計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)課件

計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)碩士研究生選修課控制理論與控制工程檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置

發(fā)展方向：

深度，智能化

廣度，管理控制一體化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（OperationGuideControl）直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DirectDigitalControl)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SupervisoryComputerControl)集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)2.1可編程控制器（PLC）PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(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是近幾十年發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制器。

主要包括中央處理單元、存儲(chǔ)單元、通信接口、外設(shè)接口、I/O接口等。2.1可編程控制器（PLC）

循環(huán)掃描過程2.2集散控制系統(tǒng)（DCS）2.2.1DCS的概念集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）亦稱分布式控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DCS），是結(jié)合多種先進(jìn)技術(shù)而形成的，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制的一種控制技術(shù)，是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷發(fā)展和過程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的一種綜合控制系統(tǒng)，是完成過程控制、過程管理的現(xiàn)代化設(shè)備。

國外稱集散控制系統(tǒng)是4C技術(shù)的產(chǎn)物。這4C就是指控制技術(shù)（Control）、計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、通信技術(shù)（Communication）、和CRT（CathodeRayTube）技術(shù)。DCS既不同于分散的儀表控制，又不同于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是4C技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的。DCS開創(chuàng)期：1975～1980年代表產(chǎn)品：Honeywell，TDC2000FOXBORO，SpectrumBaily，N-90

恒河，CENTUM這些第一代的集散控制系統(tǒng)以微處理器為基礎(chǔ)的過程控制單元，實(shí)現(xiàn)多種控制功能算法，并實(shí)現(xiàn)分散控制；采用帶顯示器的操作站，與過程控制單元分離，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、集中操作、信息綜合管理；采用較先進(jìn)的冗余通信系統(tǒng)、用同軸電纜作為傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)控制單元與操作站的通信，已具有DCS的基本特點(diǎn)（即分散控制，集中管理），是DCS的雛形。DCS成長過渡期：1980～1985年代表產(chǎn)品：未變第二代的主要特點(diǎn)是在原來產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高可靠性并擴(kuò)展和增強(qiáng)了功能。其特點(diǎn)是采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)通信向標(biāo)準(zhǔn)化遷移，板級(jí)模塊化，單元結(jié)構(gòu)化，使之具有更強(qiáng)適應(yīng)性和可擴(kuò)充性；新開發(fā)的多功能過程控制站、增強(qiáng)型操作站采用了16位CPU及高分辨率CRT技術(shù)；通信系統(tǒng)已采用局域網(wǎng)絡(luò)（從主從式的星形變?yōu)榭偩€網(wǎng)絡(luò)或環(huán)網(wǎng)通信），使系統(tǒng)通信范圍擴(kuò)大，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率也大大提高；控制功能更加完善，它能實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、順序控制和批量控制功能。其基本結(jié)構(gòu)由六部分組成，即局域網(wǎng)絡(luò)、多功能現(xiàn)場(chǎng)控制站、增強(qiáng)型操作站、主計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接器和系統(tǒng)管理站等。DCS完善期：80年代中后期

代表產(chǎn)品：Honeywell，TDC3000FOXBORO，I/ASERIES Baily，INFI-90Moore，PACS這階段的特點(diǎn)是向開放式、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展：實(shí)現(xiàn)了開放式的系統(tǒng)通信，向上能與MAP和Ethernet接口，或者通過網(wǎng)間連接器與其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，構(gòu)成復(fù)合管理系統(tǒng)，并與不同制造商的產(chǎn)品能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；向下支持現(xiàn)場(chǎng)總線，它使得過程控制或車間的智能變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間能實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。開放系統(tǒng)是第三代集散控制系統(tǒng)主要特征。根據(jù)X/OPEN協(xié)會(huì)的定義，以規(guī)范化與實(shí)際存在的接口標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及相關(guān)的通信系統(tǒng)，這些標(biāo)準(zhǔn)可為各種應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)提供軟件的可移植性、系統(tǒng)的互操作性、信息資源管理的靈活性和更大的可選擇性。開放系統(tǒng)的基本特征如下：可移植性（portability）互操作性（interoperability）可適宜性（scalability）可得到性（availability）DCS管控一體化時(shí)期：90年代初至今

