的性能指控制是難以達(dá)到滿意的性能指標(biāo)的，因此，針對實際情況采用各種復(fù)雜規(guī)律的控標(biāo)的，因此，針對實際情況采用各種復(fù)雜規(guī)律的控

41、制制串級控制，前饋控制，純滯后補償控制，多串級控制，前饋控制，純滯后補償控制，多變量解耦控制以及最優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制變量解耦控制以及最優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制等。等。電子信息與控制工程系48v智能控制理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)智能控制理論是把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學(xué)科。問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學(xué)科。v智能控制理論可以看作是三個主要理論領(lǐng)域的交叉或智能控制理論可以看作是三個主要理論領(lǐng)域的交叉或匯合匯合:人工智能、運籌學(xué)和控制理論。人工智能、運籌學(xué)和控制理論。v智能控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一個大系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一個大系統(tǒng)綜合的自動化綜合的自

42、動化系統(tǒng)。系統(tǒng)。 v模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家系統(tǒng)等均可稱模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家系統(tǒng)等均可稱智能控制智能控制電子信息與控制工程系49v1.2 1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)中的計算機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)中的計算機(jī)v（1）單片微型計算機(jī)；）單片微型計算機(jī)；v（2）PLC；v（3）工業(yè)）工業(yè)PC； v 在工程實際中，選擇何種機(jī)型，應(yīng)根據(jù)控制規(guī)在工程實際中，選擇何種機(jī)型，應(yīng)根據(jù)控制規(guī)模、工藝要求和控制特點等來確定。模、工藝要求和控制特點等來確定。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，常用的典型機(jī)型有：在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，常用的典型機(jī)型有：電子信息與控制工程系50v一、單片微型計算機(jī)一、單片微型計算機(jī)v 單片微型

43、計算機(jī)，簡稱單片機(jī)，是一種內(nèi)含有單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)，是一種內(nèi)含有微處理器的特殊超大規(guī)模集成電路。它是將微處理器的特殊超大規(guī)模集成電路。它是將CPU、存儲器、存儲器、I/O接口、定時器接口、定時器/計數(shù)器、甚至計數(shù)器、甚至A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器等部件集成在一個大規(guī)模集成電路芯片上，具有器等部件集成在一個大規(guī)模集成電路芯片上，具有很強控制功能的微型計算機(jī)。很強控制功能的微型計算機(jī)。電子信息與控制工程系51v 單片機(jī)分類：按位數(shù)分按位數(shù)分按功能分按功能分按生產(chǎn)廠家按生產(chǎn)廠家4位機(jī)；位機(jī)；8位機(jī)；位機(jī)；16位機(jī)；位機(jī)；32位機(jī)；位機(jī)；帶帶A/D轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換器；硬件定時監(jiān)視器；硬件定時監(jiān)視器；增加型串

44、行口；增加型串行口；全局串行通道；全局串行通道；顯示器（顯示器（LED或或LCD）驅(qū)動電路；驅(qū)動電路；脈寬調(diào)制輸出電路脈寬調(diào)制輸出電路PWM；模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)；模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)；串行外設(shè)接口電路串行外設(shè)接口電路I2C等等的單片機(jī)；的單片機(jī)；有有Intel公司的公司的MCS系列；系列；Motorola公司的公司的M68HC系列；系列；Microchip公司的公司的PIC系系列；列；Zilog公司的公司的Z系列；系列；Philips公司；公司；Atmel；NEC公司；公司；電子信息與控制工程系52v單片機(jī)的應(yīng)用軟件編程語言：單片機(jī)的應(yīng)用軟件編程語言：v（1）面向機(jī)器的匯編語言；）面向機(jī)器的匯編語言

