HG第九章計算機(jī)控制系統(tǒng)

1、1第九章 計算機(jī)控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第二節(jié) 計算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具體包括：概述、結(jié)構(gòu)、硬件、軟件、設(shè)計畫面舉例。主講：計算機(jī)集散式控制系統(tǒng)主要是了解主要是了解。2第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、一、工業(yè)控制計算機(jī)的特點(diǎn)工業(yè)控制計算機(jī)的特點(diǎn)：l可靠性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)；可靠性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)；l與用戶設(shè)備聯(lián)結(jié)方便；與用戶設(shè)備聯(lián)結(jié)方便；l可以使用單一的計算機(jī)語言，或通用語言?？梢允褂脝我坏挠嬎銠C(jī)語言，或通用語言。二、二、計算機(jī)控制基本原理：計算機(jī)控制基本原理：l計算機(jī)中，所有數(shù)據(jù)均以計算機(jī)中，所有數(shù)據(jù)均以高低電平高低電平表示表示有電、無有電、無電；電；l所有數(shù)據(jù)存在位置都以所有數(shù)據(jù)存在位置都以

2、地址地址表示；表示；l計算機(jī)通過指定地址（包括接口位置）對數(shù)據(jù)讀、計算機(jī)通過指定地址（包括接口位置）對數(shù)據(jù)讀、寫。寫。3二、二、計算機(jī)控制基本原理計算機(jī)控制基本原理(續(xù)續(xù))外圍設(shè)備的電信號（開關(guān)量或數(shù)字量）轉(zhuǎn)換成一定的計算機(jī)數(shù)據(jù)碼后，CPU經(jīng)過接口地址就可以獲得外部信息，通過相反途徑就可以將計算結(jié)果輸出到外部設(shè)備。計算機(jī)與外部設(shè)備的聯(lián)結(jié)部件稱為計算機(jī)輸入/輸出（I/O）模塊。4三、計算機(jī)系統(tǒng)常見配置原理圖復(fù)雜控制系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)或網(wǎng)絡(luò)簡單控制系統(tǒng)PRNCRTNETI/O板主機(jī)KBMOUSE工作站I/O板PLC測試/調(diào)節(jié)回路測試/調(diào)節(jié)回路5四、 計算機(jī)I/O組件l1、功能：與外圍設(shè)備聯(lián)結(jié)l外圍設(shè)備的一

3、個開關(guān)信號（數(shù)字量）或一個電流/電壓值可以通過一個接點(diǎn)與計算機(jī)交換；這個接點(diǎn)稱為I/O端子。l根據(jù)通過信號的不同， I/O板分為DIO和AIO兩類。l一個I/O可以有多個端子：4點(diǎn)，8點(diǎn)，16點(diǎn)，25點(diǎn)等。信號的隔離與轉(zhuǎn)換l計算機(jī)與外設(shè)可以有不同的電位；l防止干擾信號或故障電壓影響計算機(jī)運(yùn)行。與計算機(jī)聯(lián)結(jié)l滿足計算機(jī)數(shù)據(jù)通訊格式要求。62、外部信號分類l數(shù)字信號DIO有源信號：高低電平無源信號：通斷相當(dāng)于開關(guān)l模擬信號AIO電壓信號：05VDC，或024VDC；電流信號：420mA，或0115VAC73、I/O組件信號隔離外部輸入計算機(jī)24VDC24VDC外部輸入DIO無源輸入DIO無源輸出光

4、電管光電管中間繼電器84、I/O與計算機(jī)的連接CPULink I/O I/O I/O I/OPowerI/OI/OI/OI/OLinkI/OI/OLinkI/O I/OPower監(jiān)控機(jī)或網(wǎng)絡(luò)HHMPowerPowerI/OI/OLinkI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OLinkI/OLinkI/O I/O計算機(jī)Power監(jiān)控機(jī)或網(wǎng)絡(luò)9五、直接數(shù)字控制系統(tǒng)五、直接數(shù)字控制系統(tǒng)l直接數(shù)字控制系統(tǒng)Direct Digital Control DDC用一臺工業(yè)計算機(jī)配以適當(dāng)?shù)妮斎胼敵鲈O(shè)備，從生產(chǎn)過程中經(jīng)輸入通道獲取信息，按照預(yù)先規(guī)定的控制算法計算出控制量，并通過輸出通道，直接作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，

