計(jì)算機(jī)控制裝置

計(jì)算機(jī)控制裝置自動化專業(yè)主要課程體系(部分)示意數(shù)理基礎(chǔ)控制原理控制工程工程原理電學(xué)基礎(chǔ)測控儀表微機(jī)原理嵌入式/DSP等計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)★★★人文基礎(chǔ)★★★工業(yè)通信軟件技術(shù)計(jì)算機(jī)控制過程自動化機(jī)械自動化電氣自動化煉油、化工、輕工、食品、電力、環(huán)保、機(jī)器人、航空……自動化+信息化計(jì)算機(jī)控制與哪些知識內(nèi)容有關(guān)？或做好一個計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要解決些問題？課程安排：第1~7周講課

第8周成績評定：課堂交流、點(diǎn)名、作業(yè)15%設(shè)計(jì)作業(yè)占25%(整體質(zhì)量占50%，個人工作50%，附上每個成員的照片—生活照)期末考試60%課件下載：

課程資源/電子課件課程主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)控制基本知識可編程控制器集散控制系統(tǒng)簡介（含總線控制）系統(tǒng)的接地技術(shù)和防雷技術(shù)簡介計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)知識概念、組成、主要設(shè)計(jì)思想、發(fā)展等可編程控制器基本工作原理、簡要編程組態(tài)、集成應(yīng)用主要針對：OMRON和SIEMENSPLC針對實(shí)際對象的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：工藝流程分析、儀表選型、系統(tǒng)集成、控制柜設(shè)計(jì)等點(diǎn)評交流25%模擬招標(biāo)DCS簡介可靠性及防雷設(shè)計(jì)簡介開卷考試，帶一張A4紙60%平時15%主要知識體系控制室儀表現(xiàn)場儀表進(jìn)料口變送器執(zhí)行器調(diào)節(jié)器儀表控制上課之前……顯示儀表安裝在哪里？控制器(調(diào)節(jié)器)對象檢測儀表+－SP執(zhí)行器顯示儀表Optional執(zhí)行器有哪些？閥門電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥電動開關(guān)閥（電磁）、氣動開關(guān)閥泵（電機(jī)）變頻開關(guān)檢測儀表有哪些？連續(xù)信號：變送器（如T、P、L、F、A，通常輸出4~20mA、1～5V等標(biāo)準(zhǔn)信號）傳感器（熱電阻、熱電偶）開關(guān)信號：液位開關(guān)、料位開關(guān)、接近開關(guān)(通常輸出on/off信號)……控制室儀表現(xiàn)場儀表進(jìn)料口變送器執(zhí)行器調(diào)節(jié)器儀表控制上課之前……顯示儀表安裝在哪里？控制器(調(diào)節(jié)器)對象檢測儀表+－SP執(zhí)行器顯示儀表Optional***執(zhí)行器***口徑流量特性安裝方式材質(zhì)(耐壓/防腐）供電和防爆信號類型……現(xiàn)場儀表選型要注意哪些因素？***檢測儀表***量程安裝方式材質(zhì)(耐壓/防腐）供電和防爆信號類型……進(jìn)料口變送器執(zhí)行器調(diào)節(jié)器儀表控制上課之前……進(jìn)料口變送器執(zhí)行器計(jì)算機(jī)控制控制站IPC、PLC、數(shù)字調(diào)節(jié)器……可以廣義地理解為帶有CPU的各種控制設(shè)備進(jìn)料口變送器執(zhí)行器調(diào)節(jié)器儀表控制上課之前……進(jìn)料口變送器執(zhí)行器計(jì)算機(jī)控制控制站控制器(調(diào)節(jié)器)對象檢測儀表+－SP執(zhí)行器控制站(計(jì)算機(jī))對象檢測儀表+－SP執(zhí)行器？？？最常見的IO接口：AI——模/數(shù)轉(zhuǎn)換(模擬量輸入)DI——開關(guān)量輸入(數(shù)字量輸入)AO——數(shù)/模轉(zhuǎn)換(模擬量輸出)DO——開關(guān)量輸出(數(shù)字量輸出)上課之前……4~20mA等信號二進(jìn)制信號IO接口？？？現(xiàn)場儀表計(jì)算機(jī)控制站AI(A/D)DIAO(D/A)DO一體輸入、輸出系統(tǒng)輸入子系統(tǒng)輸入子系統(tǒng)Controller/GatewayFieldbus上課之前……網(wǎng)關(guān)FF、ProfiBus等現(xiàn)場總線典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖I/O系統(tǒng)控制站現(xiàn)場設(shè)備層控制層操作站Ethernet/專用總線數(shù)據(jù)服務(wù)器高級控制器管理層WEB服務(wù)器管理計(jì)算機(jī)Ethernet互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器Internet/Intranet內(nèi)涵：工業(yè)（自動）化＋信息化作用：是實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗生產(chǎn)的前提 是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的神經(jīng)中樞相關(guān)技術(shù)：自動控制技術(shù)、檢測和傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、智能儀表技術(shù)……

