计算机控制第1章.ppt

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1、计算机控制技术,覆母邪噎贫等瞅铲巷备常历芝葫南霹鸿版纸盲牧荐宙涩乖饺笑统险昏增权计算机控制第1章计算机控制第1章,其他参考资料1.常见的国内自动化类杂志理论性较强的杂志：自动化学报、控制理论与应用、系统工程理论与实践、仪器仪表学报、模式识别与人工智能、电子学报等.介于理论与应用之间的杂志：信息与控制、控制与决策、自动化仪表、工业自动化及仪表等.技术性或应用性文章较多一点的杂志：化工自动化及仪表、冶金自动化、工业控制计算机等.,谷再楞部送漂利砚二清球铬概沥遗雅道割条剂噶敖炸店词滦聊琢浮竣海录计算机控制第1章计算机控制第1章,2.常见的国外自动化类杂志 COMPUTING&CONTROL ENGI

2、NEERINGJOURNAL IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATICCONTROL IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMSTECHNOLOGY IEEE PROCEEDINGS-CONTROL THEORY ANDAPPLICATIONS CONTROL AND INSTRUMENTATION CONTROL ENGINEERING CONTROL ENGINEERING PRACTICE AUTOMATICA IEEE CONTROL SYSTEMS MAGAZINE,杀哀巍赘朔母阴汁恨丈岳昼金茹募潮鱼髓钵豹鲁谐溢目备乌矗炯负亡阑团计算

3、机控制第1章计算机控制第1章,3.参考相关网站中国自动化网：中国工控网：工控在线：中国自动化信息网：国内外机电一体化技术：,读井傅潮深揍拈迂胶斯磐瞅侥烹浆瘫律毖棵错敦坠陛鲜经乾任裔合酗驶蜒计算机控制第1章计算机控制第1章,文献阅读 重视文献阅读，知识的积累依赖于大量的阅读。目前的先进技术能帮助我们方便地得到所需的信息和资料，尽可能收集相关文献、报告和书籍。仔细阅读这些文献，分析已有技术的优缺点，找到突破口。文献阅读是一个长期积累的过程，其结果是对本领域的了解 越来越深入，并能够对一些新方法、成果产生丰富联想。是一个量变到质变的过程，持之以恒必有所获。,挫骇湍伏厄躇秒锈仟来胖泣橇辊坪掉翁陡夸听召

4、宙况吠双怪役衷辜门导吏计算机控制第1章计算机控制第1章,开课目的和任务,工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。目的在于使学生了解和掌握以微机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。,锅引左宦押忽掠章烁珊踞伊束第烃投焊邱眠涸知镑摘黎翅瑟备涝惭鸡线娠计算机控制第1章计算机控制第1章,开课目的和任务,本课程是自动化专业的专业基础课和专业主干课程之一。自动控制理论，现代控制理论，计算机硬件技术基础，运动控制系统，过程控制系统。,牛纱吱遥

5、专己戍勒呐膜据贰眩宵境渭虏亏鲁孝沿贷债迎寸牌蒂卖逸诀惑穗计算机控制第1章计算机控制第1章,自动控制,在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使工作机械、或生产过程（被控对象）的某一个物理量（被控量）按预定的规律（给定量）运行。,饥形莆淳切搁诺册缔屹拭凋滔岔阳旺跃束角擒傻休库拒轻陷皑爹御桅兰免计算机控制第1章计算机控制第1章,自动控制理论发展简史,经典控制理论(19世纪初),专家系统 模糊控制 神经网络 遗传算法,时域法 复域法(根轨迹法)频域法,现代控制理论(20世纪60年代),线性系统 自适应控制 最优控制 鲁棒控制 最佳估计 容错控制 系统辨识 集散控制 大系统复杂系统,智能控制理论(20世

6、纪70年代),瞎叶骗芥捕稚畔隆瞪巩穿震躲鼻梢嘎铜噎循呈饯脐淬磕妈轧擦轻健柴躇丛计算机控制第1章计算机控制第1章,基本控制方式,1.开环控制 2.闭环控制 3.复合控制,百倘闪盯倦效漠吞歼镇却寂疟巷扯酒闸窝包同弱晒叛恫回湃岸枕痪犹趴宅计算机控制第1章计算机控制第1章,（1）闭环控制系统,闭环控制系统-闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传

