第8章計算機過程控制

第八章

計算機過程控制系統(tǒng)第一節(jié)計算機控制系統(tǒng)概述8.1.1計算機控制系統(tǒng)及其組成

計算機控制系統(tǒng)：就是利用計算機（工業(yè)控制計算機）來實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。

（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖（1）開環(huán)控制系統(tǒng)框圖1.常規(guī)控制系統(tǒng)的一般形式

給定值控制器執(zhí)行機構(gòu)被控對象被控參數(shù)測量元件變換發(fā)送

給定值控制器執(zhí)行機構(gòu)被控對象被控參數(shù)2.計算機控制系統(tǒng)工作原理

用計算機來代替原來的控制器，就構(gòu)成了計算機控制系統(tǒng)。（1）計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)主要由：工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程兩大部分組成。

工業(yè)控制機是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機，它包括硬件和軟件兩部分。

生產(chǎn)過程包括被控對象、測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。計算機控制系統(tǒng)的組成框圖（2）計算機控制系統(tǒng)的工作原理

從本質(zhì)上看，計算機控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個步驟：

①實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。②實時控制決策：對采集到的被控量進行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。

③實時控制輸出：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。8.1.2計算機控制系統(tǒng)的典型形式

1.按照結(jié)構(gòu)功能分類2.按照控制規(guī)律分類3.按照控制方式分類1.按照功能來分類（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（2）直接數(shù)字控制(DDC)（3）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）(SupervisoryComputerControl)

（4）分散型控制系統(tǒng)（DCS）

（5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)新一代分布式控制系統(tǒng)，采用“工作站---現(xiàn)場總線智能儀表”二層結(jié)構(gòu)，國際標準統(tǒng)一后，可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。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)定的時間函數(shù)變化，被控制量是時間函數(shù)的變化。順序控制是程序控制的擴展，在各個時期所給出設(shè)定值可以是不同的物理量，而且每次設(shè)定值的給出，不僅取決于時間，還取決于對以前的控制結(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)簡單、參數(shù)容易調(diào)整，因此，無論模擬調(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是要求設(shè)計的系統(tǒng)在盡可能短的時間內(nèi)完成調(diào)節(jié)過程。最小拍控制通常用在數(shù)字隨動系統(tǒng)的設(shè)計中。

（4）復(fù)雜規(guī)律的控制

在PID控制的基礎(chǔ)上，引進了各種復(fù)雜規(guī)律的控制，比如串級控制、前饋控制、純滯后補償、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：是為了解決隨機擾動問題，使系統(tǒng)控制達到滿意的性能指標。（5）智能控制

智能控制把先進的方法學理論與解決當前技術(shù)問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學科?？梢钥闯扇齻€主要理論領(lǐng)域的交叉或會合，即：人工智能運籌學控制論3.按照控制方式分類按照控制方式的不同，計算機控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。給定值控制器執(zhí)行機構(gòu)被控對象被控參數(shù)測量元件變換發(fā)送給定值控制器執(zhí)行機構(gòu)被控對象被控參數(shù)8.1.3工業(yè)控制機的組成結(jié)構(gòu)及特點

8.1.3.1工業(yè)控制機的組成1.工業(yè)控制機的硬件組成2.工業(yè)控制機的軟件組成8.1.3.2工業(yè)控制機的特點

8.1.3.1工業(yè)控制機的組成組成原理圖1.工業(yè)控制機的硬件組成（1）主機板:CPU、RAM、ROM等。作用：進行數(shù)值計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理。（2）內(nèi)部總線和外部總線

內(nèi)部總線：工業(yè)控制機內(nèi)部各組成部分進行信息傳送的公共通道，它是一組信號線的集合。常用內(nèi)部總線有IBMPC、PCI總線和STD總線。外部總線：工業(yè)控制機與其它計算機和智能設(shè)備進行信息傳遞的公共通道。RS—232C、USB和IEEE—488通信總線。（3）人—機接口:鍵盤、顯示器、打印機。。（4）磁盤系統(tǒng)：軟盤和硬盤。（5）通信接口工業(yè)控制機和其它計算機或智能外設(shè)通信的接口。常用RS—232C、USB和IEEE—488接口(6)系統(tǒng)支持功能①監(jiān)控定時器(看門狗-Watchdog)②電源掉電檢測③保護重要數(shù)據(jù)的后備存貯器體④實時日歷時鐘

