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文檔簡介
1、主講教師主講教師: :都洪基都洪基南京理工大學(xué) . 動力工程學(xué)院2008.9計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程說明 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是電氣工程及自動化專業(yè)是電氣工程及自動化專業(yè)的主干專業(yè)課之一。的主干專業(yè)課之一。2、前續(xù)基礎(chǔ)課程1、課程的性質(zhì). .自動控制理論(經(jīng)典自動控制理論(經(jīng)典/ /現(xiàn)代)現(xiàn)代). .微機(jī)原理(單片機(jī))與接口技術(shù)微機(jī)原理(單片機(jī))與接口技術(shù). .程序設(shè)計(jì)技術(shù)(匯編、程序設(shè)計(jì)技術(shù)(匯編、C/C+/VCC/C+/VC、VBVB)3、指定參考書和閱讀期刊參考書: . .謝劍英,謝劍英,微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù),國防工業(yè)出版社,國防工業(yè)出版社 熊靜琪,熊靜琪,計(jì)算機(jī)控制技
2、術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù),電子工業(yè)出版社,電子工業(yè)出版社 . .何克忠,何克忠,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),清華大學(xué)出版社,清華大學(xué)出版社 . .王錦標(biāo),王錦標(biāo),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),清華大學(xué)出版社,清華大學(xué)出版社 . .孫增圻,孫增圻,計(jì)算機(jī)控制理論及應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制理論及應(yīng)用清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 1 1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)的自動控制系 統(tǒng)。2 2、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍計(jì)算機(jī)具有數(shù)據(jù)處理高速化,功能軟件化,結(jié)構(gòu)模塊化,產(chǎn)品系列化和系統(tǒng)可靠等特點(diǎn);計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用遍及整個自動控制領(lǐng)域,小到基于
3、微處理器的小型智能儀表,大到基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集控制、管理、決策為一體的廣域控制系統(tǒng);計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有簡單控制系統(tǒng),也有復(fù)雜控制系統(tǒng)。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第一節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng) 隨動控制和程序控制屬于這種控制系統(tǒng)。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。自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)(2 2)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
4、數(shù) 圖中給出了按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)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。框圖。這種控制系統(tǒng)具有較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)(1 1)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 在上述控制系統(tǒng)中,用計(jì)算機(jī)代替模擬式控制器便形成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的三個控制過程:計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的三個控制過程:(1)(1)實(shí)時數(shù)據(jù)采集實(shí)時數(shù)據(jù)采集 (2)(2)實(shí)時控制決策實(shí)時控制決策(3)(3)實(shí)時控制輸出實(shí)時控制輸出 這三個過程在計(jì)算機(jī)中不斷地重復(fù)
5、,使系統(tǒng)能按照一定的動態(tài)性能指標(biāo)工作 實(shí)時數(shù)據(jù)采集:實(shí)時數(shù)據(jù)采集:對來自測量變送裝置的對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進(jìn)行檢測和輸入。被控量的瞬時值進(jìn)行檢測和輸入。實(shí)時控制決策:實(shí)時控制決策:對采集到的被控量進(jìn)行對采集到的被控量進(jìn)行分析和處理,并按已定的控制規(guī)律,決定分析和處理,并按已定的控制規(guī)律,決定將要采取的控制行為。將要采取的控制行為。 實(shí)時控制輸出:實(shí)時控制輸出:根據(jù)控制決策,適時地根據(jù)控制決策,適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號,完成控制任務(wù)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號,完成控制任務(wù)。 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件:硬件:軟件:軟件:計(jì)算機(jī)、接口電路、外圍計(jì)算機(jī)、接口電路、外圍設(shè)備和生產(chǎn)對
6、象等組成。設(shè)備和生產(chǎn)對象等組成。系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成硬件硬件主機(jī)主機(jī)過程通道過程通道I/OI/O接口接口常用外部設(shè)備常用外部設(shè)備操作控制臺操作控制臺計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成1 .主機(jī) 主機(jī),即我們說的計(jì)算機(jī),是整個系統(tǒng)的核心部分,它的功能、性能直接影響到系統(tǒng)的優(yōu)劣。主機(jī)主機(jī)單片機(jī)單片機(jī)PLCPLC工業(yè)工業(yè)PCPC 它完成程序和數(shù)據(jù)的存取,程序的快速執(zhí)行;采集過程數(shù)據(jù),并進(jìn)行處理、分析判斷和通信; 根據(jù)控制決策,通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出相應(yīng)命令; 通過操作控制臺實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)聯(lián)系。2. 2. 過程通道過程通道
