第一章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

1、第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 本章要點(diǎn) 1.了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念 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)識微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類與發(fā)展趨勢 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 引言引言 1.1 1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)的組成微機(jī)控制系統(tǒng)的組成 1.2 1.2 微機(jī)控制系統(tǒng)的分類微機(jī)控制系統(tǒng)的分類 1.3 1.3 微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢 引言引言 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)-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系統(tǒng)和運(yùn)一門綜合性學(xué)

2、問，是以計(jì)算機(jī)為核心部件的過程控制系統(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)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。本書立足于工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域，討又是一個(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)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)及其工程應(yīng)用技術(shù)及其工程應(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。自動(dòng)控制：在沒有人直

3、接參自動(dòng)控制：在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) ： 利用計(jì)算機(jī)來實(shí)利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的系現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概念 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來的變而來的; 常規(guī)儀表組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)不同的常規(guī)儀表組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制要求，一般分成閉環(huán)控制控制要求，一般分成閉環(huán)控制(圖圖1-1a所示所示)與開環(huán)控制與開環(huán)控制(圖圖1-1b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

4、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)用控制計(jì)算機(jī)代替圖代替圖1-1的控制器，的控制器，如圖如圖1-2所示所示；閉環(huán)控制系統(tǒng)euqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象測量變送器測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 測量值測量值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) 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，測量變送器對被控對象進(jìn)行閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測量變送器對被控對象進(jìn)行檢測，把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號再反饋到檢測，把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號再反饋到控制器中，控制器將此測量值與給定值進(jìn)行比較形成

5、偏差輸入，控制器中，控制器將此測量值與給定值進(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)的控制信號驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號驅(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象的被控量跟蹤趨近給定值，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對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。這種信號傳遞形成了閉合從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號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)?；芈?，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。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)，它不需要被控不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被控對象的測量反饋

6、信號，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動(dòng)對象的測量反饋信號，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器去控制被控對象，所以這種信號的傳遞是單執(zhí)行器去控制被控對象，所以這種信號的傳遞是單方向的。開環(huán)控制系統(tǒng)不能自動(dòng)消除被控量與給定方向的。開環(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)。值之間的偏差，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)行器被控對象被控對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)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-是把是把圖圖1-1中的控制器用中的控制器

7、用控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)即微型計(jì)算機(jī)及即微型計(jì)算機(jī)及A/D（模模/數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與D/A（數(shù)數(shù)/模）轉(zhuǎn)換接口模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計(jì)算機(jī)采用的是數(shù)字信號傳代替，由于計(jì)算機(jī)采用的是數(shù)字信號傳遞，而一次儀表多采用模擬信號傳遞，因此需要有遞，而一次儀表多采用模擬信號傳遞，因此需要有A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號，以及器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號，以及D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號。將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號。 +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對象象uqyA/D測測量量變變送送器器z測測量量值值給給定定值值控控制

8、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 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理a.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集-對來自測量變送器的被控量的瞬對來自測量變送器的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行采集和輸入時(shí)值進(jìn)行采集和輸入 ；b.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理-對采集到的被控量進(jìn)行分析、比對采集到的被控量進(jìn)行分析、比較和處理，按一定的控制規(guī)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.實(shí)時(shí)輸出控制實(shí)時(shí)輸出控制-根據(jù)控制決策，適時(shí)地對執(zhí)行器根據(jù)控制決策

9、，適時(shí)地對執(zhí)行器發(fā)出控制信號，完成監(jiān)控任發(fā)出控制信號，完成監(jiān)控任務(wù)；務(wù)； 在線方式和離線方式在線方式和離線方式 在線在線方式或聯(lián)機(jī)方式：生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受方式或聯(lián)機(jī)方式：生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方式。計(jì)算機(jī)控制的方式。 離線方式或脫機(jī)方式：離線方式或脫機(jī)方式：生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并作計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式。相應(yīng)操作的方式。實(shí)時(shí)的含義實(shí)時(shí)的含義 實(shí)時(shí)：是指信號的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間范實(shí)時(shí)：是指信號的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成。圍內(nèi)完成。 實(shí)時(shí)控制系