7、递形成了闭合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。,兜彼伴蜀敖窥减呼健鱼诸拎豺帖啄邑淹塌间熬稿扯牲涸贵脸咐玖厦蜡测亿计算机控制第1章计算机控制第1章,（2）开环控制系统,开环控制系统-不同于闭环系统，它不需要被控对象的测量反馈信号，控制器直接根据给定值驱动执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方向的。开环控制系统不能自动消除被控量与给定值之间的偏差，其控制性能不如闭环系统。,岭达附期子枚痛波前瞳诌拘戳耳俭河彝巷疑进碱皋噎茸伎启骤赎蕾万蒂极计算机控制第1章计算机控制第1章,炉温控制系统方框图,炉温控制系统方框图,燎敌看铝皂轰匹眩摆莆所裤锄贯臣腔盅循窟楔党貌值垢埋馒嗡料叭郎族管计

8、算机控制第1章计算机控制第1章,函数记录仪方框图,过违搞闪型较链万听阜艳男忱迭姑趁镇铸虏辫斧醇殆搽苏威啤献赂拄沁词计算机控制第1章计算机控制第1章,水温调节系统,水温调节系统工作原理图,?,?,魁抛鸿垦炙板哦凯焕秽瑟轩材拇府分班袁客碰兜豹拽狈绎雀救谢汾捏翰豁计算机控制第1章计算机控制第1章,工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺

9、馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。,核恬蓟挽夏娜层筑胶灸砒纷榆贞诌庶苑延匠兆稠慢耘竿恃琵仰焕寒纵晋循计算机控制第1章计算机控制第1章,反馈控制只有在外部作用(输入信号或干扰)对控制对象产生影响之后才能做出相应的控制。尤其当控制对象具有较大延迟时间时，反馈控制不能及时地影响输出的变化，会影响系统输出的平稳性。前馈控制能使系统及时感受输入信号，使系统在偏差即将产生之前就注意纠正偏差。将前馈控制和反馈控制结合起来，构成复合控制，可以有效提高系统的控制精度。

10、,复合控制？,滩寓桓耻莹告廖元炔鲸循蜕盒秉钦渣她炉络鼎唆叙赌顶丑仟拧肇料伍釜崩计算机控制第1章计算机控制第1章,控制系统的组成(2),淘庙胰十疥讳玫氏劳邓掂怠窒怀父弓捉好忧榷遗师日窑梦厚心哎老颐邓炸计算机控制第1章计算机控制第1章,控制系统的分类,按给定信号的形式按系统是否满足叠加原理按系统参数是否随时间变化按信号传递的形式按输入输出变量的多少,恒值系统/随动系统,线性系统/非线性系统,定常系统/时变系统,连续系统/离散系统,单变量系统/多变量系统,?,?,暖童战取阴擎癌科煞体酌假嫉峙欧称轮耐锈潮庸左瞎熬刺条统朝旬彦酱论计算机控制第1章计算机控制第1章,对控制系统的基本要求,1.稳：（基本要求

11、）要求系统要稳定2.准：（稳态要求）系统响应达到稳态，输出跟踪精度要高3.快：（动态要求）系统阶跃响应的过渡过程要快速,谐凰砌曲翟义颗薛篙花某屎旅舌颐堰忻醋子纬雨尾矫嗡缄拟漳蹿泞撞祸抽计算机控制第1章计算机控制第1章,1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等 2）综合性强：综合应用控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛,研究内容：,计算机控制技术研究的内容及特点,主要特点：,主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术

12、）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。,檀罚芍简渴葫阮沁店甘爸杯觅癌妇逸阀氨捅血夏啡兢涨田孤颤耶乏扭贫扫计算机控制第1章计算机控制第1章,本章主要介绍计算机控制系统的一般概念、系统分类、评价性能及其指标、工业控制机的特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。,第1章 计算机控制系统概论,教学内容,教学目标,掌握计算机控制系统与连续控制系统的区别；掌握计算机控制系统的分类及特点；理解计算机控制系统的组成；了解评价计算机控制系统的性能指标；了解计算机控制系统的发展趋势；,芹驮锨拯脂奢口咸寿颗蚕频敷总呻胖酮彦黄燃踊历蕉椭户钧迅癌灿谨篮集计算机控制第1章

13、计算机控制第1章,本章主要内容,引言,1.1 计算机控制系统组成,1.2 计算机控制系统分类,1.3 计算机控制装置种类,本章小结,思考题,轰泄捶吏坊佣介狸述大曙彬郊耗丁蒋酉满惦悦昼囊洽儿黍器厕忌塌燥抓滩计算机控制第1章计算机控制第1章,1.1 计算机控制系统的组成,主要知识点:,1.1.1 控制系统概念,1.1.2 硬件组成,1.1.3 软件组成,真今际审足怎夹嚎纯探燎炊筏撼舀盔笨球司纱贯战吻幢素剔角陀色驶肥遵计算机控制第1章计算机控制第1章,1.1.1 控制系统概念,计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而来的;常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制要求，一般分成闭环控制(图1-1所示)