7、 過程通道是主機(jī)和被控過程進(jìn)行信息交換的通道。過程通道過程通道模擬量輸入通道模擬量輸入通道模擬量輸出通道模擬量輸出通道開關(guān)量輸入通道開關(guān)量輸入通道開關(guān)量輸出通道開關(guān)量輸出通道脈沖量輸入輸出通道脈沖量輸入輸出通道3. I/O3. I/O接口接口I/OI/O接口是主機(jī)和通道、外部設(shè)備進(jìn)行信息接口是主機(jī)和通道、外部設(shè)備進(jìn)行信息交換的紐帶。交換的紐帶。接口電路接口電路并行接口并行接口串行接口串行接口脈沖接口脈沖接口直接數(shù)據(jù)傳送接口直接數(shù)據(jù)傳送接口4 .4 .常用外部設(shè)備常用外部設(shè)備 外部設(shè)備是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能而設(shè)置的,外部設(shè)備是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能而設(shè)置的,主要用來顯示、打印、存儲和傳送數(shù)據(jù)。主要用來
8、顯示、打印、存儲和傳送數(shù)據(jù)。常常用用外外部部設(shè)設(shè)備備輸入設(shè)備:輸入設(shè)備:輸出設(shè)備:輸出設(shè)備:存儲設(shè)備:存儲設(shè)備:鍵盤、掃描儀、紙帶讀入機(jī)和卡片讀鍵盤、掃描儀、紙帶讀入機(jī)和卡片讀入機(jī)等,主要用于輸入程序和數(shù)據(jù)。入機(jī)等,主要用于輸入程序和數(shù)據(jù)。CRTCRT顯示器、打印機(jī)、記錄儀、聲光顯示器、打印機(jī)、記錄儀、聲光報警器等,主要用于顯示、記錄各種報警器等,主要用于顯示、記錄各種信息和數(shù)據(jù)。信息和數(shù)據(jù)。磁盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、優(yōu)盤、磁盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、優(yōu)盤、 磁帶機(jī)等,主要用于存儲程序和數(shù)據(jù)。磁帶機(jī)等,主要用于存儲程序和數(shù)據(jù)。5.5.操作控制臺操作控制臺操作控制臺是人機(jī)聯(lián)系設(shè)備。操作控制臺是人機(jī)聯(lián)系
9、設(shè)備。信息顯示信息顯示 信息記憶信息記憶工作方式選擇工作方式選擇信息輸入信息輸入 操作控制臺的各組成部分都通過對應(yīng)的接口操作控制臺的各組成部分都通過對應(yīng)的接口電路與主機(jī)相連,由主機(jī)實(shí)現(xiàn)對各部分的管理。電路與主機(jī)相連,由主機(jī)實(shí)現(xiàn)對各部分的管理。操作控制臺操作控制臺控制系統(tǒng)的功能和性能依賴于軟件水平的高低。所謂控制系統(tǒng)的功能和性能依賴于軟件水平的高低。所謂軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和,它分系統(tǒng)軟軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和,它分系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。件和應(yīng)用軟件兩大部分。 二 、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件是計(jì)算機(jī)運(yùn)行操作的
10、基礎(chǔ),是用于管理、調(diào)是計(jì)算機(jī)運(yùn)行操作的基礎(chǔ),是用于管理、調(diào)度、操作計(jì)算機(jī)各種資源,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)監(jiān)控度、操作計(jì)算機(jī)各種資源,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)監(jiān)控與診斷,提供各種開發(fā)支持的程序。與診斷,提供各種開發(fā)支持的程序。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是用戶根據(jù)控制對象、控制要求,為實(shí)現(xiàn)高是用戶根據(jù)控制對象、控制要求,為實(shí)現(xiàn)高效、可靠、靈活的控制而自行編制的各種程效、可靠、靈活的控制而自行編制的各種程序。序。第二節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 在生產(chǎn)過程控制中,根據(jù)被控制對象的特點(diǎn)和控制功在生產(chǎn)過程控制中,根據(jù)被控制對象的特點(diǎn)和控制功能,采用相應(yīng)類型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。能,采用相應(yīng)類型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有各種各樣的結(jié)構(gòu)和形式
11、,按完成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有各種各樣的結(jié)構(gòu)和形式,按完成的功能和結(jié)構(gòu),可分為:功能和結(jié)構(gòu),可分為: 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng),又稱為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),操作指導(dǎo)控制系統(tǒng),又稱為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),主要是對過程參數(shù)進(jìn)行采集、處理,分析計(jì)算各性能指標(biāo),主要是對過程參數(shù)進(jìn)行采集、處理,分析計(jì)算各性能指標(biāo),生成各種操作指導(dǎo)建議,并輸出數(shù)據(jù)和各種圖表等。生成各種操作指導(dǎo)建議,并輸出數(shù)據(jù)和各種圖表