發(fā)展過程：直接數(shù)字量控制（DDC）

集中型計(jì)算機(jī)控制

分布式計(jì)算機(jī)控制（DCS）

總線（工業(yè)以太網(wǎng)）控制？？？？上課之前……兩化融合一.計(jì)算機(jī)控制的基本知識1.1計(jì)算機(jī)控制概述1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程1.5網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1.6PID離散化和信號濾波簡介1.1計(jì)算機(jī)控制概述測量變送裝置+－設(shè)定值4～20mA4～20mA調(diào)節(jié)器執(zhí)行器被控對象被控變量控制器D/AA/D00101011001100010101010101100工作過程①數(shù)據(jù)采集：實(shí)時檢測來自于測量變送裝置的被控變量瞬時值；②控制決策：根據(jù)采集到的被控變量按一定的控制規(guī)律進(jìn)行分析和處理，決定控制行為，產(chǎn)生控制信號；如PID運(yùn)算③控制輸出：根據(jù)控制決策實(shí)時地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。

過程輸入輸出設(shè)備外部設(shè)備主機(jī)系統(tǒng)CPURAMROMCRT通訊接口人機(jī)接口打印機(jī)其它系統(tǒng)總線模擬量輸入（AI）模擬量輸出（AO）開關(guān)量輸入（DI）開關(guān)量輸入（DO）測量變送器執(zhí)行器電氣開關(guān)電氣開關(guān)被控生產(chǎn)對象常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I/O系統(tǒng)（模塊或卡件）現(xiàn)場儀表被控對象硬件組成1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成系統(tǒng)軟件支持軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)用于開發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。例如：匯編語言、高級語言、組態(tài)軟件等。對于設(shè)計(jì)人員來說，需要了解并學(xué)會使用相應(yīng)的支持軟件，能夠根據(jù)系統(tǒng)要求編制開發(fā)所需要應(yīng)用軟件。不同系統(tǒng)的支持軟件會有所不同針對特定要求而編制的控制和管理程序。不同控制設(shè)備的應(yīng)用軟件所具備的功能是不同的。軟件組成系統(tǒng)開發(fā)最主要的兩個方面：

根據(jù)控制要求，開發(fā)硬件系統(tǒng)

基于支持軟件，開發(fā)應(yīng)用軟件1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成1.可靠性2.可維護(hù)性3.實(shí)時性4.性能價格比1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想1.可靠性產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。衡量可靠性的幾個指標(biāo)：①可靠度②平均無故障工作時間

(MeanTimeBetweenFailures，簡稱MTBF)平均故障修復(fù)時間

(MeanTimeToRepair，簡稱MTTR)

