第1章計算機(jī)控制技術(shù)緒論

1、 引言 計算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)計算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用用-是把計算機(jī)技術(shù)與自動化是把計算機(jī)技術(shù)與自動化控制系統(tǒng)融為一體的一門綜合控制系統(tǒng)融為一體的一門綜合性學(xué)問，是以計算機(jī)為核心部性學(xué)問，是以計算機(jī)為核心部件的過程控制系統(tǒng)和運(yùn)動控制件的過程控制系統(tǒng)和運(yùn)動控制系統(tǒng)。從計算機(jī)應(yīng)用的角度出系統(tǒng)。從計算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)，自動化控制工程是其重要發(fā)，自動化控制工程是其重要的一個應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動化的一個應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動化控制工程來看，計算機(jī)技術(shù)又控制工程來看，計算機(jī)技術(shù)又是一個主要的實現(xiàn)手段。下圖是一個主要的實現(xiàn)手段。下圖為為一個制藥車間的自動化生產(chǎn)一個制藥車間的自動化生產(chǎn)流程。流程。 例 工業(yè)爐控制n

2、工業(yè)爐控制的典型情況。n為了保證燃料在爐膛內(nèi)正常燃燒，必須保持燃料和空氣的比值恒定。它可以防止空氣太多時，過剩空氣帶走大量熱量；也可防止當(dāng)空氣太少時，由于燃料燃燒不完全而產(chǎn)生許多一氧化碳或碳黑。n為了保持所需的爐溫，將測得的爐溫送入計算機(jī)計算，進(jìn)而控制燃料和空氣閥門的開度。n為了保持爐膛壓力恒定，避免在壓力過低時從爐墻的縫隙處吸入大量過剩空氣，或在壓力過高時大量燃料通過縫隙逸出爐外，必須采用壓力控制回路。測得的爐膛壓力送入計算機(jī)，進(jìn)而控制煙道出口擋板的開度。n為了提高爐子的熱效率，還須對爐子排出的廢氣進(jìn)行分析，一般是用氧化鋯傳感器測量煙氣中的微量氧，通過計算而得出其熱效率，并用以指導(dǎo)燃燒控制。

3、觀點：沒有計算機(jī)就無所謂自動化n前續(xù)課程：電子技術(shù)、微機(jī)原理與應(yīng)用、單片機(jī)、自動控制理論等n特點：綜合性強(qiáng)能夠?qū)⒆詣踊瘜I(yè)的大部分課程聯(lián)系起來第一章第一章 微型計算機(jī)控制系統(tǒng)概述微型計算機(jī)控制系統(tǒng)概述本章要點 1.了解計算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理2.了解計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成與軟件組成。3. 初步認(rèn)識微型計算機(jī)控制系統(tǒng)分類與裝置種類 本章主要內(nèi)容 1.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念 1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 1.3 微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 1.4 1.4 微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1.5 控制裝置種類控

4、制裝置種類1.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念主要知識點主要知識點: 控制系統(tǒng)概念控制系統(tǒng)概念一、一、 控制系統(tǒng)概念控制系統(tǒng)概念計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來的來的; ;常規(guī)儀表組成的自動控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制常規(guī)儀表組成的自動控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制要求，一般分成要求，一般分成閉環(huán)控制閉環(huán)控制( (圖圖1-1a1-1a所示所示) )與與開環(huán)開環(huán)控制控制( (圖圖1-1b1-1b所示所示) )兩種結(jié)構(gòu)形式兩種結(jié)構(gòu)形式; ;計算機(jī)控制系統(tǒng)原理組成計算機(jī)控制系統(tǒng)原理組成用控制計算機(jī)代替用控制計算機(jī)代替圖圖1-11-1的控制器，如圖的控制器，如圖1-21

5、-2所示；所示；（1）閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)-閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測量變送器對被控對象進(jìn)行檢測，閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測量變送器對被控對象進(jìn)行檢測，把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號再反饋到控制器中，控制器將把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號再反饋到控制器中，控制器將此測量值與給定值進(jìn)行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)此測量值與給定值進(jìn)行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號驅(qū)動執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對象的被控量跟的控制信號驅(qū)動執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對象的被控量跟蹤趨近給定值，從而實現(xiàn)自動控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種

