計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)原理

1、第一章第一章 計(jì)算機(jī)控制概述計(jì)算機(jī)控制概述本章要點(diǎn) 1.了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理2.了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成與軟件組成。3. 初步認(rèn)識(shí)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類與裝置種類 本章主要內(nèi)容 引言引言 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類 1.3 計(jì)算機(jī)控制裝置種類計(jì)算機(jī)控制裝置種類 本章小結(jié)本章小結(jié) 思考題思考題 引言 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用-是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制系是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)融為一體的一門綜合性學(xué)問，是以計(jì)算機(jī)為核心部件的過程控制統(tǒng)融為一體的一門綜合性學(xué)問，是以計(jì)算機(jī)為核心部件的過程控制系統(tǒng)

2、和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)，自動(dòng)化控制工程系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)，自動(dòng)化控制工程是其重要的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動(dòng)化控制工程來看，計(jì)算機(jī)技術(shù)是其重要的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動(dòng)化控制工程來看，計(jì)算機(jī)技術(shù)又是一個(gè)主要的實(shí)現(xiàn)手段。又是一個(gè)主要的實(shí)現(xiàn)手段。本書立足于工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域，討論這本書立足于工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域，討論這種不同于普通計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)技術(shù)及其種不同于普通計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)技術(shù)及其工程應(yīng)用工程應(yīng)用。下圖為下圖為一個(gè)制藥車間的自動(dòng)化生產(chǎn)流程。一個(gè)制藥車間的自動(dòng)化生產(chǎn)流程。 鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成主要

3、知識(shí)點(diǎn)主要知識(shí)點(diǎn):1.1.1 1.1.1 控制系統(tǒng)概念控制系統(tǒng)概念1.1.2 1.1.2 硬件組成硬件組成1.1.3 1.1.3 軟件組成軟件組成1.1.1 1.1.1 控制系統(tǒng)概念控制系統(tǒng)概念計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來的來的; ;常規(guī)儀表組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制常規(guī)儀表組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制要求，一般分成要求，一般分成閉環(huán)控制閉環(huán)控制( (圖圖1-1a1-1a所示所示) )與與開環(huán)開環(huán)控制控制( (圖圖1-1b1-1b所示所示) )兩種結(jié)構(gòu)形式兩種結(jié)構(gòu)形式; ;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理組成用控制計(jì)算機(jī)代

4、替用控制計(jì)算機(jī)代替圖圖1-11-1的控制器，如圖的控制器，如圖1-21-2所示；所示；（1）閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)-閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再反饋到控制器中，控制器將把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再反饋到控制器中，控制器將此測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)此測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對(duì)象的被控量跟的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量

5、使被控對(duì)象的被控量跟蹤趨近給定值，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號(hào)傳遞形成了閉蹤趨近給定值，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號(hào)傳遞形成了閉合回路，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。合回路，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。euqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象測(cè)量變送器測(cè)量變送器偏差偏差給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被控量 測(cè)量值測(cè)量值r+_zf干擾干擾圖圖1-1(a) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（2）開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)-不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被控對(duì)象的測(cè)量反饋信號(hào)，控制器直接根據(jù)給定

6、值驅(qū)動(dòng)控對(duì)象的測(cè)量反饋信號(hào)，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器去控制被控對(duì)象，所以這種信號(hào)的傳遞是單方執(zhí)行器去控制被控對(duì)象，所以這種信號(hào)的傳遞是單方向的。環(huán)控制系統(tǒng)不能自動(dòng)消除被控量與給定值之間向的。環(huán)控制系統(tǒng)不能自動(dòng)消除被控量與給定值之間的偏差，其控制性能不如閉環(huán)系統(tǒng)。的偏差，其控制性能不如閉環(huán)系統(tǒng)。 uqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被控量 r(b) (b) 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)（3）計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)原理組成 計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理組成計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理組成-是把圖是把圖1-11-1中的控制中的控制器用控制計(jì)算機(jī)即微型