10、統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。返回本章首頁圖圖1-3 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖微機(jī)控制系統(tǒng)的組成：微型計(jì)算機(jī)、接口電路、外部通用設(shè)微機(jī)控制系統(tǒng)的組成：微型計(jì)算機(jī)、接口電路、外部通用設(shè)備和工業(yè)生產(chǎn)對象等組成。備和工業(yè)生產(chǎn)對象等組成。1.1 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 主機(jī)主機(jī)（單片機(jī)、CPU）中央處理器（中央處理器（CPU）內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器(RAM和和ROM)接口電路接口電路: : 主機(jī)與外部設(shè)備、輸入輸出通道進(jìn)行信息交換的橋梁主機(jī)與外部設(shè)備、輸入輸出通道進(jìn)行信息交換的橋梁過程輸入過程輸入/輸出通道（輸出通道（計(jì)算機(jī)和控制過程之間信息傳遞和變換的連接通道）模

11、擬量輸入通道模擬量輸入通道AI模擬量輸出通道模擬量輸出通道AO開關(guān)量輸入通道開關(guān)量輸入通道DI開關(guān)量輸出通道開關(guān)量輸出通道DO外部設(shè)備外部設(shè)備 操作臺操作臺輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備外存儲器外存儲器（CRT）顯示器或顯示器或(LED)數(shù)碼顯示器數(shù)碼顯示器 鍵盤（功能鍵和數(shù)字鍵）鍵盤（功能鍵和數(shù)字鍵）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成軟件是指能完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。它是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的工作都是在程序的指揮下進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的。軟件通常分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件，另一類是應(yīng)用軟件。返回本章首頁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成返回本章首頁軟件軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 操

12、作系統(tǒng)操作系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng) 控制程序控制程序數(shù)據(jù)采集及處理程序數(shù)據(jù)采集及處理程序巡回檢測程序巡回檢測程序數(shù)據(jù)管理程序數(shù)據(jù)管理程序編輯程序編輯程序編譯程序編譯程序連接、裝配程序連接、裝配程序調(diào)試程序調(diào)試程序子程序庫子程序庫 軟件部分：軟件部分：數(shù)據(jù)可靠性檢查程序數(shù)據(jù)可靠性檢查程序AD轉(zhuǎn)換及采樣程序轉(zhuǎn)換及采樣程序 數(shù)字濾波程序數(shù)字濾波程序 線性化處理程序線性化處理程序 數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集程序 越限報(bào)警程序越限報(bào)警程序 事故預(yù)告程序事故預(yù)告程序 畫面顯示程序畫面顯示程序 1.2 微機(jī)控制系統(tǒng)的分類 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（ODC） 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC） 計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（

13、SCC） 分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）返回本章首頁操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 返回本節(jié)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)：要由人工操作，速度缺點(diǎn)：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個(gè)對象。受到限制，不能控制多個(gè)對象。返回本節(jié) 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)的一是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及工藝種開環(huán)結(jié)構(gòu)。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)算出的最優(yōu)操作條件，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象，而是顯示或打印出并不直接輸出控制被控對象，而是顯

14、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)的作用。它相當(dāng)于操作執(zhí)行器，以達(dá)到操作指導(dǎo)的作用。它相當(dāng)于模擬儀表控制系統(tǒng)的手動(dòng)與半自動(dòng)工作狀態(tài)。模擬儀表控制系統(tǒng)的手動(dòng)與半自動(dòng)工作狀態(tài)。OGC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)是要由人工操作，速度受到限制，不能同時(shí)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?？刂贫鄠€(gè)回路。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC） 返回本節(jié) 要求：實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)要求：實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)性強(qiáng) 一臺計(jì)算機(jī)通常要控制幾個(gè)或幾十個(gè)回路一