12、等。一、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)一、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)其分析和輸出的結(jié)果,為操作人員其分析和輸出的結(jié)果,為操作人員進(jìn)行操作提供了依據(jù),對過程的控進(jìn)行操作提供了依據(jù),對過程的控制是由操作人員來完成的。制是由操作人員來完成的。定義:定義:計(jì)算機(jī)測得的信號數(shù)據(jù),根據(jù)一定的控制算法,計(jì)算出計(jì)算機(jī)測得的信號數(shù)據(jù),根據(jù)一定的控制算法,計(jì)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。 優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn): 這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是比較靈活、簡單,且這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是比較靈活、簡單,且安全可靠,若操作人員認(rèn)為計(jì)算機(jī)給出的操作指安全可靠,若操作人員認(rèn)為計(jì)算機(jī)給出的操作指導(dǎo)方案不合適,可不
13、予采用。導(dǎo)方案不合適,可不予采用。缺點(diǎn):缺點(diǎn): 需人工操作,速度受到限制,實(shí)時性差,只能需人工操作,速度受到限制,實(shí)時性差,只能由人工干預(yù)控制。由人工干預(yù)控制。適用范圍:適用范圍: 對于某些生產(chǎn)過程的控制規(guī)律尚未徹底了解對于某些生產(chǎn)過程的控制規(guī)律尚未徹底了解的情況;用于試驗(yàn)新的數(shù)學(xué)模型和調(diào)試新的控制的情況;用于試驗(yàn)新的數(shù)學(xué)模型和調(diào)試新的控制程序等。程序等。二、直接數(shù)字控制系統(tǒng)(簡稱簡稱DDCDDC系統(tǒng))系統(tǒng))定義:定義:計(jì)算機(jī)首先通過模擬量輸入通道、開關(guān)量輸計(jì)算機(jī)首先通過模擬量輸入通道、開關(guān)量輸入通道實(shí)時采集數(shù)據(jù),然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)入通道實(shí)時采集數(shù)據(jù),然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算,
14、最后發(fā)出控制信息,并通過模擬量輸出通道、開關(guān)算,最后發(fā)出控制信息,并通過模擬量輸出通道、開關(guān)量輸出通道直接控制生產(chǎn)過程。量輸出通道直接控制生產(chǎn)過程。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn): 系統(tǒng)靈活性大、可靠性高,并且能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活性大、可靠性高,并且能實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的復(fù)雜控制和智能控制方式。各種先進(jìn)的復(fù)雜控制和智能控制方式。缺點(diǎn):缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜,投資高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜,投資高。應(yīng)用范圍:應(yīng)用范圍:DDCDDC系統(tǒng)在生產(chǎn)過程控制中有著廣泛的應(yīng)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程控制中有著廣泛的應(yīng)用。用。三、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)三、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(Supervisory
15、Computer ControlSupervisory Computer Control),),簡稱簡稱SCCSCC,是一個兩級控制系統(tǒng)。,是一個兩級控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(圖(a)a)圖(圖(b)b)SCCSCC特點(diǎn):特點(diǎn):(1 1)一臺)一臺SCCSCC計(jì)算機(jī)可監(jiān)督多臺計(jì)算機(jī)可監(jiān)督多臺DDCDDC或模擬調(diào)節(jié)器,或模擬調(diào)節(jié)器,而一臺而一臺DDCDDC可控制多個回路和參數(shù),使多臺可控制多個回路和參數(shù),使多臺DDCDDC或模擬調(diào)節(jié)或模擬調(diào)節(jié)器能協(xié)調(diào)工作。器能協(xié)調(diào)工作。(2 2)當(dāng)系統(tǒng)中模擬調(diào)節(jié)器或)當(dāng)系統(tǒng)中模擬調(diào)節(jié)器或DDCDDC控制器出了故障,可控制器出了故障
16、,可用用SCCSCC系統(tǒng)代替調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié),提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)代替調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié),提高了系統(tǒng)的可靠性。四、集散控制系統(tǒng)四、集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(集散控制系統(tǒng)(Total Distributed ControlTotal Distributed ControlTDCTDC)也稱為分布式控制系統(tǒng)或分散式控制系統(tǒng)(也稱為分布式控制系統(tǒng)或分散式控制系統(tǒng)(Distributed Distributed Control SystemControl SystemDCSDCS),采用了分散控制、集中操作、),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(jì)原則,形成具有層分級管理、分而自
17、治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則,形成具有層次化體系結(jié)構(gòu)的分級分布式控制。次化體系結(jié)構(gòu)的分級分布式控制。 集散控制系統(tǒng)一般分為三級集散控制系統(tǒng)一般分為三級(1 1)過程控制級)過程控制級(2 2)集中操作監(jiān)控級)集中操作監(jiān)控級(3 3)綜合信息管理級)綜合信息管理級集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(1 1)過程控制級)過程控制級是是DCSDCS的基礎(chǔ),用于直接控制生產(chǎn)過程。的基礎(chǔ),用于直接控制生產(chǎn)過程。(2 2)集中操作監(jiān)控級)集中操作監(jiān)控級用于監(jiān)視控制各站點(diǎn)的所有信息,實(shí)現(xiàn)信息的集中顯用于監(jiān)視控制各站點(diǎn)的所有信息,實(shí)現(xiàn)信息的集中顯示和對生產(chǎn)過程的集中控制操作,實(shí)現(xiàn)對各控制回路的組示和對生產(chǎn)過程的集中控