代表產(chǎn)品：

Honeywell，TPS系統(tǒng)（TotalPlantSystem）

PKS系統(tǒng)(ProcessknowledgeSystem)FOXBORO，I/A’S50/51系列控制系統(tǒng)Invensys

橫河，CENTUM－CSABB，ADVANT系統(tǒng)OCS開放控制系統(tǒng)當(dāng)今的DCS是生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合的“管控一體化”的新一代集散型控制系統(tǒng)。由于工廠、企業(yè)的信息集成和管理已經(jīng)提到一定的高度，DCS系統(tǒng)的功能已不再只局限于生產(chǎn)過程的控制，在整個(gè)工廠、集團(tuán)公司的管理中，DCS也能發(fā)揮相應(yīng)的作用。DCS發(fā)展趨勢(shì)：向上發(fā)展：即向計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS：ComputerIntegratedManufacturingSystem）、計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)（CIPS：ComputerIntegratedProductionSystem）等信息化集成化系統(tǒng)發(fā)展。向下發(fā)展：即向現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)發(fā)展（FCS：FieldbusControlSystem），把系統(tǒng)控制能力移到現(xiàn)場(chǎng)，使得控制得到最終的分散，減少了輸入輸出的接口，減少了機(jī)柜的空間和附屬設(shè)備。DCS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)按功能通常分為四級(jí)，第一級(jí)為直接控制級(jí)，第二級(jí)為過程管理級(jí)，第三級(jí)為產(chǎn)品管理級(jí)，第四級(jí)為經(jīng)營管理級(jí)。各級(jí)之間通過通信網(wǎng)絡(luò)相連，各級(jí)內(nèi)部各站或單元由本級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。DCS系統(tǒng)的功能分層圖：DCS體系結(jié)構(gòu)的各級(jí)功能，總體上可用下圖表示：直接控制級(jí)（過程控制級(jí)）在這一級(jí)上，過程控制計(jì)算機(jī)直接與現(xiàn)場(chǎng)各類裝置（變送器、執(zhí)行器、記錄儀等）相連，對(duì)所連接的裝置實(shí)施檢測(cè)與控制，同時(shí)接收上層來的管理信息，并向上層傳遞裝置的特性數(shù)據(jù)和采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

直接過程控制級(jí)是集散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其主要功能有：（1）進(jìn)行過程數(shù)據(jù)采集：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)模擬量、數(shù)字量和脈沖量的輸入/輸出并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，控制運(yùn)算結(jié)果的直接輸出。（2）進(jìn)行直接的數(shù)字過程控制：根據(jù)控制組態(tài)數(shù)據(jù)庫中的控制算法模塊，各種控制回路的運(yùn)算(回路調(diào)節(jié)、邏輯運(yùn)算等等)，來實(shí)施對(duì)實(shí)時(shí)過程量的控制。（3）進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)的測(cè)試和診斷：把過程變量和狀態(tài)信息提取后，分析是否可以接受以及是否允許向高層傳輸，進(jìn)而確定是否對(duì)被控裝置實(shí)施調(diào)節(jié)；必要時(shí)實(shí)施報(bào)警、錯(cuò)誤或診斷報(bào)告等措施。（4）實(shí)施安全性、冗余化方面的措施：一旦發(fā)現(xiàn)故障，就立即實(shí)施備用件的切換。過程管理級(jí)在這一級(jí)上的過程管理計(jì)算機(jī)主要有監(jiān)控計(jì)算機(jī)、操作站、工程師站。它綜合監(jiān)視過程各站的所有信息，集中顯示操作，控制回路組態(tài)和參數(shù)修改，優(yōu)化過程處理等。這一層的具體功能有:

