電路或電網(wǎng)絡(luò)知識(shí)點(diǎn)梳理匯總

三相電路不過(guò)是三個(gè)單相電路的組合。因?yàn)檫@個(gè)事實(shí)，所以平衡在功率因數(shù)為1時(shí)，單相電路的功率值每個(gè)周波有兩次為零。當(dāng)功率因數(shù)小于1時(shí)，功率在同樣功率大小單相電傳輸所需銅線的3/4。三相電壓的產(chǎn)生三相電路可由三個(gè)頻率相間相位上相差120°電角度的電動(dòng)勢(shì)供電。這樣的三相正弦電動(dòng)勢(shì)如圖1-1B-1所示。這些相差120°電角度。線圈的頭尾可以從發(fā)電機(jī)中全部引出，組成三個(gè)獨(dú)或相繞組。這些繞組在電樞表面上是按它們產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間相位上相差120°分布的。每一個(gè)線圈的兩端均標(biāo)有字母S和F(起始和終結(jié))。圖1-1B-2a中，所有標(biāo)有S的線圈端連接到一個(gè)公共點(diǎn)N,三個(gè)標(biāo)有F的線圈端被引出到接線端A、B和C,形成三相三線電源。這種聯(lián)接形式被稱為Y形聯(lián)接。中性聯(lián)接經(jīng)常被引出接到接線板上，如圖1-1B-2a的虛線所示，形成三相四線系統(tǒng)。交流發(fā)電機(jī)每相產(chǎn)生的電壓被稱為相電壓(符號(hào)為Ep)。如果中性聯(lián)接從發(fā)電機(jī)中引出，那么從任一個(gè)接線端A、B或C到中性聯(lián)接N間壓。三個(gè)接線端A、B或C中任意兩個(gè)間的電壓被稱為線到線的電壓，或簡(jiǎn)稱線電壓(符機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向決定，但可以通過(guò)交換發(fā)電機(jī)外的三條線路導(dǎo)線中的任意兩導(dǎo)線和中性線)來(lái)改變相序。將三相繞組排列成如圖1-1B-2b所示的Y形有助于Y形聯(lián)接電路圖的繪制。注意，圖1-1B-2b所示的電路與圖1-1B-標(biāo)注了字母的電路圖后，繪制的相量圖如圖1-1B-2c所示。相量圖可顯示相隔120°的三半周定義A點(diǎn)相對(duì)于N的極性(),那么在用于同一相量圖中時(shí)就應(yīng)等于這兩個(gè)接線端相對(duì)于中性線間的電位差。例如，線電壓等于A接線端相對(duì)于中性線間的電壓()減去B接線端相對(duì)于中性線間的電壓()。為了從中減去，必需將反相，并把此相量加到上。相量和幅值相等，相位相差60°,如圖1-1B-2c所示。由圖形可以看出示。因此，在對(duì)稱Y形聯(lián)接中星(Y)形聯(lián)接發(fā)電機(jī)的電流關(guān)系從發(fā)電機(jī)接線端A、B和C(圖1-1B-2)流到線路導(dǎo)線的電流必定從中性點(diǎn)N中流出，并流過(guò)發(fā)電機(jī)線圈。因此流過(guò)每一條線路導(dǎo)線的電流()必定等于與其相連接的相電流()。在Y形聯(lián)接中A運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器像廣義放大器這樣的電子器件存在的一個(gè)問(wèn)題就是它們的增益AU或AI取決于雙運(yùn)算放大器的全面綜合分析超越了某些教科書(shū)的范圍。在這里我子，然后給出兩個(gè)運(yùn)算放大器定律并說(shuō)明在許多實(shí)用電路中怎樣使時(shí)則不必考慮后者。兩個(gè)輸入電壓和輸出電壓用符號(hào)U+、U-和Uo表示。每一個(gè)電壓均指換句話說(shuō)，輸出電壓是A乘以兩輸入間的電位差。每一個(gè)的增益為10,那么將會(huì)得到此數(shù)值的A)。第二個(gè)重要因素是這些電路是按照流入在正極輸入的電壓U+等于電源電壓，即U+=Us。各個(gè)電流定義如圖1-2A-2中的b圖所示。特的事實(shí)，利用歐姆定律，可得負(fù)極輸入電壓U-:因此U-=IR1,并由式(1-2A-3)可得：因?yàn)楝F(xiàn)在已有了U+和U-的表達(dá)式，所以式(1-2A-1)可用于這是電路的增益系數(shù)。如果A是一個(gè)非常大的數(shù)，大到足夠使AR1>>(R1+R2),那么分式的分母主要由AR1項(xiàng)決定，存在于分子和分母的系數(shù)A就可對(duì)消，增益可用下式表示這表R1和R2的選擇來(lái)控制。這是運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的重要特征之一——在信號(hào)作用下，電路的動(dòng)作僅取決于能夠容易被設(shè)計(jì)者改變的外部元件，而不注意，如果A=100,000,而(R1+R2)/R1=10,那么為此優(yōu)點(diǎn)而付出的代價(jià)是100,000倍電壓增益的器件產(chǎn)生一個(gè)具有10倍增益的放大器。從某種意義上說(shuō)，使用運(yùn)算放大器是以“能量”為代價(jià)來(lái)?yè)Q取“控制”對(duì)各種運(yùn)算放大器電路都可作類(lèi)似的數(shù)學(xué)分析，但是這比較麻煩，并且存在1)第一個(gè)定律指出：在一般運(yùn)算放大器電路中，可以假設(shè)輸入端間的電壓為零，也第一個(gè)定律是因?yàn)閮?nèi)在增益A的值很大。例，如果運(yùn)算放大器的輸出是1V,并且A=100,000,那么這是一個(gè)非常小、可以忽略的數(shù)，因此可設(shè)U+=U-。第二個(gè)定律來(lái)自于運(yùn)B (N型);或者產(chǎn)生"空穴",又稱正電荷(P型)。由N型摻雜和P型摻雜處理的鍺或硅的區(qū)域(例如“P”區(qū)和“N”區(qū)),所以晶體管被叫作雙向器件，或雙向晶體管因此晶體管不竭的自由電子源(因?yàn)榈撞康腜區(qū)發(fā)射電子，所以它被稱為發(fā)射極)。這些電子被頂部P電壓控制，所以中間層被稱為基極。因此，當(dāng)晶體管外加電壓接連正確(圖1-2B-3)后工端時(shí)——被稱為共發(fā)射極連接。)這是晶體管最常見(jiàn)的連接方式，但種連接方法——共基極連接和共集電極連接。但是在每一種情況下晶體管的工作原理是相電壓極性必須正確(基極電路加正向偏置電壓，集電極電源的連接要保證公共端(發(fā)射極)性正好相反(圖1-2B-4)。也就是說(shuō)，發(fā)射極相對(duì)于基極和集電極來(lái)說(shuō)極性總是負(fù)的(在NPN型晶體管中，“N”代表負(fù))。這一點(diǎn)也可以從NPN型晶體罩”,這三個(gè)引腳在底部形成三角狀。觀看底部時(shí)，"三角形"上面的管腳的管腳(由一個(gè)彩色點(diǎn)標(biāo)出)為集電極，其左面的管腳為發(fā)射極。集電極引腳到基集引腳的間距也許比發(fā)射極到基集引腳的間距要大。在其它T0外殼中，三個(gè)引腳可能有形形狀(但是基極、集電極和發(fā)射極的位置不一定相同),或三個(gè)引腳排成一條直線。使人管腳排成一條直線，這條直線與半圓型“外罩”的切面就是文中說(shuō)的aflatside,這也是現(xiàn)在很常見(jiàn)的一種晶體管外殼。)