計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

1、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)-計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)二、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)三、數(shù)據(jù)通信技術(shù)四、總線接口技術(shù)五、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)六、現(xiàn)場總線技術(shù)一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可簡化為如圖所示的兩大類：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 2.典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制是以數(shù)字控制理論為基礎(chǔ)，通過傳感器和執(zhí)行器，由計(jì)算機(jī)對不同的被控對象或生產(chǎn)過程進(jìn)行檢測、變換、控制、和顯示等，其典型結(jié)構(gòu)如圖所示 。3. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 -1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，最簡單的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可用單片機(jī)組成，復(fù)雜的可

2、由可編程控制器、各類總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等構(gòu)成較高級的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。如：直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等。 3. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類-2(1)集中式數(shù)字控制系統(tǒng)集中式數(shù)字控制系統(tǒng)采用單片機(jī)、可編程邏輯控制器（PLC）、順序邏輯控制器（SLC, Sequence Logical Controller）或微機(jī)作為控制器。優(yōu)點(diǎn)：易于根據(jù)全局情況進(jìn)行控制計(jì)算和判斷，在控制方式、控制時(shí)間的選擇上可以統(tǒng)一調(diào)度和安排。不足：對控制器本身要求很高，必須具有足夠的處理能力和極高的可靠性，當(dāng)系統(tǒng)任務(wù)增加時(shí)，控制器的效率和可靠性將急劇下降。 3. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類-3(2)集散

3、控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)八九十年代占主導(dǎo)地位 。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機(jī)完成集中監(jiān)視管理功能，若干臺下位機(jī)分散到現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)分布式控制，上下位機(jī)之間通過控制網(wǎng)絡(luò)互連以實(shí)現(xiàn)相互間的信息傳遞。 分布式控制思想的實(shí)現(xiàn)正是得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。 圖-集散控制系統(tǒng) 3. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類-4(3)分級控制系統(tǒng)分級控制系統(tǒng) 現(xiàn)代微機(jī)、通信技術(shù)和CRT顯示技術(shù)的進(jìn)展 生產(chǎn)管理和指揮調(diào)度功能 分級控制系統(tǒng)是工程大系統(tǒng)，它要解決的不是局部最優(yōu)化問題，而是一個(gè)工廠、一個(gè)公司乃至一個(gè)區(qū)域的總目標(biāo)或總?cè)蝿?wù)的最優(yōu)化問題，即綜合自動(dòng)化問題。 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)典型的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)典

4、型的控制系統(tǒng)在一個(gè)規(guī)模較大的聯(lián)鎖系統(tǒng)中，常常會(huì)有幾十個(gè)、幾百個(gè)甚至更多的測量和控制對象，即使速度很高的系統(tǒng)也難以滿足要求，因此必須將任務(wù)分給多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行工作，不同地理位置和不同功能的計(jì)算機(jī)之間相互交換信息，從而有效地將控制與管理調(diào)度相結(jié)合，達(dá)到行車安全的目的和要求。下面將對分別對計(jì)算機(jī)控制中的關(guān)鍵技術(shù)如：工業(yè)控制機(jī)、數(shù)字通信技術(shù)、總線接口技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)等進(jìn)行簡要地介紹。 二、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)-11.什么是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制一般稱其為工控機(jī)。 2.分類 工控機(jī)的分類是比較復(fù)雜的，若按其構(gòu)成特點(diǎn)，一般可分為：智能儀表、單片機(jī)系統(tǒng)、可編程控制器、各類總線工業(yè)控制計(jì)

5、算機(jī)、分散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等； 若按計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用將其分為嵌入式計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。 二、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)-23、組成(1) 主機(jī)中央處理器（CPU）和內(nèi)存儲器（RAM,ROM）構(gòu)成的主機(jī)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心 。(2)內(nèi)部總線和外部總線內(nèi)部總線是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)內(nèi)部各組成部分進(jìn)行信息傳送的公共通道；外部總線是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與其它計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道。 3、組成-2(3)人機(jī)接口人機(jī)接口是一種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，即由標(biāo)準(zhǔn)的PC鍵盤、顯示器和打印機(jī)等組成。(4)系統(tǒng)支持功能監(jiān)控定時(shí)器電源掉電檢測保護(hù)重要數(shù)據(jù)的后備存儲器 實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘 3、組成-3(5)磁盤系統(tǒng)磁盤系統(tǒng)