優(yōu)化過程控制自適應(yīng)回路控制優(yōu)化單元內(nèi)各裝置

工程師站：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、控制組態(tài)、系統(tǒng)的生成與下裝；操作員站：是人機(jī)接口，由PC機(jī)系統(tǒng)(含CRT、鍵盤、打印機(jī))負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝的操作控制、過程狀態(tài)顯示、報(bào)警狀態(tài)顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的顯示、打印等；上位機(jī)：即管理計(jì)算機(jī)，它實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度管理、優(yōu)化計(jì)算、生產(chǎn)經(jīng)營管理與分析決策等層次的管理和計(jì)算。產(chǎn)品管理級(jí)（生產(chǎn)管理級(jí)）在這一級(jí)上的管理計(jì)算機(jī)根據(jù)產(chǎn)品各部件的特點(diǎn)，協(xié)調(diào)各單元級(jí)的參數(shù)設(shè)定，是產(chǎn)品的總體協(xié)同員和控制器，負(fù)責(zé)廠級(jí)的生產(chǎn)調(diào)度和優(yōu)化。要求根據(jù)用戶的訂貨情況、庫存情況、能源情況來規(guī)劃各單元中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模，并可對(duì)產(chǎn)品重新計(jì)劃，隨時(shí)更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。對(duì)于綜合全廠生產(chǎn)和產(chǎn)品監(jiān)視，以及產(chǎn)品報(bào)告也都在這一層實(shí)現(xiàn)，并與上層交換傳遞數(shù)據(jù)。具體有：規(guī)劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模；產(chǎn)品監(jiān)視；產(chǎn)品報(bào)告；工廠生產(chǎn)監(jiān)視。經(jīng)營管理級(jí)經(jīng)營管理級(jí)居于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層，負(fù)責(zé)全廠的總體協(xié)調(diào)管理，包括工程技術(shù)方面、經(jīng)濟(jì)方面、商業(yè)事務(wù)方面、人事活動(dòng)等等，以達(dá)到組合優(yōu)化的目的。這一級(jí)的主要功能包括：

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)情報(bào)：包括情報(bào)收集、市場(chǎng)分析、預(yù)測(cè)、用戶反饋、市場(chǎng)趨勢(shì)等。銷售管理：包括合同管理、定貨交貨統(tǒng)計(jì)、合同履行、材料庫存、外購定貨管理等。生產(chǎn)管理：生產(chǎn)定貨安排、零部件計(jì)劃、外協(xié)管理、工期管理等。成本控制：包括制造成本、管理成本、價(jià)格核定等。質(zhì)量管理：包括零部件、半成品、成品質(zhì)量、外協(xié)部件質(zhì)量控制的統(tǒng)計(jì)、工藝參數(shù)分析等。

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)24

3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件SoftwareofComputerControlSystem2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)25計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分軟件是任何系統(tǒng)的頭腦、心臟和靈魂

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)26計(jì)算機(jī)控制軟件概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫工業(yè)組態(tài)軟件簡(jiǎn)介本章主要內(nèi)容2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)273.1計(jì)算機(jī)控制軟件概述

軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分，它是包括程序、數(shù)據(jù)及其相關(guān)文檔的完整集合；程序是按事先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文檔是與程序開發(fā)，維護(hù)和使用有關(guān)的圖文材料。2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)28根據(jù)功能可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩類。z應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件3.1

計(jì)算機(jī)控制軟件概述--計(jì)算機(jī)軟件分類2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)29系統(tǒng)軟件用來管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，并以盡可能簡(jiǎn)便的形式向用戶提供使用資源的服務(wù)，包括操作系統(tǒng)、系統(tǒng)實(shí)用程序、系統(tǒng)擴(kuò)充程序（操作系統(tǒng)的擴(kuò)充、漢化）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、通訊處理程序等。操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件，操作系統(tǒng)是一個(gè)功能強(qiáng)、規(guī)模大的管理程序。

3.1計(jì)算機(jī)控制軟件概述--計(jì)算機(jī)軟件分類2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)30專用于單個(gè)微機(jī)，稱為單用戶操作系統(tǒng)，如DOS操作系統(tǒng)。專用于多個(gè)終端的主機(jī)，稱為多用戶操作系統(tǒng)，如UNIX多用戶操作系統(tǒng)。專用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，NOVELL、WindowsNT是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。專用于嵌入式開發(fā)系統(tǒng)，稱為嵌入式操作系統(tǒng)，如WinCE、PalmOS、Linux等。