7、計(jì)算機(jī)及器用控制計(jì)算機(jī)即微型計(jì)算機(jī)及A/DA/D（模（模/ /數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與D/AD/A（數(shù)（數(shù)/ /模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計(jì)算機(jī)采用的是數(shù)字信號(hào)傳遞，模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計(jì)算機(jī)采用的是數(shù)字信號(hào)傳遞，而一次儀表多采用模擬信號(hào)傳遞，因此需要有而一次儀表多采用模擬信號(hào)傳遞，因此需要有A/DA/D轉(zhuǎn)換器將模轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號(hào)，以及擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號(hào)，以及D/AD/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號(hào)。轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號(hào)。 +re偏偏差差計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)D/A執(zhí)執(zhí)行行器器被被控控對(duì)對(duì)象象uqyA/D測(cè)測(cè)量量變變送送器器z測(cè)測(cè)量量

8、值值給給定定值值控控制制計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程控控制制作作用用操操縱縱變變量量被被控控量量圖圖1 1- -3 3 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理框框圖圖- 圖圖1-2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 （4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的監(jiān)控過程步驟a.a.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集-對(duì)來自測(cè)量變送器的被控量的對(duì)來自測(cè)量變送器的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行采集和輸入瞬時(shí)值進(jìn)行采集和輸入 ；b.b.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理-對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析、對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析、比較和處理，按一定的控制規(guī)比較和處理，按一定的控制規(guī)律運(yùn)算，進(jìn)行控制決策；律運(yùn)算，進(jìn)行控制決策； c.c.實(shí)時(shí)輸出控制實(shí)時(shí)輸出控

9、制-根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行器發(fā)出控制信號(hào)，完成監(jiān)控任器發(fā)出控制信號(hào)，完成監(jiān)控任務(wù)；務(wù)； 1.1.2 1.1.2 硬件組成硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件一般包括：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件一般包括：主機(jī)主機(jī)-CPU CPU RAMRAMROMROM系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 常規(guī)外部設(shè)備常規(guī)外部設(shè)備-輸入輸入/ /輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器等輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器等過程輸入輸出通道過程輸入輸出通道AIAI、AOAO、DIDI、DODO操作臺(tái)操作臺(tái)CRTCRT、LEDLED、LCDLCD 等等通信設(shè)備通信設(shè)備交換機(jī)、交換機(jī)、modemmodem、集線器等、集線器等圖圖 1-31-3所示硬件組成框圖所示

10、硬件組成框圖CPURAMROM輸輸入入設(shè)設(shè)備備輸輸出出設(shè)設(shè)備備外外存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器通通信信設(shè)設(shè)備備操操作作臺(tái)臺(tái)接接口口接接口口接接口口接接口口接接口口系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線工工業(yè)業(yè)對(duì)對(duì)象象接接口口接接口口接接口口接接口口換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)開開關(guān)關(guān)輸輸出出開開關(guān)關(guān)輸輸入入測(cè)測(cè)量量變變送送驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)執(zhí)執(zhí)行行過過程程輸輸入入輸輸出出通通道道計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)基基本本系系統(tǒng)統(tǒng)主主機(jī)機(jī)常常規(guī)規(guī)外外部部設(shè)設(shè)備備圖1-4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖D/AA/D 圖圖1-3 1-3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖 鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫1.1.3 1.1.3 軟件組成軟件組成硬件僅為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軀體。要使計(jì)算

11、機(jī)正確地硬件僅為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軀體。要使計(jì)算機(jī)正確地運(yùn)行解決各種問題，必須為它編制軟件。運(yùn)行解決各種問題，必須為它編制軟件。所謂軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，它所謂軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，它是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類；系統(tǒng)軟件軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類；系統(tǒng)軟件一般由計(jì)算機(jī)廠家提供，專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)一般由計(jì)算機(jī)廠家提供，專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)本身的程序；應(yīng)用軟件是用戶針對(duì)生產(chǎn)過程要求而編本身