對(duì)T092子系列a(T092a):1=發(fā)射極2=集電極3=基極對(duì)T092子系列b(T092b):1=發(fā)射極2=基3=集電極更容易使人搞亂的是一些晶體管只有兩個(gè)管腳(第三個(gè)管腳已在里邊和外殼連接);一些和晶體管的外形很像的外殼底部有三個(gè)以上的管腳。實(shí)際上，這些都是集屬外殼，帶有延長(zhǎng)的底部平面，底部平面上還有兩個(gè)安裝孔。功率晶射極和基極),通常會(huì)標(biāo)明。集電極在內(nèi)部被連接到外殼上，因此，與集電極的連接要通過(guò)邏輯變量我們討論的雙值變量通常叫做邏輯變量，而象或和與這樣操作?，F(xiàn)在我們將簡(jiǎn)要地討論一下這些術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)聯(lián)，并在此過(guò)程中，闡明用標(biāo)示“真”假設(shè)當(dāng)你和A在客艙時(shí)，你抬頭發(fā)現(xiàn)B也已經(jīng)來(lái)到了你所在的客艙中。基于你的邏輯推理?yè)Q句話說(shuō)，假設(shè)每一位飛行員座位下面有一個(gè)電子裝置，當(dāng)座壓為V1,當(dāng)座位上無(wú)人時(shí)，其輸出電壓為V2?，F(xiàn)在我們用“真”來(lái)代表電壓V2,從而使電壓V1表示“假”。讓我們進(jìn)一步制作一個(gè)帶有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的電路，此電路的特性是：只要兩個(gè)輸入，即一個(gè)輸入同時(shí)和另一個(gè)輸入相與，結(jié)果為V2時(shí)，輸出電壓才是裝一個(gè)與輸出Z相連的警鈴，當(dāng)輸出是V2(“真”)時(shí)響應(yīng)，否則不A=飛行員A已離開(kāi)座位為真(T)被寫(xiě)為1和0,對(duì)這些變量的代數(shù)運(yùn)算是與、或和非。在1938年，香權(quán)重以2的冪次增加或減少。數(shù)字可被編碼為兩個(gè)電平的脈沖串，通常1-3B-1所示。1-3B-1b中的脈沖序列能夠譯為：二進(jìn)制：1'25+0'24+1'23+0'22+1'21+1'20=101011十進(jìn)制：32+0+8+0+2+1=43數(shù)。二進(jìn)制位叫作比特。寫(xiě)為0.1101的二進(jìn)制小數(shù)意味著0.1101=1'2-1+1'2-2+0'2-3+1'2-4=1/2+1/4+0+1/16二進(jìn)制數(shù)0.1101表示為十進(jìn)制數(shù)=0.500+0.250+0.062=0.812小于1的十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換可通過(guò)連續(xù)乘2獲得。對(duì)于結(jié)果在小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn)左邊為0的每一步，記錄二進(jìn)制位0,然后繼續(xù)計(jì)算。數(shù)是2266。通過(guò)使用導(dǎo)電塊上的電刷，光學(xué)讀卡機(jī)或碼盤(pán)，經(jīng)常用格雷碼將角位移或直線式是其它一些碼被設(shè)計(jì)來(lái)降低傳輸誤差，在這些碼中將1變?yōu)?或?qū)?變?yōu)?。通常，檢測(cè)單一誤差的代碼可通過(guò)把檢驗(yàn)位與原始碼相加獲得。合成碼將有偶數(shù)個(gè)或奇數(shù)個(gè)1,這些碼被稱為偶數(shù)奇偶校驗(yàn)碼或奇數(shù)奇偶校驗(yàn)碼，例如0000的奇數(shù)奇偶校驗(yàn)碼將是10000;在任何位的誤差將使結(jié)果具有偶數(shù)個(gè)1,接收裝置將會(huì)進(jìn)行校正。多重誤差可通過(guò)更為復(fù)雜的代A功率半導(dǎo)體器件功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成了現(xiàn)代電力電子設(shè)備的核心。它們以通-斷氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管絕緣柵雙極型晶體管金(本征層),位于P-N結(jié)的中部以阻斷反向電壓。圖1-4A-1給出了二極管符號(hào)和它的伏安特性曲線。在正向偏置條件下，二極管可用一個(gè)結(jié)導(dǎo)通壓降為1.0伏。導(dǎo)通壓降會(huì)引起導(dǎo)通損耗，必須用合適晶閘管閘流管或可控硅一直是工業(yè)上用于大功率變換和控制的傳統(tǒng)設(shè)備。50年代后期，這圖1-4A-2給出了晶閘管符號(hào)和它的伏安特性曲線。基本上，晶閘管是一個(gè)三結(jié)P-N-P-N器件，器件內(nèi)P-N-P和N-P-N兩個(gè)三極管按正反饋方式連接。晶閘管可阻斷正向和反向電壓(對(duì)稱阻斷)。當(dāng)陽(yáng)極為正時(shí)，晶閘管可由一個(gè)短暫的正門(mén)極電流脈沖觸發(fā)導(dǎo)通；但晶閘管如果電壓超過(guò)臨界極限(轉(zhuǎn)折電壓),晶閘管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。隨著門(mén)極控制電流IG的增加，電流，晶閘管轉(zhuǎn)換到正向阻斷狀態(tài)。相對(duì)反向電壓而言，晶閘管末端的P-N結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。現(xiàn)在的晶閘管具有大電壓(數(shù)千伏)、大電流(數(shù)千安)額定值。雙向可控硅雙向因此用于感性負(fù)載比較困難。雙向可控硅電路必須RC流增益定義為陽(yáng)極電流與阻斷所需的負(fù)門(mén)極電流之比，典型值為4或5,非常低。這意味著6000安培的GTO需要1,500安培的門(mén)極電流脈沖。但是，脈沖化的門(mén)極電流和與其相關(guān)的補(bǔ)償器和大容量AC/DC電源。大容量GTO的出現(xiàn)取代了強(qiáng)迫換流、電壓回饋的可控硅換流在漏極和源極之間流過(guò)由多數(shù)載流子(電子)組成的電流。雖然柵極阻抗在穩(wěn)態(tài)非常高，有延遲。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在低壓、小功率和高頻(數(shù)十萬(wàn)赫茲)開(kāi)關(guān)應(yīng)用等領(lǐng)域得到極其極型晶體管在20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)的絕緣柵雙極型晶體管是功率半導(dǎo)體器件發(fā)展歷史上的一個(gè)重要里程碑。它們?cè)谥械裙β?數(shù)千瓦到數(shù)兆瓦)的電力電子設(shè)備上處處可見(jiàn)，被廣泛用于直流/交流傳動(dòng)和電源系統(tǒng)。它們?cè)跀?shù)兆瓦功率級(jí)取代了雙極結(jié)型綜合了MOSFET和BJT的優(yōu)點(diǎn)。它的結(jié)構(gòu)基本上與MOSFET的結(jié)構(gòu)相似，只是在MOSFET的端子電流。由寄生N-P-N晶體管引起的與晶閘管相似的阻塞作用通過(guò)有效地減少P+層電阻連接成正反饋方式。