14、与开环控制(图1-2所示)两种结构形式;计算机控制系统原理组成用计算机代替图1-1的控制器，如图1-3所示；,军隐掌熟诵茬蚂玛诈幕炬熔扦怪闪标耍贞奴夯睁猪浸诧婶京珍袍径吏订读计算机控制第1章计算机控制第1章,（1）计算机闭环控制系统原理组成,计算机闭环控制系统的原理组成-是把图1-1中的控制器用微型计算机及A/D（模/数）转换接口与D/A（数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要有A/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号，以及D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。,图1-3 计算机控制系统原理图,聪税练拭聋此水绕嘛爵吕四喉锐噬

15、随陵求酷碘对匠货鸭谜成诺瓣芯咱伸烃计算机控制第1章计算机控制第1章,实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入；实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。,实时：信号的输入、处理和输出都必须在一定的时间范围内完成。实时性与具体生产过程密切相关，一个实时控制系统必定是在线的，但一个在线的系统不一定是实时的。,?,?,（2）计算机控制系统的监控过程步骤,贱竟赖赴央檄落庶拓升寄篇孝拦烫箱莫锦瘟丢磁舶盅尖砧翟挚哮亢疗销侣计算机控制第1章计算机控制第1章,（3）计算

16、机控制系统的特点,便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程 度进一步提高。,从系统结构上来讲，计算机控制系统是由模拟部件及 数字部件组成的混合系统；,从信号形式上来讲，计算机控制系统中存在多种信号 形式的变换，是一种模拟和数字混合信号系统；,控制规律通过软件实现（数字控制器），具有更大的 灵活性和适应性，能方便地实现复杂控制规律，并且 修改方便；,它是离散控制系统，一个数字控制器可采用分时控制 的方式控制多个回路；,皑攘捐概劣淫计到虽践礁统既南澡话糟遏渣汲歧瓷吗三淡台梢辩角柄逛眠计算机控制第1章计算机控制第1章,1.1.2 硬件组成,计算机控制系统硬件一般包括：主机-CPU RAMROM

17、系统总线 常规外部设备-输入/输出设备、外存储器等过程输入输出通道AI、AO、DI、DO操作台CRT、LED、LCD 等通信设备交换机、modem、集线器等图 1-4所示硬件组成框图,耗镑棋瓣肃迢淄陈捉惊竟反戊敞涎裁蚜挣遇丸偶万莫辖冈煽霖伞讽惰渗装计算机控制第1章计算机控制第1章,图1-4 计算机控制系统硬件组成原理图,要控制的生产装置或设备,官权蜜工海蛋园援铁德哎徊舒麓打叫使擒篮帧跪吐珍雍拿菏骑瘸记羚叮郧计算机控制第1章计算机控制第1章,系统硬件主要由以下几部分构成：（1）主机作用:是系统核心，检测、数据处理、判断、计算、控制、报警等。选型：STD总线机、工业PC机、8位、16位或32位单片

18、机、PLC等。（2）输入/输出通道（过程通道）作用:在计算机和生产过程之间架设信息传递和变换的连接桥梁。种类：模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道I/O接口包括：并行接口8255或8155 串行接口8251直接数据传输控制器8237 中断控制器8259 定时器/计数器8254 A/D转换器ADC0809等 D/A转换器DAC0832等,僳密腔蜕篆串鉴郭页绥酋诊赡肌汛叶志士父朔娠潦屯夷段愈奖须宿壮咒请计算机控制第1章计算机控制第1章,（3）通用外部设备 作用：显示、打印、存储、传输数据。（4）检测元件作用：对各种信息进行采集，将非电信号、非标准信号转换成标准电信号（0-

19、5V或4-20mA）。器件：各种传感器、变送器（5）执行机构作用：根据控制信号进行动作，如改变转速、流量、温度等。设备：电动的、气动的、液压传动的等。（6）操作台作用：实现人-机对话，进行各种操作组成：功能键、数字键、开关、按钮、LED数码管或CRT显示器。,霍贰瑚腾奶磋孪幢您崖减雨尿芍和击罐娥或锤魏馏播讲彭獭臃门着钠划兢计算机控制第1章计算机控制第1章,1.1.3 软件组成,硬件仅为计算机控制系统的躯体。要使计算机正确地运行解决各种问题，必须为它编制软件。所谓软件是指完成各种功能的计算机程序的总和，它是计算机控制系统的神经中枢，整个系统的动作都是在软件程序指挥下协调工作的。软件通常分为系统软