12、的程序；應(yīng)用軟件是用戶針對(duì)生產(chǎn)過程要求而編制的各種應(yīng)用程序。制的各種應(yīng)用程序。 1.2 控制系統(tǒng)分類 主要知識(shí)點(diǎn)主要知識(shí)點(diǎn)1.2.1 1.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DASDAS）1.2.2 1.2.2 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) (OGC)(OGC)1.2.3 1.2.3 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDCDDC）1.2.4 1.2.4 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（SCCSCC）1.2.5 1.2.5 分散控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（DCSDCS）1.2.6 1.2.6 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCSFCS）1.2.11.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

13、系統(tǒng)（DASDAS）計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)工工業(yè)業(yè)對(duì)對(duì)象象器器換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)D/A采采樣樣器器測(cè)測(cè)量量元元件件統(tǒng)統(tǒng)系系集集采采據(jù)據(jù)數(shù)數(shù)1 1圖圖5 5- -顯顯 示示 終終 端端打打 印印 機(jī)機(jī) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition System)-(Data Acquisition System)-是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制最早、是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制最早、也是最基本的一種類型，如圖也是最基本的一種類型，如圖1-51-5所示。生產(chǎn)過程中被控對(duì)象的大量參數(shù)經(jīng)測(cè)量變送所示。生產(chǎn)過程中被控對(duì)象的大量參數(shù)經(jīng)測(cè)量變送儀表發(fā)送和儀表發(fā)送和A/DA/D通道或通道或DIDI通道巡回采集后送入計(jì)

14、算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析通道巡回采集后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并按操作要求進(jìn)行屏幕顯示、制表打印和越限報(bào)警。和處理，并按操作要求進(jìn)行屏幕顯示、制表打印和越限報(bào)警。 鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫1.2.2 1.2.2 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(OGC)(OGC) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)-是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖一種開環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖1-61-6所示。計(jì)算機(jī)根據(jù)采集所示。計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出的最優(yōu)操作條件，并不直接輸出控制被控對(duì)象，的最優(yōu)操作條件，并不直接

15、輸出控制被控對(duì)象，而是顯示或打印出來，操作人員據(jù)此去改變各個(gè)而是顯示或打印出來，操作人員據(jù)此去改變各個(gè)控制器的給定值或操作執(zhí)行器，以達(dá)到操作指導(dǎo)控制器的給定值或操作執(zhí)行器，以達(dá)到操作指導(dǎo)的作用。它相當(dāng)于模擬儀表的作用。它相當(dāng)于模擬儀表控制系統(tǒng)的手動(dòng)與半控制系統(tǒng)的手動(dòng)與半自動(dòng)工作狀態(tài)。自動(dòng)工作狀態(tài)。OGCOGC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)是要由人工操作，速度受到制靈活和安全。缺點(diǎn)是要由人工操作，速度受到限制，不能同時(shí)控制多個(gè)回路。限制，不能同時(shí)控制多個(gè)回路。 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)工工業(yè)業(yè)對(duì)對(duì)象象器器換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)D/A采采樣樣器器測(cè)測(cè)量量元元件件顯顯示示終終端端打打印

16、印機(jī)機(jī)控控制制儀儀表表 圖圖1 1- -6 6 操操作作指指導(dǎo)導(dǎo)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫1.2.31.2.3 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDCDDC） DDC DDC系統(tǒng)系統(tǒng)-是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完成對(duì)多個(gè)被控參數(shù)的是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完成對(duì)多個(gè)被控參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，而且能按一定的控制規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，并通過過數(shù)據(jù)采集，而且能按一定的控制規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，并通過過程輸出通道發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制，為了程輸出通道發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制，為了操作方便，操作方便，DDCDDC系統(tǒng)還配置一個(gè)包括給定、顯示、報(bào)警等功能系統(tǒng)還配置一個(gè)包括給定、顯示、報(bào)警等功能的操