18、制操作,實(shí)現(xiàn)對各控制回路的組態(tài)、參數(shù)的設(shè)定和修改以及實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制等。態(tài)、參數(shù)的設(shè)定和修改以及實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制等。(3 3)綜合信息管理級)綜合信息管理級一般采用大、中型計(jì)算機(jī)作為管理計(jì)算機(jī),根據(jù)監(jiān)控一般采用大、中型計(jì)算機(jī)作為管理計(jì)算機(jī),根據(jù)監(jiān)控級提供的信息及生產(chǎn)任務(wù)的要求,向決策者提供各種信息,級提供的信息及生產(chǎn)任務(wù)的要求,向決策者提供各種信息,如生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度和管理方案,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、如生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度和管理方案,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、人、財(cái)、物等人、財(cái)、物等的綜合管理和辦公自動化。(例如的綜合管理和辦公自動化。(例如EMS系統(tǒng)等)系統(tǒng)等)企業(yè)級經(jīng)營管理計(jì)算機(jī)工廠級集中控制計(jì)算機(jī)車間級監(jiān)控計(jì)算機(jī)(SCC)車間級監(jiān)
19、控計(jì)算機(jī)(SCC)裝置控制級(DDC)裝置控制級(DDC) 裝置控制級(DDC)工廠對象A工廠對象B工廠對象C工廠對象D至其它工廠至其它工廠裝置控制級(DDC)過程控制級過程控制級集中操作監(jiān)控級集中操作監(jiān)控級綜合信息管理級綜合信息管理級五、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)五、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusFieldbus Control System Control SystemFCSFCS)是是2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代興起的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),已廣泛應(yīng)用年代興起的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),已廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化領(lǐng)域。FCSFCS特點(diǎn):特
20、點(diǎn):(1 1)FCSFCS系統(tǒng)采用了規(guī)范的全開放式總線標(biāo)準(zhǔn)、通信系統(tǒng)采用了規(guī)范的全開放式總線標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議,所有符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品都可互連,共享網(wǎng)絡(luò)資源,協(xié)議,所有符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品都可互連,共享網(wǎng)絡(luò)資源,實(shí)現(xiàn)相互操作,統(tǒng)一組態(tài)。實(shí)現(xiàn)相互操作,統(tǒng)一組態(tài)。(2 2)FCSFCS系統(tǒng)適應(yīng)了目前工業(yè)界對數(shù)字通信和自動控系統(tǒng)適應(yīng)了目前工業(yè)界對數(shù)字通信和自動控制的需求,通過網(wǎng)絡(luò)連接器,可將該控制系統(tǒng)與其他的制的需求,通過網(wǎng)絡(luò)連接器,可將該控制系統(tǒng)與其他的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)直至現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)直至InternetInternet網(wǎng)互連構(gòu)成不同層次的網(wǎng)互連構(gòu)成不同層次的復(fù)雜控制網(wǎng)絡(luò),成為今后工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向
21、復(fù)雜控制網(wǎng)絡(luò),成為今后工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向之一之一。 FCSFCS系統(tǒng)是用現(xiàn)場總線將各智能現(xiàn)場設(shè)備、各級系統(tǒng)是用現(xiàn)場總線將各智能現(xiàn)場設(shè)備、各級計(jì)算機(jī)和自動化系統(tǒng)互連,形成一個數(shù)字式、全分散、計(jì)算機(jī)和自動化系統(tǒng)互連,形成一個數(shù)字式、全分散、雙向串行傳輸、多分支結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)。雙向串行傳輸、多分支結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)。 新一代分布式控制系統(tǒng),采用新一代分布式控制系統(tǒng),采用“工作站工作站-現(xiàn)場總現(xiàn)場總線智能儀表線智能儀表”二層結(jié)構(gòu),國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后,可實(shí)現(xiàn)真二層結(jié)構(gòu),國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后,可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主要有五種主要有五種現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線: CA
22、NCAN總線總線(controller area network,controller area network,控制器局域網(wǎng)絡(luò))控制器局域網(wǎng)絡(luò)) LONGWORKSLONGWORKS總線總線(local operating network(local operating network局部操作網(wǎng)絡(luò)局部操作網(wǎng)絡(luò)) ) PROFIBUSPROFIBUS (process field bus (process field bus 過程現(xiàn)場總線過程現(xiàn)場總線) ) HATRHATR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)程傳感器數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)) FFFF總線總線(基金會現(xiàn)場總線)(基金會現(xiàn)場總線)2.