(7)輸入輸出通道工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信號傳遞和變換的連接通道。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(guān)量)輸入(DI)通道、數(shù)字量(或開關(guān)量)輸出(DO)通道。它的作用有兩個：

其一是將生產(chǎn)過程的信號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(jīng)變換后作為執(zhí)行機構(gòu)或電氣開關(guān)的控制信號。2.工業(yè)控制機的軟件組成(1)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包括實時多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序，如美國Intel公司推出的iRMX86實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，美國ReadySystem公司推出的嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)VRTX／OS。除了實時多任務(wù)操作系統(tǒng)以外，也常常使用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(diào)試程序、診斷程序等。(3)應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計人員針對某個生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序。它包括過程輸入程序、過程控制程序、過程輸出程序、人機接口程序、打印顯示程序和公共子程序等。8.1.3.2工控機的特點1．可靠性高和可維修性好。2．環(huán)境適應(yīng)性強。3．控制的實時性。工業(yè)控制機應(yīng)具有時間驅(qū)動和事件驅(qū)動能力。4．完善的輸入輸出通道。5．豐富的軟件。6．適當?shù)挠嬎銠C精度和運算速度。第二節(jié)過程輸入輸出通道基本原理

一、AI(AnalogInput)通道

二、AO(AnalogOutput)通道

三、DI(DigitalInput)、DO(DigitalOutput)通道

一、AI(AnalogInput)通道

AI通道的一般結(jié)構(gòu)如圖。過程參數(shù)由傳感元件和變送器測量并轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）形式后送至多路開關(guān)；在微機的控制下，由多路開關(guān)將各個過程參數(shù)依次地切換到后級，進行放大、采樣和A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)過程參數(shù)的巡回檢測。1.多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換器又稱多路開關(guān)，多路開關(guān)是用來切換模擬電壓信號的關(guān)鍵元件。作用：利用多路開關(guān)可將各個輸入信號依次地或隨機地連接到公用放大器或A/D轉(zhuǎn)換器上，實現(xiàn)多路共享。常用的多路開關(guān)有CD4051(或MC14051)、AD7501、MAX354、LF13508等。

CD4051原理圖

CD4051由電平轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動及開關(guān)電路三部分組成。當禁止端為“1”時，前后級通道斷開，即S0-S7端與Sm端不可能接通；當為“0”時，則通道可以被接通，通過改變控制輸入端C、B、A的數(shù)值，就可選通8個通道S0-S7中的一路。

CD4051真值表2.采樣、量化及采樣保持器(1)信號的采樣按一定的時間間隔T，把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號，轉(zhuǎn)變成在時刻O、T、2T、…KT的一連串脈沖輸出信號的過程。

采樣周期：采樣開關(guān)K每一個通斷的時間間隔T，包括等待時間、閉合時間、斷開時間等。

采樣寬度：采樣開關(guān)閉合的時間。

采樣信號y*(t)：幅值連續(xù)但是時間上離散的模擬信號。

香農(nóng)采樣定理：如果模擬信號(包括噪聲干擾在內(nèi))頻譜的最高頻率為fmax，只要按照采樣頻率f≥2fmax進行采樣，那么采樣信號y*(t)就能唯一地復(fù)現(xiàn)y(t)。2.量化

量化：就是采用一組數(shù)碼(如二進制碼)來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。也就是怎樣將離散模擬變量變?yōu)槎M制碼，二進制數(shù)的大小和量化單位有關(guān)。量化過程：將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為量化過程。

