第一章-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1

第一章

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述主講教師:都洪基南京理工大學(xué).動(dòng)力工程學(xué)院

2008.9《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程說(shuō)明

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的主干專業(yè)課之一。2、前續(xù)基礎(chǔ)課程1、課程的性質(zhì).自動(dòng)控制理論（經(jīng)典/現(xiàn)代）.微機(jī)原理（單片機(jī)）與接口技術(shù).程序設(shè)計(jì)技術(shù)（匯編、C/C++/VC、VB）3、指定參考書和閱讀期刊參考書：

.謝劍英，《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》，國(guó)防工業(yè)出版社熊靜琪，《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》，電子工業(yè)出版社

.何克忠，《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》，清華大學(xué)出版社

.王錦標(biāo)，《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》，清華大學(xué)出版社

.孫增圻，《計(jì)算機(jī)控制理論及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。2、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍計(jì)算機(jī)具有數(shù)據(jù)處理高速化，功能軟件化，結(jié)構(gòu)模塊化，產(chǎn)品系列化和系統(tǒng)可靠等特點(diǎn)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用遍及整個(gè)自動(dòng)控制領(lǐng)域，小到基于微處理器的小型智能儀表，大到基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集控制、管理、決策為一體的廣域控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，也有復(fù)雜控制系統(tǒng)。本章主要內(nèi)容1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)

隨動(dòng)控制和程序控制屬于這種控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)不能自動(dòng)消除被控參數(shù)與給定值之間的誤差。自動(dòng)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)（2）開環(huán)控制系統(tǒng)框圖

給定值

控制器

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

被控對(duì)象

被控參數(shù)

圖中給出了按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。這種控制系統(tǒng)具有較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)（1）閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

給定值

控制器

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

被控對(duì)象

被控參數(shù)

測(cè)量元件

變換發(fā)送

在上述控制系統(tǒng)中，用計(jì)算機(jī)代替模擬式控制器便形成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的三個(gè)控制過程：(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集(2)實(shí)時(shí)控制決策(3)實(shí)時(shí)控制輸出這三個(gè)過程在計(jì)算機(jī)中不斷地重復(fù)，使系統(tǒng)能按照一定的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)工作

①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來(lái)自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入。②實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。

③實(shí)時(shí)控制輸出：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件：軟件：計(jì)算機(jī)、接口電路、外圍設(shè)備和生產(chǎn)對(duì)象等組成。系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成硬件主機(jī)過程通道I/O接口常用外部設(shè)備操作控制臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成1.主機(jī)

主機(jī)，即我們說(shuō)的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它的功能、性能直接影響到系統(tǒng)的優(yōu)劣。主機(jī)單片機(jī)PLC工業(yè)PC

它完成程序和數(shù)據(jù)的存取，程序的快速執(zhí)行；采集過程數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理、分析判斷和通信；根據(jù)控制決策，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出相應(yīng)命令；通過操作控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)聯(lián)系。2.過程通道

過程通道是主機(jī)和被控過程進(jìn)行信息交換的通道。過程通道模擬量輸入通道模擬量輸出通道開關(guān)量輸入通道開關(guān)量輸出通道脈沖量輸入輸出通道3.I/O接口I/O接口是主機(jī)和通道、外部設(shè)備進(jìn)行信息交換的紐帶。接口電路并行接口串行接口脈沖接口直接數(shù)據(jù)傳送接口4.常用外部設(shè)備外部設(shè)備是為了擴(kuò)大主機(jī)的功能而設(shè)置的，主要用來(lái)顯示、打印、存儲(chǔ)和傳送數(shù)據(jù)。常用外部設(shè)備輸入設(shè)備：輸出設(shè)備：存儲(chǔ)設(shè)備：鍵盤、掃描儀、紙帶讀入機(jī)和卡片讀入機(jī)等，主要用于輸入程序和數(shù)據(jù)。CRT顯示器、打印機(jī)、記錄儀、聲光報(bào)警器等，主要用于顯示、記錄各種信息和數(shù)據(jù)。磁盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、優(yōu)盤、磁帶機(jī)等，主要用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。5.操作控制臺(tái)操作控制臺(tái)是人機(jī)聯(lián)系設(shè)備。信息顯示信息記憶工作方式選擇信息輸入操作控制臺(tái)的各組成部分都通過對(duì)應(yīng)的接口電路與主機(jī)相連，由主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)各部分的管理。操作控制臺(tái)控制系統(tǒng)的功能和性能依賴于軟件水平的高低。所謂軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，它分系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)運(yùn)行操作的基礎(chǔ)，是用于管理、調(diào)度、操作計(jì)算機(jī)各種資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控與診斷，提供各種開發(fā)支持的程序。系統(tǒng)軟件是用戶根據(jù)控制對(duì)象、控制要求，為實(shí)現(xiàn)高效、可靠、靈活的控制而自行編制的各種程序。第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類在生產(chǎn)過程控制中，根據(jù)被控制對(duì)象的特點(diǎn)和控制功能，采用相應(yīng)類型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有各種各樣的結(jié)構(gòu)和形式，按完成的功能和結(jié)構(gòu)，可分為：