45、；v（2）高級語言，如）高級語言，如BASIC、PL/M和和C語言等語言等v 由于單片機(jī)是面向控制設(shè)計的，專用性強、內(nèi)由于單片機(jī)是面向控制設(shè)計的，專用性強、內(nèi)存容量小，因此，存容量小，因此，單片機(jī)本身不具備自開發(fā)功能單片機(jī)本身不具備自開發(fā)功能，必須借助于仿真器或開發(fā)系統(tǒng)與單片機(jī)聯(lián)機(jī)，才能必須借助于仿真器或開發(fā)系統(tǒng)與單片機(jī)聯(lián)機(jī)，才能進(jìn)行軟、硬件的開發(fā)與調(diào)試。進(jìn)行軟、硬件的開發(fā)與調(diào)試。電子信息與控制工程系53v二、可編程邏輯控制器二、可編程邏輯控制器v 可編程邏輯控制器（可編程邏輯控制器（Programmable Logical Controller），），簡稱可編程控制器，即簡稱可編程控制器，即

46、PLC，是繼電邏輯控制與計算機(jī)技術(shù)，是繼電邏輯控制與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。相結(jié)合的產(chǎn)物。v早期主要用于開關(guān)控制，具有邏輯運算、計時、計數(shù)等早期主要用于開關(guān)控制，具有邏輯運算、計時、計數(shù)等順控功能。隨著順控功能。隨著PLC的發(fā)展，其功能已不再限于邏輯運算，的發(fā)展，其功能已不再限于邏輯運算，具有連續(xù)模擬量處理、高速計數(shù)、遠(yuǎn)程具有連續(xù)模擬量處理、高速計數(shù)、遠(yuǎn)程I/O和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。v PLC是一種數(shù)字運算操作系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而是一種數(shù)字運算操作系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)

47、行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算木運算等操作的指令，邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算木運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?；蛏a(chǎn)過程。電子信息與控制工程系54vPLC具有如下特點：具有如下特點：v（1）可靠性高）可靠性高vPLC集成度高；集成度高；v采用了冗余措施和容錯技術(shù)；采用了冗余措施和容錯技術(shù)；v輸入輸出采用了屏蔽、隔離、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)等措輸入輸出采用了屏蔽、隔離、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)等措施，提高了抗工業(yè)環(huán)境干擾的能力。施，提高了抗工業(yè)環(huán)境干擾的能力。v（2）編程容易）編程容易v

48、PLC大多采用類似繼電器控制電路圖形式的梯形圖及命令大多采用類似繼電器控制電路圖形式的梯形圖及命令語句進(jìn)行編程。如通過上位機(jī)進(jìn)行梯形圖編程，程序直接下語句進(jìn)行編程。如通過上位機(jī)進(jìn)行梯形圖編程，程序直接下傳，使編程更容易、更方便。傳，使編程更容易、更方便。電子信息與控制工程系55v（3）功能完善）功能完善v PLC除了具有邏輯運算、計時、計數(shù)、步進(jìn)控制功能，除了具有邏輯運算、計時、計數(shù)、步進(jìn)控制功能，還能完成還能完成A/D、 D/A轉(zhuǎn)換、模擬量處理、高速計數(shù)和聯(lián)網(wǎng)通轉(zhuǎn)換、模擬量處理、高速計數(shù)和聯(lián)網(wǎng)通信等功能，還可以通過上位機(jī)進(jìn)行顯示、報警、記錄、進(jìn)行信等功能，還可以通過上位機(jī)進(jìn)行顯示、報警、記錄

49、、進(jìn)行人機(jī)對話等。人機(jī)對話等。v（4）擴(kuò)展靈活）擴(kuò)展靈活v 由于由于PLC采用積木式結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)實際的采用積木式結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)實際的I/O點數(shù)點數(shù)和不同輸入輸出方式需要等，選擇所需的功能模板，便可獲和不同輸入輸出方式需要等，選擇所需的功能模板，便可獲得相應(yīng)的功能和規(guī)模。得相應(yīng)的功能和規(guī)模。v 系統(tǒng)的配置可從幾個系統(tǒng)的配置可從幾個I/O點的小型系統(tǒng)到幾千個點的超點的小型系統(tǒng)到幾千個點的超大型系統(tǒng)，組合非常方便。大型系統(tǒng)，組合非常方便。電子信息與控制工程系56v（5 5）安裝調(diào)試簡單方便）安裝調(diào)試簡單方便v 當(dāng)當(dāng)用用PLC構(gòu)成構(gòu)成控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)時，只需把檢測器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，只需把檢測器件