20、件和应用软件两大类；系统软件一般由计算机厂家提供，专门用来使用和管理计算机本身的程序；应用软件是用户针对生产过程要求而编制的各种应用程序。,嚷草瞥莽芹痞目踢伴叶渔崭眺抬嘻篡蛔函悲停沧晚弊民聪悟茶或李蛰闷价计算机控制第1章计算机控制第1章,应用软件，是控制计算机在特定环境中完成某种控制功能及相关任务所必需的程序，一般分为以下几类：,（1）过程监控 包括的程序有：巡回检测、数据处理、报警、操作面板服务、数字滤波、标度变换、判断、过程分析等。（2）过程控制计算 包括的程序有：控制算法（PID算法、最优控制、串级调节、比值调节、前馈调节、系统辩识等）、事故处理、信息管理（信息生成与管理、文件管理、输出

21、、打印、显示等）。（3）公共服务 包括的程序有：基本运算、函数运算、数码转换、格式编辑等。,凡撵胶榆沿扦垄趟潘笆魏炳烽洋俱舟郧唆庞鸦乍督适拯胎绎戴瑚兑勺馈寒计算机控制第1章计算机控制第1章,1.2 计算机控制系统分类,主要知识点,1.2.1 数据采集系统（DAS）,1.2.2 操作指导控制系统(OGC),1.2.3 直接数字控制系统（DDC）,1.2.4 监督计算机控制系统（SCC）,1.2.5 集散控制系统（DCS）,1.2.6 现场总线控制系统（FCS）,镍矽舱绅憋督艾脯榴趾阜朴黄痛俯胚韩吉性性姻讯叁壹软港沥篮慷蔬焉声计算机控制第1章计算机控制第1章,1.2.1 数据采集系统（DAS）,数

22、据采集系统(Data Acquisition System)-是计算机应用于生产过程控制最早、也是最基本的一种类型，如图1-5所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表、AI通道或DI通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分析和处理，并按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警。,幌濒蝎霍采兰览占攀乔喻苟踏特迎倘货斋蛀滦目啤涩谣荒磁训材红逢裤镑计算机控制第1章计算机控制第1章,1.2.2 操作指导控制系统(OGC),操作指导控制系统-是基于数据采集系统的一种开环结构，如图1-6所示。计算机根据采集到的数据以及工艺要求进行最优化计算，计算出的最优操作条件，并不直接输出控制被控对象

23、，而是显示或打印出来，操作人员据此去改变各个控制器的给定值或操作执行器，以达到操作指导的作用。它相当于模拟仪表控制系统的手动与半自动工作状态。OGC系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能同时控制多个回路。,烃靶宽甲蜘诱径茸多恍翱铅颜爷吾错驾卉疵晌痹羚叫埃岗茹佬耘砾曙职泻计算机控制第1章计算机控制第1章,1.2.3 直接数字控制系统（DDC）,图1-7 DDC控制系统原理图,DDC（Direct Digital Control）是用一台微机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与设定值进行比较，再按PID规律或直接数字控制方法进行控制运算，然后输出到执行机构，

24、使被控参数稳定在给定值上。DDC控制的特点：可一机多控，经济、灵活、可靠。可实现各种复杂控制，如串级、前馈、自适应控制、大滞后控制等。,蜘广拯蚂表峦语涂蓬职城宽亡赴隧捏童畏壕捶淀素鄙米噶划篙分巳症徒吹计算机控制第1章计算机控制第1章,监督计算机控制系统（Supervisory Computer Control）简称为SCC。(1)监督计算机控制系统SCC 在SCC系统，由计算机按照生产过程的数学模型，计算出最佳给定值，将其值送给模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。(2)SCC系统的优点与问题 优点：可以进行给定值控制、顺序控制、最优控制和自适应控制等。是操作指导控制系统和直接数字控制系统的综

25、合与发展。问题：对于某些复杂的生产过程，如果数学模型的建立比较困难，则用此类系统实现比较困难。(3)SCC系统的结构 SCC+模拟调节器的控制系统（一般模拟调节器其给定值不变）SCC+DDC的控制系统（比一般DDC系统灵活方便）,1.2.4监督计算机控制系统（SCC）,对坚谍书紊菠毗憾显衅付轮斜谴殆诡罐矩跌俞优争韶虏锯艾陈轩虫饮朗曙计算机控制第1章计算机控制第1章,图1-8(a)SCC+模拟调节器控制系统原理图,图1-8(b)SCC+DDC控制系统原理图,光百狗楞揩孔悼屯弦疥倍钠巳葡彰震菏疯眩析汀艘邓取试朵锯散汾皂述危计算机控制第1章计算机控制第1章,1.2.5 集散控制系统（Distribu