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，又稱為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，主要是對(duì)過程參數(shù)進(jìn)行采集、處理，分析計(jì)算各性能指標(biāo)，生成各種操作指導(dǎo)建議，并輸出數(shù)據(jù)和各種圖表等。一、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)其分析和輸出的結(jié)果，為操作人員進(jìn)行操作提供了依據(jù)，對(duì)過程的控制是由操作人員來(lái)完成的。定義：計(jì)算機(jī)測(cè)得的信號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的控制算法，計(jì)算出可供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。

優(yōu)點(diǎn)：

這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是比較靈活、簡(jiǎn)單，且安全可靠，若操作人員認(rèn)為計(jì)算機(jī)給出的操作指導(dǎo)方案不合適，可不予采用。缺點(diǎn)：

需人工操作，速度受到限制，實(shí)時(shí)性差，只能由人工干預(yù)控制。適用范圍：

對(duì)于某些生產(chǎn)過程的控制規(guī)律尚未徹底了解的情況；用于試驗(yàn)新的數(shù)學(xué)模型和調(diào)試新的控制程序等。二、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DDC系統(tǒng)）定義：計(jì)算機(jī)首先通過模擬量輸入通道、開關(guān)量輸入通道實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道、開關(guān)量輸出通道直接控制生產(chǎn)過程。直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：

系統(tǒng)靈活性大、可靠性高，并且能實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的復(fù)雜控制和智能控制方式。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資高。應(yīng)用范圍：DDC系統(tǒng)在生產(chǎn)過程控制中有著廣泛的應(yīng)用。三、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)（SupervisoryComputerControl），簡(jiǎn)稱SCC，是一個(gè)兩級(jí)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（a)圖（b)SCC特點(diǎn)：（1）一臺(tái)SCC計(jì)算機(jī)可監(jiān)督多臺(tái)DDC或模擬調(diào)節(jié)器，而一臺(tái)DDC可控制多個(gè)回路和參數(shù)，使多臺(tái)DDC或模擬調(diào)節(jié)器能協(xié)調(diào)工作。（2）當(dāng)系統(tǒng)中模擬調(diào)節(jié)器或DDC控制器出了故障，可用SCC系統(tǒng)代替調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)的可靠性。定義：計(jì)算機(jī)根據(jù)原始工藝信息和其它參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型或其它方法，自動(dòng)地改變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機(jī)中的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況(如保持高質(zhì)量、高效率、低消耗、低成本等等)。四、集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)（TotalDistributedControl—TDC）也稱為分布式控制系統(tǒng)或分散式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem—DCS），采用了分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則，形成具有層次化體系結(jié)構(gòu)的分級(jí)分布式控制。