50、與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和和PLC的的I/O接口端子正確連接，用簡單的編程方法將程序存接口端子正確連接，用簡單的編程方法將程序存入存儲器內(nèi)，即可正常工作。入存儲器內(nèi)，即可正常工作。v PLC的輸出可的輸出可直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，中間一般不需要設(shè)置轉(zhuǎn)，中間一般不需要設(shè)置轉(zhuǎn)換單元。換單元。v PLC能能事先進(jìn)行模擬調(diào)試事先進(jìn)行模擬調(diào)試，減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。，減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。v PLC的的監(jiān)視功能很強監(jiān)視功能很強，模塊化結(jié)構(gòu)大大減小了維修量。，模塊化結(jié)構(gòu)大大減小了維修量。電子信息與控制工程系57vPLC分類：分類：按容量來分按容量來分按結(jié)構(gòu)來分按結(jié)構(gòu)來分按功能來分按功能來分小型小型PLC；

51、中型中型PLC；大型大型PLC整體式整體式PLC；模塊式模塊式PLC；疊裝式疊裝式PLC；低檔低檔PLC；中檔中檔PLC；高檔高檔PLC電子信息與控制工程系58v（1）低檔）低檔PLC v 低檔低檔PLC主要是進(jìn)行主要是進(jìn)行邏輯控制邏輯控制，它的輸入，它的輸入/輸出適合于開關(guān)輸出適合于開關(guān)量、繼電器、接觸器等場合。這類量、繼電器、接觸器等場合。這類PLC結(jié)構(gòu)小巧，價格低廉，結(jié)構(gòu)小巧，價格低廉，適用于單機(jī)順序控制系統(tǒng)。適用于單機(jī)順序控制系統(tǒng)。v（2）中檔）中檔PLCv 中檔中檔PLC除開關(guān)量控制功能外，還有除開關(guān)量控制功能外，還有模擬量模擬量I/O接口接口，實現(xiàn)，實現(xiàn)對模擬量的檢測和調(diào)節(jié)。對模擬

52、量的檢測和調(diào)節(jié)。v 中檔中檔PLC的控制點數(shù)較低檔的控制點數(shù)較低檔PLC多。且軟件更為豐富，其多。且軟件更為豐富，其內(nèi)部有很多運算模塊，如內(nèi)部有很多運算模塊，如PID運算、二進(jìn)制運算、二進(jìn)制/BCD轉(zhuǎn)換、平方根、轉(zhuǎn)換、平方根、查表等。查表等。v 這種這種PLC不僅可用于開關(guān)量控制系統(tǒng)，而且可用于中、小不僅可用于開關(guān)量控制系統(tǒng)，而且可用于中、小型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中。型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中。電子信息與控制工程系59v（3）高檔）高檔PLCv 高檔高檔PLC具有具有計算、控制和調(diào)節(jié)計算、控制和調(diào)節(jié)功能，具有功能，具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)通信聯(lián)網(wǎng)能力，控制點數(shù)達(dá)能力，控制點數(shù)達(dá)1000點以上。點