6、可以用半導(dǎo)體虛擬磁盤，也可以配通用的軟盤、硬盤和光盤等。 (6)輸入輸出通道輸入輸出通道是設(shè)置在工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程之間的傳遞和變換信息的連接通道。它包括模擬量輸入(AI)通道、模擬量輸出(AO)通道、數(shù)字量(或開關(guān)量)輸入(DI)通道、數(shù)字量(或開關(guān)量)輸出(DO)通道。它有兩個(gè)作用，其是將生產(chǎn)過程中的信息變換成主機(jī)能夠接受和識別的代碼；其二是將主機(jī)輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，經(jīng)變換后作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)或電氣開關(guān)的控制信號。工控機(jī)外部形狀與結(jié)構(gòu)主機(jī)板底板嵌入式計(jì)算機(jī)PC機(jī)主板PC機(jī)主板工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用模塊化結(jié)構(gòu)，按其不同的功能分成不同的功能模塊，通過總線連接成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。最近

7、幾年，模塊化結(jié)構(gòu)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)有被功能強(qiáng)大的單板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（SBCSingle Board Computer，包括了計(jì)算機(jī)絕大部分功能模塊的系統(tǒng)板）和“芯片PC”所代替，且已產(chǎn)品化、系列化。 二、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)-34、軟件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)(1)系統(tǒng)軟件VxWorks等實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) ，嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)VRTX/OS ，MS-DOS和Windows等系統(tǒng)軟件 ，(2)支持軟件支持軟件包括匯編語言、高級語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序等 (3)應(yīng)用軟件三、數(shù)據(jù)通信技術(shù)-11、方式、方式(1)并行通信:數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送傳送單位：字或字節(jié)，距離：短（10米）(2)串行通信:數(shù)

8、據(jù)一位一位順序傳送傳送單位：位，距離：長（幾十到幾千米）2 2、串行通信方式、串行通信方式 單工通信：單向半雙工通信：雙向，不同時(shí)全雙工通信：雙向，同時(shí)串行通信與并行通信單工、半雙工和全雙工通信原理 三、數(shù)據(jù)通信技術(shù)-23 3、信號的傳輸方式、信號的傳輸方式 (1)(1)基帶傳輸基帶傳輸 直接傳輸數(shù)據(jù)的基帶信號 ，速率 ：010Mbps (2)(2)載波傳輸載波傳輸載波進(jìn)行調(diào)制后再實(shí)行傳輸 ，幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控（PSK）三種 (3)(3)寬帶網(wǎng)寬帶網(wǎng)多條基帶信道，速率范圍為0400Mbps (4)(4)異步傳輸模式（異步傳輸模式（ATMATM）按需分配頻帶，具有低

9、延遲特性，速率可達(dá)155Mbps到 四、總線接口技術(shù)11、總線是一組信號線的集合，是一種在各模塊間傳輸信息的公共通路。通過它，計(jì)算機(jī)各部件間可進(jìn)行各種數(shù)據(jù)和命令的傳送。分類：內(nèi)部總線和外部總線2、內(nèi)部總線又稱“系統(tǒng)總線”或“板級總線”，是通用微型計(jì)算機(jī)和測控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)內(nèi)部所特有的總線。通信方式：并行通信 種類：STD總線、ISA總線、PCI總線、VME總線 四、總線接口技術(shù)內(nèi)部總線(1) STD總線總線 工業(yè)控制，8位，8MB/sec (2) ISA總線總線 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，8/16位數(shù)據(jù)總線,8MB/s33MB/s(3) PCI總線總線 奔騰等微處理器 ，32位數(shù)據(jù)總線 , 133MB/s (