量化裝置：執(zhí)行量化動作的裝置是A/D轉(zhuǎn)換器。

量化單位：字長為n的A/D轉(zhuǎn)換器，其最低有效位(LSB)所對應(yīng)的模擬量q稱為量化單位。

量化誤差：量化過程實際上是一個用q去度量采樣值幅值高低的小數(shù)歸整過程，如同人們用單位長度(毫米或其它)去度量人的身高一樣。由于量化過程是一個小數(shù)歸整過程，因而存在量化誤差，量化誤差為(±1/2)q。例如，q=20mV時，量化誤差為±10mV，0.990～1.009V范圍內(nèi)的采樣值，其量化結(jié)果是相同的，都是數(shù)字50。3.采樣保持器（Sample/Hold）對模擬信號進行瞬間（微秒或更短）采樣，然后保持其電壓值，供A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。

(1)采樣保持電路的工作方式：采樣和保持在采樣方式中，采/保電路的輸出跟蹤模擬輸入電壓。在保持方式中，采/保電路將保持采樣命令撤銷時刻的采樣值，直到保持命令撤銷并且再次接收到采樣命令為止。

1)A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標：（1）分辨率分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對微小輸入信號變化的敏感程度。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時對輸入量微小變化的反應(yīng)越靈敏。通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位、12位等。（2）轉(zhuǎn)換時間A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間稱為轉(zhuǎn)換時間。如逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間為微秒級，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間為毫秒級。4.A/D轉(zhuǎn)換器

（3）轉(zhuǎn)換精度

A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度可以用絕對誤差和相對誤差來表示。

絕對誤差：是指對應(yīng)于一個給定數(shù)字量A/D轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差的大小由實際模擬量輸入值和理論值之差來度量。絕對誤差包括增益誤差，零點誤差和非線性誤差等。

相對誤差：指絕對誤差與滿刻度值之比，一般用百分數(shù)來表示，對A/D轉(zhuǎn)換器常用最低有效值的位數(shù)LSB來表示，1LSB=1／2n。一般來說，位數(shù)n越大，其相對誤差（或絕對誤差）越小。二、AO(AnalogOutput)通道

模擬量輸出通道的任務(wù)--把計算機處理后的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號，去驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器，從而達到控制的目的。模擬量輸出通道(稱為D/A通道或AO通道)構(gòu)成--一般是由接口電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A或DAC)和電壓/電流變換器等。模擬量輸出通道基本構(gòu)成—一個通道設(shè)置一個D/A結(jié)構(gòu)和多個通道共用一個D/A結(jié)構(gòu)。a)多D/A結(jié)構(gòu)

特點：1、一路輸出通道使用一個D/A轉(zhuǎn)換器2、D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器3、D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模擬信號、信號保持作用4、結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨立5、缺點是所需D/A轉(zhuǎn)換器芯片較多b）共享D/A結(jié)構(gòu)

特點：1、多路輸出通道共用一個D/A轉(zhuǎn)換器2、每一路通道都配有一個采樣保持放大器3、D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號的轉(zhuǎn)換作用4、采樣保持器實現(xiàn)模擬信號保持功能5、節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器，但電路復(fù)雜，精度差，可靠低、占用主機時間

D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標:

D/A轉(zhuǎn)換器性能指標是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)，也是選用D/A芯片型號的依據(jù)。主要性能指標有：（1）分辨率（2）轉(zhuǎn)換精度（3）偏移量誤差（4）穩(wěn)定時間三、DI(DigitalInput)、DO(DigitalOutput)通道

數(shù)字量(開關(guān)量)信號：開關(guān)的閉合與斷開，指示燈的亮與滅，繼電器或接觸器的吸合與釋放，馬達的啟動與停止，閥門的打開與關(guān)閉等。共同特征:這些信號的是以二進制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的，代表生產(chǎn)過程的一個狀態(tài)。