操作系統(tǒng)分類：3.1計(jì)算機(jī)控制軟件概述--計(jì)算機(jī)軟件分類2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)31Windows幾代典型的操系統(tǒng)啟動(dòng)界面2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)32支撐軟件輔助軟件開發(fā)人員進(jìn)行軟件開發(fā)工作使用的各種工具軟件，借以完成軟件開發(fā)工作，提高軟件生產(chǎn)效率，改善軟件產(chǎn)品的質(zhì)量等，它主要包括軟件開發(fā)工具、軟件評(píng)測(cè)工具、界面工具、轉(zhuǎn)換工具、軟件管理工具、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)支持軟件以及其他支持軟件。

3.1

計(jì)算機(jī)控制軟件概述--計(jì)算機(jī)軟件分類2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)33應(yīng)用軟件是軟件公司或用戶為解決某類應(yīng)用問題而專門研制的軟件。主要包括科學(xué)和工程計(jì)算機(jī)軟件、文字處理軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、圖形軟件、圖象處理軟件、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫軟件、事務(wù)管理軟件、輔助類軟件、控制類軟件等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件屬于應(yīng)用軟件，它主要實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制和管理以及企業(yè)整體生產(chǎn)的管理控制

3.1計(jì)算機(jī)控制軟件概述--計(jì)算機(jī)軟件分類2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)343.1

計(jì)算機(jī)控制軟件概述--計(jì)算機(jī)軟件分類現(xiàn)代化工業(yè)的特點(diǎn)現(xiàn)代化工業(yè)對(duì)自動(dòng)化的要求企業(yè)綜合自動(dòng)化的層次結(jié)構(gòu)及運(yùn)行模式控制層（時(shí)間為秒級(jí)）生產(chǎn)裝置優(yōu)化層（小時(shí)級(jí)）企業(yè)生產(chǎn)最優(yōu)化調(diào)度（以天或旬為單位）企業(yè)長期計(jì)劃決策（按月、季或年進(jìn)行）2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)35計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件組成

按CIMS模型結(jié)構(gòu)體系，通常五部分組成，自底向上依次是：設(shè)備控制層：實(shí)現(xiàn)對(duì)車間各設(shè)備單獨(dú)控制，保證設(shè)備按生產(chǎn)工藝要求正常工作過程控制層：按工藝生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)控制，選擇恰當(dāng)控制策略和方案進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使生產(chǎn)過程目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)；調(diào)度層：協(xié)調(diào)組織各車間、部門進(jìn)行按計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)，以滿足企業(yè)市場(chǎng)要求；管理層：對(duì)生產(chǎn)過程、生產(chǎn)質(zhì)量、人員、物料等生產(chǎn)管理要素進(jìn)行管理；決策層：根據(jù)前面各層的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)提供決策支持；3.1

計(jì)算機(jī)控制軟件概述--計(jì)算機(jī)軟件分類2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)36企業(yè)長期計(jì)劃決策企業(yè)生產(chǎn)最優(yōu)調(diào)度生產(chǎn)裝置實(shí)時(shí)全局最優(yōu)（協(xié)調(diào)）計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS工業(yè)生產(chǎn)過程

過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件需求框圖裝置優(yōu)化層先進(jìn)控制層直接控制層局部優(yōu)化先進(jìn)控制先進(jìn)控制局部優(yōu)化先進(jìn)控制先進(jìn)控制先進(jìn)控制先進(jìn)控制2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)37實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：采集現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的數(shù)據(jù)，過程控制參數(shù)；控制策略：為控制系統(tǒng)提供可供選擇的控制策略方案；閉環(huán)輸出：在軟件支持下進(jìn)行閉環(huán)控制輸出，以達(dá)到優(yōu)化控制的目的；報(bào)警監(jiān)視：處理數(shù)據(jù)報(bào)警及系統(tǒng)報(bào)警；畫面顯示：使來自設(shè)備的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)圖形畫面上的各元素關(guān)聯(lián)起來；3.1計(jì)算機(jī)控制軟件概述--計(jì)控系統(tǒng)軟件功能

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)38報(bào)表輸出：各類報(bào)表的生成和打印輸出；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢系統(tǒng)保護(hù)：自診斷、掉電處理、備用通道切換和為提高系統(tǒng)可靠性和維護(hù)性所采取的措施；通信功能：各控制單元間、操作站間、子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信功能；數(shù)據(jù)共享：具有與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享；3.1