10、4)Compact PCI 無源總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng) 四、總線接口技術(shù)外部總線外部總線 外部總線（E-BUS）又稱“通信總線”，并行總線和串行總線 。(1) RS-232-C總線總線 串行物理接口標(biāo)準(zhǔn) ，一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線,單端信號傳 ，20m以內(nèi)。雙工通信 (2) RS-485總線總線 平衡發(fā)送和差分接收 ，半雙工工作方式 ，幾十米到上千米 ，32臺驅(qū)動(dòng)器和32臺接收器 (3) IEEE-488總線總線 并行總線接口標(biāo)準(zhǔn) ，20米 ，1MB/s (4) USB串行總線差分方式， (480Mb/s)五、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：星形、環(huán)形和

11、總線形另：網(wǎng)形結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)以及各種混合形結(jié)構(gòu) 五、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2、介質(zhì)訪問控制技術(shù)介質(zhì)訪問控制技術(shù) (1)載波監(jiān)聽多路訪問/沖突監(jiān)測方式隨機(jī)訪問技術(shù)的競爭型訪問方法 ,結(jié)構(gòu)簡單、負(fù)載輕、時(shí)實(shí)性低的網(wǎng)絡(luò)。(2)令牌環(huán)（Token Ring）方式設(shè)置一個(gè)令牌在網(wǎng)內(nèi)循環(huán)傳送,輕負(fù)載時(shí)效率較低，重負(fù)載時(shí)效率提高。(3)令牌總線（Token Bus）方式物理上是總線網(wǎng)，邏輯上是環(huán)形網(wǎng)。六、現(xiàn)場總線技術(shù)11、定義：現(xiàn)場總線是一種連接現(xiàn)場設(shè)備和控制室設(shè)備的全數(shù)字、雙向、多點(diǎn)、開放式的通信系統(tǒng)，它使現(xiàn)場控制和管理的集成成為可能。 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線 PLCPC六、現(xiàn)場總線技術(shù)22、特點(diǎn)系統(tǒng)的開放性：公開、一致

12、的總線標(biāo)準(zhǔn)互操作性與互用性：實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；不同廠家設(shè)備可實(shí)現(xiàn)互換現(xiàn)場設(shè)備的高度自治性和智能化特點(diǎn) 自治性：現(xiàn)場設(shè)備能獨(dú)立完成現(xiàn)場控制的基本功能 智能型：現(xiàn)場設(shè)備能自動(dòng)診斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性：簡單，可靠性高 采用智能現(xiàn)場設(shè)備，具有運(yùn)算、控制和通信功能，可以在現(xiàn)場完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制調(diào)節(jié)等功能，并將有關(guān)狀態(tài)信息發(fā)送到主機(jī)，實(shí)現(xiàn)分散控制對現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。六、現(xiàn)場總線技術(shù)3以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層、用戶層構(gòu)成 總線采用低速H1和高速H2兩個(gè)通信速率H1的速率為，傳輸距離為1900mH2的傳輸速率為1MHz和，

13、通信距離為750m和500m支持雙絞線，光纜和無線主要應(yīng)用場合：過程自動(dòng)化控制領(lǐng)域六、現(xiàn)場總線技術(shù)4采用ISO/OSI模型的全部7層協(xié)議通信速率：，通信距離可達(dá)2700m 通信介質(zhì)：支持同軸電纜、光纖、射頻、紅外、雙絞線、電力線載波等集成芯片：內(nèi)置媒體訪問控制處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器三個(gè)CPU通信協(xié)議：LonTalk協(xié)議主要應(yīng)用場合：樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、過程自動(dòng)化控制、智能通信接口、智能傳感器等領(lǐng)域。六、現(xiàn)場總線技術(shù)580年代初德國制訂的一種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，分為 PROFIBUS-DP，適用于加工制造自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)分散外設(shè)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸； PROFIBUS-FMS，適用于樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域, PLC，低壓開關(guān)等； PROFIBUS-PA，適用于過程自動(dòng)化領(lǐng)域數(shù)據(jù)鏈路層、物理層和應(yīng)用層通信協(xié)議組成傳輸