計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術基礎計算機控制技術

1、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術基礎計算機控制技術計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術基礎-計算機控制技術計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術基礎一、計算機控制系統(tǒng)二、工業(yè)控制計算機三、數(shù)據(jù)通信技術四、總線接口技術五、工業(yè)網絡技術六、現(xiàn)場總線技術一、計算機控制系統(tǒng)1.計算機控制系統(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)。 計算機控制系統(tǒng) 2.典型的計算機控制系統(tǒng) 計算機控制是以數(shù)字控制理論為基礎，通過傳感器和執(zhí)行器，由計算機對不同的被控對象或生產過程進行檢測、變換、控制、和顯示等，其典型結構如圖所示 。3. 計算機控制系統(tǒng)的分類 -1 計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，最簡單的計算機控制系統(tǒng)可用單片機組成，復雜的可

2、由可編程控制器、各類總線工業(yè)控制計算機等構成較高級的計算機控制系統(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. 計算機控制系統(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、可編程邏輯控制器（PLC）、順序邏輯控制器（SLC, Sequence Logical Controller）或微機作為控制器。優(yōu)點：易于根據(jù)全局情況進行控制計算和判斷，在控制方式、控制時間的選擇上可以統(tǒng)一調度和安排。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，當系統(tǒng)任務增加時，控制器的效率和可靠性將急劇下降。 3. 計算機控制系統(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，上位機完成集中監(jiān)視管理功能，若干臺下位機分散到現(xiàn)場實現(xiàn)分布式控制，上下位機之間通過控制網絡互連以實現(xiàn)相互間的信息傳遞。 分布式控制思想的實現(xiàn)正是得益于網絡技術的發(fā)展和應用。 圖-集散控制系統(tǒng) 3. 計算機控制系統(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、通信技術和CRT顯示技術的進展 生產管理和指揮調度功能 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，而是一個工廠、一個公司乃至一個區(qū)域的總目標或總任務的最優(yōu)化問題，即綜合自動化問題。 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)典型的控制系統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)典

4、型的控制系統(tǒng)在一個規(guī)模較大的聯(lián)鎖系統(tǒng)中，常常會有幾十個、幾百個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，因此必須將任務分給多個計算機系統(tǒng)并行工作，不同地理位置和不同功能的計算機之間相互交換信息，從而有效地將控制與管理調度相結合，達到行車安全的目的和要求。下面將對分別對計算機控制中的關鍵技術如：工業(yè)控制機、數(shù)字通信技術、總線接口技術、工業(yè)網絡技術、現(xiàn)場總線技術等進行簡要地介紹。 二、工業(yè)控制計算機-11.什么是工業(yè)控制計算機計算機用于工業(yè)控制一般稱其為工控機。 2.分類 工控機的分類是比較復雜的，若按其構成特點，一般可分為：智能儀表、單片機系統(tǒng)、可編程控制器、各類總線工業(yè)控制計

5、算機、分散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等； 若按計算機的嵌入式應用和非嵌入式應用將其分為嵌入式計算機和通用計算機。 二、工業(yè)控制計算機-23、組成(1) 主機中央處理器（CPU）和內存儲器（RAM,ROM）構成的主機是計算機系統(tǒng)的核心 。(2)內部總線和外部總線內部總線是工業(yè)控制計算機內部各組成部分進行信息傳送的公共通道；外部總線是工業(yè)控制計算機與其它計算機和智能設備進行信息傳送的公共通道。 3、組成-2(3)人機接口人機接口是一種標準結構，即由標準的PC鍵盤、顯示器和打印機等組成。(4)系統(tǒng)支持功能監(jiān)控定時器電源掉電檢測保護重要數(shù)據(jù)的后備存儲器 實時日歷時鐘 3、組成-3(5)磁盤系統(tǒng)磁盤系統(tǒng)

6、可以用半導體虛擬磁盤，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置在工業(yè)控制機和生產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(或開關量)輸入(DI)通道、數(shù)字量(或開關量)輸出(DO)通道。它有兩個作用，其是將生產過程中的信息變換成主機能夠接受和識別的代碼；其二是將主機輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，經變換后作為執(zhí)行機構或電氣開關的控制信號。工控機外部形狀與結構主機板底板嵌入式計算機PC機主板PC機主板工業(yè)控制計算機的發(fā)展方向 工業(yè)控制計算機采用模塊化結構，按其不同的功能分成不同的功能模塊，通過總線連接成計算機系統(tǒng)。最近