（本質(zhì)上這是一個可維護(hù)性指標(biāo)）無維修使用期

(MaintenanceFreeOperatingPeriod

，簡稱MFOP)可靠度通常用于表示單個零件、設(shè)備的可靠程度在規(guī)定的環(huán)境溫度、濕度、振動和使用方法及維護(hù)措施等條件下，在規(guī)定的工作期限內(nèi)，設(shè)備無故障地發(fā)揮規(guī)定功能的概率。系統(tǒng)的可靠度：除了與構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元器件的可靠度有關(guān)，還與系統(tǒng)的構(gòu)成方式有關(guān)。Thereliabilityofeveryunitofthespecificequipmentis90%,thereliabilityofthisequipmentis90%。No!誤差、可靠度都是會傳遞的(1)可靠度R

常規(guī)的可靠性理論：著名的浴盆曲線（本質(zhì)）故障率時間結(jié)構(gòu)對可靠度的影響R1RnR1Rn……一個失效，系統(tǒng)失效全部故障，系統(tǒng)故障系統(tǒng)冗余的概念(1)可靠度R

★串聯(lián)系統(tǒng)中，可靠性最差的單元對系統(tǒng)可靠性影響最大?！锊⒙?lián)系統(tǒng)中，1:1系統(tǒng)的冗余對系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)最顯著。R1=R2，R并＝R1=R2，R并＝MTBF指設(shè)備在相鄰兩次故障的間隔內(nèi)正常工作的平均時間無維修使用期MFOP(MaintenanceFreeOperatingPeriod

)1995年國際上開始對傳統(tǒng)可靠性定義提出了質(zhì)疑，在歐洲開始提出了無維修使用期(MFOP)的概念。MTBF認(rèn)為隨機(jī)故障是不可避免的，只要仍低于許可數(shù)是可接受的。MFOP認(rèn)為“要設(shè)計(jì)出不存在隨機(jī)失效的產(chǎn)品是有可能”。MFOP在本質(zhì)上就是可靠性設(shè)計(jì)思路的改變，是指產(chǎn)品能完成所有規(guī)定任務(wù)的工作期，在該期間內(nèi)不需要對其進(jìn)行任何維修。每個MFOP之后就有一個維修修復(fù)期(MaintenanceRecoveryPeriod，MRP)，在此期間通過適當(dāng)?shù)挠?jì)劃性或修復(fù)性維修使系統(tǒng)完全恢復(fù)到可使用狀態(tài)，以使其能完成下一個MFOP期間的工作。(2)

MTBF(*)和MFOP提高系統(tǒng)可靠性的主要措施①選用高性能的控制設(shè)備，重視自控設(shè)備的自診斷功能。②設(shè)計(jì)可靠的控制方案，提供各種安全保護(hù)措施，如報(bào)警、故障診斷和處理等。③采用分散控制思想/增加后備手操或后備儀表控制系統(tǒng)/設(shè)計(jì)冗余系統(tǒng)。④采用安全可靠的屏蔽、隔離、接地等抗干擾技術(shù)。⑤提高軟件可靠性【要求應(yīng)用軟件的結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，具有自診斷功能，并面對任何異常操作不影響系統(tǒng)主要功能的正常運(yùn)行】故障發(fā)生后通過維修使系統(tǒng)恢復(fù)的能力。本質(zhì)：易于查找故障，易于排除故障。①設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于更換故障模塊。②選擇系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、一致性好的硬件設(shè)備。③系統(tǒng)最好能帶電插拔維修，降低子系統(tǒng)的故障對整個系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。④軟硬件具有自診斷功能，便于快速定位、快速排除故障。平均故障修復(fù)時間MTTR(meantimetorepair)MTTR指設(shè)備出現(xiàn)故障以后經(jīng)過維修恢復(fù)并重新投入運(yùn)行所需要的平均時間2.可維護(hù)性實(shí)時性是指被控信號的輸入、運(yùn)算和輸出都要在一定的時間內(nèi)完成，并能根據(jù)生產(chǎn)工況的變化進(jìn)行及時的處理，亦即系統(tǒng)對被控信號的變化具有足夠快的響應(yīng)速度，不丟失信息，不延誤操作。為了滿足實(shí)時性要求，需要從硬件和軟件兩方面來考慮。4.性能價格比3.實(shí)時性傳統(tǒng)DCSPLCBasedDCSIPCBasedDCS1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的簡要發(fā)展過程DDC控制始于50末期里程碑意義集中型計(jì)算機(jī)控制控制集中信息集中危險(xiǎn)集中DCS控制始于70年代控制分散信息集中半數(shù)字，半分散全數(shù)字通訊全分散控制FCS工業(yè)以太網(wǎng)分布式IODCS現(xiàn)場信號與IO站點(diǎn)模擬信號一對一連接，站站之間總線連接。過渡型結(jié)構(gòu)價格昂貴，功能極其有限，可靠性低1.直接數(shù)字量控制（DirectDigitalControl－DDC）本質(zhì):