15、臺計(jì)算機(jī)通常要控制幾個(gè)或幾十個(gè)回路輸入通道輸入通道(AI.DI(AI.DI）輸出通道輸出通道(AO.DO)(AO.DO)打印機(jī)打印機(jī)報(bào)報(bào) 警警操作臺操作臺CRTCRT計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程返回本節(jié) DDC系統(tǒng)系統(tǒng)-是用一臺計(jì)算機(jī)不僅完成對多個(gè)被控參是用一臺計(jì)算機(jī)不僅完成對多個(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，并通過過程輸出通道發(fā)出控制信號，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)策，并通過過程輸出通道發(fā)出控制信號，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制，為了操作方便，過程的閉環(huán)控制，為了操作方便，DDC系統(tǒng)還配置一系統(tǒng)還配置一個(gè)包括給定、顯示、報(bào)警等功能

16、的操作控制臺個(gè)包括給定、顯示、報(bào)警等功能的操作控制臺。DDC系統(tǒng)中的一臺計(jì)算機(jī)不僅完全取代了多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)中的一臺計(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，不改變硬件只通過改而且在各個(gè)回路的控制方案上，不改變硬件只通過改變程序就能有效地實(shí)現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制。變程序就能有效地實(shí)現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制。計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（SCC） 計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（Supervisory Computer Control）簡稱SCC系統(tǒng)。 SCC系統(tǒng)有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式。一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器，另一種是SCC+DDC控制系統(tǒng)。 （1）SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng) （2）SCC+DDC控制系統(tǒng)

17、管理命令報(bào)告人工監(jiān)管給定值測量值A(chǔ)/D多路開關(guān)檢測元件生產(chǎn)過程管理命令報(bào)告人工監(jiān)管給定值測量值A(chǔ)/D多路開關(guān)檢測元件生產(chǎn)過程DDCD/A反多路開關(guān)返回本節(jié)返回本節(jié) DDCDDC計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程SSC SSC 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)記錄記錄顯示顯示打印打印調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)測量測量設(shè)定值設(shè)定值(b)(b)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)模模 擬擬調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程SSC SSC 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)記錄記錄顯示顯示打印打印調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)測量測量設(shè)定值設(shè)定值(a)(a)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù) 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)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

18、制。下位機(jī)直出現(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)高級控制與管理任和抗干擾能力強(qiáng)；而上位機(jī)承擔(dān)高級控制與管理任務(wù)，應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲容量大的高檔計(jì)務(wù)，應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲容量大的高檔計(jì)算機(jī)。算機(jī)。分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)-是以微處理器為基礎(chǔ)，借助于計(jì)是以微處理器為基礎(chǔ)，借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中管理和分散控制的算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對生產(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)的分散控制先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開發(fā)的分散控

19、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，因此國外將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國內(nèi)也有國外將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國內(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)。分散控制系統(tǒng)簡稱為系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)簡稱為DCS。DCS 采用分散采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則。調(diào)的設(shè)計(jì)原則。返回本節(jié)返回本節(jié)操作站模擬量輸出功能塊控制功能塊H1現(xiàn)場總線差壓變送 器模擬量輸入功能塊PIDI10 .AOI10AI110H1H1網(wǎng)橋H2現(xiàn)場總線 .

20、現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)服務(wù)器LAN（局域網(wǎng)）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS返回本節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)即FCS-是新一代分布式控制結(jié)是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)改進(jìn)了構(gòu)。該系統(tǒng)改進(jìn)了DCS成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通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)，信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點(diǎn)，采用集管理采用集管理控制功能于一身的工作站與現(xiàn)場總線智能儀表的二層控制功能于一身的工作站與現(xiàn)場總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，把原結(jié)構(gòu)模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場儀表中去，形成一個(gè)徹底的分散控制模式。儀表中去，形成一個(gè)徹底的分散控制模式。每個(gè)現(xiàn)場每個(gè)