但與晶閘管不同的是MCT只有單極(或不對(duì)稱)電壓阻斷能力。如果MCT的門(mén)極電壓相對(duì)于陽(yáng)極為負(fù)，在P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的P溝道受到感應(yīng)，使N-P-N晶體管正向偏置。這也使P-N-P晶體MCT況下，壓降為1伏左右(類(lèi)似于晶閘管)如果MCT的門(mén)極電壓相對(duì)于陽(yáng)極為正，N型場(chǎng)效此它需要有一個(gè)較小的死區(qū)。1992年在市場(chǎng)上可見(jiàn)到MCT,現(xiàn)在可買(mǎi)到中等功率的MCT。MCT有單位關(guān)斷電流增益的高壓、大功率、硬驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱阻塞的GTO。這表示具有可控3,000安培陽(yáng)極電流的4,500VIGCT需要3,000安培負(fù)的門(mén)極關(guān)斷電流。這樣一個(gè)持續(xù)時(shí)間非常短、di/dt非常大、能量又較小的門(mén)極電流脈沖可以由多個(gè)并聯(lián)的MOSFET來(lái)提供，并且驅(qū)動(dòng)電二極管。導(dǎo)通壓降、導(dǎo)通時(shí)電流上升率di/dt、門(mén)驅(qū)動(dòng)器損耗、斷時(shí)電壓上升率dv/dt均優(yōu)于GTO。IGCT更快速的通斷時(shí)間使它不用加緩沖器并具有比GTO鎖電力網(wǎng)安裝(100兆伏安)和中等功率(最大5兆瓦)工業(yè)驅(qū)動(dòng)。電力電子變換器能將電力從交流轉(zhuǎn)換為直流(整流器),直流轉(zhuǎn)換為直流(斬波器),直流轉(zhuǎn)換為交流(逆變器),同頻率交流轉(zhuǎn)換為交流(交流控制器),變頻率交流轉(zhuǎn)換為交流(周波變換器)。它們是四種類(lèi)型的電力電子變換器。變換器被廣泛用于二極管和相控整流器是電力電子設(shè)備中份額最大的部分，它們型值約為98%。但是，它們的缺點(diǎn)是在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波，對(duì)其他用戶產(chǎn)生供電質(zhì)量問(wèn)變換器被廣泛用于大功率工業(yè)應(yīng)用。圖1-4B-5給出了周波變換器的框圖。對(duì)驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)電來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。輸出頻率可從零(整流器工作)到一個(gè)上限值之間變化，上限值總是低于輸入頻率(降頻周波變換器),功率流可以是可逆的用于四象限電機(jī)速度控制。在變速恒頻系恒定(通常60或400赫茲)。圖1-4B-5給出了變頻轉(zhuǎn)換框圖。圖1-4B-5a一般用于先將輸入交流整流，然后通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成可變頻交流。圖1-4B-5b,輸入交流先A直流電機(jī)分類(lèi)永磁直流電機(jī)用于低轉(zhuǎn)矩場(chǎng)合。當(dāng)使用這種電機(jī)時(shí)，直流電源與電樞最常用的一種直流電機(jī)。如圖1-5A-3所示，并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的激磁繞組與電樞繞組并聯(lián)導(dǎo)線的匝數(shù)多，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)很強(qiáng)。并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的大部分電流(大約95%)流過(guò)電樞電路。激磁方向相反。串聯(lián)繞組的連接方法有兩種。一種方法稱為短并聯(lián)(見(jiàn)圖1-5A-4),這種組的兩端(見(jiàn)圖1-5A-4)。復(fù)勵(lì)式電機(jī)具有類(lèi)似于串勵(lì)式電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也具有類(lèi)似機(jī)，再把這種方法用于其它電機(jī)。為此，兩個(gè)相關(guān)的公式是轉(zhuǎn)矩和電流公式圖1-5A-5給出電樞電流變得相對(duì)較小，使轉(zhuǎn)速n的分子項(xiàng)變得較大。這導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升。轉(zhuǎn)速增加的范圍控制器，具有三種作用——穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)，調(diào)整阻尼比到期望值；通過(guò)積分作用，使穩(wěn)態(tài)速度參考值Ia*限制為Iam*,傳動(dòng)裝置的電流不允許超過(guò)最大允許值。在最大允許電樞電流下此增益而設(shè)計(jì)的傳動(dòng)裝置設(shè)置的阻尼比為0.707,給出了百分之五的超調(diào)量。在不連續(xù)導(dǎo)電小電機(jī)更能承受大的暫態(tài)電流，因此，為獲得快速的A交流機(jī)簡(jiǎn)介將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的電機(jī)是傳動(dòng)系統(tǒng)中的主流傳動(dòng)。一般可將交流機(jī)分類(lèi)如下：感應(yīng)電機(jī)：鼠籠或繞線式轉(zhuǎn)子(雙饋),旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)；同步電機(jī)：旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)、繞線式激磁(轉(zhuǎn)子)或永磁磁鐵，徑向或軸向氣隙 (圓盤(pán)狀),凸磁極或內(nèi)(隱)磁極，正弦波磁場(chǎng)或梯形波磁場(chǎng)；變阻抗電機(jī)：開(kāi)關(guān)磁阻電量的電機(jī)都可買(mǎi)到。小容量電機(jī)一般是單相電機(jī)，但多相(三相)電機(jī)經(jīng)常用于變速傳和轉(zhuǎn)子的核用層壓鐵磁鋼片制成，電機(jī)內(nèi)的氣隙實(shí)際上是均勻的(非凸極結(jié)構(gòu))。感應(yīng)電機(jī)為了滿足各種工業(yè)應(yīng)用中對(duì)啟動(dòng)和運(yùn)行的要求，可從制造廠家得類(lèi)電機(jī)這類(lèi)電機(jī)適用于啟動(dòng)負(fù)載低(諸如風(fēng)扇、泵類(lèi)負(fù)載)以便能快速達(dá)到全速，因而避機(jī)這類(lèi)電機(jī)是很好的通用電機(jī)，有著廣泛的工業(yè)應(yīng)用。它們特別適合對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不是電機(jī)適合驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、輸送機(jī)等等。