用一臺計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路，用數(shù)字控制技術(shù)簡單地取代模擬控制技術(shù)。過程控制計(jì)算機(jī)SPAI、DIAO、DO

檢測儀表執(zhí)行器被控過程（對象）起始于50年代末期開辟了一個轟轟烈烈的計(jì)算機(jī)工業(yè)應(yīng)用時代

優(yōu)點(diǎn):

計(jì)算靈活，精度高，可分時處理多個控制回路，DDC也很快發(fā)展到PID以外的多種復(fù)雜控制。問題:出發(fā)點(diǎn)：外設(shè)過程控制計(jì)算機(jī)AI/DI輸入子系統(tǒng)}{優(yōu)越性：問題：被控過程（對象）被控變量操作變量…………AO/DO輸出子系統(tǒng)（從表面上看）信息集中，便于實(shí)現(xiàn)各種更復(fù)雜控制、優(yōu)化控制功能由于當(dāng)時計(jì)算機(jī)總體性能低，容易出現(xiàn)負(fù)荷過載，控制集中直接導(dǎo)致危險(xiǎn)集中，高度集中使系統(tǒng)變得十分“脆弱”。2.集中型計(jì)算機(jī)控制企圖用一臺計(jì)算機(jī)來控制盡可能多的回路昂貴和儀表系統(tǒng)競爭3.集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem,DCS）出發(fā)點(diǎn)（2個方面）：(1)把控制功能分散到若干個控制站實(shí)現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；(2)各控制系統(tǒng)（回路）的運(yùn)行應(yīng)當(dāng)服從工業(yè)生產(chǎn)管理的總體目標(biāo)。根本特征:控制的分散性和管理的集中性DCS的兩種含義：是一種分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種具有分布式結(jié)構(gòu)的特定計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

被控過程（對象）控制站2控制站1控制站n……控制站……Part1Part2Partn操作站/管理計(jì)算機(jī)控制分散、危險(xiǎn)分散信息集中、管理集中分布式計(jì)算機(jī)控制的分解示意直接控制經(jīng)營管理生產(chǎn)管理過程管理連續(xù)過程間歇過程離散過程DCS的功能層次示意從“上級”獲取指示，從“下級”獲取信息，產(chǎn)生對“下級”的控制。居于系統(tǒng)最高層，負(fù)責(zé)廣泛的工程、經(jīng)濟(jì)、商務(wù)、人事以及其它工作。主要包括回路組態(tài)、優(yōu)化、監(jiān)控、故障診斷、記錄、報(bào)警……根據(jù)訂單、庫存、能耗約束等進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃、調(diào)度。通常為最高層?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、控制、安全性能和冗余性能的實(shí)施……