集散控制系統(tǒng)一般分為三級(jí)（1）過程控制級(jí)（2）集中操作監(jiān)控級(jí)（3）綜合信息管理級(jí)集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）過程控制級(jí)是DCS的基礎(chǔ)，用于直接控制生產(chǎn)過程。（2）集中操作監(jiān)控級(jí)用于監(jiān)視控制各站點(diǎn)的所有信息，實(shí)現(xiàn)信息的集中顯示和對(duì)生產(chǎn)過程的集中控制操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制回路的組態(tài)、參數(shù)的設(shè)定和修改以及實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制等。（3）綜合信息管理級(jí)一般采用大、中型計(jì)算機(jī)作為管理計(jì)算機(jī)，根據(jù)監(jiān)控級(jí)提供的信息及生產(chǎn)任務(wù)的要求，向決策者提供各種信息，如生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度和管理方案，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、人、財(cái)、物等的綜合管理和辦公自動(dòng)化。（例如EMS系統(tǒng)等）特點(diǎn)：①分散過程控制級(jí)：這是最底層，直接和現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)打交道；②集中操作控制級(jí)：集中在控制室通過顯示屏等幾種監(jiān)控、操作③綜合信息管理級(jí)：實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的綜合信息、管理，主要執(zhí)行生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)管理功能，能夠提供管理決策信息。過程控制級(jí)集中操作監(jiān)控級(jí)綜合信息管理級(jí)五、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem—FCS）是20世紀(jì)90年代興起的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化領(lǐng)域。FCS特點(diǎn)：（1）FCS系統(tǒng)采用了規(guī)范的全開放式總線標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議，所有符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品都可互連，共享網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)相互操作，統(tǒng)一組態(tài)。（2）FCS系統(tǒng)適應(yīng)了目前工業(yè)界對(duì)數(shù)字通信和自動(dòng)控制的需求，通過網(wǎng)絡(luò)連接器，可將該控制系統(tǒng)與其他的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)直至Internet網(wǎng)互連構(gòu)成不同層次的復(fù)雜控制網(wǎng)絡(luò)，成為今后工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向之一。

FCS系統(tǒng)是用現(xiàn)場(chǎng)總線將各智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、各級(jí)計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化系統(tǒng)互連，形成一個(gè)數(shù)字式、全分散、雙向串行傳輸、多分支結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)。

新一代分布式控制系統(tǒng)，采用“工作站---現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表”二層結(jié)構(gòu)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主要有五種現(xiàn)場(chǎng)總線：

CAN總線（controllerareanetwork,控制器局域網(wǎng)絡(luò)）

LONGWORKS總線(localoperatingnetwork局部操作網(wǎng)絡(luò))

PROFIBUS

(processfieldbus過程現(xiàn)場(chǎng)總線)

HATR總線（可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）

FF總線（基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線）2.按照控制規(guī)律分類（1）數(shù)字程序和順序控制（2）比例積分微分控制（PID控制）（3）最小拍控制（4）復(fù)雜規(guī)律的控制（5）智能控制

……（1）程序和順序控制

定義：程序控制是被控制量按照一定的、預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)變化，被控制量是時(shí)間函數(shù)的變化。

順序控制是程序控制的擴(kuò)展，在各個(gè)時(shí)期所給出設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定值的給出，不僅取決于時(shí)間，還取決于對(duì)以前的控制結(jié)果的邏輯判斷。（2）比例積分微分控制（PID控制）

定義：調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分和微分的函數(shù)。

PID控制是現(xiàn)在應(yīng)用最廣、最為廣大工程技術(shù)人員熟悉的技術(shù)。PID控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)容易調(diào)整，因此，無(wú)論模擬調(diào)節(jié)器或者數(shù)字調(diào)節(jié)器，多數(shù)使用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。（3）最小拍控制

最小拍控制的性能指標(biāo)是要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成調(diào)節(jié)過程。最小拍控制通常用在數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。

（4）復(fù)雜規(guī)律的控制

在PID控制的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了各種復(fù)雜規(guī)律的控制，比如串級(jí)控制、前饋控制、純滯后補(bǔ)償、解偶控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等，組成復(fù)雜控制系統(tǒng)。目的：是為了解決隨機(jī)擾動(dòng)問題，使系統(tǒng)控制達(dá)到滿意的性能指標(biāo)。（5）智能控制

智能控制把先進(jìn)的方法學(xué)理論與解決當(dāng)前技術(shù)問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來(lái)的學(xué)科。可以看成三個(gè)主要理論領(lǐng)域的交叉或會(huì)合，即：人工智能運(yùn)籌學(xué)控制論3.按照控制方式分類按照控制方式的不同，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。第三節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)（1）單片微型計(jì)算機(jī)；（2）PLC；（3）工業(yè)PC；在工程實(shí)際中，選擇何種機(jī)型，應(yīng)根據(jù)控制規(guī)模、工藝要求和控制特點(diǎn)等來(lái)確定。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，常用的典型機(jī)型有：一、單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是一種內(nèi)含有微處理器的特殊超大規(guī)模集成電路。它是將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、甚至A/D轉(zhuǎn)換器等部件集成在一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片上，具有很強(qiáng)控制功能的微型計(jì)算機(jī)。