6、信號傳遞形成了閉蹤趨近給定值，從而實現(xiàn)自動控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號傳遞形成了閉合回路，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。合回路，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。euqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象測量變送器測量變送器偏差偏差給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被控量 測量值測量值r+_zf干擾干擾圖圖1-1(a) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（2）開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)-不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被控對象的測量反饋信號，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動控對象的測量反饋信號，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動執(zhí)行器去控制被控對

7、象，所以這種信號的傳遞是單方執(zhí)行器去控制被控對象，所以這種信號的傳遞是單方向的。環(huán)控制系統(tǒng)不能自動消除被控量與給定值之間向的。環(huán)控制系統(tǒng)不能自動消除被控量與給定值之間的偏差，其控制性能不如閉環(huán)系統(tǒng)。的偏差，其控制性能不如閉環(huán)系統(tǒng)。 uqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被控量 r(b) (b) 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)（3）計算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)原理組成 計算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理組成計算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理組成-是把圖是把圖1-11-1中的控制中的控制器用控制計算機(jī)即微型計算機(jī)及器用控制計算機(jī)即微型計算機(jī)及A/DA/D（模（模/ /數(shù)）轉(zhuǎn)換

8、接口與數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與D/AD/A（數(shù)（數(shù)/ /模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計算機(jī)采用的是數(shù)字信號傳遞，模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計算機(jī)采用的是數(shù)字信號傳遞，而一次儀表多采用模擬信號傳遞，因此需要有而一次儀表多采用模擬信號傳遞，因此需要有A/DA/D轉(zhuǎn)換器將模轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號，以及擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號，以及D/AD/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號。轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號。 +re偏偏差差計計算算機(jī)機(jī)D/A執(zhí)執(zhí)行行器器被被控控對對象象uqyA/D測測量量變變送送器器z測測量量值值給給定定值值控控制制計計算算機(jī)機(jī)生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程控控制制作作用用操

9、操縱縱變變量量被被控控量量圖圖1 1- -3 3 計計算算機(jī)機(jī)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理框框圖圖- 圖圖1-2 計算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖計算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 （4）計算機(jī)控制系統(tǒng)的監(jiān)控過程步驟a.a.實時數(shù)據(jù)采集實時數(shù)據(jù)采集-對來自測量變送器的被控量的對來自測量變送器的被控量的瞬時值進(jìn)行采集和輸入瞬時值進(jìn)行采集和輸入 ；b.b.實時數(shù)據(jù)處理實時數(shù)據(jù)處理-對采集到的被控量進(jìn)行分析、對采集到的被控量進(jìn)行分析、比較和處理，按一定的控制規(guī)比較和處理，按一定的控制規(guī)律運(yùn)算，進(jìn)行控制決策；律運(yùn)算，進(jìn)行控制決策； c.c.實時輸出控制實時輸出控制-根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行器發(fā)出控制信號

10、，完成監(jiān)控任器發(fā)出控制信號，完成監(jiān)控任務(wù)；務(wù)；實時：指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間內(nèi)完成實時：指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間內(nèi)完成 1.21.2計算機(jī)控制系統(tǒng)的計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成組成一、計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件一般包括：一、計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件一般包括：主機(jī)主機(jī)-CPU CPU RAMRAMROMROM系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 常規(guī)外部設(shè)備常規(guī)外部設(shè)備-輸入輸入/ /輸出設(shè)備、外存儲器等輸出設(shè)備、外存儲器等過程輸入輸出通道過程輸入輸出通道AIAI、AOAO、DIDI、DODO操作臺操作臺CRTCRT、LEDLED、LCDLCD 等等通信設(shè)備通信設(shè)備交換機(jī)、交換機(jī)、modemmodem、集