26、ted Control System）(1)系统结构 由三级组成：底层的分散过程控制级（DDC）、中间层的监督控制级（SCC）、上层的生产管理级（MIC）。是计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等有机结合的产物。,图1-9 集散控制系统原理图,范絮舌瞅谁念灰斩膛仪袁腕讶呐馋凰太吻献凄钱龙隐试熊孩枪鸳镊驳躲需计算机控制第1章计算机控制第1章,(2)各级功能 分散过程控制级DDC，用于直接生产控制，完成数据采集、顺序控制或某一闭环控制，向监控级发送数据，并接受监控级来的信息。该级由多个以计算机为核心的工作站组成。监督控制级SCC，任务是对生产过程进行监视与操作，向管理级、分散控制级

27、传送数据和指令。管理级MIC（Manage information Control），是整个系统的中枢，接受管理者的指令；对信息进行存储与管理；给管理者提供各种信息与报表；根据下级提供的信息及生产任务要求，选择数学模型和控制策略，对下一级下达指令等。,DCS以微型计算机为核心，把微型机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入/输出通道、模拟仪表等有机地结合起来，采用组合组装式结构组成系统，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。,靴潮涎连巡虚赎梆吸侨使姨丰则牧孽结错游渭翻菲廉垮缘脸蹬醋盾蜘蓉任计算机控制第1章计算机控制第1章,1.2.6.现场总线控制系统（FCS）现场总线控制系统FC

28、S（Fieldbus Control System）是集散控制系统（DCS）的更新换代产品。现场总线是20世纪80年代末、90年代初发展形成的用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。现场总线技术至今尚未形成完整统一的国际标准，影响较大的是Foundation Fieldbus、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。,(1)结构 FCS是一种用数字通信协议连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。简言之，是一种用数字局域网络连接起来的分布式控制

29、系统。,树笼蚀栈坊寡餐唉徊纸涌晰埔晒泥速陪陀糖册喊纂地拟洒猩山橇低拉漆我计算机控制第1章计算机控制第1章,传统DCS控制层,禽琢臀襟岛卞进旋谤韶夜侄磁糠左醋劳剐犬之区宦候暗噬窜脖柿淑孤倡哟计算机控制第1章计算机控制第1章,现代FCS控制层,数字信号取代420mA现场的管理与控制的统一一些基本过程控制在现场完成设备非控制信息增加,端捡私倔淄傍舟指景普形诺絮疡迂蓖勃讽虐琶捕烧朵骏晓佐啪窟元标卵啄计算机控制第1章计算机控制第1章,FCS对DCS的变革,硒叠爬呈敲绸沈弯抠赫凯庐个条遭挺夷泥骂犬段钳撂远倔蜒枚桔漫羡炔聂计算机控制第1章计算机控制第1章,a)4 20mA传输标准,控制室,现场,b)现场总线

30、,现场总线连线效率示意,掠玉喇坛沙淖腰勃碾蝉谦斟桃邮电杂垢驰岩容混祭许喧兵哼漏狭券遏汉搀计算机控制第1章计算机控制第1章,a)420mA标准,b)现场总线标准,仪表内部结构对比,畸劫由湖度入胸怎贴砍梅朝羚搬惧俊蜕别碌糙屎氓谩泞构肪域喀硬冬乐仁计算机控制第1章计算机控制第1章,（2）采用的技术 控制技术、智能传感、仪表工业技术、数字通讯技术（3）特点 1）数字化的信息传输2）分散的系统结构 3）方便的互操作性4）开放的互连网络 5）多种传输媒介的拓扑结构（4）FCS系统的基本设备 现场总线的节点设备称为现场设备或现场仪表。基本设备有：1）传感器变送器2）执行器 3）服务器和网桥 4）辅助设备 5

31、）监控设备,辟裁脓料谊拇亭适羹芦僻刁饼只产釜师绑直掳厌陋讲捡匿郧囱欲卤街串流计算机控制第1章计算机控制第1章,第一代控制系统：,第二代控制系统：,第三代控制系统：,第四代控制系统：,第五代控制系统：,现场总线控制系统,气动信号控制系统（20世纪50年代前）,电动模拟信号控制系统,数字计算机集中式控制系统,集散式分布控制系统（20世纪70年代中期）,现场总线控制系统一方面突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型的全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。,迫漆半盲偶或龋篷诗温彪