計(jì)算機(jī)控制軟件概述--計(jì)控系統(tǒng)軟件功能

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)39衡量一個(gè)控制系統(tǒng)軟件性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)系統(tǒng)功能是否完善，能否提供足夠多的控制算法（包括若干種高級(jí)控制算法）。系統(tǒng)內(nèi)各種功能能否完善地協(xié)調(diào)運(yùn)行，如進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和控制輸出的同時(shí)，又能同時(shí)顯示畫面，打印管理報(bào)表和進(jìn)行數(shù)據(jù)通信操作。人機(jī)接口是否良好，有豐富的畫面和報(bào)表形式，較多的操作指導(dǎo)信息。另外操作要方便、靈活。系統(tǒng)的可擴(kuò)展性能如何，即是否能不斷地滿足用戶的新要求和一些特殊的需求。3.1計(jì)算機(jī)控制軟件概述2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)403.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要特征數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)三級(jí)模式DatabaseofComputerControlSystem數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)化查詢語言常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)GO2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)41數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從根本上講是一個(gè)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的記錄保持系統(tǒng)，也就是說，它的總的目的是要記錄和保持信息。一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要包括四個(gè)主要部分：數(shù)據(jù)、硬件、軟件和用戶。數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可劃分為一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫。如產(chǎn)品數(shù)據(jù)、病人數(shù)據(jù)、學(xué)生數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)既是綜合的，又是共享的?！熬C合”指可把數(shù)據(jù)庫看成若干單個(gè)不同的數(shù)據(jù)文件聯(lián)合，在那些文件間局部或全部地消除了冗余?！肮蚕怼敝笖?shù)據(jù)庫中一塊塊數(shù)據(jù)可為多個(gè)不同用戶所共享，其意義是多個(gè)用戶可存取同一塊數(shù)據(jù)。3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫—數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)定義

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)42硬件：主要是指存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的輔助存儲(chǔ)器----磁盤、磁鼓及其他附屬設(shè)備。軟件：在實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)(或稱物理數(shù)據(jù)庫)和用戶之間是一個(gè)軟件層，叫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)。用戶存取數(shù)據(jù)庫的所有請(qǐng)求都是由DBMS操作。DBMS提供了一種在硬件層之上的對(duì)數(shù)據(jù)庫的觀察，并支持用較高的觀點(diǎn)來表達(dá)用戶的操作。用戶：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的用戶是指運(yùn)用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各種業(yè)務(wù)處理工作的人或部門。用戶的業(yè)務(wù)處理是通過專門的應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)的。3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫—數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)定義

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)43數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的低級(jí)階段：從20世紀(jì)60年代后期開始，存儲(chǔ)技術(shù)取得很大發(fā)展，有了大容量的磁盤。為了提高效率，人們著手開發(fā)和研制更加有效的數(shù)據(jù)管理模式，提出了數(shù)據(jù)庫的概念。英國IBM公司1968年研制成功的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)標(biāo)志著數(shù)據(jù)管理技術(shù)進(jìn)入了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。在1969年美國數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)會(huì)公布了數(shù)據(jù)庫工作組報(bào)告，對(duì)研制開發(fā)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)起了重大推動(dòng)作用。從1970年起，IBM公司的E.E.Codd連續(xù)發(fā)表論文，又奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。從20世紀(jì)70年代以來數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展很快，得到了廣泛的應(yīng)用，已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要分支。3.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫—數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)44數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高級(jí)階段：

20世紀(jì)70年代中期以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了分布式數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫和智能型知識(shí)數(shù)據(jù)庫等，通常被稱為高級(jí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，這個(gè)階段通常被稱為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高級(jí)階段分布式數(shù)據(jù)庫：分布在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)(size)上的數(shù)據(jù)的集合。兩個(gè)主要特點(diǎn)，一是網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)庫都只有獨(dú)立處理的能力。多數(shù)數(shù)據(jù)處理就地完成，不能處理的才交其他處理機(jī)處理。另一個(gè)是計(jì)算機(jī)之間用通信網(wǎng)絡(luò)連接。每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)用可訪問本節(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)(局部應(yīng)用)，也可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)(全局應(yīng)用)。分布式數(shù)據(jù)庫在物理上是分散的，在邏輯上是統(tǒng)一的。