常常將2個或多個功能層上的(部分)任務(wù)壓縮到一個物理層上實(shí)現(xiàn)，簡化DCS。最常見的為2級DCS

DCS的發(fā)展過程劃分起始時間主要特征11975Honeywell推出首套DCS

TDC-2000，技術(shù)特征是集散

280年代初技術(shù)特征是引入局域網(wǎng)LAN380年代末期技術(shù)特征是管控一體化

490年代中期強(qiáng)調(diào)開放性，特別是通信機(jī)制的開放性和標(biāo)準(zhǔn)化?？偨Y(jié)：早期DCS重點(diǎn)在于控制，以“分散”作為關(guān)鍵字?，F(xiàn)代DCS重于信息管理，“綜合”為其關(guān)鍵字。向?qū)崿F(xiàn)控制、計(jì)劃體系、管理體系的綜合自動化方向發(fā)展，實(shí)施從最底層的實(shí)時控制、優(yōu)化控制上升到生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營管理，以至最高層的戰(zhàn)略決策，形成一個具有高度自動化的管控一體化系統(tǒng)。

1.5網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1.網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念(1)模擬信號與數(shù)字信號

模擬信號是一個連續(xù)的物理量

數(shù)字信號是利用不連續(xù)的物理狀態(tài)來表示，例如：通過高/低電平來表示二進(jìn)制數(shù)“1”和“0”。

Tc101100時鐘數(shù)據(jù)TcI/V

t

(2)并行傳輸與串行傳輸并行傳輸：以字或字節(jié)為單位一起傳輸（多個位同時傳輸）速度快、通信線多、成本高，不宜遠(yuǎn)距離通信串行傳輸：數(shù)據(jù)逐位傳輸速度較并行傳輸慢、通信線少（一般2～4根）、成本低適宜遠(yuǎn)距離通信

幾乎所有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)均采用串行數(shù)據(jù)通信1.網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念(3)通信雙方的交互方式單工通信：只向一個方向傳輸，沒有反方向交互（如鍵盤通信）控制系統(tǒng)中應(yīng)用極少半雙工通信：雙方可以交互數(shù)據(jù)，但不在同時控制簡單、可靠、成本低，應(yīng)用廣泛(只需2根通信線)全雙工通信：雙方可以在同時交互數(shù)據(jù)控制相對復(fù)雜、效率高、成本較高，需要2個信道應(yīng)用較廣泛，至少3根通信線(1根為共用地)，或4根1.網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念(4)通信波特率、誤碼率波特率：指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚瑔挝煌ǔＳ谩拔?秒”表示

例如：Profibus－PA的波特率位Profibus－DP的最大波特率位12Mbps誤碼率：錯誤碼元（1個二進(jìn)制位）數(shù)與傳送碼元數(shù)之比工業(yè)用通信網(wǎng)絡(luò)一般要求誤碼率在10－5～10－9，甚至更小(5)基帶傳輸與頻帶傳輸基帶傳輸：按數(shù)字波形原樣、以“位”流為基本形式直接在信道上傳輸 基帶網(wǎng)介質(zhì)便宜（雙絞線、同軸電纜、光線等），速度較高，距離不宜過遠(yuǎn)（容易因信號衰減發(fā)生畸變）。 絕大多數(shù)局域網(wǎng)（包括控制局域網(wǎng)）都采用基帶傳輸。 基帶傳輸需要對數(shù)字信號進(jìn)行編碼，常用的數(shù)據(jù)編碼手段有： 非歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼、差動曼徹斯特編碼……頻帶傳輸：也稱為載波傳輸，采用調(diào)制、解調(diào)技術(shù)。 在發(fā)送端，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)，調(diào)制變換成一定頻帶范圍的模擬信號；在接收方，通過解調(diào)進(jìn)行反變換。采用模擬信號傳送數(shù)據(jù)時，通常只占有限的頻帶寬度。數(shù)字信號調(diào)制稱為“鍵控” 調(diào)制方式主要有：幅度鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)……寬帶傳輸：適用于傳輸影像、語音信息(一般不用于工控網(wǎng)絡(luò))數(shù)字信號的數(shù)字傳輸數(shù)字信號的模擬傳輸（如正弦信號）各為什么調(diào)制方式？載波“1”“1”“0”“0”“0”“0”“1”“1”ASK相當(dāng)于模擬信號的調(diào)幅“1”：傳輸載波“0”：不傳輸載波FSK載波1-1載波2-0“1”“0”“0”“1”“0”“0”“1”應(yīng)用最早的調(diào)制方式，容易實(shí)現(xiàn)，抗噪、抗干擾性能好，中低速傳輸上圖是2FSK，還有M—FSK，即M個頻率代表M的信號“1”“1”“0”“0”“0”PSK載波1-1載波2-0有很好的抗干擾性，適于中高速數(shù)傳上圖為二進(jìn)制PSK，還有多進(jìn)制PSK，如四相位、八相位等(6)RS－232/RS－422/RS－485項(xiàng)目RS－232RS－422RS－485接口電路單端差動差動抗干擾能力弱強(qiáng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)最大傳輸距離15m1200m1200m通信雙方交互方式全雙工全雙工半雙工標(biāo)準(zhǔn)最大傳輸速率19200bps10Mbps10Mbps本質(zhì)上是相同的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的首選標(biāo)準(zhǔn)2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型環(huán)型HUB星型樹型大型網(wǎng)絡(luò)多采樣網(wǎng)狀拓?fù)洹?.網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是指通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)發(fā)送方與接收方之間的物理通路，常用的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖和無線傳輸介質(zhì)等。