53、以上。v 高檔高檔PLC可以和計算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)管理和控制一可以和計算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)管理和控制一體化，與辦公自動化系統(tǒng)連網(wǎng)，成為工廠自動化的重要設(shè)備。體化，與辦公自動化系統(tǒng)連網(wǎng)，成為工廠自動化的重要設(shè)備。v PLC在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎覆蓋了所有在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎覆蓋了所有工業(yè)控制領(lǐng)域，有著很好的發(fā)展前景。工業(yè)控制領(lǐng)域，有著很好的發(fā)展前景。v 國內(nèi)外生產(chǎn)國內(nèi)外生產(chǎn)PLC的廠家有很多，如：日本三菱的的廠家有很多，如：日本三菱的F、F1、F2、FX系列，日本立石（系列，日本立石（OMRON）的）的C系列，西門子的系列，西門子的S系系列，美國列，美國GE公司的公司

54、的GE-I系列，美國系列，美國MIDICON公司的公司的984系列系列等。等。電子信息與控制工程系60v三、工業(yè)控制機(jī)三、工業(yè)控制機(jī)v 工業(yè)控制機(jī)，簡稱工業(yè)控制機(jī)，簡稱工控機(jī)工控機(jī)，是一種面向工業(yè)控制、，是一種面向工業(yè)控制、采用標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和開放式體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)。采用標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和開放式體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)。v 按照統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)，各計算機(jī)廠家或研制單位可按照統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)，各計算機(jī)廠家或研制單位可設(shè)計和生產(chǎn)出具有特定功能的模板，系統(tǒng)設(shè)計人員可根設(shè)計和生產(chǎn)出具有特定功能的模板，系統(tǒng)設(shè)計人員可根據(jù)不同的需要，選用相應(yīng)的功能模板組合成所需的計算據(jù)不同的需要，選用相應(yīng)的功能模板組合成所需的計算機(jī)控制系

55、統(tǒng)機(jī)控制系統(tǒng)。電子信息與控制工程系61v工控機(jī)的特點：工控機(jī)的特點：v（1） 小板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計；小板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計；v（2） 標(biāo)準(zhǔn)化及兼容性；標(biāo)準(zhǔn)化及兼容性；v（3） 完善的完善的I/O通道；通道；v（4） 環(huán)境適應(yīng)能力強、可靠性高；環(huán)境適應(yīng)能力強、可靠性高；v（5） 軟件豐富；（組態(tài)軟件）軟件豐富；（組態(tài)軟件）v 工控能滿足不同層次、不同控制對象的需要，又能在惡劣工控能滿足不同層次、不同控制對象的需要，又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運行，應(yīng)用極為廣泛。的工業(yè)環(huán)境中可靠地運行，應(yīng)用極為廣泛。電子信息與控制工程系62v 目前我國工控領(lǐng)域的主要機(jī)型有目前我國工控領(lǐng)域的主要機(jī)型有STD總線工控機(jī)和工

56、總線工控機(jī)和工業(yè)業(yè)PC。v STD總線工控機(jī)是總線工控機(jī)是20世紀(jì)世紀(jì)80年代發(fā)展起來的，曾在年代發(fā)展起來的，曾在20世紀(jì)世紀(jì)80年代末和年代末和20世紀(jì)世紀(jì)90年代初得到廣泛的應(yīng)用。年代初得到廣泛的應(yīng)用。v工業(yè)工業(yè)PC是一種融是一種融PC機(jī)軟硬件資源與機(jī)軟硬件資源與STD工控機(jī)結(jié)構(gòu)工控機(jī)結(jié)構(gòu)為一體的新型工業(yè)控制機(jī)為一體的新型工業(yè)控制機(jī)，繼承了，繼承了PC機(jī)豐富的軟件資源，機(jī)豐富的軟件資源，使其軟件開發(fā)更加方便，同時，在結(jié)構(gòu)上采用了使其軟件開發(fā)更加方便，同時，在結(jié)構(gòu)上采用了STD總線總線工控機(jī)的優(yōu)點，實現(xiàn)模塊化。隨著個人計算機(jī)的不斷升級，工控機(jī)的優(yōu)點，實現(xiàn)模塊化。隨著個人計算機(jī)的不斷升級，工業(yè)