D類(lèi)電機(jī)此類(lèi)電機(jī)適合電機(jī)恒速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用而言，它是一位非常重要的競(jìng)爭(zhēng)者。圖1-6A-3給出了一臺(tái)理想的三相、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)拉動(dòng)轉(zhuǎn)子與它一同旋轉(zhuǎn)。直流激磁電流由靜態(tài)整流器通子周?chē)臍庀妒遣痪鶆虻?，不均勻的氣隙在d軸和q軸上造成了不對(duì)稱的磁阻。與其(凸極式同步機(jī))對(duì)應(yīng)的另一種電機(jī)是有均勻氣隙的圓柱體形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)(與異步機(jī)相似),定用于大功率(數(shù)兆瓦)驅(qū)動(dòng)。變阻抗電機(jī)變阻抗或雙阻抗電商品化以參與和感應(yīng)電機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)。圖1-6A-4給出了有四對(duì)定子極對(duì)數(shù)、三對(duì)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)的是正弦分布繞組),每一對(duì)定子極繞組，如圖所示，由變換器的一相供電。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子極對(duì)a-a‘接近定子極對(duì)A-A‘時(shí)，定子極對(duì)A-A’被通電，通過(guò)磁拉力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，當(dāng)兩個(gè)極對(duì)重合時(shí)，定子極對(duì)A-A'斷。借助于轉(zhuǎn)子位置編碼器，電機(jī)的四對(duì)繞組依次、與轉(zhuǎn)子同步這種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固；也可能它比其它電機(jī)要便感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電機(jī)的同步速和轉(zhuǎn)差決定。同步速與電源頻恒頻率或定子電壓控制，(2)變電壓變頻率控制，(3)變電流變頻率控制，和(4)轉(zhuǎn)差器每一橋臂上的每個(gè)晶閘管導(dǎo)通180°,在電機(jī)的一相產(chǎn)生方波電壓。線電壓可被顯示為如圖1-6B-2和1-6B-3來(lái)幫助解釋。用于此類(lèi)傳動(dòng)裝置的電機(jī)具有低轉(zhuǎn)差特性，并提高效率。保持恒定，則就像直流并激電機(jī)一樣可使氣隙磁通保持不變。圖1-6B-2顯示了期望的電機(jī)電壓-頻率關(guān)系。在基頻(1.0標(biāo)幺值)以下，氣隙磁通由于伏特/赫茲恒定而保持不變，這式運(yùn)行。這與直流電機(jī)弱磁調(diào)速類(lèi)似。電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的轉(zhuǎn)所示，其中每一條轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線都對(duì)應(yīng)于電機(jī)接線端特定的電壓和頻超過(guò)10:1。最近，此類(lèi)傳動(dòng)裝置在很大程度上已被下一部分將要介紹的PWM傳動(dòng)裝置所代著調(diào)制指數(shù)超過(guò)1,電壓可一直增加，直到獲得方波波形中的最大電壓。因此，PWM制適用于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)(如圖1-6B-2),然而，在恒功率區(qū)，運(yùn)行等同于方波傳動(dòng)裝置。指定此類(lèi)PWM,其中角度查詢表存儲(chǔ)在ROM存儲(chǔ)器中。在PWM乓乓控制方法中，逆變器開(kāi)關(guān)控制壓至傳輸線所需高電壓),傳輸線，變電站(電壓降至配電線電壓等級(jí)),配電線路和降壓變壓器(將配電電壓降至用戶設(shè)備使用的電壓水平)。1、電站。電力系統(tǒng)的電站包括原動(dòng)圍是1000伏到26000伏。變壓器把電壓升至138000到765000伏后，送至主傳輸線上。因?yàn)閷?duì)于長(zhǎng)距離傳輸，電壓越高，效率越高。在變電站，電壓被降至69000到138000伏，以便在配電系統(tǒng)中傳輸。另外一組變壓器把電壓進(jìn)一步降至配電等級(jí)，如2400到4160伏，或者15,27,33KV。最終，在使用端，經(jīng)配電變壓器，電壓再次被降至240V或120V。3、傳低了傳輸線的成本。在當(dāng)前的直線安裝中，每公里高壓線只需建立6個(gè)鐵塔。在一些地區(qū)，345KV的電流。4、輔助設(shè)備。每個(gè)配電系統(tǒng)包含大量輔助設(shè)備來(lái)保護(hù)發(fā)電型斷路器(如那些用來(lái)保護(hù)發(fā)電機(jī)和主輸電線的斷路器)通常浸入絕緣液體里面，如油，以停電的風(fēng)險(xiǎn)。例如，2003年8月14日，美國(guó)和加拿大發(fā)生了歷史上最嚴(yán)重的停電事故。當(dāng)時(shí)，這個(gè)區(qū)域61800兆瓦的電力供應(yīng)中斷因，在電力傳輸系統(tǒng)中，經(jīng)常使用大型電容器。2、世界電力生產(chǎn)。從1950年到2003年，最近一年的可用數(shù)據(jù)顯示，每年世界電力生產(chǎn)和消費(fèi)從小于1萬(wàn)億千瓦時(shí)增長(zhǎng)到15.9萬(wàn)億千瓦時(shí)。同樣，發(fā)電類(lèi)型也發(fā)生了變化。在1950年，世自水電。2003年，熱源生產(chǎn)65%的電能，水電卻降至17%,核電占總量的16%。出于安全的考慮，在一些國(guó)家，特別是美國(guó)，核能的增長(zhǎng)緩慢。2003年，美國(guó)電能的20%來(lái)自核電廠；是用來(lái)監(jiān)視、控制和保護(hù)電力系統(tǒng)的設(shè)備集合。電力系統(tǒng)自動(dòng)化指的是使用I&C設(shè)備互感器：儀表(用)互感器用來(lái)檢測(cè)電力系統(tǒng)電流和電壓值。它們和電把儀表(用)互感器輸出的模擬信號(hào)從一種幅值變換到另一種，或者從一種類(lèi)型變換到另一連接，并用端口交換機(jī)進(jìn)行通信。一旦建立鏈接，用戶可以通過(guò)端口交換機(jī)與連接的變電站IED進(jìn)行通信。端口交換機(jī)只不過(guò)是IED通信的通道。儀表：儀表是用來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)電流、電壓和功率進(jìn)行精確測(cè)量的IED。測(cè)量值(如需求量和峰值)可以保存在儀表中，用于創(chuàng)建電力系統(tǒng)運(yùn)行的歷史信息。數(shù)字故障記錄儀：數(shù)字故障記錄儀，是記錄電力系統(tǒng)干擾信息的IED。