開關(guān)量輸入輸出通道主要由I/O緩沖和I/O電氣轉(zhuǎn)換兩部分構(gòu)成，輸入緩沖器起著對外部輸入信號的緩沖、加強和選通作用。輸出鎖存器存CPU輸出的數(shù)據(jù)或控制信號，供外圍設(shè)備使用。I/O緩沖功能可以用可編程接口電路構(gòu)成，也可以用簡單接口電路實現(xiàn)。I/O電氣接口部分的功能主要是：濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離、功率驅(qū)動等。數(shù)字量輸入接口（DI）

完成過程：用三態(tài)門緩沖器74LS244取得狀態(tài)信息。經(jīng)過端口地址譯碼，得到片選信號。當在執(zhí)行IN指令周期時，產(chǎn)生I/O讀信號，則被測的狀態(tài)信息可通過三態(tài)門送到PC總線工業(yè)控制機的數(shù)據(jù)總線，然后裝入AL寄存器。

1G2G74LS244

輸入接口

D0D1D2D3D4D5D6D7

1A11Y1

1A21Y2

1A31Y3

1A41Y4

1A51Y5

1A61Y6

1A71Y7

1A81Y8

IORCS.

數(shù)字量輸入接口

PC總線數(shù)字量輸出接口完成過程：用74LS273作8位輸出鎖存口，對狀態(tài)輸出信號進行鎖存。經(jīng)過端口地址譯碼，得到片選信號，當在執(zhí)行OUT指令周期時，產(chǎn)生I/O寫信號。

74LS273

CLR

CLK

輸出接口

RESET

D0D1D2D3D4D5D6D7

PC總線

D1Q1

D2Q2

D3Q3

D4Q4

D5Q5

D6Q6

D7Q7

D8Q8

IOW

CS

.

數(shù)字量輸出接口

按偏差的比例、積分和微分進行控制的調(diào)節(jié)器簡稱為PID調(diào)節(jié)器，是在連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。

PID調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)易于調(diào)整，當被控對象精確數(shù)學模型難以建立、系統(tǒng)的參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化時，應(yīng)用PID控制技術(shù)，在線整定最為方便。

在計算機進入控制領(lǐng)域后，用計算機實現(xiàn)數(shù)字PID算法代替了模擬PID調(diào)節(jié)器。第三節(jié)

過程計算機常規(guī)控制技術(shù)1．用經(jīng)典控制理論設(shè)計連續(xù)系統(tǒng)模擬調(diào)節(jié)器，然后用計算機進行數(shù)字模擬，這種方法稱為模擬化設(shè)計方法。2．應(yīng)用采樣控制理論直接設(shè)計數(shù)字控制器，這是一種直接設(shè)計方法（或稱離散化設(shè)計）數(shù)字PID控制器的設(shè)計是按照1進行的。連續(xù)生產(chǎn)過程中,設(shè)計數(shù)字控制器的兩種方法:1.模擬PID調(diào)節(jié)器根據(jù)對象的特性和控制要求，可靈活地改變其結(jié)構(gòu)。

2．數(shù)字PID控制器

當采樣周期足夠小時，在模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值逼近的方法，用求和代替積分、用后向差分代替微分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠??？勺魅缦陆?式中，T為采樣周期，k為采樣序號。兩種標準的數(shù)字PID控制算法

（l）數(shù)字PID位置型控制算法

控制算法提供了執(zhí)行機構(gòu)的位置。

式中：或：（2）數(shù)字PID增量型控制算法

由位置型算法又∵，得：得：增量型算法只需保持前3個時刻的偏差值。（3）兩種標準PID控制算法比較

（a）位置型（b）增量型算法比較

：

（1）增量型算法不需要做累加，計算誤差或計算精度問題，對控制量的計算影響較小。而位置型算法要用到過去誤差的所有累加值，容易產(chǎn)生大的累加誤差。（2）增量型算法得出的是控制量的增量，誤動作影響小，而位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影響大。（3）采用增量型算法，由于算式中不出現(xiàn)項，則易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。3、采樣周期的選擇