11、線器等、集線器等圖圖 1-31-3所示硬件組成框圖所示硬件組成框圖CPURAMROM輸輸入入設(shè)設(shè)備備輸輸出出設(shè)設(shè)備備外外存存儲儲器器通通信信設(shè)設(shè)備備操操作作臺臺接接口口接接口口接接口口接接口口接接口口系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線工工業(yè)業(yè)對對象象接接口口接接口口接接口口接接口口換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)開開關(guān)關(guān)輸輸出出開開關(guān)關(guān)輸輸入入測測量量變變送送驅(qū)驅(qū)動動執(zhí)執(zhí)行行過過程程輸輸入入輸輸出出通通道道計計算算機(jī)機(jī)基基本本系系統(tǒng)統(tǒng)主主機(jī)機(jī)常常規(guī)規(guī)外外部部設(shè)設(shè)備備圖1-4 計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖D/AA/D 圖圖1-3 1-3 計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖 二、軟件組成二、軟件組成硬件僅為計算機(jī)控

12、制系統(tǒng)的軀體。要使計算機(jī)正確地硬件僅為計算機(jī)控制系統(tǒng)的軀體。要使計算機(jī)正確地運(yùn)行解決各種問題，必須為它編制軟件。運(yùn)行解決各種問題，必須為它編制軟件。所謂軟件是指完成各種功能的計算機(jī)程序的總和，它所謂軟件是指完成各種功能的計算機(jī)程序的總和，它是計算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是是計算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類；系統(tǒng)軟件軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類；系統(tǒng)軟件一般由計算機(jī)廠家提供，專門用來使用和管理計算機(jī)一般由計算機(jī)廠家提供，專門用來使用和管理計算機(jī)本身的程序；應(yīng)用軟件是用戶針

13、對生產(chǎn)過程要求而編本身的程序；應(yīng)用軟件是用戶針對生產(chǎn)過程要求而編制的各種應(yīng)用程序。制的各種應(yīng)用程序。 1.3 控制系統(tǒng)分類 主要知識點主要知識點1.3.1 1.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DASDAS）1.3.2 1.3.2 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) (OGC)(OGC)1.3.3 1.3.3 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDCDDC）1.3.4 1.3.4 監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)SCCSCC）1.3.5 1.3.5 分散控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（DCSDCS）1.3.6 1.3.6 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCSFCS）1.3.11.3.1 數(shù)據(jù)采

14、集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DASDAS）計計 算算 機(jī)機(jī)工工業(yè)業(yè)對對象象器器換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)D/A采采樣樣器器測測量量元元件件統(tǒng)統(tǒng)系系集集采采據(jù)據(jù)數(shù)數(shù)1 1圖圖5 5- -顯顯 示示 終終 端端打打 印印 機(jī)機(jī) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition System)-(Data Acquisition System)-是計算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制最早、是計算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制最早、也是最基本的一種類型，如圖也是最基本的一種類型，如圖1-51-5所示。生產(chǎn)過程中被控對象的大量參數(shù)經(jīng)測量變送所示。生產(chǎn)過程中被控對象的大量參數(shù)經(jīng)測量變送儀表發(fā)送和儀表發(fā)送和A/DA/D通道或通道或DIDI通道巡

15、回采集后送入計算機(jī)，由計算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析通道巡回采集后送入計算機(jī)，由計算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并按操作要求進(jìn)行屏幕顯示、制表打印和越限報警。和處理，并按操作要求進(jìn)行屏幕顯示、制表打印和越限報警。 1.3.2 1.3.2 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(OGC)(OGC) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)-是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖一種開環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖1-61-6所示。計算機(jī)根據(jù)采集所示。計算機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進(jìn)行最優(yōu)化計算，計算出到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進(jìn)行最優(yōu)化計算，計算出的最優(yōu)操作條件，并不直接輸出控制被控對象，的最優(yōu)操作條件，并不直接輸

16、出控制被控對象，而是顯示或打印出來，操作人員據(jù)此去改變各個而是顯示或打印出來，操作人員據(jù)此去改變各個控制器的給定值或操作執(zhí)行器，以達(dá)到操作指導(dǎo)控制器的給定值或操作執(zhí)行器，以達(dá)到操作指導(dǎo)的作用。它相當(dāng)于模擬儀表的作用。它相當(dāng)于模擬儀表控制系統(tǒng)的手動與半控制系統(tǒng)的手動與半自動工作狀態(tài)。自動工作狀態(tài)。OGCOGC系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，控系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點是要由人工操作，速度受到制靈活和安全。缺點是要由人工操作，速度受到限制，不能同時控制多個回路。限制，不能同時控制多個回路。 計計 算算 機(jī)機(jī)工工業(yè)業(yè)對對象象器器換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)D/A采采樣樣器器測測量量元元件件顯顯示示終終端端打打印印