當(dāng)檢測(cè)到電力系統(tǒng)出現(xiàn)情況時(shí)，它能以數(shù)字形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。諧波、頻率和電壓都是能被DRF捕捉到的例子。負(fù)載抽頭開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器：負(fù)載抽頭開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器是用來(lái)改變置的裝置。這些設(shè)備可以自動(dòng)工作，或者受控于現(xiàn)場(chǎng)IED或者遠(yuǎn)程操作人員或過(guò)程。自動(dòng)重合閘控制器：自動(dòng)重合閘控制器遠(yuǎn)程控制自動(dòng)重合閘裝置和開(kāi)關(guān)。這些設(shè)備監(jiān)視、存儲(chǔ)電力系統(tǒng)狀況，決定進(jìn)行控制操作的時(shí)機(jī)。它們也接收來(lái)自遠(yuǎn)程人員或過(guò)程的命令。時(shí)間同步源：時(shí)間同步源是一種智能電子設(shè)備，用來(lái)產(chǎn)生日歷時(shí)鐘值，并傳送給其它IED,使其時(shí)鐘保持一致。協(xié)議網(wǎng)關(guān)：IED通過(guò)特定語(yǔ)言或協(xié)議進(jìn)行串行通信連接。協(xié)議網(wǎng)關(guān)把一種通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為另一種。這個(gè)任務(wù)通常由PC機(jī)的軟件完成。人機(jī)界面：變電站中作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)和可編程進(jìn)行邏輯控制的IED。和RTU一樣，每個(gè)觸點(diǎn)和變換器都有一對(duì)專用的銅導(dǎo)線連到PLC的面板。熟悉PLC開(kāi)發(fā)環(huán)境的人員可以對(duì)其進(jìn)行編程，從傳感器數(shù)據(jù)生成信息，執(zhí)行自動(dòng)控制。PLC可以通過(guò)串口，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給其它設(shè)備，也可以從其它設(shè)備接收數(shù)據(jù)和控制命令。保護(hù)繼電器：保護(hù)繼電器是一種用來(lái)檢測(cè)電力系統(tǒng)擾動(dòng)，自動(dòng)執(zhí)行I&C系統(tǒng)和電力系統(tǒng)中控制操作，保護(hù)人員和設(shè)備安全的智能電子設(shè)備。繼電器擁有現(xiàn)場(chǎng)引出端，因此對(duì)應(yīng)于每個(gè)觸點(diǎn)的銅導(dǎo)線不必連接到RTU和PLC的終端面板上。由于繼電器直接從儀表(用)變壓器接收信號(hào)，也不必使用變換器。保護(hù)繼電器產(chǎn)生測(cè)量信息，收集系統(tǒng)狀態(tài)信息和存儲(chǔ)電力系統(tǒng)操作的歷史記錄。通信處理機(jī)：通信處理機(jī)是變電站控制器，把其它許多I&C設(shè)備的功能整合到一臺(tái)IED中。它具有多個(gè)通信端口，支持多種同步通信鏈接。通信處理機(jī)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集功能，控制其它變電站的IED,并把用于發(fā)送的采集數(shù)據(jù)集中到變電站內(nèi)部和外部的一個(gè)或多個(gè)主機(jī)上。通信處理機(jī)集成了很多IED的特性，包括RTU,通信交換機(jī)，協(xié)議網(wǎng)關(guān)，時(shí)間同步源和有限的PLC功能。通信處理機(jī)具有本地終端I/0,當(dāng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，能夠進(jìn)行撥叫，讓人員和處理機(jī)提高警惕。電力系統(tǒng)自動(dòng)化電力系統(tǒng)集成：電力系統(tǒng)集成是在I&C系統(tǒng)中的IED和遠(yuǎn)程用戶之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的操作。變電站集成指的是將局部和整個(gè)變電站的IED數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，對(duì)于變電站內(nèi)所有I&C數(shù)據(jù)，只有一個(gè)單一聯(lián)系點(diǎn)。桿頂設(shè)備通常通過(guò)無(wú)線或光纖連接與變電站進(jìn)行通信。遠(yuǎn)程、本地變電站和饋線控制像單一聯(lián)系點(diǎn)一樣通過(guò)變電站控制器。一些系統(tǒng)用直接連接與RTU,保護(hù)繼電器和控制器等桿頂設(shè)備進(jìn)行旁路連接。電力系統(tǒng)自動(dòng)化：電力系統(tǒng)自動(dòng)化是通過(guò)I&C設(shè)備自動(dòng)控制電力系統(tǒng)的行為。變電站自動(dòng)化指的是使用IED數(shù)據(jù)、變電站內(nèi)部的調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制能力和來(lái)自遠(yuǎn)程用戶的控制命令去控制電力系統(tǒng)設(shè)備。由于真正的變電站自動(dòng)化依賴于變電站集成，這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)通?；ビ?。電力系統(tǒng)自動(dòng)化涵蓋電力生產(chǎn)和發(fā)送的各個(gè)環(huán)節(jié)。其中一些環(huán)節(jié)涉及電力傳輸和分配的各個(gè)級(jí)別，即電力輸送自動(dòng)化。對(duì)于變電站和桿頂電力輸送系統(tǒng)的監(jiān)控能減少斷電的發(fā)生，縮短斷電時(shí)間。IED、通信協(xié)議和前面描述的通信方法作為一個(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化。電力輸送自動(dòng)化：盡管各個(gè)公共部門(mén)不同，但大多數(shù)認(rèn)為電力輸送自動(dòng)化，配電變電站和饋電線路應(yīng)包括：監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集一操作員監(jiān)視和控制，配電自動(dòng)化一故障定位，單變量和多變量系統(tǒng)：?jiǎn)巫兞肯到y(tǒng)被定義為對(duì)于一個(gè)參考或命控制系統(tǒng)工程由控制結(jié)構(gòu)的分析和實(shí)際組成。