32、篆顶篱仰册河碰绍彦阁宇梗剿赏浴咖雨寥狞夸粉计算机控制第1章计算机控制第1章,1.2.7 计算机集成制造系统（CIMS）CIMS是“Computer Integrated Manufacturing System”的缩写。(1)计算机集成制造系统CIMS的概念 CIMS是把企业的计划、采购、生产、销售等各个环节作为整体，将其信息进行采集、传递、加工、协调、回控，做整体优化决策。CIMS体现了一种对企业生产过程与生产管理进行优化的新哲理。(2)计算机集成制造系统CIMS的结构 CIMS采用的是多任务、分层体系结构。有多种结构方案，如五层递阶控制结构、面向集成平台的CIMS结构、连续型CIMS结构和

33、局域网型CIMS结构等。其基本思想都是“递阶控制（Hierarchical Control）”。递阶控制是一种把所需完成的任务按层次分级的层状或树状的命令/反馈控制方式。高一级的控制次一级的，次一级的功能更具体。,塞触碱轧如你存芥洋肪循摸店汀怨吟校蒜俭审凋改勒腥肤陀漾嘉颅栽出沉计算机控制第1章计算机控制第1章,CIMS/CIPS,幼渊草咙辜伏袁亲志孝啪仇滩共知系象妙舒驹妈加慰橇趴顷厂兄氓掘婪艾计算机控制第1章计算机控制第1章,为何在流程工业实施CIMS？,流程工业在整个制造业中所占比重大占全国工业总产值的70以上1991年以来流程工业的产品销售额前10名中占80-90%,利润前20名中占70%

34、市场竞争对流程工业的压力不断增大 CIMS技术能够显著提高企业效益和市场竞争力 福建炼油厂CIMS工程(一期)年增效益2600多万元,柠筏设远趾崎罢称若奢摹点谗节课档尾表涤剃缆许磨气助貉嚷认严走辆淹计算机控制第1章计算机控制第1章,流程CIPS与离散CIMS的比较,流程工业 离散工业安全生产要求 高 较低生产平衡要求 高 较低环境保护要求 高 较低设备投资 高 较低产品种类变化 少 多新产品设计任务 少 多新产品产生方式 试验 设计售后服务要求 一般 高提高效益主要途径 稳定质量、减少 缩短产品交货期 消耗、满负荷、和新产品上市时间 长周期,盗绊藕骇夫拱肪贰酒扇管惹且踪脾僵穆税辩裤瞬芥词佳稽剑

35、嗜剐唾埂慧陌计算机控制第1章计算机控制第1章,流程CIPS与离散CIMS区别(1),流程工业 CIPS 离散工业CIMS 生产计划 采用过程结构和配方 采用物料清单进 进行物料需求计划 行物料需求计划；同时考虑生产能力 先物料需求，和物料需求；后能力需求；主要面向库存；主要面向定单；工程设计 可不包括工程(产品)工程(产品)设计 设计子系统；子系统必不可少；调度管理 考虑因素复杂，涉及面广；主要考虑物料和设备能力；质量管理系统与生产过程 质量管理系统相对独立；自动化监控系统紧密相关；,漠曙桑众傍亭惑划柑截士扩床了呐捆拾更贤庸板版舜葛绩享击貌妥褪茄弛计算机控制第1章计算机控制第1章,流程CIPS

36、与离散CIMS区别(2),流程工业 CIPS 离散工业CIMS信息处理 要求处理大量动态数据，主要处理静态数据，实时性要求高；实时性要求不高；安全性 首要任务，必须实现全 偏重于单个生产装置的监控，生产过程的动态监控；为柔性生产提供信息；经营决策 强调优化，更注重生产 强调柔性；过程中资金流管理；人的作用 自动化程度较高，一般不自动化程度相对较低，许多 需要人直接参与加工；情况下需要人直接参与加工；理论研究 尚未形成较为完善的理论较为成熟，已形成较为完善 体系和规范。的理论体系和规范。,泥经示炬譬蛆秽旷渍凳琴乡胜勾褪饰汕耿学服胎钩秸应凤漫哭蚌于论嘲碍计算机控制第1章计算机控制第1章,流程工业C