17、機(jī)機(jī)控控制制儀儀表表 圖圖1 1- -6 6 操操作作指指導(dǎo)導(dǎo)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)1.3.31.3.3 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDCDDC） DDC DDC系統(tǒng)系統(tǒng)-是用一臺計算機(jī)不僅完成對多個被控參數(shù)的是用一臺計算機(jī)不僅完成對多個被控參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，而且能按一定的控制規(guī)律進(jìn)行實時決策，并通過過數(shù)據(jù)采集，而且能按一定的控制規(guī)律進(jìn)行實時決策，并通過過程輸出通道發(fā)出控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制，為了程輸出通道發(fā)出控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制，為了操作方便，操作方便，DDCDDC系統(tǒng)還配置一個包括給定、顯示、報警等功能系統(tǒng)還配置一個包括給定、顯示、報警等功能的操作控制臺。的操作控制

18、臺。DDCDDC系統(tǒng)中的一臺計算機(jī)不僅完全取代了多個系統(tǒng)中的一臺計算機(jī)不僅完全取代了多個模擬調(diào)節(jié)器，而且在各個回路的控制方案上，不改變硬件只通模擬調(diào)節(jié)器，而且在各個回路的控制方案上，不改變硬件只通過改變程序就能過改變程序就能有效地有效地實現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制實現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制。計計算算機(jī)機(jī)生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程顯示顯示打印機(jī)打印機(jī)報警報警操作臺操作臺）ID，D/A（入入輸輸程程過過）OD，A/D（出出輸輸程程過過圖圖1-7 1-7 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)1.3.41.3.4監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)SCCSCC） 監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)即監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)即SCCSCC-是是OG

19、COGC系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)或與儀表控制系統(tǒng)或與DDCDDC系統(tǒng)綜合而成的兩級系統(tǒng)，如圖系統(tǒng)綜合而成的兩級系統(tǒng)，如圖1-1-8 8所示。顯然，這屬于計算機(jī)在線最優(yōu)控制的一種形式。所示。顯然，這屬于計算機(jī)在線最優(yōu)控制的一種形式。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時，可由下位機(jī)獨(dú)立完成控制。下位當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時，可由下位機(jī)獨(dú)立完成控制。下位機(jī)直接參與生產(chǎn)過程控制，要求其實時性好，可靠性高機(jī)直接參與生產(chǎn)過程控制，要求其實時性好，可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)；而上位機(jī)承擔(dān)高級控制與管理任務(wù)，和抗干擾能力強(qiáng)；而上位機(jī)承擔(dān)高級控制與管理任務(wù)，應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲容量大的高檔計算機(jī)。應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲容

20、量大的高檔計算機(jī)。工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)顯示顯示打印打印報警報警顯示顯示打印打印報警報警機(jī)機(jī)算算計計CCS機(jī)機(jī)算算計計CCS測量測量測量測量控制控制控制控制模擬控制器CDD生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程用用計計算算機(jī)機(jī)(a)統(tǒng)統(tǒng)系系器器制制控控擬擬模模+ +CCS圖1-8 監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)形式圖1-8 監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)形式給定值給定值給定值給定值采集采集采集采集統(tǒng)統(tǒng)系系制制控控CDD+CCS (b)1.3.51.3.5 分散控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（DCSDCS） 分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)-是是以微處理器為基礎(chǔ)，借助于以微處理器為基礎(chǔ)，借助于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)過

21、程進(jìn)行集中管理和分散控制的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中管理和分散控制的先進(jìn)計算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開發(fā)的分散控制系先進(jìn)計算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開發(fā)的分散控制系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上具有分散式系統(tǒng)的特征，因此國外統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上具有分散式系統(tǒng)的特征，因此國外將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國內(nèi)也有人將其將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國內(nèi)也有人將其稱為集散型控制系統(tǒng)，或者是分布式控制系統(tǒng)。分稱為集散型控制系統(tǒng)，或者是分布式控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)簡稱為散控制系統(tǒng)簡稱為DCSDCS。DCS DCS 采用分散控制、集中采用分散控制、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。操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)