3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫—數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)45數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高級(jí)階段：面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫：20世紀(jì)80年代產(chǎn)生了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，一切概念上存在的小至單個(gè)整數(shù)或數(shù)字串，大至由許多部件構(gòu)成的系統(tǒng)均稱為對(duì)象。任何一個(gè)對(duì)象都有數(shù)據(jù)部分和程序部分，例如職工張三是一個(gè)對(duì)象，他25歲，每月工資1500元。這個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)部分是姓名——張三，年齡——25，工資——1500元。修改對(duì)象張三的年齡或工資，或檢索對(duì)象屬性(例如姓名、年齡、工資)的值，所使用的程序構(gòu)成了對(duì)象的程序部分。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)比一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有更多的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。未來的軟件系統(tǒng)將建立在面向?qū)ο蟮母拍钌稀?.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫—數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)46數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高級(jí)階段：智能型知識(shí)數(shù)據(jù)庫：知識(shí)庫是一門新的學(xué)科，它研究知識(shí)表示、結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)、獲取等技術(shù)。知識(shí)庫是專家系統(tǒng)、知識(shí)處理系統(tǒng)的重要組成部分。知識(shí)庫系統(tǒng)把人工智能的知識(shí)獲取技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的理論引入到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，通過抽取隱含在數(shù)據(jù)庫實(shí)體間的邏輯蘊(yùn)涵關(guān)系和隱含在應(yīng)用中的數(shù)據(jù)操縱之間的因果聯(lián)系，形式化地描述數(shù)據(jù)庫中的實(shí)體聯(lián)系。在知識(shí)庫系統(tǒng)中可以把語義知識(shí)自動(dòng)提供給推理機(jī)，從已有的事實(shí)知識(shí)推出新的事實(shí)知識(shí)。3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫—數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展

2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)47數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化：在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)是按照某種數(shù)據(jù)模型組織起來的，不僅文件內(nèi)部數(shù)據(jù)之間彼此是相關(guān)的，而且文件與文件之間在結(jié)構(gòu)上也有機(jī)地聯(lián)系在一起，整個(gè)數(shù)據(jù)庫渾然一體。較少的數(shù)據(jù)冗余度：非數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中往往會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的大量冗余，結(jié)果造成存儲(chǔ)空間浪費(fèi)。避免不相容性：這也是減少數(shù)據(jù)冗余帶來的必然結(jié)果。3.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要特征2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)48數(shù)據(jù)共享:數(shù)據(jù)共享不僅表現(xiàn)在現(xiàn)有的一些應(yīng)用能共享數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，而且表現(xiàn)在可對(duì)同樣的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)開展一些新應(yīng)用。保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性:完整性是指數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。數(shù)據(jù)獨(dú)立性:數(shù)據(jù)獨(dú)立性是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個(gè)主要目標(biāo)。文件系統(tǒng)的應(yīng)用都是數(shù)據(jù)依賴的，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，各種應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取策略的改變不敏感。3.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要特征2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)49MSSQLSERVER數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Microsoft

SQL

Server脫胎于Sybase

SQL

Server1988年，Sybase公司、Microsoft公司和Asbton-Tate公司聯(lián)合開發(fā)的OS/2系統(tǒng)上的SQL

Server問世了。后來，Asbton-Tate公司推出了SQL

Server的開發(fā)項(xiàng)目，而Microsoft公司和Sybase公司簽署了一項(xiàng)共同開發(fā)協(xié)議。到1992年，將SQL

Server移植到Windows

NT平臺(tái)上。1996年，Microsoft公司推出了SQL

Server

6.5版本。1998年又推出了SQL

Server

7.0，2000年8月推出了SQL

Server

2000，其中包括企業(yè)版、標(biāo)準(zhǔn)版、開發(fā)版、個(gè)人版四個(gè)版本3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)50MSSQLSERVER數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Microsoft

SQL

Sever2000是典型的具有客戶機(jī)/服務(wù)器體系架構(gòu)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它使用Transact-SQL語句在服務(wù)器和客戶機(jī)之間傳送請(qǐng)求和回應(yīng)。Microsoft