(1)首先要考慮的因素根據(jù)香農(nóng)采樣定理，采樣周期上限應(yīng)滿足：T≤π/ωmax,其中ωmax為被采樣信號的上限角頻率。采樣周期的下限為計算機執(zhí)行控制程序和輸入輸出所耗費的時間，系統(tǒng)的采樣周期只能在Tmin與Tmax之間選擇（在允許范圍內(nèi)，選擇較小的T）。

(2)其次要考慮以下各方面的因素

①給定值的變化頻率:變化頻率越高，采樣頻率就應(yīng)越高;②被控對象的特性：被控對象是快速變化的還是慢變的;③執(zhí)行機構(gòu)的類型：執(zhí)行機構(gòu)的慣性大，采樣周期應(yīng)大;④控制算法的類型：采用太小的T會使得PID算法的微分積分作用很不明顯；控制算法也需要計算時間。⑤控制的回路數(shù)：Tj指第j回路控制程序執(zhí)行時間和輸入輸出時間。

第五節(jié)工業(yè)控制組態(tài)軟件

組態(tài)（Configuration）的意思就是多種工具模塊的任意組合，它是從DCS發(fā)展而來的。它的含義是使用工具軟件對計算機及軟件的各種資源進行配置，使計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置的指令，自動執(zhí)行指定任務(wù)，滿足使用者的要求。最初的組態(tài)軟件主要解決人機圖形界面的問題。

1、組態(tài)軟件的發(fā)展：20世紀80年代時，世界上第一個商品化監(jiān)控組態(tài)軟件是由美國的Wonderware公司研制的Intouch，隨后又出現(xiàn)了Intellution公司的FIX系統(tǒng)，通用電氣的Cimplicity,以及德國西門子的WinCC等；在國內(nèi)主要有亞控公司的KingView組態(tài)王，昆侖公司的MCGS，三維公司的力控，太力公司的Synall等組態(tài)軟件。組態(tài)軟件的發(fā)展方向之一是能夠兼容多操作系統(tǒng)平臺。

2、組態(tài)軟件的特點

組態(tài)軟件具有實時多任務(wù)、接口開放、使用靈活、運行可靠的特點。其中最突出的特點是它的實時多任務(wù)性，可以在一臺計算機上同時完成數(shù)據(jù)采集，信號數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)圖形顯示，可以實現(xiàn)人機對話，實時數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)的查詢，實時通訊等多個任務(wù)。

組態(tài)軟件要解決的問題：如何與現(xiàn)場設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)交換。將采集到的數(shù)據(jù)與上位機圖形界面的相關(guān)部分連接。實時數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測。數(shù)據(jù)報警界限和系統(tǒng)報警。實時數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)的查詢。各類報表的生成和打印輸出。應(yīng)用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。擁有良好的與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。

3、使用組態(tài)軟件的一般步驟

(1)建模。根據(jù)實際需要，為控制系統(tǒng)建立數(shù)學模型。(2)設(shè)計圖形界面。利用組態(tài)軟件的圖庫，使用相應(yīng)的圖形對象模擬實際的控制系統(tǒng)和控制設(shè)備。(3)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫變量。創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫，用數(shù)據(jù)庫中的變量反映控制對象的各種屬性，變量描述控制對象的各種屬性。(4)建立動畫連接。建立變量和圖形畫面中的圖形對象的連接關(guān)系，畫面上的圖形對象通過動畫的形式模擬實際控制系統(tǒng)的運行。(5)運行、調(diào)試。

這五個步驟并不是完全獨立的，事實上，這些步驟常常是交錯進行的。4、組態(tài)軟件的圖形開發(fā)環(huán)境

控制工程的所有操作畫面，包括流程畫面都是在圖形開發(fā)環(huán)境下制作、生成的，工程設(shè)計人員使用最頻繁的組態(tài)軟件組件就是圖形開發(fā)環(huán)境。圖形開發(fā)環(huán)境是目標應(yīng)用系統(tǒng)的主要生成工具之一，它依照操作系統(tǒng)的圖形標準，采用面向?qū)ο蟮膱D形技術(shù)，為使用者提供豐富強大的繪圖編輯、動畫連接和腳本工具，提供右鍵菜單功能，幫助使用者簡化操作。圖形開發(fā)環(huán)境的工作界面