22、的設(shè)計原則。它的結(jié)構(gòu)組成如圖它的結(jié)構(gòu)組成如圖1-91-9所示。所示。集中操作監(jiān)控級管理計算機(jī)網(wǎng) 間聯(lián)接器工程師操作站操作員操作站監(jiān) 控計算機(jī)網(wǎng) 間聯(lián)接器現(xiàn) 場控制站 PLC智 能調(diào)節(jié)器其它測控裝置至其它局域網(wǎng)局域網(wǎng)絡(luò)（LAN)通信聯(lián)絡(luò)綜合信息管理級分級過程控制級1.3.61.3.6 現(xiàn)場總線控制系（現(xiàn)場總線控制系（FCSFCS） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)即FCS-是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)改進(jìn)了該系統(tǒng)改進(jìn)了DCS成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點，采用集管理控制功能于不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點，采

23、用集管理控制功能于一身的工作站與現(xiàn)場總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，把原一身的工作站與現(xiàn)場總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場儀表中去，形成一控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場儀表中去，形成一個徹底的分散控制模式。它的結(jié)構(gòu)組成如圖個徹底的分散控制模式。它的結(jié)構(gòu)組成如圖1-11所示。每所示。每個現(xiàn)場儀表個現(xiàn)場儀表(例如變送器、執(zhí)行器例如變送器、執(zhí)行器)都作為一個智能節(jié)點，都作為一個智能節(jié)點，都帶都帶CPU單元，可分別獨(dú)立完成測量、校正、調(diào)節(jié)、診單元，可分別獨(dú)立完成測量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能，靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連接在一起統(tǒng)籌工作。斷等功能，靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連接在一起統(tǒng)籌工作。1

24、.4計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢 1946年世界上第一臺電子計算機(jī)年世界上第一臺電子計算機(jī)ENICA正式使用正式使用以來，電子計算機(jī)在世界各國得到了極大的重視以來，電子計算機(jī)在世界各國得到了極大的重視和迅速的發(fā)展。計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展離不開自和迅速的發(fā)展。計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展離不開自動控制理論和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，本節(jié)回顧一下動控制理論和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，本節(jié)回顧一下計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況，并討論計算機(jī)控制計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況，并討論計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 1.4.1計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況n1計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展過程計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展過程n

25、 計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我們可按以下四個階段來計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我們可按以下四個階段來 描述其發(fā)展過程：描述其發(fā)展過程：n （1）開創(chuàng)時期（）開創(chuàng)時期（19551962年）年）n （2）直接數(shù)字控制時期（）直接數(shù)字控制時期（19621967年）年）n （3）小型計算機(jī)時期（）小型計算機(jī)時期（19671972年）年）n （4）微型計算機(jī)時期（）微型計算機(jī)時期（1972年至今）年至今） 2計算機(jī)控制理論的發(fā)展過程計算機(jī)控制理論的發(fā)展過程n （1）采樣定理）采樣定理n （2）差分方程）差分方程n （3）Z變換法變換法n （4）狀態(tài)空間理論）狀態(tài)空間理論 n （5）最優(yōu)控制與隨機(jī)控制）最優(yōu)控制與隨機(jī)控制n

26、 （6）代數(shù)系統(tǒng)理論）代數(shù)系統(tǒng)理論n （7）系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制）系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制1.4.2計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 n 1推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù)n （1）普及應(yīng)用可編程序控制器（）普及應(yīng)用可編程序控制器（PLC）n （2）廣泛使用智能調(diào)節(jié)器）廣泛使用智能調(diào)節(jié)器n （3）采用新型的）采用新型的 DCS和和 FCS2大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng) n當(dāng)前最流行的控制系統(tǒng)有：當(dāng)前最流行的控制系統(tǒng)有：n （1）分級遞階智能控制系統(tǒng)）分級遞階智能控制系統(tǒng)n （2）模糊控制系統(tǒng)）模糊控制系統(tǒng)n （3）專家控制系統(tǒng)）專家控制系統(tǒng)n （4）學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)）學(xué)習(xí)控