分析是對(duì)所存在的系2)系統(tǒng)模型的線性化；3)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析；4)系統(tǒng)的非線性仿真；5)控制思想和方法的建立；6)性能指標(biāo)的選擇；7)控制器的設(shè)計(jì)；8)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析；9)整個(gè)系統(tǒng)的非線性仿真；10)所用硬件的選擇；11)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的建立和測(cè)試；12)產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)；13)產(chǎn)品模型的測(cè)試。這個(gè)順序不是固定的，全包括的或必要次序的。這里給出為后續(xù)對(duì)于實(shí)際的系統(tǒng)，由于其積分特性要強(qiáng)于微分特性，所以N(s)的階次要低于D(s)的階次。稍后將表明，在頻率域使用的頻率傳遞函數(shù)(FTF)可以通過(guò)將傳遞函數(shù)里s換成ja而得到。在方程(2-1B-2)中，分母D(s)稱為特征函數(shù)是因?yàn)槠浒讼到y(tǒng)的所有物理特性。將符號(hào)，因此，正如會(huì)影響輸出的穩(wěn)態(tài)值一樣會(huì)影響瞬態(tài)響應(yīng)的形狀。(70頁(yè)止)解(動(dòng)態(tài)解)和特解(穩(wěn)態(tài)解),且初始條件已經(jīng)自動(dòng)地包括了。最后，從拉氏域轉(zhuǎn)換到頻(拉氏變換第一段止)穩(wěn)定的，則其停留在穩(wěn)態(tài)(或者平衡點(diǎn)),除非是受到外部激勵(lì)，且當(dāng)外部激勵(lì)去除后，輸出又回到穩(wěn)態(tài)點(diǎn)。輸出經(jīng)過(guò)瞬態(tài)階段后將回到與輸入有相同形式的穩(wěn)態(tài)或者是在輸入的附系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以用連續(xù)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)y,(1)或者離散系統(tǒng)的Kronrcker△響應(yīng)義。因此盡管我們?yōu)榱朔奖愎ぷ髟诶嫌蚧蛘哳l率域，我們必須與時(shí)間域(至少是定性的)即指數(shù)衰減的瞬態(tài)解衰減至其初始值的36.8%所需的時(shí)間(秒數(shù))。因?yàn)?，?dāng)t=T,,對(duì)于一階慣性環(huán)節(jié)，時(shí)間常數(shù)是T秒。這也是為什么一階解衰減至初始值的1.8%。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是使裝置在有指令信號(hào)或者干擾時(shí)有滿意的行為(時(shí)域響應(yīng))。設(shè)計(jì)者知識(shí)是很有必要的。方程2-2B-7的兩個(gè)誤差項(xiàng)都能通過(guò)在控制器中加入積分器而消除。這些附加的積分器增加了系統(tǒng)的型(例如，從1型系統(tǒng)變?yōu)?型系統(tǒng)),因此可以消除速度誤零點(diǎn)是使Z(s)為零的s值，用符號(hào)o表示。不能自動(dòng)地假設(shè)這個(gè)零點(diǎn)就是使N(s)為零的閉環(huán)傳遞函數(shù)的零點(diǎn)。它可能是，但不一定。極點(diǎn)是使P(s)s表示n個(gè)極點(diǎn)，其值為零，位于s平面的原點(diǎn)。特征方程的根前面已經(jīng)定義為使D(s)為角的向量，并如圖2-3A-1.所示。請(qǐng)注意相角φ是按從水如果實(shí)軸在兩個(gè)開(kāi)環(huán)極點(diǎn)(開(kāi)環(huán)零點(diǎn))之間屬于根軌跡，則在其中必定有突破點(diǎn)(匯合點(diǎn))。如果附近沒(méi)有極點(diǎn)或者零點(diǎn)，則突破點(diǎn)(匯合點(diǎn))必定在(兩個(gè)開(kāi)環(huán)極點(diǎn)/開(kāi)環(huán)零點(diǎn))TheFrequencyResponse統(tǒng)的頻響應(yīng)。由于頻率響應(yīng)的相角就是復(fù)函數(shù)G(joa)的角度。幅值比(ca/ro)就是的G(j可以通過(guò)將傳遞函數(shù)G(s)的拉普拉斯變jajwo實(shí)驗(yàn)得到，則傳遞函數(shù)也可以通過(guò)將jo替換為s得到。系統(tǒng)的頻率特性可以用Nyquist圖(極坐標(biāo)圖)或者用其幅值(比)和相角為因變量，輸入信號(hào)的頻率為自變量繪圖。在繪圖時(shí)通常幅值(比)用分貝表示，相角用度表示，輸入信號(hào)的頻率按常用對(duì)數(shù)取值。以上這兩個(gè)圖稱為伯德圖(以H.W.Bode命名)?？梢杂糜?jì)算機(jī)繪出精確的伯德圖。在本文中將討論用手工繪制的技巧簡(jiǎn)單而快速地繪制直線漸進(jìn)線系統(tǒng)傳遞函數(shù)的伯德圖可以用于確定各種輸入(包括階躍輸入)下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。因KZ(@)伯德圖和頻率(特性)函數(shù)一起用來(lái)確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)該函數(shù)無(wú)零點(diǎn)和P(π)極點(diǎn)在S平面右半部時(shí)，即系統(tǒng)為最小相位系統(tǒng)，在Bode圖中，相角穩(wěn)定裕量φ。為180°加上時(shí)的此，如圖2-4A-2所示，相角穩(wěn)定裕量φ。為相角曲線在穿越頻率0。(幅值曲線穿越0dB線處)處與-180°線的距離。同樣，增益裕量等于1除以相角為-180時(shí)對(duì)應(yīng)頻率的幅值。因此，GM,以dB來(lái)表示，為如圖Fig.2-4A-2.所示的頻率處，幅值曲線與0分貝線的是存儲(chǔ)器、中央處理單元(CPU,或簡(jiǎn)稱處理器),外部處理器總線，輸入/輸出系統(tǒng)。CPU讀取和解釋指令，讀每條指令所需的數(shù)據(jù)，執(zhí)行指令所需的操作，將結(jié)果外部處理器總線是一套能在其他計(jì)算機(jī)部件之間進(jìn)制信息的寄存器。單元的編號(hào)稱為地址。初始地址為0。制造商定義處理微處理器來(lái)說(shuō)，一個(gè)字是16位長(zhǎng)，但每個(gè)存儲(chǔ)單元僅為8位，因此兩個(gè)8位單元來(lái)存取獲有效形式的方法是將(這些)位分成段，如圖3-4A-2所示。每一段都包含一個(gè)不同類(lèi)型信碼(或操作碼，每條指令有唯一的操作碼)、操作數(shù)地址、立即數(shù)、轉(zhuǎn)換地址。為了增加存儲(chǔ)單元的數(shù)目，如果我們使用同樣的方法，地址段的指令一定長(zhǎng)于16位。除了字節(jié)(8位)、字(2個(gè)字節(jié))、雙字(4個(gè)字節(jié))。有一些處理器提供了可處理其他數(shù)據(jù)類(lèi)型。例如單精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類(lèi)(32位)和雙精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)(64位)等的指令。還有另一類(lèi)的數(shù)據(jù)---特征數(shù)據(jù)。