單片機(jī)分類：按位數(shù)分按功能分按生產(chǎn)廠家4位機(jī)；8位機(jī)；16位機(jī)；32位機(jī)；帶A/D轉(zhuǎn)換器；硬件定時(shí)監(jiān)視器；增加型串行口；全局串行通道；顯示器（LED或LCD）驅(qū)動(dòng)電路；脈寬調(diào)制輸出電路PWM；模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)；串行外設(shè)接口電路I2C等的單片機(jī)；有Intel公司的MCS系列；Motorola公司的M68HC系列；Microchip公司的PIC系列；Zilog公司的Z系列；Philips公司；Atmel；NEC公司；單片機(jī)的應(yīng)用軟件編程語(yǔ)言：（1）面向機(jī)器的匯編語(yǔ)言；（2）高級(jí)語(yǔ)言，如BASIC、PL/M和C語(yǔ)言等

由于單片機(jī)是面向控制設(shè)計(jì)的，專用性強(qiáng)、內(nèi)存容量小，因此，單片機(jī)本身不具備自開發(fā)功能，必須借助于仿真器或開發(fā)系統(tǒng)與單片機(jī)聯(lián)機(jī)，才能進(jìn)行軟、硬件的開發(fā)與調(diào)試。二、可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicalController），簡(jiǎn)稱可編程控制器，即PLC，是繼電邏輯控制與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。早期主要用于開關(guān)控制，具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順控功能。隨著PLC的發(fā)展，其功能已不再限于邏輯運(yùn)算，具有連續(xù)模擬量處理、高速計(jì)數(shù)、遠(yuǎn)程I／O和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。

PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)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)和算木運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC具有如下特點(diǎn)：（1）可靠性高PLC集成度高；采用了冗余措施和容錯(cuò)技術(shù)；輸入輸出采用了屏蔽、隔離、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)等措施，提高了抗工業(yè)環(huán)境干擾的能力。（2）編程容易PLC大多采用類似繼電器控制電路圖形式的梯形圖及命令語(yǔ)句進(jìn)行編程。如通過上位機(jī)進(jìn)行梯形圖編程，程序直接下傳，使編程更容易、更方便。（3）功能完善

PLC除了具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)控制功能，還能完成A／D、D／A轉(zhuǎn)換、模擬量處理、高速計(jì)數(shù)和聯(lián)網(wǎng)通信等功能，還可以通過上位機(jī)進(jìn)行顯示、報(bào)警、記錄、進(jìn)行人－機(jī)對(duì)話等。（4）擴(kuò)展靈活由于PLC采用積木式結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)實(shí)際的I/O點(diǎn)數(shù)和不同輸入輸出方式需要等，選擇所需的功能模板，便可獲得相應(yīng)的功能和規(guī)模。系統(tǒng)的配置可從幾個(gè)I/O點(diǎn)的小型系統(tǒng)到幾千個(gè)點(diǎn)的超大型系統(tǒng)，組合非常方便。（5）安裝調(diào)試簡(jiǎn)單方便當(dāng)用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)，只需把檢測(cè)器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PLC的I/O接口端子正確連接，用簡(jiǎn)單的編程方法將程序存入存儲(chǔ)器內(nèi)，即可正常工作。

PLC的輸出可直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，中間一般不需要設(shè)置轉(zhuǎn)換單元。

PLC能事先進(jìn)行模擬調(diào)試，減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。

PLC的監(jiān)視功能很強(qiáng)，模塊化結(jié)構(gòu)大大減小了維修量。PLC分類：按容量來(lái)分按結(jié)構(gòu)來(lái)分按功能來(lái)分小型PLC；中型PLC；大型PLC整體式PLC；模塊式PLC；疊裝式PLC；低檔PLC；中檔PLC；高檔PLC（1）低檔PLC