27、制系統(tǒng)n （5）神經(jīng)控制系統(tǒng)）神經(jīng)控制系統(tǒng)n 隨著多媒體計算機(jī)和人工智能計算機(jī)的發(fā)展，隨著多媒體計算機(jī)和人工智能計算機(jī)的發(fā)展，應(yīng)用自動控制理論和智能控制技術(shù)來實現(xiàn)先進(jìn)的應(yīng)用自動控制理論和智能控制技術(shù)來實現(xiàn)先進(jìn)的計算機(jī)控制系統(tǒng)，必將大大推動科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步計算機(jī)控制系統(tǒng)，必將大大推動科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的水平。和提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的水平。1.5 控制裝置種類 主要知識點主要知識點1.5.1 可編程控制器1.5.2 可編程調(diào)節(jié)器1.5.3 總線式工控機(jī)1.5.4 單片微型計算機(jī)1.5.5 其他控制裝置1.5.11.5.1 可編程控制器可編程控制器 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器-簡稱

28、可編程控制器或簡稱可編程控制器或PLCPLC，是計算，是計算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為常規(guī)繼機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的工業(yè)控制計電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的工業(yè)控制計算機(jī)。它主要由算機(jī)。它主要由CPUCPU、存儲器、輸入組件、輸出組件、電源、存儲器、輸入組件、輸出組件、電源及編程器等組成。外觀如圖所示。及編程器等組成。外觀如圖所示?？删幊炭刂破鳎删幊炭刂破鳎≒LCPLC）特點：）特點：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng), ,專為工業(yè)環(huán)專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)定境下應(yīng)用而設(shè)定;

29、 ;采用可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、采用可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過數(shù)字順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出；式、模擬式的輸入和輸出；應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛-不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢，而且不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢，而且在運(yùn)動控制、過程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色；在運(yùn)動控制、過程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色； PLCPLC具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡單，調(diào)試容具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡單，調(diào)試容易，抗干擾能力強(qiáng)；易，抗干擾能力強(qiáng)； 1.5.21.5.2

30、可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器 可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器-又稱單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、數(shù)字又稱單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器。它主要由微處理單元、過程調(diào)節(jié)器。它主要由微處理單元、過程I IO O（輸入（輸入/ /輸出）輸出） 單單元、面板單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等組成。元、面板單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等組成。外觀如圖所示。外觀如圖所示。 可編程調(diào)節(jié)器特點：可編程調(diào)節(jié)器特點：一種儀表化了的微型控制計算機(jī)一種儀表化了的微型控制計算機(jī)易操作，易編程、方便靈活易操作，易編程、方便靈活設(shè)計時無需考慮接口、通訊的硬件設(shè)計設(shè)計時無需考慮接口、通訊的硬件設(shè)計軟件編程上也只需使用一種面

31、向問題的組態(tài)語言軟件編程上也只需使用一種面向問題的組態(tài)語言具有斷電保護(hù)、自診斷功能、通信等功能具有斷電保護(hù)、自診斷功能、通信等功能可以組成多級計算機(jī)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各種高級控可以組成多級計算機(jī)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各種高級控制和管理制和管理 大型分散控制系統(tǒng)中最基層的控制單元大型分散控制系統(tǒng)中最基層的控制單元適用于連續(xù)過程中模擬量信號的控制系統(tǒng)中適用于連續(xù)過程中模擬量信號的控制系統(tǒng)中 1.5.3 1.5.3 總線式工控機(jī)總線式工控機(jī) 總線式工控機(jī)，總線式工控機(jī)，是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一種專用于工業(yè)控制的通用性計算機(jī)，一般稱為工業(yè)控制種專用于工業(yè)控制的通用性計算機(jī)，一般