SQL

Sever具有可靠性、可伸縮性、可管理性、可用性等特點(diǎn)，為用戶提供了完整的數(shù)據(jù)庫使用方案。

Microsoft

SQL

Sever2000的服務(wù)器環(huán)境可是Windows

2000、Windows

NT或Windows

9x，其客戶機(jī)環(huán)境可是Windows

2000、Windows

NT、Windows

9x、Windows

3.x、MS-DOS、第三方平臺(tái)和Internet瀏覽器等。3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)51ORACLE數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)無范式要求，可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)需求構(gòu)造數(shù)據(jù)庫。采用標(biāo)準(zhǔn)的SQL結(jié)構(gòu)化查詢語言。具有豐富的開發(fā)工具，覆蓋開發(fā)周期的各階段。支持大型數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)類型支持?jǐn)?shù)字、字符、大至2GB的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)庫的面向?qū)ο蟠鎯?chǔ)提供數(shù)據(jù)支持。具有第四代語言的開發(fā)工具(SQL*FORMS、SQL*REPORTS、SQL*MENU等)。具有字符界面和圖形界面，易于開發(fā)。ORACLE7.1版本具有面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境CDE2。通過SQL*DBA控制用戶權(quán)限，提供數(shù)據(jù)保護(hù)功能，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小。分布優(yōu)化查詢功能。3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)52ORACLE數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)透明、網(wǎng)絡(luò)透明，支持異種網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。并行處理采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分片技術(shù)。支持客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)及混合的體系結(jié)構(gòu)(集中式、分布式、客戶機(jī)/服務(wù)器)。實(shí)現(xiàn)了兩階段提交、多線索查詢手段。支持多種系統(tǒng)平臺(tái)(HPUX、SUNOS、OSF/1、VMS、WINDOWS、WINDOWS/NT、OS/2)。數(shù)據(jù)安全保護(hù)措施：沒有讀鎖，完全消除了分布讀寫沖突。自動(dòng)檢測(cè)死鎖和沖突并加以解決。數(shù)據(jù)安全級(jí)別為C2級(jí)(最高級(jí))。數(shù)據(jù)庫內(nèi)模支持多字節(jié)碼制，支持多種語言文字編碼。具有面向制造系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)和面向財(cái)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)3.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)53SYBASE10數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SYBASE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從1992年11月開始開發(fā)，歷經(jīng)12—24個(gè)月的開發(fā)形成產(chǎn)品產(chǎn)品包括：SQLSERVER10(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的核心)，REPLICATIONSERVER(實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫分布的服務(wù))，BACKUPSERVER(網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的快速備份服務(wù)器)，OMINISQLGATEWAY(異構(gòu)數(shù)據(jù)庫無關(guān))，NAVIGATIONSERVER(網(wǎng)絡(luò)上可擴(kuò)充的并行處理能力服務(wù)器)，CONTROLSERVER(數(shù)據(jù)庫管理員服務(wù)器)。屬于客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的各節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的互訪。

3.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)54INGRES智能關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)INGRES數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的多項(xiàng)技術(shù)直接采用了伯克利大學(xué)最新研究成果。技術(shù)上一直處于領(lǐng)先水平。INGRES數(shù)據(jù)庫不僅能管理數(shù)據(jù)，而且還能管理知識(shí)和對(duì)象(對(duì)象是指數(shù)據(jù)與操作的結(jié)合體，計(jì)算機(jī)把他們作為整體處理)。

INGRES產(chǎn)品分為三類：第一類為數(shù)據(jù)庫基本系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)管理、知識(shí)管理、對(duì)象管理。第二類為開發(fā)工具。第三類為開放互聯(lián)產(chǎn)品

3.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)55INFORMIX數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)INFORMIX運(yùn)行在UNIX平臺(tái)，支持SUNOS、HPUX、ALFAOSF/1。采用雙引擎機(jī)制，占用資源小，簡(jiǎn)單易用。適用于中小型數(shù)據(jù)庫管理3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DB2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DB2是內(nèi)嵌于IBM的AS/400系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，直接由硬件支持。只有硬件平臺(tái)選擇了IBM的AS/400，才能選擇使用DB2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