1．工程管理器：主要作用是集中管理本機上的組態(tài)王工程。功能主要包括：新建、刪除工程，搜索組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程備份、恢復(fù)，數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入導(dǎo)出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運行環(huán)境等。2．工程瀏覽器工程瀏覽器是組態(tài)王6.01的集成開發(fā)環(huán)境，是一個類似于Windows資源管理器的窗口。在這里可以看到所建工程的所有組成部分，包括畫面，數(shù)據(jù)庫，外部設(shè)備，配方等。3．圖形工具箱繪制圖素的主要工具放在圖形編輯工具箱中，當畫面打開時，工具箱自動加載。如果沒有顯示，選擇菜單“工具/顯示工具箱”或按F10快捷鍵。工具箱中各基本工具的使用方法和Windows中的“畫筆”的使用類似。4．圖庫管理器圖庫管理器內(nèi)中存放的是組態(tài)軟件的各種圖素，用戶可以選擇需要的對象就可以設(shè)計自己需要的界面。它的使用降低了設(shè)計界面的難度，縮短開發(fā)周期。同時工程人員可以生成自己的圖庫對象。5、工藝控制流程圖的組態(tài)使用組態(tài)軟件實現(xiàn)工藝控制流程圖的步驟。（1）建模

建模就是在對系統(tǒng)要求進行分析后，建立數(shù)學模型。以水位控制系統(tǒng)為例水泵將水源中的水通過進水管道抽到水箱中，水箱出水管道連接用戶，為用戶提供水源。為了保護水壓的相對穩(wěn)定，對水箱中水位要有兩個報警限，分別為上限和下限，當水位上升到上限，關(guān)閉水泵；水位低于下限，水泵工作，給水箱供水；在上下限之間，水泵不工作。為了保護水壓的相對穩(wěn)定，對水箱中水位要有兩個報警限，分別為上限和下限，當水位上升到上限，關(guān)閉水泵；水位低于下限，水泵工作，給水箱供水；在上下限之間，水泵不工作。（2）變量的定義

在控制系統(tǒng)中，需要采用變量來存放外部設(shè)備傳送來的檢測信號（如水位信號），這些變量需要同外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。所以需要首先建立工程，然后進行設(shè)備配置，再建立相應(yīng)的變量。（3）畫面的編輯與動畫連接1．畫面的編輯

現(xiàn)在利用組態(tài)王提供的各種繪圖工具來制作完善的主畫面，使得畫面能夠逼真地反映控制系統(tǒng)的工作運行狀況，并且可以通過畫面控制實際的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控。圖庫中選取水泵圖素

同樣的方法可以在畫面上繪制出水箱、管道、水位傳感器及相應(yīng)的文本。至此，主畫面繪制完成。2．動畫連接以上繪制的畫面是靜態(tài)的，要逼真的顯示系統(tǒng)的運行狀況，必須將圖素和數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)設(shè)定的相應(yīng)變量聯(lián)系起來，即讓畫面“動”起來。將圖素和數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)變量建立聯(lián)系的過程稱為“動畫連接”。建立動畫連接后，當數(shù)據(jù)庫中的變量發(fā)生變化后，圖形對象就可以按照設(shè)定的動畫連接隨之做同步的變化。指示燈的動畫連接設(shè)置：雙擊“指示燈”，出現(xiàn)“指示燈向?qū)А睂υ捒?。將變量名設(shè)定為：“\\本站點\啟動”，將“正常色”設(shè)置為綠色，“報警色”設(shè)置為紅色。再單擊“確定”按鈕，則“指示燈”動畫連接完成，（3）命令語言及控制程序編寫