32、稱為工業(yè)控制計算機(jī)，簡稱為工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)。通常，計算機(jī)的計算機(jī)，簡稱為工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)。通常，計算機(jī)的生產(chǎn)廠家是按照某個總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計制造出若干符合總生產(chǎn)廠家是按照某個總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計制造出若干符合總線標(biāo)準(zhǔn)、具有各種功能的各式模板，而控制系統(tǒng)的設(shè)計線標(biāo)準(zhǔn)、具有各種功能的各式模板，而控制系統(tǒng)的設(shè)計人員則根據(jù)不同的生產(chǎn)過程與技術(shù)要求，選用相應(yīng)的功人員則根據(jù)不同的生產(chǎn)過程與技術(shù)要求，選用相應(yīng)的功能模板組合成自己所需的計算機(jī)控制系統(tǒng)?？偩€式工控能模板組合成自己所需的計算機(jī)控制系統(tǒng)?？偩€式工控機(jī)的外形類似普通計算機(jī)，如圖所示。機(jī)的外形類似普通計算機(jī)，如圖所示。 不同的是它的外殼采用全鋼標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)加固

33、型機(jī)不同的是它的外殼采用全鋼標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)加固型機(jī)架機(jī)箱，機(jī)箱密封并加正壓送風(fēng)散熱，機(jī)箱內(nèi)的原普架機(jī)箱，機(jī)箱密封并加正壓送風(fēng)散熱，機(jī)箱內(nèi)的原普通計算機(jī)的大主板變成通用的底板總線插座系統(tǒng)，將主通計算機(jī)的大主板變成通用的底板總線插座系統(tǒng)，將主板分解成幾塊板分解成幾塊PCPC插件，采用工業(yè)級抗干擾電源和工業(yè)級插件，采用工業(yè)級抗干擾電源和工業(yè)級芯片，并配以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件。芯片，并配以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件。 總線式工控機(jī)具有總線式工控機(jī)具有小型化、模板化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)小型化、模板化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化化的設(shè)計特點，能滿足不同層次、不同控制對象的需要，的設(shè)計特點，能滿足不同層次、不同控制對象的需要，又能在惡劣的

34、工業(yè)環(huán)境中可靠地運(yùn)行。因而，它廣泛應(yīng)又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運(yùn)行。因而，它廣泛應(yīng)用于各種控制場合，尤其是十幾到幾十個回路的中等規(guī)用于各種控制場合，尤其是十幾到幾十個回路的中等規(guī)模的控制系統(tǒng)中。模的控制系統(tǒng)中。1.5.4 1.5.4 單片微型計算機(jī)單片微型計算機(jī) 隨著微電子技術(shù)與超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，隨著微電子技術(shù)與超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)的另一個分支計算機(jī)技術(shù)的另一個分支超小型化的單片微超小型化的單片微型計算機(jī)型計算機(jī)(Single Chip Microcomputer)(Single Chip Microcomputer)簡稱單簡稱單片機(jī)誕生了。它是將片機(jī)誕生了。它是將CPU

35、CPU、存儲器、串并行、存儲器、串并行I/OI/O口、口、定時定時/ /計數(shù)器、甚至計數(shù)器、甚至A/DA/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、 圖形控制器等功能部件全都集成在一塊大規(guī)模集圖形控制器等功能部件全都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上，構(gòu)成了一個完整的具有相當(dāng)控制成電路芯片上，構(gòu)成了一個完整的具有相當(dāng)控制功能的微控制器功能的微控制器。 單片機(jī)的應(yīng)用軟件可以采用面向機(jī)器的匯編語言，單片機(jī)的應(yīng)用軟件可以采用面向機(jī)器的匯編語言，但這需要較深的計算機(jī)軟硬件知識，而且匯編語言的但這需要較深的計算機(jī)軟硬件知識，而且匯編語言的通用性與可移植性差。隨著高效率結(jié)構(gòu)化語言的發(fā)展，通用性與可移植性差。隨著高效率結(jié)構(gòu)化語言的發(fā)展，其軟件開發(fā)環(huán)境正在逐步改善。目前，市場上已推出其軟件開發(fā)環(huán)境正在逐步改善。目前，市場上已推出面向單片機(jī)結(jié)構(gòu)的高級語言，如早期的面向單片機(jī)結(jié)構(gòu)的高級語言，如早期的Ar