支持標(biāo)準(zhǔn)的SQL語言，具有與異種數(shù)據(jù)庫相連的GATEWAY。具有速度快、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)56實(shí)時(shí)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指對(duì)隨機(jī)發(fā)生的外部事件及時(shí)響應(yīng)并進(jìn)行處理的系統(tǒng)?？煞譃閷?shí)時(shí)過程控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。實(shí)時(shí)過程控制系統(tǒng)主要用于各種類型的過程控制，對(duì)由傳感器送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)地加工處理，然后根據(jù)處理結(jié)果去控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)多用于實(shí)時(shí)事務(wù)處理，接收從遠(yuǎn)地終端送來的服務(wù)請(qǐng)求，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)請(qǐng)求做出正確回答。如機(jī)場(chǎng)訂票系統(tǒng)、銀行出納系統(tǒng)等2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)57實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的概念實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫RTDB(Real-TimeDataBase)是數(shù)據(jù)和事務(wù)都具有定時(shí)特性或受到定時(shí)限制的數(shù)據(jù)庫。RTDB的本質(zhì)特征是定時(shí)限制，定時(shí)限制可歸納為兩類：一類是與事務(wù)相聯(lián)的定時(shí)限制，典型的就是“截止時(shí)間”；另一類為與數(shù)據(jù)相聯(lián)的“時(shí)間一致性”。時(shí)間一致性是作為過去的限制的一個(gè)時(shí)間窗口，引起時(shí)間一致性的原因的是：數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的狀態(tài)與外部環(huán)境中對(duì)應(yīng)實(shí)體的實(shí)際狀態(tài)要隨時(shí)一致，由事務(wù)存取的各數(shù)據(jù)狀態(tài)在時(shí)間上要一致。3.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)58實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的概念目前國內(nèi)廣泛使用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫有三個(gè)產(chǎn)品：美國OSI公司的PIS(PlantInformationSystem)美國Honeywell公司的PHD(ProcessHistoryDatabase)美國AspenTech公司的IP21(InfoPlus21)對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)而言，需要及時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并快速進(jìn)行處理，常規(guī)的管理型數(shù)據(jù)庫在處理速度上不能滿足要求，因此，需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的支持。從流程工業(yè)CIMS層次功能圖可看出，整個(gè)CIMS系統(tǒng)中各功能層都需要與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫打交道，而過程監(jiān)控層和過程控制層尤為密切，如動(dòng)態(tài)流程顯示、報(bào)警、棒圖、趨勢(shì)曲線等，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為核心的監(jiān)控平臺(tái)如圖7.3所示3.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

—常見數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)593.3工業(yè)組態(tài)軟件簡(jiǎn)介概述工業(yè)組態(tài)軟件功能使用工業(yè)組態(tài)軟件步驟幾種工業(yè)組態(tài)軟件簡(jiǎn)介

BriefIntroductionofIndustrialConfigurationSoftware2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)603.3

工業(yè)組態(tài)軟件簡(jiǎn)介—概述計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為兩層：I/O控制層和操作監(jiān)控層。I/O控制層主要完成對(duì)過程現(xiàn)場(chǎng)I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC)；操作監(jiān)控層則實(shí)現(xiàn)一些與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面功能操作監(jiān)控層監(jiān)控軟件編制可采用兩種方法：一是采用VisualBasic、VisualC、Delphi、PB等基于Windows平臺(tái)的開發(fā)程序來編制；二是采用監(jiān)控組態(tài)軟件來編制。2023/6/6計(jì)算機(jī)控制技術(shù)613.3

工業(yè)組態(tài)軟件簡(jiǎn)介—概述組態(tài)軟件是監(jiān)控系統(tǒng)不可缺少的部分，其作用是針對(duì)不同應(yīng)用對(duì)象，組態(tài)生成不同的數(shù)據(jù)實(shí)體。組態(tài)過程是針對(duì)具體應(yīng)用的要求進(jìn)行各種與實(shí)際應(yīng)用有關(guān)的系統(tǒng)配置及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、控制算法、圖形、報(bào)表等的定義，使生成的系統(tǒng)