17、作控制臺(tái)。的操作控制臺(tái)。DDCDDC系統(tǒng)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完全取代了多個(gè)系統(tǒng)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完全取代了多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器，而且在各個(gè)回路的控制方案上，不改變硬件只通模擬調(diào)節(jié)器，而且在各個(gè)回路的控制方案上，不改變硬件只通過改變程序就能過改變程序就能有效地有效地實(shí)現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制實(shí)現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制。計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程顯示顯示打印機(jī)打印機(jī)報(bào)警報(bào)警操作臺(tái)操作臺(tái)）ID，D/A（入入輸輸程程過過）OD，A/D（出出輸輸程程過過圖圖1-7 1-7 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫1.2.41.2.4監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（SCCSCC） 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即監(jiān)督

18、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即SCCSCC-是是OGCOGC系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)或與儀表控制系統(tǒng)或與DDCDDC系統(tǒng)綜合而成的兩級(jí)系統(tǒng)，如圖系統(tǒng)綜合而成的兩級(jí)系統(tǒng)，如圖1-1-8 8所示。顯然，這屬于計(jì)算機(jī)在線最優(yōu)控制的一種形式。所示。顯然，這屬于計(jì)算機(jī)在線最優(yōu)控制的一種形式。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由下位機(jī)獨(dú)立完成控制。下位當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由下位機(jī)獨(dú)立完成控制。下位機(jī)直接參與生產(chǎn)過程控制，要求其實(shí)時(shí)性好，可靠性高機(jī)直接參與生產(chǎn)過程控制，要求其實(shí)時(shí)性好，可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)；而上位機(jī)承擔(dān)高級(jí)控制與管理任務(wù)，和抗干擾能力強(qiáng)；而上位機(jī)承擔(dān)高級(jí)控制與管理任務(wù)，應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大的高

19、檔計(jì)算機(jī)。應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大的高檔計(jì)算機(jī)。工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)顯示顯示打印打印報(bào)警報(bào)警顯示顯示打印打印報(bào)警報(bào)警機(jī)機(jī)算算計(jì)計(jì)CCS機(jī)機(jī)算算計(jì)計(jì)CCS測(cè)量測(cè)量測(cè)量測(cè)量控制控制控制控制模擬控制器CDD生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程用用計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)(a)統(tǒng)統(tǒng)系系器器制制控控?cái)M擬模模+ +CCS圖1-8 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)形式圖1-8 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)形式給定值給定值給定值給定值采集采集采集采集統(tǒng)統(tǒng)系系制制控控CDD+CCS (b)鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫1.2.51.2.5 分散控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（DCSDCS） 分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)-是是以微處理器為

20、基礎(chǔ)，借助于以微處理器為基礎(chǔ)，借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中管理和分散控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中管理和分散控制的先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開發(fā)的分散控制系先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開發(fā)的分散控制系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上具有分散式系統(tǒng)的特征，因此國(guó)外統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上具有分散式系統(tǒng)的特征，因此國(guó)外將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)也有人將其將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)也有人將其稱為集散型控制系統(tǒng)，或者是分布式控制系統(tǒng)。分稱為集散型控制系統(tǒng)，或者是分布式控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為DCSDCS。DCS DCS 采用分散控制、集中采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和

21、綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則。操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則。它的結(jié)構(gòu)組成如圖它的結(jié)構(gòu)組成如圖12-112-1所示。所示。鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫1.2.61.2.6 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCSFCS） 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)即FCS-FCS-是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)改進(jìn)了該系統(tǒng)改進(jìn)了DCSDCS成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點(diǎn)，采用集管理控制功能于一統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點(diǎn)，采用集管理控制功能于一身的工作站與現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，把原身的工作站與現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的二