控制系統(tǒng)多用：帶屏蔽的雙絞線STP、光纖

4.開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OpenSystemInterconnection/ReferenceModel——OSI/RM目的是建立標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，1983年

層次編號名稱英文名稱7654321用戶層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層UsersLayerApplicationLayerPresentationLayerSessionLayerTransportLayerNetworkLayerDatalinkLayerPhysicalLayerOSI/RM信息流動過程應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層用戶主機(jī)HA數(shù)據(jù)H7H6H5H4H3H2T2H7H6H5H7H6H7報(bào)文報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組幀bit報(bào)文報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組幀bit應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議表示層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議會話層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層中繼環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)主機(jī)HB應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層用戶通信線路通信線路H7H6H5H4H3H7H6H5H4A公司A收發(fā)員(到郵局投遞)A經(jīng)理(寫信

)A秘書(蓋章/寫地址)B公司B收發(fā)員(分發(fā))B經(jīng)理B秘書(核對)郵政系統(tǒng)(按地址投遞信件)類比例子最低一層，也是唯一在二臺設(shè)備同級層之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一層,負(fù)責(zé)傳輸bit位流。界定：數(shù)字信號(0/1)的表示電壓、傳輸速率、最大傳輸距離、通信方式（單、半、全）、連接插頭，各針作用的定義……

形象地說，物理層的設(shè)計(jì)就是要確保在一側(cè)發(fā)出的一個邏輯“l(fā)”，另一側(cè)收到的也是一個邏輯“1”，而不是“0”。部分層主要功能(1)物理層(2)數(shù)據(jù)鏈路層把一條可能出錯的物理鏈路，轉(zhuǎn)變成讓網(wǎng)絡(luò)層（高層）看起來就像是一條不出差錯的理想鏈路。為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)/幀化處理/差錯檢測和流量控制