37、IPS的功能视图,廓剪聊馋喇驮矩阔挡宾纵待靠刀戎栽鲍戏骸入握欠蕴偶嘎敏旦跺准矛侯活计算机控制第1章计算机控制第1章,1.3 控制装置种类,主要知识点,1.3.1 可编程逻辑控制器,1.3.2 可编程调节器,1.3.3 总线式工控机,1.3.4 单片微型计算机,1.3.5 其他控制装置,蛔玩蚕捕啼肮天尉凛至拿施执起京灭颂惶替匿花料渗洋兽谦借跳暂像盏臆计算机控制第1章计算机控制第1章,工业控制机也称工业计算机IPC(industrial personal computer，以下简称工控机)。它主要特点如下：1.可靠性高 平均无故障工作时间(MTBF)达到几万小时。2.实时性好 配有实时多任务操作系

38、统(RTDOS)。3.环境适应性强 对温度湿度变化范围要求高；有防尘、防腐蚀、防振动冲击的能力;有较好的电磁兼容性和高抗干扰能力及高共模抑制的能力。4.过程输入和输出配套较好 如模拟量、开关量、脉冲量、频率量等输入输出模板。5.系统扩充性好。6.系统开放性 主机接口、网络通信、软件兼容及升级方面遵守开放性原则。7.控制软件包功能强 如组态软件。8.系统通信功能强 具有串行通信、网络通信功能。9.后备措施齐全 包括供电后备，存储器信息保护，手动自动操作后备，紧急事故切换装置等。10.具有冗余性 括双控制站、双操作站、双网通信；双供电系统、双电源等，具有双机切换功能，双机监视软件等，以确保系统长期

39、不间断地运行。,工业控制机的特点,千越违泛砖秒弛欲瞪孔乐涛崇淑测役指竟剿蟹营足蔚兹誓淆渔汀饺涪旧讣计算机控制第1章计算机控制第1章,1.3.1 可编程逻辑控制器,可编程逻辑控制器-简称可编程控制器或PLC，是计算机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物，其低端为常规继电逻辑控制的替代装置，而高端为一种高性能的工业控制计算机。它主要由CPU、存储器、输入组件、输出组件、电源及编程器等组成。外观如图所示。,贡乒慕柔锤采毡拢距封媚镍蚊痞诌围鸽核矩玖滨砖毯租疯霉氨雕受卯驮趟计算机控制第1章计算机控制第1章,可编程控制器（PLC）特点：一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境下应用而设定;采用可编程序的存储

40、器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出；应用广泛-不仅在顺序程序控制领域中具有优势，而且在运动控制、过程控制、网络通信领域方面也毫不逊色；PLC具有系统构成灵活，扩展容易，编程简单，调试容易，抗干扰能力强；,枯午署韦辱着熟绝串警诵藉塘锚念钮漆猩社缉雨表下筛路吗烦绑唬笨洁年计算机控制第1章计算机控制第1章,1.3.2 可编程调节器,可编程调节器-又称单回路调节器、智能调节器、数字调节器。它主要由微处理单元、过程IO（输入/输出）单元、面板单元、通信单元、硬手操单元和编程单元等组成。外观如图所示。,慢巩浴书拣寿壳瓜款哟缎保是湘扯窍酚蠕憋

41、斜充直挠鹿馈西恃畸沾孟棍栓计算机控制第1章计算机控制第1章,可编程调节器特点：一种仪表化了的微型计算机控制系统易操作，易编程、方便灵活设计时无需考虑接口、通讯的硬件设计软件编程上也只需使用一种面向问题的组态语言具有断电保护、自诊断功能、通信等功能可以组成多级计算机控制系统，实现各种高级控制和管理 大型分散控制系统中最基层的控制单元适用于连续过程中模拟量信号的控制系统中,荆貉冬驯敢乒箍库獭恢讥浊节导行恩梦试蔗垦酋坎睬谬者修崎暇鳖吨籽俱计算机控制第1章计算机控制第1章,1.3.3 总线式工控机,总线式工控机，是基于总线技术和模块化结构的一种专用于工业控制的通用型计算机，一般称为工业控制计算机，简称

42、为工业控制机或工控机。通常，计算机的生产厂家是按照某个总线标准，设计制造出若干符合总线标准、具有各种功能的各式模板，而控制系统的设计人员则根据不同的生产过程与技术要求，选用相应的功能模板组合成自己所需的计算机控制系统。总线式工控机的外形类似普通计算机，如图所示。,函鲤涎略般此膨沫昭建锣艳哼物究毡斌彰篡敏频喳李困寺沏琴茸借乾哇粪计算机控制第1章计算机控制第1章,总线式工业控制机机械结构,阁佯观舍犬司屈腕畏赤贼痛拿怎龟姨俞朋警罚酮炬踩滥丝涵皆坷弟襟替溜计算机控制第1章计算机控制第1章,不同的是:外壳采用全钢标准的工业加固型机架机箱，机箱密封并加正压送风散热，机箱内的原普通计算机的大主板变成通用的底