23、2.按照控制規(guī)律分類按照控制規(guī)律分類(1 1)數(shù)字程序和順序控制)數(shù)字程序和順序控制(2 2)比例積分微分控制()比例積分微分控制(PIDPID控制)控制)(3 3)最小拍控制)最小拍控制(4 4)復(fù)雜規(guī)律的控制)復(fù)雜規(guī)律的控制(5 5)智能控制)智能控制 (1 1)程序和順序控制)程序和順序控制 定義:定義:程序控制程序控制是被控制量按照一定的、是被控制量按照一定的、預(yù)先規(guī)定的時間函數(shù)變化,被控制量是時間預(yù)先規(guī)定的時間函數(shù)變化,被控制量是時間函數(shù)的變化。函數(shù)的變化。 順序控制順序控制是程序控制的擴(kuò)展,在各個時是程序控制的擴(kuò)展,在各個時期所給出設(shè)定值可以是不同的物理量,而且期所給出設(shè)定值可以是
24、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。決于對以前的控制結(jié)果的邏輯判斷。(2 2)比例積分微分控制()比例積分微分控制(PIDPID控制)控制) 定義:定義:調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分和微分的函數(shù)。積分和微分的函數(shù)。 PIDPID控制是現(xiàn)在應(yīng)用最廣、最為廣大工程控制是現(xiàn)在應(yīng)用最廣、最為廣大工程技術(shù)人員熟悉的技術(shù)。技術(shù)人員熟悉的技術(shù)。PIDPID控制結(jié)構(gòu)簡單、參控制結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)容易調(diào)整,因此,無論模擬調(diào)節(jié)器或者數(shù)數(shù)容易調(diào)整,因此,無論模擬調(diào)節(jié)器或者數(shù)字調(diào)節(jié)器,多數(shù)使用
25、字調(diào)節(jié)器,多數(shù)使用PIDPID調(diào)節(jié)規(guī)律。調(diào)節(jié)規(guī)律。(3 3)最小拍控制)最小拍控制 最小拍控制的性能指標(biāo)是要求設(shè)計(jì)的系最小拍控制的性能指標(biāo)是要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在盡可能短的時間內(nèi)完成調(diào)節(jié)過程。統(tǒng)在盡可能短的時間內(nèi)完成調(diào)節(jié)過程。 最小拍控制通常用在數(shù)字隨動系統(tǒng)的設(shè)最小拍控制通常用在數(shù)字隨動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。計(jì)中。 (4 4)復(fù)雜規(guī)律的控制)復(fù)雜規(guī)律的控制 在在PIDPID控制的基礎(chǔ)上,引進(jìn)了各種復(fù)雜控制的基礎(chǔ)上,引進(jìn)了各種復(fù)雜規(guī)律的控制,比如串級控制、前饋控制、純規(guī)律的控制,比如串級控制、前饋控制、純滯后補(bǔ)償、解偶控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控滯后補(bǔ)償、解偶控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等,組成復(fù)雜控制系統(tǒng)。制等,
26、組成復(fù)雜控制系統(tǒng)。 目的:是為了解決隨機(jī)擾動問題,使系目的:是為了解決隨機(jī)擾動問題,使系統(tǒng)控制達(dá)到滿意的性能指標(biāo)。統(tǒng)控制達(dá)到滿意的性能指標(biāo)。(5 5)智能控制)智能控制 智能控制把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)智能控制把先進(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)前技術(shù)問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學(xué)科??梢钥闯扇齻€主要理論領(lǐng)域的交叉或會科??梢钥闯扇齻€主要理論領(lǐng)域的交叉或會合,即:合,即:人工智能人工智能運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)控制論控制論3.3.按照控制方式分類按照控制方式分類按照控制方式的不同,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。第三節(jié)第三節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控
27、制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)(1 1)單片微型計(jì)算機(jī);)單片微型計(jì)算機(jī);(2 2)PLCPLC;(3 3)工業(yè))工業(yè)PCPC; 在工程實(shí)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(diǎn)等來確定。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,常用的典型機(jī)型有:在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,常用的典型機(jī)型有:一、單片微型計(jì)算機(jī)一、單片微型計(jì)算機(jī) 單片微型計(jì)算機(jī),簡稱單片機(jī),是一種單片微型計(jì)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。內(nèi)含有微處理器的特殊超大規(guī)模集成電路。它是將它是將CPUCPU、存儲器、存儲器、I/OI/O接口、定時器接口、定時器/ /計(jì)計(jì)數(shù)器、甚至數(shù)器、甚至A/DA/D轉(zhuǎn)換器等部件集成在一個大轉(zhuǎn)換器等部
28、件集成在一個大規(guī)模集成電路芯片上,具有很強(qiáng)控制功能的規(guī)模集成電路芯片上,具有很強(qiáng)控制功能的微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)。 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);8位機(jī);16位機(jī);32位機(jī);帶A/D轉(zhuǎn)換器;硬件定時監(jiān)視器;增加型串行口;全局串行通道;顯示器(LED或LCD)驅(qū)動電路;脈寬調(diào)制輸出電路PWM;模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān);串行外設(shè)接口電路I2C等的單片機(jī);有Intel公司的MCS系列;Motorola公司的M68HC系列;Microchip公司的PIC系列;Zilog公司的Z系列;Philips公司;Atmel;NEC公司;單片機(jī)的應(yīng)用軟件編程語言:單片機(jī)的應(yīng)用軟件