低檔PLC主要是進(jìn)行邏輯控制，它的輸入/輸出適合于開關(guān)量、繼電器、接觸器等場(chǎng)合。這類PLC結(jié)構(gòu)小巧，價(jià)格低廉，適用于單機(jī)順序控制系統(tǒng)。（2）中檔PLC

中檔PLC除開關(guān)量控制功能外，還有模擬量I/O接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的檢測(cè)和調(diào)節(jié)。

中檔PLC的控制點(diǎn)數(shù)較低檔PLC多。且軟件更為豐富，其內(nèi)部有很多運(yùn)算模塊，如PID運(yùn)算、二進(jìn)制/BCD轉(zhuǎn)換、平方根、查表等。

這種PLC不僅可用于開關(guān)量控制系統(tǒng)，而且可用于中、小型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中。（3）高檔PLC

高檔PLC具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)功能，具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，控制點(diǎn)數(shù)達(dá)1000點(diǎn)以上。高檔PLC可以和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)管理和控制一體化，與辦公自動(dòng)化系統(tǒng)連網(wǎng)，成為工廠自動(dòng)化的重要設(shè)備。

PLC在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎覆蓋了所有工業(yè)控制領(lǐng)域，有著很好的發(fā)展前景。

國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)PLC的廠家有很多，如：日本三菱的F、F1、F2、FX系列，日本立石（OMRON）的C系列，西門子的S系列，美國(guó)GE公司的GE-I系列，美國(guó)MIDICON公司的984系列等。三、工業(yè)控制機(jī)

工業(yè)控制機(jī)，簡(jiǎn)稱工控機(jī)，是一種面向工業(yè)控制、采用標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和開放式體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。按照統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)，各計(jì)算機(jī)廠家或研制單位可設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出具有特定功能的模板，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)不同的需要，選用相應(yīng)的功能模板組合成所需的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。工控機(jī)中的總線分內(nèi)部總線和外部總線。

內(nèi)部總線是計(jì)算機(jī)內(nèi)部功能模板之間進(jìn)行通信的總線，按功能可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線四部分，每種型號(hào)的計(jì)算機(jī)都有自身的內(nèi)部總線。外部總線是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與其它智能設(shè)備之間進(jìn)行通信的連線，常用的外部總線有IEEE-488并行總線和RS-232C串行總線。工控機(jī)控制系統(tǒng)的組成STDIEEE-488RS-232C工控機(jī)的特點(diǎn)：（1）小板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)；（2）標(biāo)準(zhǔn)化及兼容性；（3）完善的I/O通道；（4）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、可靠性高；（5）軟件豐富；（組態(tài)軟件）

工控能滿足不同層次、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，應(yīng)用極為廣泛。目前我國(guó)工控領(lǐng)域的主要機(jī)型有STD總線工控機(jī)和工業(yè)PC。

STD總線工控機(jī)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的，曾在20世紀(jì)80年代末和20世紀(jì)90年代初得到廣泛的應(yīng)用。工業(yè)PC是一種融PC機(jī)軟硬件資源與STD工控機(jī)結(jié)構(gòu)為一體的新型工業(yè)控制機(jī)，繼承了PC機(jī)豐富的軟件資源，使其軟件開發(fā)更加方便，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上采用了STD總線工控機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)模塊化。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的不斷升級(jí)，工業(yè)PC的性能也會(huì)相應(yīng)提高，因此，工業(yè)PC具有很好的發(fā)展前景。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用規(guī)模、控制目的和控制需要等選用不同的計(jì)算機(jī)，如：（1）對(duì)于小型控制系統(tǒng)、智能儀表及智能化接口，盡量采用單片機(jī)模式；（2）對(duì)于新產(chǎn)品開發(fā)或用量較大，為降低成本，也可采用單片機(jī)模式；（3）對(duì)于中等規(guī)模的控制系統(tǒng)，為加快系統(tǒng)的開發(fā)速度，盡量選用現(xiàn)成的工業(yè)控制機(jī)，如PLC、STD總線工控機(jī)、工業(yè)PC等，應(yīng)用軟件可自行開發(fā)；（4）對(duì)于大型的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，最好選用工業(yè)PC、專用DCS或FCS，軟件可自行開發(fā)或購(gòu)買現(xiàn)成的組態(tài)軟件。第四節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