通常也表示為8位。在標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)上，每個(gè)計(jì)算機(jī)終端鍵和鍵的組合(例如shift和control功能鍵)有定為美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼的7位碼。計(jì)算機(jī)任務(wù)的主要部分包括ALU,但為了利用ALU指令，需要大量的數(shù)據(jù)移動(dòng)。CPU的編程器模型可由編程器檢查或修改的寄存器集稱為CPU的編程器模果在ALU中進(jìn)行加法運(yùn)算，加法的結(jié)果(不論結(jié)果是正、負(fù)或0)存儲(chǔ)在稱為標(biāo)志寄存器、系統(tǒng)中所有重要寄存器，并從標(biāo)志存儲(chǔ)單元---通常是0單元開(kāi)始執(zhí)行指令。第一種方法，稱為I/0映射的輸入/輸出，操作碼本身有專門(mén)的I/0指令，尋第二種尋址I/0寄存器的方法給出了位于CPU尋址寄存器范圍內(nèi)的I/0口地存儲(chǔ)器映射方法的益處之一是存儲(chǔ)器尋址方式的全部范圍在說(shuō)明了什么是計(jì)算機(jī)之后，讓我們?cè)趤?lái)看一下計(jì)算機(jī)的定輸出設(shè)備與輸入設(shè)備類(lèi)似，輸出設(shè)備也是人與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之設(shè)備。輸出設(shè)備從CPU中取出機(jī)器代碼形式的結(jié)果，然后將其轉(zhuǎn)換成(a)人們可(例如打印或顯示報(bào)告)或(b)另一處理周期的機(jī)器輸入。指令)被賦予特權(quán)，只能在監(jiān)控方式中執(zhí)行。監(jiān)控程序存放在內(nèi)存式，特權(quán)指令，存儲(chǔ)器保護(hù)，時(shí)鐘中斷),仍有可能寫(xiě)出正確的操作系統(tǒng)。盡管各廠家的操作軟件各不相同，但都具有類(lèi)似的性能。計(jì)算機(jī)使用公共通信設(shè)施交換電子信息(郵件),從一個(gè)計(jì)算機(jī)向另一個(gè)計(jì)算機(jī)傳送文件。任何一個(gè)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的核心數(shù)據(jù)通信設(shè)備，這些設(shè)備可以是PSTN,專用LAN或很多這不同的操作系統(tǒng)，因而用戶應(yīng)用程序(通常叫做應(yīng)用處理程序或AP)與基本通信服務(wù)程序自治的外部設(shè)備和信號(hào)由于沒(méi)有與總線兼容的信號(hào)也沒(méi)有與系統(tǒng)總線信號(hào)的暫時(shí)關(guān)系 (注：實(shí)際上是指沒(méi)有暫存器)就無(wú)法與系統(tǒng)總線直接相連。與在某些情形，使用如圖Fig.3-4B-2所示的握手信號(hào)(用于請(qǐng)求、允許和轉(zhuǎn)換的信號(hào)序不停地輪詢接口(讀狀態(tài)寄存器)并最終鎖存數(shù)據(jù)。(常數(shù))輸入電壓U加至一個(gè)電子積分器上，該積分器從零電壓開(kāi)始積分，時(shí)間為固定的T,從而產(chǎn)生一個(gè)斜率與UT成正比的正向斜坡電壓。然后去掉U,對(duì)一個(gè)已知的負(fù)常值參與輸入電壓成比例。如果輸入電壓等于參考電壓，,兩個(gè)積分大值。這種轉(zhuǎn)換器通常線性度很好，轉(zhuǎn)換精度達(dá)到20位在高速轉(zhuǎn)換性能的范圍內(nèi)，并行(閃速)轉(zhuǎn)換器可以提供高達(dá)100MHz的轉(zhuǎn)換速率。該轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)原理是，為每一份量值為輸入模擬電壓除以2~-1的電壓提供一個(gè)內(nèi)部參考電是8位或者更低位。閃速轉(zhuǎn)換器通常比較昂貴。如圖Fig.3-4B-5所示的多路開(kāi)關(guān)在概念上如同一個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，在處理器的控制下可以旋轉(zhuǎn)尋址任意一個(gè)輸入通道。多路開(kāi)關(guān)可以用機(jī)械開(kāi)關(guān)或者固態(tài)器件(例如CMOS)開(kāi)關(guān)構(gòu)相對(duì)地而言的，則使用單端連接。當(dāng)我們對(duì)兩個(gè)電壓的差感興趣時(shí)(例的兩個(gè)橋臂的電壓差)則使用差分連接。集成制造系統(tǒng))是計(jì)算機(jī)控制的一種高層形式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)使用的策略和參數(shù)(進(jìn)入計(jì)算機(jī)模型)而無(wú)須構(gòu)造真實(shí)的模型。數(shù)字模塊(+/-24V,220V,等.)AnyBus卡)作為標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線接口(如PROFIBUS,CAN,andWorldFIP)集成用戶硬件。CPU狀態(tài)(開(kāi)始，停止，初始化，等);1131-3定義了控制系統(tǒng)的組態(tài)方式。但是，在語(yǔ)言方面有些不同。源代碼并非100%兼容。主要問(wèn)題在于硬件尋址和PLC內(nèi)核(操作方式，如何處理中斷，如何調(diào)用用戶程序等)大多數(shù)PLC供應(yīng)商屬于PLCopen組織，它是一個(gè)獨(dú)立于生產(chǎn)商和產(chǎn)品的世界協(xié)會(huì)，致力于通過(guò)尋求IEC1131-3開(kāi)放軟件開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，為PLC用戶帶合中。模塊化PLC擁有背板或?qū)к?，可以用?lái)安裝多個(gè)I/0模塊，適用于更復(fù)雜的應(yīng)用中。PLC具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，顯而易見(jiàn)，它們已經(jīng)成為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并將在未來(lái)繼續(xù)它們面，從I/0讀寫(xiě)速率到控制器上各個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)。BPAC?新一代工業(yè)控制系統(tǒng)，可編程自動(dòng)化控制的未來(lái)PAC將成為未來(lái)的工業(yè)控制方式和基于PC控制系統(tǒng)相比，有關(guān)PLC(可編程邏輯控制器)優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)的激烈爭(zhēng)論已經(jīng)持續(xù)了十年。由于PC和PLC在技術(shù)上PLCCOTS硬件以及PC能采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，從而出現(xiàn)了一種新類(lèi)型的控制器??PAC。