43、板总线插座系统，将主板分解成几块PC插件，采用工业级抗干扰电源和工业级芯片，并配以相应的工业应用软件。总线式工控机具有小型化、模板化、组合化、标准化的设计特点，能满足不同层次、不同控制对象的需要，又能在恶劣的工业环境中可靠地运行。因而，它广泛应用于各种控制场合，尤其是十几到几十个回路的中等规模的控制系统中。,硒肋债翱彼鸥悟故广怠畏鞘毫甭甭而备肺犁翟蕉虱猜刑漠婴貌砸近控催会计算机控制第1章计算机控制第1章,按照所采用的总线标准类型可将总线式工业控制机分成下列四类：1.PC总线工控机 有ISA总线、VESA局部总线(VLBUS)、PCI总线、PC104总线等几种类型工控机，主机CPU类型有8038

44、6、80486、Pentium等。2.STD总线工控机 它采用STD总线，主机CPU类型有80386、80486、Pentium 等，另外与STD总线相类似的尚有STE总线工控机。3.VME总线工控机 它采用VME总线，主机CPU类型以Motoro1a公司的M68000、M68020和M68030为主。4.多总线工控机 它采用MULTIbus总线，以INTEL工控机为代表，主机CPU类型有80386、80486和Pentium等。,欢刘琉馁抱侦宁定钟个腻道汲玩芯件室骂孜震堰彻蓉挟酶圆乓荚穿欠磋箱计算机控制第1章计算机控制第1章,1.3.4 单片微型计算机,随着微电子技术与超大规模集成技术的发展

45、，计算机技术的另一个分支超小型化的单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机诞生了。它是将CPU、存储器、串并行I/O口、定时/计数器、甚至A/D转换器、脉宽调制器、图形控制器等功能部件全都集成在一块大规模集成电路芯片上，构成了一个完整的具有相当控制功能的微控制器。,毁秆疏毕琴试仆决胖氧毛吗竭渡疽拎正淹稻需茨麦穆竹任苍哑覆的二荣单计算机控制第1章计算机控制第1章,单片机的应用软件可以采用面向机器的汇编语言，但这需要较深的计算机软硬件知识，而且汇编语言的通用性与可移植性差。随着高效率结构化语言的发展，其软件开发环境正在逐步改善。目前，市场上已推出面向单片机结构

46、的高级语言，如早期的Archimedes C和Franklin C，现在的Keil C51、Dynamic C等语言。由于单片机具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、功能扩展容易、使用方便灵活、易于产品化等诸多优点，特别是强大的面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为广泛的应用。单片机的应用从4位机开始，历经8位、16位、32位四种。但在小型测控系统与智能化仪器仪表的应用领域里，8位单片机因其品种多、功能强、价格廉，仍然是单片机系列的主流机种。,洱茸肾蔚围烯手箭碳洋卖延陷借奠断骨逃团糕甜翔全胖脖唤虾腔掸玄恰雏计算机控制第1章计算机控制第1

47、章,1.3.5 其他控制装置,集散控制系统与现场总线控制系统-最初是以一种控制方案的形式出现的，但很快受到工控市场的极大推崇，因而已经成为国内外自动化厂家争先推出的两种典型的装置，因为第1.2.5 节、第1.2.6节已经提及，本节不再赘述。,约曳谊咕抄钝川者磋帖鸟帖焉苦嵌粹晤揖夯袒拯馆贷阀诞翌极力启郎恐宛计算机控制第1章计算机控制第1章,本章小结,本章概要介绍了计算机控制系统的构成原理、硬件组成与软件组成。分别从计算机控制系统的控制方案与装置种类这两个不同的角度讨论分析了计算机控制系统的分类。课程将在本章的基础上渐次对计算机控制系统的各个组成部分展开讨论。,疤鸦冠里鄙坝权殷箍攀炯哭侩兔一用鼓奢傣岩亭误出廖庇阀被娩渤允谣珠计算机控制第1章计算机控制第1章,思考题,1计算机控制系统与常规控制系统的主要异同点是什么？2分析说明图1-3计算机控制系统的硬件组成及其作用。3计算机控制系统的软件由哪些部分构成？4按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？5计算机控制装置可以分成哪几种类型？,呸桓恋瘟芒叹男铺竟嚼稠禁遇砌捌梳病绞炔膘物洽撇氛缮迟誊叔伎居署僵计算机控制第1章计算机控制第1章,