5、實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制。lDDC控制系統(tǒng)實質(zhì)上是以計算機(jī)為控制器過程控制系統(tǒng)。lDDC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：高可靠性，友好的人機(jī)對話界面，方便的顯示打印功能，靈活的控制規(guī)律。10第二節(jié) 計算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)l一個獨(dú)立的計算機(jī)工作站就如同一臺獨(dú)立的家用計算機(jī)，可以通過網(wǎng)線和服務(wù)器構(gòu)成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。l如同其它計算機(jī)局域網(wǎng)一樣，通過計算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)同樣可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和遠(yuǎn)程操作。各工作站的歷史數(shù)據(jù)也可以通過網(wǎng)絡(luò)按需要進(jìn)行儲存和顯示打印。講解：計算機(jī)集散式控制系統(tǒng)11一、計算機(jī)集散式控制系統(tǒng)概述集散控制系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷集散控制系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程制要求的日益復(fù)

6、雜應(yīng)運(yùn)而生的綜合控制系統(tǒng)，興起和過程制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的綜合控制系統(tǒng)，它緊密依賴于自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和它緊密依賴于自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和CRTCRT顯示技術(shù)顯示技術(shù)(4(4C)C)。 集散控制系統(tǒng)又稱分散型控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)又稱分散型控制系統(tǒng) DCS-Distributed Control SystemDCS-Distributed Control System “ “分散分散”指指： 1 1、工藝上各種設(shè)備地理位置的分散。、工藝上各種設(shè)備地理位置的分散。 2 2、功能分散。、功能分散。 “ “集集”：集中監(jiān)視：集中監(jiān)視、集中管理。集中管理。12集散控制系

7、統(tǒng)的定義定義定義：DCSDCS系統(tǒng)是一個為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)日益復(fù)雜的過程控制的系統(tǒng)是一個為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)日益復(fù)雜的過程控制的要求，從綜合自動化角度出發(fā)，按功能分散、管理集中的原則構(gòu)要求，從綜合自動化角度出發(fā)，按功能分散、管理集中的原則構(gòu)成。它具有高可靠性指標(biāo)，不斷以新的技術(shù)成果充實和研制，以成。它具有高可靠性指標(biāo)，不斷以新的技術(shù)成果充實和研制，以微處理器、微型計算機(jī)技術(shù)為核心微處理器、微型計算機(jī)技術(shù)為核心, , 與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、與數(shù)據(jù)通信技術(shù)、CRTCRT顯示、顯示、人機(jī)接口、輸入輸出技術(shù)相結(jié)合的，用于生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和人機(jī)接口、輸入輸出技術(shù)相結(jié)合的，用于生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和各種過程控制的

8、處于新技術(shù)前沿的新型計算機(jī)控制系統(tǒng)。各種過程控制的處于新技術(shù)前沿的新型計算機(jī)控制系統(tǒng)。與常規(guī)控制儀表相比較與常規(guī)控制儀表相比較：存在問題存在問題 1 1、危險集中、危險集中 ； 2 2、性能問題：單機(jī)負(fù)荷過載、性能問題：單機(jī)負(fù)荷過載； 3 3、開發(fā)周期、開發(fā)周期。 解決方法解決方法 ： 選用高可靠性能的計算機(jī)選用高可靠性能的計算機(jī) 引入雙重化，增加后備裝置引入雙重化，增加后備裝置13集散式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.采用分級梯階結(jié)構(gòu)過程控制、優(yōu)化控制、自適應(yīng)控制、工廠管理；2.采用微機(jī)智能技術(shù)3.采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)4.豐富的功能軟件包5.強(qiáng)有力的人機(jī)接口功能6.采用高可靠技術(shù)提高硬件可靠性，采用冗余配置。

9、14二、集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中央操作臺網(wǎng)間連接器管理計算機(jī)DCSDCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是一個分布式系統(tǒng)。其邏輯結(jié)構(gòu)為樹結(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是一個分布式系統(tǒng)。其邏輯結(jié)構(gòu)為樹結(jié)構(gòu)。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行垂直分解構(gòu)。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行垂直分解，各級既相互獨(dú)立由相互各級既相互獨(dú)立由相互聯(lián)系聯(lián)系，每一級又水平分解成若干子集。每一級又水平分解成若干子集。151、過程控制級（Process Control Unit ）過程變量(參數(shù))操作監(jiān)視的數(shù)據(jù)直接面向生產(chǎn)過程，是系統(tǒng)與過程之間的接口。16過程控制級功能生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、反饋控制、順序控制、批量控制等。在其內(nèi)部完成：A/D轉(zhuǎn)換，各種控制算法的運(yùn)算，對模擬量進(jìn)行濾波及工程單位轉(zhuǎn)換，將