22、層結(jié)構(gòu)模式，把原DCSDCS控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場(chǎng)儀表中去，形成一個(gè)控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場(chǎng)儀表中去，形成一個(gè)徹底的分散控制模式。它的結(jié)構(gòu)組成如圖徹底的分散控制模式。它的結(jié)構(gòu)組成如圖12-612-6所示。每個(gè)所示。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表現(xiàn)場(chǎng)儀表( (例如變送器、執(zhí)行器例如變送器、執(zhí)行器) )都作為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，都都作為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，都帶帶CPUCPU單元，可分別獨(dú)立完成測(cè)量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等單元，可分別獨(dú)立完成測(cè)量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能，靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連接在一起統(tǒng)籌工作。功能，靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連接在一起統(tǒng)籌工作。1.3 控制裝置種類 主要知識(shí)點(diǎn)主要知識(shí)點(diǎn)1.3.1 可編程控制器1.3.2

23、 可編程調(diào)節(jié)器1.3.3 總線式工控機(jī)1.3.4 單片微型計(jì)算機(jī)1.3.5 其他控制裝置1.3.11.3.1 可編程控制器可編程控制器 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器-簡(jiǎn)稱可編程控制器或簡(jiǎn)稱可編程控制器或PLCPLC，是計(jì)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它主要由CPUCPU、存儲(chǔ)器、輸入組件、輸、存儲(chǔ)器、輸入組件、輸出組件、電源及編程器等組成。外觀如圖所示。出組件、電源及編程器等組成。外觀

24、如圖所示。鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫可編程控制器（可編程控制器（PLCPLC）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng), ,專為工業(yè)環(huán)專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)定境下應(yīng)用而設(shè)定; ;采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過數(shù)字順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出；式、模擬式的輸入和輸出；應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛-不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢(shì)，而且不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢(shì)，而且在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色；在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、

25、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色； PLCPLC具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，抗干擾能力強(qiáng)；易，抗干擾能力強(qiáng)； 1.3.21.3.2 可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器 可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器-又稱單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、數(shù)又稱單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器。它主要由微處理單元、過程字調(diào)節(jié)器。它主要由微處理單元、過程I IO O（輸入（輸入/ /輸出）輸出） 單元、面板單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等單元、面板單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等組成。外觀如圖所示。組成。外觀如圖所示。 鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫可編程調(diào)節(jié)器特點(diǎn)：可編程調(diào)節(jié)

26、器特點(diǎn)：一種儀表化了的微型控制計(jì)算機(jī)一種儀表化了的微型控制計(jì)算機(jī)易操作，易編程、方便靈活易操作，易編程、方便靈活設(shè)計(jì)時(shí)無需考慮接口、通訊的硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)無需考慮接口、通訊的硬件設(shè)計(jì)軟件編程上也只需使用一種面向問題的組態(tài)語言軟件編程上也只需使用一種面向問題的組態(tài)語言具有斷電保護(hù)、自診斷功能、通信等功能具有斷電保護(hù)、自診斷功能、通信等功能可以組成多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)控可以組成多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)控制和管理制和管理 大型分散控制系統(tǒng)中最基層的控制單元大型分散控制系統(tǒng)中最基層的控制單元適用于連續(xù)過程中模擬量信號(hào)的控制系統(tǒng)中適用于連續(xù)過程中模擬量信號(hào)的控制系統(tǒng)中 1.3.3 1.

27、3.3 總線式工控機(jī)總線式工控機(jī) 總線式工控機(jī)，總線式工控機(jī)，是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一種專用于工業(yè)控制的通用性計(jì)算機(jī)，一般稱為工業(yè)控制種專用于工業(yè)控制的通用性計(jì)算機(jī)，一般稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)。通常，計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)。通常，計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)廠家是按照某個(gè)總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制造出若干符合總生產(chǎn)廠家是按照某個(gè)總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制造出若干符合總線標(biāo)準(zhǔn)、具有各種功能的各式模板，而控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)線標(biāo)準(zhǔn)、具有各種功能的各式模板，而控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員則根據(jù)不同的生產(chǎn)過程與技術(shù)要求，選用相應(yīng)的功人員則根據(jù)不同的生產(chǎn)過程與技術(shù)要求，選用相應(yīng)的