一、單片機(jī)（微處理器）組成的控制系統(tǒng)日趨先進(jìn)（1）新型單片機(jī)和各種可編程功能芯片的出現(xiàn)更加有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制功能的提高。（2）數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP—DigitalSignalProcessor）以其更快的運(yùn)行速度和更強(qiáng)的計(jì)算能力正在很多場(chǎng)合替代傳統(tǒng)的單片機(jī)。（3）各種專用的集成控制模塊（如電機(jī)控制模塊、調(diào)節(jié)閥控制模塊、顯示模塊等）正在逐步取代微機(jī)控制系統(tǒng)中的分立元件。（4）在擴(kuò)展內(nèi)存的基礎(chǔ)上大量使用各種先進(jìn)的控制策略和控制算法以提高控制質(zhì)量。二、可編程邏輯控制器（PLC）得到廣泛應(yīng)用現(xiàn)代PLC的發(fā)展有兩個(gè)重要趨勢(shì)：其一是向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價(jià)格更低的微小型方面發(fā)展；其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能性方面發(fā)展。具體有以下幾個(gè)方面：（1）大型網(wǎng)絡(luò)化。

主要是朝DCS方向發(fā)展，使其具有DCS系統(tǒng)的一些功能。（2）多功能。隨著自調(diào)整、步進(jìn)電機(jī)控制、位置控制、伺服控制、仿真、通信處理和故障診斷等模塊的出現(xiàn)，使PLC控制領(lǐng)域更加寬廣。（3）高可靠性。一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。即使在惡劣、不穩(wěn)定的工作環(huán)境下，堅(jiān)固、全封閉的模板依然能正常工作。在操作運(yùn)行過程中，有些PLC的模板還可熱插拔。三、推廣使用新型的集散控制系統(tǒng)（DCS）

DCS是采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化的設(shè)計(jì),由過程控制級(jí)、控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)組成的一個(gè)以通訊網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示，而操作管理和控制相對(duì)分散，配置靈活、組態(tài)方便、具有高可靠性的實(shí)用系統(tǒng)?？偟陌l(fā)展趨勢(shì)可體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）開放性；（2）大力發(fā)展和完善DCS的通信功能，并將生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與工廠管理系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起，形成管控一體的系統(tǒng)產(chǎn)品；（3）高度重視系統(tǒng)的可靠性，在軟件的設(shè)計(jì)中采用容錯(cuò)技術(shù)；（4）在控制功能中，不斷引進(jìn)各種先進(jìn)控制理論，以提高系統(tǒng)的控制性能；（5）在系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)上，形成由小到大的產(chǎn)品，以適應(yīng)不同規(guī)模的需求；（6）發(fā)展以先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的DCS控制結(jié)構(gòu)，向低成本綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的方向發(fā)展。四、大力發(fā)展和采用現(xiàn)場(chǎng)控制總線技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種用于智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式，數(shù)字化，雙向串行，多節(jié)點(diǎn)的通信總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使得從智能傳感器到智能調(diào)節(jié)閥，信號(hào)一直保持?jǐn)?shù)字化，從而極大地提高了抗干擾能力?，F(xiàn)場(chǎng)總線是一種開放式的互聯(lián)網(wǎng)，它可與同層網(wǎng)絡(luò)相連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)相連，只要配有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化總線接口并遵守相關(guān)通信協(xié)議的智能設(shè)備和儀表，都能并列地接入現(xiàn)場(chǎng)總線。

由于具有降低成本、組合擴(kuò)展容易、安裝及維護(hù)簡(jiǎn)便等顯著優(yōu)點(diǎn)，從問世開始就在生產(chǎn)過程自動(dòng)化領(lǐng)域引起極大關(guān)注。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是繼DCS之后計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的又一次重大變革，必將成為工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展主流。

五、大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)智能控制的研究范圍很廣泛，普遍認(rèn)為模糊邏輯控制、專家控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是三種典型的智能控制。1、模糊控制系統(tǒng)模糊控制是一類應(yīng)用模糊集理論的控制方法。一方面模糊控制提供一種實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)（規(guī)則）的控制規(guī)律的新機(jī)理；另一方面，模糊控制提供了一種改進(jìn)非線性控制器的替代方法。模糊控制可采用軟件實(shí)