57、工業(yè)PC的性能也會相應(yīng)提高，因此，工業(yè)的性能也會相應(yīng)提高，因此，工業(yè)PC具有很好的具有很好的發(fā)展前景。發(fā)展前景。 電子信息與控制工程系63v在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用規(guī)模、控制目的和控制需要在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用規(guī)模、控制目的和控制需要等選用不同的計算機(jī)，如：等選用不同的計算機(jī)，如：v（1）對于小型控制系統(tǒng)、智能儀表及智能化接口，盡量）對于小型控制系統(tǒng)、智能儀表及智能化接口，盡量采用單片機(jī)模式；采用單片機(jī)模式；v（2）對于新產(chǎn)品開發(fā)或用量較大，為降低成本，也可采）對于新產(chǎn)品開發(fā)或用量較大，為降低成本，也可采用單片機(jī)模式；用單片機(jī)模式；v（3）對于中等規(guī)模的控制系統(tǒng)，為加快系統(tǒng)的開發(fā)速度，）對于

58、中等規(guī)模的控制系統(tǒng)，為加快系統(tǒng)的開發(fā)速度，盡量選用現(xiàn)成的工業(yè)控制機(jī)，如盡量選用現(xiàn)成的工業(yè)控制機(jī)，如PLC、STD總線工控機(jī)、工總線工控機(jī)、工業(yè)業(yè)PC等，應(yīng)用軟件可自行開發(fā)；等，應(yīng)用軟件可自行開發(fā)；v（4）對于大型的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，最好選用工業(yè)）對于大型的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，最好選用工業(yè)PC、專用專用DCS或或FCS，軟件可自行開發(fā)或購買現(xiàn)成的組態(tài)軟件。，軟件可自行開發(fā)或購買現(xiàn)成的組態(tài)軟件。電子信息與控制工程系64 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)是由多個微處理器為核心的過程控制采集站，是由多個微處理器為核心的過程控制采集站，分別分散地對各部分工藝流程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)分別分散地對各部分工藝

59、流程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與中央控制室各監(jiān)控操作站聯(lián)網(wǎng)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中通信系統(tǒng)與中央控制室各監(jiān)控操作站聯(lián)網(wǎng)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視和操作的控制系統(tǒng)。監(jiān)視和操作的控制系統(tǒng)。v它是綜合了它是綜合了4C4C技術(shù)的控制系統(tǒng)。技術(shù)的控制系統(tǒng)。v設(shè)計原則及主要特點：設(shè)計原則及主要特點：v 危險、控制分散危險、控制分散v 操作、管理集中操作、管理集中 v 分級管理、分而自治分級管理、分而自治v集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、功能完備、應(yīng)用靈活、操作方便、集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、功能完備、應(yīng)用靈活、操作方便、運行可靠等多方面顯著特點，為計算機(jī)控制開創(chuàng)了一個嶄新的應(yīng)運行可靠等多方面顯著特點，為計

60、算機(jī)控制開創(chuàng)了一個嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，并得到了廣泛的應(yīng)用。用領(lǐng)域，并得到了廣泛的應(yīng)用。電子信息與控制工程系651.3.1集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 分散過程控制裝置分散過程控制裝置是是DCS與生產(chǎn)過程聯(lián)系的接口，按與生產(chǎn)過程聯(lián)系的接口，按其功能又可分為現(xiàn)場控制站（簡稱控制站）和數(shù)據(jù)采集站其功能又可分為現(xiàn)場控制站（簡稱控制站）和數(shù)據(jù)采集站等。等。 集中操作管理裝置集中操作管理裝置是人與是人與DCS聯(lián)系的接口，按其功能聯(lián)系的接口，按其功能又可分為操作員工作站（簡稱操作站）、工程師工作站又可分為操作員工作站（簡稱操作站）、工程師工作站（簡稱工程師站）和監(jiān)控計算機(jī)（又稱上位機(jī)）等。（簡稱