21、現(xiàn)場儀表儀表(例如變送器、執(zhí)行器例如變送器、執(zhí)行器)都作為一個(gè)都作為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)智能節(jié)點(diǎn)，都，都帶帶CPU單元，可分別獨(dú)立完成測量、校正、調(diào)節(jié)、診單元，可分別獨(dú)立完成測量、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。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。1.3 微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢 返回本章首頁1946年世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)年世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)ENICA問世問世1 13 31 1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 1 1計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展過程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展過程 開創(chuàng)時(shí)期（開創(chuàng)時(shí)期（19551962年）年） 直接數(shù)字控制時(shí)期（直接數(shù)字控

22、制時(shí)期（19621967年）年） 小型計(jì)算機(jī)時(shí)期（小型計(jì)算機(jī)時(shí)期（19671972年）年） 微型計(jì)算機(jī)時(shí)期（微型計(jì)算機(jī)時(shí)期（1972年至今）年至今） 返回本章首頁軟件的發(fā)展：軟件的發(fā)展： 50年代至年代至70年代軟件發(fā)展緩慢年代軟件發(fā)展緩慢 70年代末至今已采用各種高級語言進(jìn)行實(shí)時(shí)控制年代末至今已采用各種高級語言進(jìn)行實(shí)時(shí)控制2 2計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展過程計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展過程 采樣定理采樣定理 差分方程差分方程 返回本章首頁 Z變換法變換法 )()(0kTfzkTfZkK 狀態(tài)空間理論狀態(tài)空間理論 最優(yōu)控制與隨機(jī)控制最優(yōu)控制與隨機(jī)控制 代數(shù)系統(tǒng)理論代數(shù)系統(tǒng)理論 系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制系統(tǒng)辨識與

23、自適應(yīng)控制1.3.2 微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 返回本章首頁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-簡稱可編程控制器或簡稱可編程控制器或PLC，是計(jì)算是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為常機(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工規(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)。它主要由業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它主要由CPU、存儲器、輸入組件、輸存儲器、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。外觀如圖所示。可編程控制器（可編程控制器（PLC）特點(diǎn)：特點(diǎn)： 一種數(shù)字

24、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器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序采用可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(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)字式、模擬控制、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，而且在運(yùn)動(dòng)不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢，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；控制、過程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色； PLC具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡單，調(diào)試容易，具有系統(tǒng)構(gòu)

25、成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡單，調(diào)試容易，抗干擾能力強(qiáng)；抗干擾能力強(qiáng)； 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)的一種總線式工控機(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)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)，簡稱為算機(jī)，簡稱為工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)。通常，。通常，計(jì)算機(jī)的生計(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)制造出若干符合總線產(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)人標(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

26、求，選用相應(yīng)的功能員則根據(jù)不同的生產(chǎn)過程與技術(shù)要求，選用相應(yīng)的功能模板組合成自己所需的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。模板組合成自己所需的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。總線式工控機(jī)總線式工控機(jī)的外形類似普通計(jì)算機(jī)，如圖所示。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)，將主板分解成幾塊主板分解成幾塊PC插件，采用工業(yè)級抗干擾電源和插件，采用工業(yè)級抗干擾電源和工業(yè)級芯片，并配

27、以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件。工業(yè)級芯片，并配以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件。 總線式工控機(jī)具有小型化、模板化、組合化、總線式工控機(jī)具有小型化、模板化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能滿足不同層次、不同控制對象標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能滿足不同層次、不同控制對象的需要，又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運(yùn)行。因而，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)用于各種控制場合，尤其是十幾到幾十個(gè)回它廣泛應(yīng)用于各種控制場合，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。路的中等規(guī)模的控制系統(tǒng)中。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)分支發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的另一個(gè)分支超小型超小型化 的 單 片 微 型 計(jì) 算 機(jī)化 的 單 片 微 型 計(jì) 算 機(jī) ( S i n g l e C h i p Microcomputer)簡稱單片機(jī)誕生了。它是簡稱單片機(jī)誕生了。它是將將CPU、存儲器、串并行存儲器、串并行I/O口、定時(shí)口、定時(shí)/計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器、甚至器、甚至A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、 圖形控圖形控制器等功能部件全都集成在一塊大規(guī)模集成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