29、編程語言:(1 1)面向機(jī)器的匯編語言;)面向機(jī)器的匯編語言;(2 2)高級語言,如)高級語言,如BASICBASIC、PL/MPL/M和和C C語言等語言等 由于單片機(jī)是面向控制設(shè)計(jì)的,專用性強(qiáng)、由于單片機(jī)是面向控制設(shè)計(jì)的,專用性強(qiáng)、內(nèi)存容量小,因此,單片機(jī)本身不具備自開發(fā)功內(nèi)存容量小,因此,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),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。才能進(jìn)行軟、硬件的開發(fā)與調(diào)試。二、可編程邏輯控制器 可編程邏輯控制器(可編程邏輯控制器(Programmable Logical Programmable Log
30、ical ControllerController),簡稱可編程控制器,即),簡稱可編程控制器,即PLCPLC,是繼電邏輯,是繼電邏輯控制與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。控制與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。早期主要用于開關(guān)控制,具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)早期主要用于開關(guān)控制,具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)等順控功能。隨著等順控功能。隨著PLCPLC的發(fā)展,其功能已不再限于邏輯運(yùn)的發(fā)展,其功能已不再限于邏輯運(yùn)算,具有連續(xù)模擬量處理、高速計(jì)數(shù)、遠(yuǎn)程算,具有連續(xù)模擬量處理、高速計(jì)數(shù)、遠(yuǎn)程I IO O和網(wǎng)絡(luò)通和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。信等功能。 PLCPLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用是一種數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng),專為工
31、業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算木運(yùn)算等操作執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算木運(yùn)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)械或生產(chǎn)過程。類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLCPLC具有如下特點(diǎn):具有如下特點(diǎn):(1 1)可靠性高)可靠性高PLC集成度高;采用了冗余措施和容錯技術(shù);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。(2 2)編程容易)編程容易PLC大多采用類似繼電器
32、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,程序直接下傳,使編程更容易、更方便。(3 3)功能完善)功能完善 PLC除了具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)、步進(jìn)控制功能,還能完成AD、 DA轉(zhuǎn)換、模擬量處理、高速計(jì)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)行人機(jī)對話等。(4 4)擴(kuò)展靈活)擴(kuò)展靈活 由于PLC采用積木式結(jié)構(gòu),用戶可根據(jù)實(shí)際的I/O點(diǎn)數(shù)和不同輸入輸出方式需要等,選擇所需的功能模板,便可獲得相應(yīng)的功能和規(guī)模。 系統(tǒng)的配置可從幾個I/O點(diǎn)的小型系統(tǒng)到幾千個點(diǎn)的超大型系統(tǒng),組合非常方便。(5 5)安裝調(diào)試簡單方便)安裝調(diào)試簡單方便 當(dāng)用PLC構(gòu)成控制系
33、統(tǒng)時,只需把檢測器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PLC的I/O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。 PLC的輸出可直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu),中間一般不需要設(shè)置轉(zhuǎn)換單元。 PLC能事先進(jìn)行模擬調(diào)試,減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。 PLC的監(jiān)視功能很強(qiáng),模塊化結(jié)構(gòu)大大減小了維修量。PLCPLC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PLCPLC;中型中型PLCPLC;大型大型PLCPLC整體式整體式PLCPLC;模塊式模塊式PLCPLC;疊裝式疊裝式PLCPLC;低檔低檔PLCPLC;中檔中檔PLCPLC;高檔高檔PLCPLC(1 1)低檔)低檔PLC P
34、LC 低檔PLC主要是進(jìn)行邏輯控制,它的輸入/輸出適合于開關(guān)量、繼電器、接觸器等場合。這類PLC結(jié)構(gòu)小巧,價格低廉,適用于單機(jī)順序控制系統(tǒng)。(2 2)中檔)中檔PLCPLC 中檔PLC除開關(guān)量控制功能外,還有模擬量I/O接口,實(shí)現(xiàn)對模擬量的檢測和調(diào)節(jié)。 中檔中檔PLCPLC的控制點(diǎn)數(shù)較低檔的控制點(diǎn)數(shù)較低檔PLCPLC多。且軟件更為豐多。且軟件更為豐富,其內(nèi)部有很多運(yùn)算模塊,如富,其內(nèi)部有很多運(yùn)算模塊,如PIDPID運(yùn)算、二進(jìn)制運(yùn)算、二進(jìn)制/BCD/BCD轉(zhuǎn)換、平方根、查表等。轉(zhuǎn)換、平方根、查表等。 這種這種PLCPLC不僅可用于開關(guān)量控制系統(tǒng),而且可用于不僅可用于開關(guān)量控制系統(tǒng),而且可用于中、
35、小型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中。中、小型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中。(3 3)高檔)高檔PLCPLC 高檔PLC具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)功能,具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力,控制點(diǎn)數(shù)達(dá)1000點(diǎn)以上。 高檔PLC可以和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),可實(shí)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。 PLC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。 國內(nèi)外生產(chǎn)國內(nèi)外生產(chǎn)PLCPLC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 F、F1F1、F2F2、FXFX系列,日本立石(系列,日本立石(OMRONOMRON)的)的C C系列,西門子系列,西門子的的S S系列,