來自高層數(shù)據(jù)加工成幀物理通道檢查校驗(yàn)信息和頭尾控制信息數(shù)據(jù)送往高層確認(rèn)無誤發(fā)送方接收方從理論上講，OSI/RM是開放特性網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的典范，它嚴(yán)格遵循層次化的描述方法把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信體系劃分為七個層次，各層協(xié)議的內(nèi)容也考慮得十分周全。由于OSI模型本身并沒有對每層的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)作出嚴(yán)格的規(guī)定，因而它只是一種提供了概念性和功能性的網(wǎng)絡(luò)體系框架或藍(lán)本，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起到了規(guī)范和指導(dǎo)作用。5.TCP/IP協(xié)議簡介★TCP/IP體系是涉及面最廣、影響最大的網(wǎng)絡(luò)體系。★TCP/IP這個術(shù)語并不是單指一個協(xié)議，而是由100多個與之相關(guān)的協(xié)議和應(yīng)用程序組成的一個協(xié)議族，其中包括3個核心協(xié)議：IP、TCP、UDP★各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的(高各)各層網(wǎng)絡(luò)有著向Ethernet統(tǒng)一的趨勢發(fā)展。三句話：應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層**傳輸層互聯(lián)網(wǎng)層網(wǎng)絡(luò)接口層*各種應(yīng)用層協(xié)議例如：HTTP、TELNET、FTP等TCP、UDPIP網(wǎng)絡(luò)接口層OSI/RMTCP/IPSMTPFTPTELNETHTTPTFTPTCPUDPIPHardwareInterfaceMAILWWW網(wǎng)間協(xié)議IP它的功能是使主機(jī)可以把分組數(shù)據(jù)包發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)，并使數(shù)據(jù)包獨(dú)立地傳向目標(biāo)，也就是IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送及IP路由選擇。

IP協(xié)議采用無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制，即只管對數(shù)據(jù)進(jìn)行“盡力傳遞”，將分組數(shù)據(jù)包傳往目的地，不保證分組的正確順序，一切可靠性工作均交由上層協(xié)議負(fù)責(zé)，如驗(yàn)證、確認(rèn)等都由TCP協(xié)議處理。用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDPUDP建立在IP協(xié)議之上提供無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸是一個不可靠的傳輸層協(xié)議。除可通過校驗(yàn)和來判斷數(shù)據(jù)的完整性之外，它不進(jìn)行任何其它檢查，甚至不能保證數(shù)據(jù)包是否全部到達(dá)，基于UDP的通信進(jìn)程必須自己解決諸如報(bào)文丟失、報(bào)文重復(fù)、報(bào)文失序、流量控制等可靠性問題。

UDP適用于傳輸報(bào)文較少的交互式服務(wù)。如果為此建立面向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，則網(wǎng)絡(luò)資源的開銷太大，利用不可靠的UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即使因報(bào)文出錯而重傳一次，也比面向連接的數(shù)據(jù)傳輸更為有效。

傳輸控制協(xié)議TCP傳輸控制協(xié)議TCP是一種面向連接的、點(diǎn)對點(diǎn)的、高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸層協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃酝耆蒚CP自己保證。

我們可以把TCP和IP形象地理解為有兩個信封，要傳遞的信息被劃分成若干段，每一段塞入一個TCP信封，并在該信封面上記錄有分段號的信息，外層再套上IP大信封，發(fā)送上網(wǎng)。在接收端，TCP軟件包收集信封，抽出數(shù)據(jù)，按發(fā)送前的順序還原，并加以校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)差錯，TCP將會要求重發(fā)。因此，TCP/IP幾乎可以無差錯地傳送數(shù)據(jù)。

思考：TCP和UDP傳輸在控制系統(tǒng)中各有什么作用？討論——控制系統(tǒng)中通常使用無連接還是有連接的數(shù)據(jù)傳輸方式？……操作站控制站……通過UDP發(fā)送離散化PID控制算法和數(shù)字濾波算法——離散化PID控制算法模擬PID調(diào)節(jié)規(guī)律的表達(dá)式

te(t)為便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，必須把PID模擬表達(dá)式變換成差分方程。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時，積分可以用“求和”來近似、微分可以用“后向差分”來代替:把上式代入模擬PID表達(dá)式，即可實(shí)現(xiàn)離散化Ts

位置式PID控制算法上式計(jì)算結(jié)果即等于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，如閥門位，稱為位置式PID控制算法但要生成一個u(n),需要保存e(0)、e(1)、e(2)、……、e(n)個偏差信息隨著n的增大，計(jì)算量也隨之增大而且一旦發(fā)生故障，閥位可能發(fā)生急劇的變化

增量式PID控制算法第n次的計(jì)算結(jié)果：第n－1次的計(jì)算結(jié)果：二者相減：①

控制量的增量Δ