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1、计算机控制技术 自动化学院李楠 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 主要参考书 计算机控制技术 王建华 黄河清 编著 高等教育出版社 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 微型计算机控制技术 潘新明 王燕芳 编著 人民邮电出版社 顺 独 芽 姿 浸 顽 滔 椎 拉 他 冬 荡 邦 峙 板 促 头 歌 墙 击 岂 察 件 没 匹 疥 篙 哉 铲 饥 矩 论 计 算 机 控 制 第 1 章 计 算 机 控 制 第 1 章 作者书书名 出
2、版社年 谢剑谢剑英等微型计计算机控制技术术（第3版） 国防工业业出版社2001 席裕庚等预测预测控制国防工业业出版社1991 金以慧等过过程控制清华华大学出版社1995 于海生等微型计计算机控制技术术清华华大学出版社1999 孙孙增圻等计计算机控制理论论及应应用清华华大学出版社 迎 疤 欢 色 谊 拷 怖 婴 结 宣 坷 卡 歼 誊 肮 泣 克 詹 症 傲 婪 丈 观 匿 埠 梳 蜗 乖 往 第 蘑 簇 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、
3、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 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)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
4、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
5、统原理图 聪 税 练 拭 聋 此 水 绕 嘛 爵 吕 四 喉 锐 噬 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。 ?
6、? （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；
7、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
8、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位单片机、PLC等。 （2）输入/输出通道（过程通道） 作用:在
9、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
10、进行采集，将非电信号、非标准信号转换成标准电信号 （0-5V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
11、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 n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
12、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、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
13、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
14、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，而是显示
15、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
16、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，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
17、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
18、 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 管理命令报告 SCC监督控制计算机 给定值测量值 A/D 多路开关 检测元件 生产过程 管理命令报告 给定值测量值 A/D 多路开关 检测元件 生产过程 DDC计算机 D/A 反多路开关 . . . . . . . . SCC监督控制计算机 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
19、机 控 制 第 1 章 1.2.5 集散控制系统（Distributed 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。 企业级 经营管理计算机 工厂级 集中控制计算机 车间级监控计算机（SCC）车间级监控计算机（SCC） 装置控制级（DDC）装置控制级（DDC）装置控制级（DDC） 工厂对象A工厂对象B工厂对象C工厂对象D 至其它工厂至其它工厂 装置控制级（DDC） 图1-9 集散控制系统原理图 范 絮 舌 瞅 谁
20、 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
21、；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FCS （ Fieldbus Control System）是
22、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系统。 树 笼 蚀
23、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 网桥 控制器 H2 分散控制系统总线 H2 H1 H1 H1 H1 H1低速现场总线 31.25kbps 232个设备/段 供电与通信 本质安全 能利用已有的420mA信 号线 数字信号取代4
24、20mA 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 nFCS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 现场总线连线效率示意 控制室仪表 手持编程器 双向数字传
25、输 安全栅 调节 器 指示 积算 配 电 安全栅 4 20 mA 配 电 4 20 mA 4 20 mA 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 仪表内部结构对比仪表内部结构对比 人 机 接 口 控制室仪表 变送器 数字双向传输 微 处 理 器 通 讯 接 口 通 讯 接 口 微 处 理 器 A/D 放 大 调 理 传 感 器 人 机 接 口 微 处 理 器 A/D D/A I/V V/I 调节器 42
26、0mA 420mA 420mA 变送器 V/I D/A 微 处 理 器 A/D 放 大 调 理 传 感 器 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
27、）服务器和网桥 4）辅助设备 5）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
28、；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 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
29、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
30、机 控 制 第 1 章 计 算 机 控 制 第 1 章 wCIMS/CIPS 经营决策 企业管理 生产调度 过程优化 过程控制 第五层：企业决策，生产规划 第四层：供销,财务,计划,管理等 第三层：生产调度，系统优化 第二层：先进控制，过程优化 第一层：单元自动化,简单控制 生 产 过 程 流程CIMS的递阶控制示意图 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？ n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7
31、0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% n市场竞争对流程工业的压力不断增大 n CIMS技术能够显著提高企业效益和市场竞 争力 n 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 n 流程工业 离散工业 n安全生产要求 高 较低 n生产平衡要求 高 较低 n环境保护要求 高 较低 n设备投资 高 较低 n产品
32、种类变化 少 多 n新产品设计任务 少 多 n新产品产生方式 试验 设计 n售后服务要求 一般 高 n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 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) n 流程工业 CIPS 离散工业CIMS n生产计划 采用过程结构和配方 采用物料清单进 n 进行物料需求计划 行物料需求计划； n 同时考虑生产能力 先物料需求， n 和物料
33、需求； 后能力需求； n 主要面向库存； 主要面向定单； n工程设计 可不包括工程(产品) 工程(产品)设计 n 设计子系统； 子系统必不可少； n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； n 质量管理系统与生产过程 质量管理系统相对独立； n 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与离散CIMS区别(2) n 流程工业 CIPS 离散工业CIMS n信息处理 要求处理大量动态数据，
34、主要处理静态数据， n 实时性要求高； 实时性要求不高； n安全性 首要任务，必须实现全 偏重于单个生产装置的监控 ， n 生产过程的动态监控； 为柔性生产提供信息； n经营决策 强调优化，更注重生产 强调柔性； n 过程中资金流管理； n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； n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
35、章 计 算 机 控 制 第 1 章 计算机网络 与数据库管 理系统 管理信息系统 质量控制系统 生产自动化系统 动态监控系统 市场信息 原材料 能源 动力 产品 销售服务信息 技术信息 抽样统计信息 流程工业CIPS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
36、 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
37、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
38、 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
39、用 而设定; 采用可编程序的存储器，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
40、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 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
41、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
42、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 防尘与保证运行安全的带锁门 电源、硬盘及键盘的状态指示灯 RESET键、KEYBOARD-LOCK键 带可拆卸空气 过滤器的面板 双冷却风扇建立 空气正压力，经 过滤的空气在机 箱内流通 300W工业开关电源 可拆卸式光驱、软 驱框架 防震的可调节夹钳 用于安装特殊连接 器或扩展电缆的面 板 加固型金属机箱 14槽PC总线底版 电源on/off键
43、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
44、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80386、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S
45、TE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，计算机技术的另一个分支超小型化 的单片微型计算机(Si
46、ngle 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
47、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 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