36、美國系列,美國GEGE公司的公司的GE-IGE-I系列,美國系列,美國MIDICONMIDICON公司的公司的984984系列等。系列等。三、工業(yè)控制機(jī)三、工業(yè)控制機(jī) 工業(yè)控制機(jī),簡稱工控機(jī),是一種面向工業(yè)控制、采工業(yè)控制機(jī),簡稱工控機(jī),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(jì)算機(jī)。用標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和開放式體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。 按照統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn),各計(jì)算機(jī)廠家或研制單位可設(shè)按照統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn),各計(jì)算機(jī)廠家或研制單位可設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出具有特定功能的模板,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)不計(jì)和生產(chǎn)出具有特定功能的模板,系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)控制同的需要,選用相
37、應(yīng)的功能模板組合成所需的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。工控機(jī)中的總線分內(nèi)部總線和外部總線。工控機(jī)中的總線分內(nèi)部總線和外部總線。 內(nèi)部總線內(nèi)部總線是計(jì)算機(jī)內(nèi)部功能模板之間進(jìn)行通信的是計(jì)算機(jī)內(nèi)部功能模板之間進(jìn)行通信的總線,按功能可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線總線,按功能可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線四部分,每種型號的計(jì)算機(jī)都有自身的內(nèi)和電源總線四部分,每種型號的計(jì)算機(jī)都有自身的內(nèi)部總線。部總線。外部總線外部總線是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與其它智能設(shè)備之間進(jìn)行通信的連線,常用的外部總線其它智能設(shè)備之間進(jìn)行通信的連線,常用的外部總線有有IEEE-488IEEE
38、-488并行總線和并行總線和RS-232CRS-232C串行總線。串行總線。工控機(jī)控制系統(tǒng)的組成工控機(jī)控制系統(tǒng)的組成STDIEEE-488IEEE-488RS-232CRS-232C工控機(jī)的特點(diǎn):工控機(jī)的特點(diǎn):(1) 小板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì);(2) 標(biāo)準(zhǔn)化及兼容性;(3) 完善的I/O通道;(4) 環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、可靠性高;(5) 軟件豐富;(組態(tài)軟件) 工控能滿足不同層次、不同控制對象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)境中可靠地的需要,又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運(yùn)行,應(yīng)用極為廣泛。運(yùn)行,應(yīng)用極為廣泛。 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STDSTD
39、總線工控總線工控機(jī)和工業(yè)機(jī)和工業(yè)PCPC。 STD總線工控機(jī)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的,曾在20世紀(jì)80年代末和20世紀(jì)90年代初得到廣泛的應(yīng)用。工業(yè)PC是一種融PC機(jī)軟硬件資源與STD工控機(jī)結(jié)構(gòu)為一體的新型工業(yè)控制機(jī),繼承了PC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STD總線工控機(jī)的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)模塊化。隨著個人計(jì)算機(jī)的不斷升級,工業(yè)PC的性能也會相應(yīng)提高,因此,工業(yè)PC具有很好的發(fā)展前景。 在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)應(yīng)用規(guī)模、控制目的在實(shí)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(jì)算機(jī),如:和控制需要等選用不同的計(jì)算機(jī),如:(1 1)對于小型控制系統(tǒng)、智能儀表及
40、智能化接口,)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;盡量采用單片機(jī)模式;(2 2)對于新產(chǎn)品開發(fā)或用量較大,為降低成本,)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;也可采用單片機(jī)模式;(3 3)對于中等規(guī)模的控制系統(tǒng),為加快系統(tǒng)的開)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,盡量選用現(xiàn)成的工業(yè)控制機(jī),如發(fā)速度,盡量選用現(xiàn)成的工業(yè)控制機(jī),如PLCPLC、STDSTD總線總線工控機(jī)、工業(yè)工控機(jī)、工業(yè)PCPC等,應(yīng)用軟件可自行開發(fā);等,應(yīng)用軟件可自行開發(fā);(4 4)對于大型的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng),最好選用工)對于大型的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng),最好選用工業(yè)業(yè)PCPC、專
41、用、專用DCSDCS或或FCSFCS,軟件可自行開發(fā)或購買現(xiàn)成的組,軟件可自行開發(fā)或購買現(xiàn)成的組態(tài)軟件。態(tài)軟件。第四節(jié)第四節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 一、單片機(jī)(微處理器)組成的控制系統(tǒng)日趨先進(jìn)一、單片機(jī)(微處理器)組成的控制系統(tǒng)日趨先進(jìn)(1)新型單片機(jī)新型單片機(jī)和各種可編程功能芯片各種可編程功能芯片的出現(xiàn)更加有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制功能的提高。(2)數(shù)字信號處理芯片數(shù)字信號處理芯片(DSPDigital Signal Processor)以其更快的運(yùn)行速度和更強(qiáng)的計(jì)算能力正在很多場合替代傳統(tǒng)的單片機(jī)。(3)各種專用的集成控制模塊各種專用的集成控制模塊(如電機(jī)控制模塊、調(diào)