28、功能模板組合成自己所需的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？偩€式工控能模板組合成自己所需的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？偩€式工控機(jī)的外形類似普通計(jì)算機(jī)，如圖所示。機(jī)的外形類似普通計(jì)算機(jī)，如圖所示。 不同的是它的外殼采用全鋼標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)加固型機(jī)不同的是它的外殼采用全鋼標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)加固型機(jī)架機(jī)箱，機(jī)箱密封并加正壓送風(fēng)散熱，機(jī)箱內(nèi)的原普架機(jī)箱，機(jī)箱密封并加正壓送風(fēng)散熱，機(jī)箱內(nèi)的原普通計(jì)算機(jī)的大主板變成通用的底板總線插座系統(tǒng)，將主通計(jì)算機(jī)的大主板變成通用的底板總線插座系統(tǒng)，將主板分解成幾塊板分解成幾塊PCPC插件，采用工業(yè)級(jí)抗干擾電源和工業(yè)級(jí)插件，采用工業(yè)級(jí)抗干擾電源和工業(yè)級(jí)芯片，并配以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件。芯片，并配以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟

29、件。 總線式工控機(jī)具有總線式工控機(jī)具有小型化、模板化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)小型化、模板化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能滿足不同層次、不同控制對(duì)象的需要，的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能滿足不同層次、不同控制對(duì)象的需要，又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運(yùn)行。因而，它廣泛應(yīng)又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運(yùn)行。因而，它廣泛應(yīng)用于各種控制場(chǎng)合，尤其是十幾到幾十個(gè)回路的中等規(guī)用于各種控制場(chǎng)合，尤其是十幾到幾十個(gè)回路的中等規(guī)模的控制系統(tǒng)中。模的控制系統(tǒng)中。鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫1.3.4 1.3.4 單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī) 隨著微電子技術(shù)與超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，隨著微電子技術(shù)與超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的另一個(gè)分支計(jì)算機(jī)技術(shù)

30、的另一個(gè)分支超小型化的單片微超小型化的單片微型計(jì)算機(jī)型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)(Single Chip Microcomputer)簡(jiǎn)稱單簡(jiǎn)稱單片機(jī)誕生了。它是將片機(jī)誕生了。它是將CPUCPU、存儲(chǔ)器、串并行、存儲(chǔ)器、串并行I/OI/O口、口、定時(shí)定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器、甚至計(jì)數(shù)器、甚至A/DA/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、 圖形控制器等功能部件全都集成在一塊大規(guī)模集圖形控制器等功能部件全都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上，構(gòu)成了一個(gè)完整的具有相當(dāng)控制成電路芯片上，構(gòu)成了一個(gè)完整的具有相當(dāng)控制功能的微控制器功能的微控制器。 單片機(jī)的應(yīng)用軟件可以采用面向

31、機(jī)器的匯編語言，單片機(jī)的應(yīng)用軟件可以采用面向機(jī)器的匯編語言，但這需要較深的計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)，而且匯編語言的但這需要較深的計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)，而且匯編語言的通用性與可移植性差。隨著高效率結(jié)構(gòu)化語言的發(fā)展，通用性與可移植性差。隨著高效率結(jié)構(gòu)化語言的發(fā)展，其軟件開發(fā)環(huán)境正在逐步改善。目前，市場(chǎng)上已推出其軟件開發(fā)環(huán)境正在逐步改善。目前，市場(chǎng)上已推出面向單片機(jī)結(jié)構(gòu)的高級(jí)語言，如早期的面向單片機(jī)結(jié)構(gòu)的高級(jí)語言，如早期的Archimedes CArchimedes C和和Franklin CFranklin C，現(xiàn)在的，現(xiàn)在的Keil C51Keil C51、DynamicCDynamicC等語言。等語言。 由于單片機(jī)具有體積小、功耗低、性能可靠、價(jià)由于單片機(jī)具有體積小、功耗低、性能可靠、價(jià)格低廉