7、幾年，模塊化結構的工業(yè)控制計算機有被功能強大的單板計算機系統(tǒng)（SBCSingle Board Computer，包括了計算機絕大部分功能模塊的系統(tǒng)板）和“芯片PC”所代替，且已產品化、系列化。 二、工業(yè)控制計算機-34、軟件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)(1)系統(tǒng)軟件VxWorks等實時多任務操作系統(tǒng) ，嵌入式實時多任務操作系統(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、調試程序、診斷程序等 (3)應用軟件三、數(shù)據(jù)通信技術-11、方式、方式(1)并行通信:數(shù)據(jù)的各位同時傳送傳送單位：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，不同時全雙工通信：雙向，同時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-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行調制后再實行傳輸 ，幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控（PSK）三種 (3)(3)寬帶網寬帶網多條基帶信道，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155Mbps到 四、總線接口技術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，計算機各部件間可進行各種數(shù)據(jù)和命令的傳送。分類：內部總線和外部總線2、內部總線又稱“系統(tǒng)總線”或“板級總線”，是通用微型計算機和測控系統(tǒng)計算機內部所特有的總線。通信方式：并行通信 種類：STD總線、ISA總線、PCI總線、VME總線 四、總線接口技術內部總線(1) STD總線總線 工業(yè)控制，8位，8MB/sec (2) ISA總線總線 工業(yè)標準架構，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 無源總線底板結構的PCI系統(tǒng) 四、總線接口技術外部總線外部總線 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 串行物理接口標準 ，一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線,單端信號傳 ，20m以內。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臺驅動器和32臺接收器 (3) IEEE-488總線總線 并行總線接口標準 ，20米 ，1MB/s (4) USB串行總線差分方式， (480Mb/s)五、工業(yè)網絡技術1、網絡的拓撲結構網絡的拓撲結構 常用的網絡結構：星形、環(huán)形和

11、總線形另：網形結構、樹形結構以及各種混合形結構 五、工業(yè)網絡技術2、介質訪問控制技術介質訪問控制技術 (1)載波監(jiān)聽多路訪問/沖突監(jiān)測方式隨機訪問技術的競爭型訪問方法 ,結構簡單、負載輕、時實性低的網絡。(2)令牌環(huán)（Token Ring）方式設置一個令牌在網內循環(huán)傳送,輕負載時效率較低，重負載時效率提高。(3)令牌總線（Token Bus）方式物理上是總線網，邏輯上是環(huán)形網。六、現(xiàn)場總線技術11、定義：現(xiàn)場總線是一種連接現(xiàn)場設備和控制室設備的全數(shù)字、雙向、多點、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22、特點系統(tǒng)的開放性：公開、一致

12、的總線標準互操作性與互用性：實現(xiàn)互連設備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；不同廠家設備可實現(xiàn)互換現(xiàn)場設備的高度自治性和智能化特點 自治性：現(xiàn)場設備能獨立完成現(xiàn)場控制的基本功能 智能型：現(xiàn)場設備能自動診斷設備運行狀態(tài)系統(tǒng)結構的高度分散性：簡單，可靠性高 采用智能現(xiàn)場設備，具有運算、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、控制調節(jié)等功能，并將有關狀態(tài)信息發(fā)送到主機，實現(xiàn)分散控制對現(xiàn)場環(huán)境適應性強。六、現(xiàn)場總線技術3以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層、用戶層構成 總線采用低速H1和高速H2兩個通信速率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，光纜和無線主要應用場合：過程自動化控制領域六、現(xiàn)場總線技術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2700m 通信介質：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：內置媒體訪問控制處理器、網絡處理器和應用處理器三個CPU通信協(xié)議：LonTalk協(xié)議主要應用場合：樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設備、交通運輸、過程自動化控制、智能通信接口、智能傳感器等領域。六、現(xiàn)場總線技術580年代初德國制訂的一種現(xiàn)場總線標準，分為 PROFIBUS-DP，適用于加工制造自動化領域的應用，實現(xiàn)分散外設之間的高速數(shù)據(jù)傳輸； PROFIBUS-FMS，適用于樓宇自動化等領域, PLC，低壓開關等； PROFIBUS-PA，適用于過程自動化領域數(shù)據(jù)鏈路層、物理層和應用層通信協(xié)議組成傳輸