10、采集到的實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)送到操作員(工程師)站或其他I/O站。17系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件控制站控制站（CONTROL STATION, 簡稱CS）: 由主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件、供電單元組成。通過不同的硬件配置和軟件設(shè)置可構(gòu)成不同功能的控制站： 過程控制站PCS 邏輯控制站 LCS 數(shù)據(jù)采集站DAS核心部件是主控制卡，它能進(jìn)行多種過程控制運(yùn)算和數(shù)字邏輯運(yùn)算，并能通過下一級通信總線（SBUS)獲得各種I/O卡件的信息。18機(jī)柜結(jié)構(gòu)機(jī)柜內(nèi)部裝有多層機(jī)架，安裝電源及多種模件；外殼采用金屬材料以提供電磁屏蔽；為保證散熱降溫，柜內(nèi)裝有風(fēng)扇；柜內(nèi)大多設(shè)有溫度自動控制裝置。19機(jī)柜示例20卡件實例圖21電

11、源交流電源交流電源： 交流電源經(jīng)過集散系統(tǒng)的電盤的斷路器給系統(tǒng)供電，保證現(xiàn)場控制站供電系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、無干擾。v每一現(xiàn)場控制站場均用雙相交流電源供電，兩相互為冗余。v如果附近有經(jīng)常開關(guān)的大功率用電設(shè)備，應(yīng)采用超級隔離變壓器，將其初級、次級線圈間的屏蔽層可靠接地。這樣能很好的隔離共模干擾。v對控制連續(xù)性要求特別高的場合，應(yīng)裝設(shè)不間斷供電電源UPS 。22柜內(nèi)直流穩(wěn)壓電源柜內(nèi)直流穩(wěn)壓電源統(tǒng)一的主電源單元將交流電整流成直流電（一般為24V）供給柜內(nèi)直流母線。各層機(jī)架內(nèi)設(shè)有子電源單元，將母線上送來的單一直流電壓轉(zhuǎn)變成機(jī)架所需的各種電壓（+5V、 12V、 15V等）。 主控電源采用1：1冗余配置。 子

12、電源單元采用1：1或N：1冗余配置23I/O通道在過程控制計算機(jī)中，種類最多，數(shù)量最大的是各種I/O接口模件(卡件)。來自過程對象的被測信號通過輸入卡件，進(jìn)入現(xiàn)場控制站，然后按一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過輸出卡件向執(zhí)行設(shè)備送出控制或報警等信息。24I/O通道模擬量輸入通道(AI)模擬量輸出通道（AO）開關(guān)量輸入/輸出通道（SI/SO）25模擬量輸入通道(AI)一般由端子板、信號調(diào)節(jié)器、A/D插板、及柜內(nèi)連接電纜組成。v端子板端子板：用于連接現(xiàn)場信號電纜，對每一路信號線路提供正負(fù)極兩個接線端子及屏蔽層的接地端子。v柜內(nèi)電纜柜內(nèi)電纜：端子板、信號調(diào)節(jié)器與A/D板之間的信號連接。v信號調(diào)節(jié)器信號調(diào)

13、節(jié)器：將各種范圍的模擬量輸入信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成05V或010V的電壓信號送入A/D板。 采用差動放大器，并且每一路都串接了濾波器。vA/DA/D插板插板：信號調(diào)節(jié)器輸入的多路模擬信號，按CPU的指令逐一轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量送給CPU。DCS多用12位A/D轉(zhuǎn)換器。時間在100微秒左右。每塊A/D插板輸入864路模擬信號26模擬量輸出通道（模擬量輸出通道（AOAO）輸出420420mAmA或010010mAmA的直流電流信號。 組成： 輸出端子板輸出端子板 柜內(nèi)電纜柜內(nèi)電纜每板可提供48路模擬輸出，精度有8位、12位幾種。27開關(guān)量開關(guān)量輸入輸入/ /輸出輸出通道（通道（SI/SOSI/SO）p開關(guān)量輸入通