在完成了上述的動畫設(shè)置后，還必須通過命令輸入，才能控制水泵的運行。工藝上要求水泵的工作狀態(tài)是根據(jù)水位的高低而運行的。當水位低于下限時，水泵工作，為水箱送水；水位高于上限，水泵停止工作；在上下限之間，水泵不工作。

在完成上述步驟后，運行組態(tài)王，就可以按照指定的命令執(zhí)行了。（4）復(fù)雜圖形對象的組態(tài)及應(yīng)用趨勢曲線

作為實時監(jiān)控的組態(tài)軟件，趨勢分析是必不可缺的。包括用于實時顯示數(shù)據(jù)的實時曲線和能夠?qū)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行指定趨勢分析的歷史曲線兩種。組態(tài)王圖庫中有設(shè)定好的各種功能按鈕的趨勢曲線。用戶只要定義幾個相關(guān)變量，適當調(diào)整曲線外觀，即可完成曲線的指定的復(fù)雜功能。1．實時曲線運行畫面，就可以查閱歷史數(shù)據(jù)了。用戶可以通過按鈕任意改變時間軸范圍，查看需要的數(shù)據(jù)。2．歷史曲線第六節(jié)集散控制系統(tǒng)（DCS）

設(shè)計原則:

采用分散控制和集中管理的設(shè)計思想、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則，并采用層次化的體系結(jié)構(gòu)。所謂分散控制是用多臺微型計算機，分散應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制;所謂集中管理是用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把多臺計算機構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).分散控制系統(tǒng)是縱向分層、橫向分散的大型綜合控制系統(tǒng)。1）集散控制系統(tǒng)

典型的DCS采用了如圖所示的三層結(jié)構(gòu)，第一層為分散過程控制級；第二層為集中操作監(jiān)控級；第三層為綜合信息管理級。（1）分散過程控制級（面向生產(chǎn)過程）

功能：完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)控制等功能。

裝置：現(xiàn)場控制站（工業(yè)控制機）可編程序控制器（PLC）智能調(diào)節(jié)器其它測控裝置

（2）集中操作監(jiān)控級（面向操作員和系統(tǒng)工程師）

功能：以操作監(jiān)視位主要任務(wù)，兼有部分管理功能。配備計算機及外設(shè)，以及相應(yīng)軟件，對生產(chǎn)過程實行高級控制策略、故障診斷、質(zhì)量評估。

組成：監(jiān)控計算機 工程師顯示操作站 操作員顯示操作站

（3）綜合信息管理級

功能：實現(xiàn)整個企業(yè)的綜合信息管理。

組成：管理計算機、辦公自動化系統(tǒng)、工廠自動化服務(wù)系統(tǒng)，應(yīng)用了MIS系統(tǒng)。

3）集散控制系統(tǒng)（DCS）的體系結(jié)構(gòu)主要有三代產(chǎn)品。

第一代DCS的基本結(jié)構(gòu)

基本結(jié)構(gòu)由監(jiān)控機、操作站、數(shù)據(jù)采集裝置、過程控制單元及高速數(shù)據(jù)通道等5部分組成。第二代DCS的基本結(jié)構(gòu)

(1)局部網(wǎng)絡(luò)(LAN)；(2)節(jié)點工作站，即指過程控制單元(PCU)；(3)中央操作站，它是掛接在LAN上的節(jié)點工作站，負責對全系統(tǒng)的信息進行綜合管理，是系統(tǒng)的主操作站；(4)系統(tǒng)管理站，又稱為系統(tǒng)管理模塊；(5)主計算機，也稱管理計算機；(6)網(wǎng)關(guān)(GateWay)。第三代DCS的基本結(jié)構(gòu)

第一、二代DCS基本上為封閉系統(tǒng)，不同系統(tǒng)之間無法互連，第三代DCS局域網(wǎng)(LAN)遵循開放系統(tǒng)互連參考模型的7層通信協(xié)議,符合國際標準，比較容易構(gòu)成信息集成系統(tǒng)。4)集散控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(一)傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)1．價格昂貴，技術(shù)滯后2．開放程度不夠3．功能需進一步分散化、智