42、節(jié)閥控制模塊、顯示模塊等)正在逐步取代微機(jī)控制系統(tǒng)中的分立元件。(4)在擴(kuò)展內(nèi)存的基礎(chǔ)上大量使用各種先進(jìn)的控制各種先進(jìn)的控制策略和控制算法策略和控制算法以提高控制質(zhì)量。二、可編程邏輯控制器(二、可編程邏輯控制器(PLCPLC)得到廣泛應(yīng)用)得到廣泛應(yīng)用 現(xiàn)代PLC的發(fā)展有兩個重要趨勢:其一是向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價格更低的微小型方面發(fā)展;其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能性方面發(fā)展。具體有以下幾個方面: (1 1)大型網(wǎng)絡(luò)化)大型網(wǎng)絡(luò)化 。 主要是朝DCS方向發(fā)展,使其具有DCS系統(tǒng)的一些功能。(2 2)多功能)多功能 。 隨著自調(diào)整、步進(jìn)電機(jī)控制、位置控制、伺服控制、
43、仿真、通信處理和故障診斷等模塊的出現(xiàn),使PLC控制領(lǐng)域更加寬廣。(3 3)高可靠性)高可靠性 。 一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中,推出了高可靠性的冗余系統(tǒng),并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。即使在惡劣、不穩(wěn)定的工作環(huán)境下,堅(jiān)固、全封閉的模板依然能正常工作。在操作運(yùn)行過程中,有些PLC的模板還可熱插拔。三、推廣使用新型的集散控制系統(tǒng)(三、推廣使用新型的集散控制系統(tǒng)(DCSDCS) DCS是采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化的設(shè)計(jì), 由過程控制級、控制管理級和生產(chǎn)管理級組成的一個以通訊網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示,而操作管理和控制相對分散,配置靈活、組態(tài)方便、具有高可靠性
44、的實(shí)用系統(tǒng)??偟陌l(fā)展趨勢可體現(xiàn)在如下幾個方面:總的發(fā)展趨勢可體現(xiàn)在如下幾個方面:(1 1)開放性;)開放性;(2 2)大力發(fā)展和完善)大力發(fā)展和完善DCSDCS的通信功能,并將生產(chǎn)過程的通信功能,并將生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與工廠管理系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起,形成管控一體的控制系統(tǒng)與工廠管理系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起,形成管控一體的系統(tǒng)產(chǎn)品;系統(tǒng)產(chǎn)品;(3 3)高度重視系統(tǒng)的可靠性,在軟件的設(shè)計(jì)中采用)高度重視系統(tǒng)的可靠性,在軟件的設(shè)計(jì)中采用容錯技術(shù);容錯技術(shù);(4 4)在控制功能中,不斷引進(jìn)各種先進(jìn)控制理論,)在控制功能中,不斷引進(jìn)各種先進(jìn)控制理論,以提高系統(tǒng)的控制性能;以提高系統(tǒng)的控制性能;(5 5)在系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)上
45、,形成由小到大的產(chǎn)品,)在系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)上,形成由小到大的產(chǎn)品,以適應(yīng)不同規(guī)模的需求;以適應(yīng)不同規(guī)模的需求;(6 6)發(fā)展以先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的)發(fā)展以先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的DCSDCS控制結(jié)構(gòu),控制結(jié)構(gòu),向低成本綜合自動化系統(tǒng)的方向發(fā)展。向低成本綜合自動化系統(tǒng)的方向發(fā)展。四、大力發(fā)展和采用現(xiàn)場控制總線技術(shù)四、大力發(fā)展和采用現(xiàn)場控制總線技術(shù) 現(xiàn)場總線是一種用于智能化現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的開放式,數(shù)字化,雙向串行,多節(jié)點(diǎn)的通信總線。 現(xiàn)場總線技術(shù)使得從智能傳感器到智能調(diào)節(jié)閥,信號一直保持?jǐn)?shù)字化,從而極大地提高了抗干擾能力。 現(xiàn)場總線是一種開放式的互聯(lián)網(wǎng),它可與同層網(wǎng)絡(luò)相連,也可與不同層網(wǎng)絡(luò)
46、相連,只要配有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化總線接口并遵守相關(guān)通信協(xié)議的智能設(shè)備和儀表,都能并列地接入現(xiàn)場總線。 由于具有降低成本、組合擴(kuò)展容易、安裝及由于具有降低成本、組合擴(kuò)展容易、安裝及維護(hù)簡便等顯著優(yōu)點(diǎn),從問世開始就在生產(chǎn)過程維護(hù)簡便等顯著優(yōu)點(diǎn),從問世開始就在生產(chǎn)過程自動化領(lǐng)域引起極大關(guān)注?,F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是自動化領(lǐng)域引起極大關(guān)注。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是繼繼DCSDCS之后計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的又一次重大變革,必之后計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的又一次重大變革,必將成為工業(yè)自動化的發(fā)展主流。將成為工業(yè)自動化的發(fā)展主流。 五、大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)五、大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng) 智能控制的研究范圍很廣泛,普遍認(rèn)為模糊邏輯控制、專家控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是三種典型的智能控制。1 1、模糊控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)模糊控制是一類應(yīng)用模糊集理論的控制方法。 一方面模糊控制提供一種實(shí)現(xiàn)基于知識(規(guī)則)的控制規(guī)律的新機(jī)理;另一方面,模糊控制提供了一種改進(jìn)非線性控制器的替代方法。 模糊控制可采用軟件實(shí)現(xiàn),也可采用模糊芯片實(shí)現(xiàn)。 這種控制方法適合于未能建立被控對象精確數(shù)學(xué)模這種控制方法適合于未能建
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