14、道。用來輸入各種限位開關(guān)、繼電器或電磁閥門連動觸點(diǎn)的開、關(guān)狀態(tài)；輸入信號可能是交流電壓信號，直流電壓信號或干接點(diǎn)。p開關(guān)量輸出通道，用于控制電磁閥門、繼電器、指示燈、聲報警器等只具有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備，它是由端子板、SO板及機(jī)柜內(nèi)電纜構(gòu)成。282、過程管理級控制系統(tǒng)工程師、操作員與DCS的界面人機(jī)界面。 MMIMan Machine Interface； OIOperator Interface操作人員了解生產(chǎn)過程的運(yùn)行指令功能功能以操作、監(jiān)視為主要任務(wù)、兼有部分管理功能，可對系統(tǒng)進(jìn)行組織、監(jiān)視和操作，對生產(chǎn)過程控制管理、故障診斷等。29過程管理級特征特征 信息量大信息量大 易操作性易操作性

15、 容錯性好容錯性好 構(gòu)成裝置構(gòu)成裝置303、生產(chǎn)、生產(chǎn)管理級管理級o 指定區(qū)域生產(chǎn)計劃； o 各單元間的協(xié)調(diào)控制；o 裝置的故障診斷處理和記錄；o 各類操作數(shù)據(jù)的顯示和記錄。31綜合綜合（經(jīng)營）（經(jīng)營）管理級管理級主要任務(wù)主要任務(wù)： 收集各種信息(經(jīng)濟(jì)情報、市場預(yù)測、 銷售合同、原材料庫存狀況、生產(chǎn)進(jìn) 度、工藝流程及工藝參數(shù)). 產(chǎn)生綜合性報表 進(jìn)行長期性的趨勢分析 審查最優(yōu)化 協(xié)調(diào)和調(diào)度各車間生產(chǎn)計劃和各部門的關(guān)系管理范圍管理范圍：工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、商業(yè)實務(wù)、人事活動32操作站操作站、工程師站操作站操作站（OPERATER STATION, 簡稱OS） 以工業(yè)PC機(jī)為基礎(chǔ)的人及接口設(shè)備，實現(xiàn)工

16、藝過程監(jiān)視、操作、記錄等功能?？梢砸粰C(jī)配多 CRT，并配有薄膜鍵盤、觸摸屏幕等輸入方式。 具有豐富、使用、友好的實時監(jiān)控界面。具有分組顯示、趨勢圖、動態(tài)流程、報警管理、報表及記錄、存檔等監(jiān)控功能。工程師站（ENGINEERING STATION 簡稱ES)用于控制應(yīng)用軟件組態(tài)、系統(tǒng)監(jiān)視、系統(tǒng)維護(hù)的工程設(shè)備。33當(dāng)今的當(dāng)今的DCSDCS操作站的功能強(qiáng)，速度快，記錄數(shù)據(jù)大，所以對操操作站的功能強(qiáng)，速度快，記錄數(shù)據(jù)大，所以對操作員站內(nèi)的處理機(jī)系統(tǒng)提出了更高的要求。作員站內(nèi)的處理機(jī)系統(tǒng)提出了更高的要求。34三、三、系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件操作站監(jiān)控軟件操作站監(jiān)控軟件 系統(tǒng)簡介 系統(tǒng)總貌 報警一覽 控制分組 調(diào)

17、整畫面 趨勢圖 流程圖 數(shù)據(jù)一覽 故障診斷 組態(tài)軟件組態(tài)軟件 I/O組態(tài) 常規(guī)控制方案組態(tài) SCX語言組態(tài) 標(biāo)準(zhǔn)畫面組態(tài) 流程圖登錄組態(tài) 網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)組態(tài) 報表登錄組態(tài) 語言報警組態(tài) 圖形化控制方案組態(tài)35集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件l集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件組態(tài)軟件是一種格式化的控制系統(tǒng)程序。一個功能強(qiáng)大的組態(tài)軟件，能提供友好的用戶界面，使用戶在簡單的格式化邏輯輸入后便可生成自己所需要的應(yīng)用軟件。l控制系統(tǒng)的用戶軟件通常允許進(jìn)行兩種操作平臺：工程師操作平臺：開放式的軟件操作系統(tǒng)，允許軟件工程師添加新的控制軟件，或?qū)ΜF(xiàn)有軟件進(jìn)行適當(dāng)修改。工程師平臺通常設(shè)有用戶密碼或單獨(dú)設(shè)置工作站、鍵盤，以防誤操作；操作員平臺：僅允許現(xiàn)場操作員進(jìn)行顯示切換和部分操作參數(shù)的設(shè)定，不能修改程序，以防誤操作。操作員平臺通常有美觀、方便的用戶界面。36四、四、畫面畫面舉例舉例 1概貌顯示概貌顯示372、儀表面板