PAC的概念是功能的新一代工業(yè)控制器。傳統(tǒng)的PLC廠商使用PAC的概念來(lái)描述他們的高端系統(tǒng)，而PC在PLC被開(kāi)發(fā)出來(lái)的三十年里，它經(jīng)過(guò)不斷地發(fā)展，已經(jīng)能結(jié)合模擬I/0,網(wǎng)絡(luò)通信以3。然而，工程師們只需利用數(shù)字I/0和少量的模擬I/0數(shù)以及簡(jiǎn)單的編程技可開(kāi)發(fā)出80%的工業(yè)應(yīng)用。來(lái)自ARC、聯(lián)合開(kāi)發(fā)公司(VDC)以及網(wǎng)上PLC培訓(xùn)資源PLC.net77%的PLC被用于小型應(yīng)用(低于128I/0)72%的PLCI/0是數(shù)字的80%的PLC應(yīng)用可利用20條的梯形邏輯指令集來(lái)解決從而促進(jìn)了低成本微型PLC的增長(zhǎng)，它帶有用梯的20%應(yīng)用則超出了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所能提供的功能。工程師在開(kāi)發(fā)這些20%的應(yīng)用需要有更這些功能包括模擬控制和仿真、連接數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)功能以及和第三方設(shè)備通信，但是PLC可靠性：由于PC帶有旋轉(zhuǎn)的磁性硬盤(pán)和非工業(yè)性牢固的部件，如盡管某些工程師采用具有堅(jiān)固硬件和專門(mén)操作系統(tǒng)的專用工業(yè)計(jì)算機(jī)，但是由于PC可靠性方面的問(wèn)題絕大多數(shù)工程師還是PCPC因此那些要開(kāi)發(fā)“20%應(yīng)用”的工程師們要么使用一個(gè)PLC無(wú)法輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能，要么采用既包含PLC又包含PC的混合系統(tǒng)，他們利用PLC來(lái)執(zhí)行代碼的控制部分，用PC來(lái)實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能。因而現(xiàn)在許多工廠車(chē)間使用PLC和PC相結(jié)合的系統(tǒng)，利用系統(tǒng)中切合作開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品。他們需要新產(chǎn)品能結(jié)合PC的高級(jí)軟件功能和PLC的可靠性。這些重要用戶為PLC和基于PC控制的公司提供了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)指導(dǎo)。世界范圍內(nèi)對(duì)PC部件的需求在下降，所以許多半導(dǎo)體廠商開(kāi)始為工業(yè)應(yīng)用重新設(shè)計(jì)他們的儲(chǔ)器如CompactFlash以及快速Ethernet芯片。PC性和可用性來(lái)開(kāi)發(fā)更為強(qiáng)大的軟件，而且該P(yáng)C控制系統(tǒng)還可運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)以保證可靠以上功能?！背藶榱藢?shí)現(xiàn)特殊的協(xié)議如SERCOS要對(duì)I/0做一些改進(jìn)2.“單一的多規(guī)程開(kāi)發(fā)平臺(tái)使用通用標(biāo)簽和單一的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)訪問(wèn)所有的參數(shù)和功3."通過(guò)結(jié)合IEC61131-3,用戶向?qū)Ш蛿?shù)據(jù)管理，軟件工具能設(shè)計(jì)出在跨越多個(gè)機(jī)器和處理單元的處理流程。"簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一方面是具有高級(jí)的圖形化開(kāi)發(fā)工具，利用該工4.“開(kāi)放的模塊化構(gòu)架能解決的工業(yè)應(yīng)用可從5."采用已有的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)，語(yǔ)言等，如TCP/IP,OPC&XML和SQL查詢語(yǔ)言。"易用性。一般說(shuō)來(lái)，有兩種提供PAC軟件的方式：基于PLC控制的軟件和基于PC控制的軟件基于PLC概念的軟件方案?jìng)鹘y(tǒng)的PLC軟件廠商以可靠且易用的掃描式架構(gòu)軟件為起點(diǎn)，基于PC概念的軟件方案?jìng)鹘y(tǒng)PC軟件廠商以非常靈活的通用編程語(yǔ)言為起點(diǎn)，能提供為PLC編程人員建立起掃描式構(gòu)架，但是它并不是基于PC的軟件所固有的PC現(xiàn)。這些RTOS能控制系統(tǒng)的各個(gè)層面，從I/0讀寫(xiě)速率到控制器上各個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)。然單片機(jī)是本世紀(jì)兩大引起爭(zhēng)論的重大發(fā)明創(chuàng)新即數(shù)字計(jì)ROM代碼開(kāi)發(fā)的嚴(yán)格的方法。這一開(kāi)發(fā)過(guò)程不僅包括利用其硬件仿真能ROM設(shè)備的更精確的替代可通過(guò)不同形式的帶有背頁(yè)式EPROM(可擦寫(xiě)編程ROM)插座或由EPROM取代ROM的設(shè)備而獲得。這些設(shè)備本質(zhì)上比相等的ROM設(shè)備要昂貴，但確實(shí)提供存儲(chǔ)器的大小隨設(shè)備的類(lèi)型而變，但它與處理器有相同的特征寬度(4,8,16位等)。特多應(yīng)用包括BCD碼的處理(例如，數(shù)據(jù)顯示),因此，普遍發(fā)現(xiàn)CPU能很好地處理這一類(lèi)型信系統(tǒng)要求協(xié)議能提供成幀(開(kāi)始和停止)信息。這可由硬件設(shè)施或U(S)ART(通用(同步)異步接收/發(fā)送器)來(lái)使處理器從低電平、占時(shí)、細(xì)目中解脫出來(lái)。僅需選擇一個(gè)波特率和其他可能的選項(xiàng)(停止位的數(shù)目，奇偶檢驗(yàn)，等等)以及裝載(或讀取)串行發(fā)送器(或接收器)的緩沖區(qū)。相應(yīng)格式的串行化再由硬件電路來(lái)完成。一數(shù)值，當(dāng)計(jì)數(shù)器減小為0時(shí)，產(chǎn)生一中斷或設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。較如果需要連續(xù)精確的定時(shí)中斷，否則，這是必要的(例如，在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi))。有時(shí)與定數(shù)字信號(hào)處理器(名詞)視頻、音樂(lè)等等的實(shí)時(shí)檢測(cè)、處理和產(chǎn)生。它通常在一塊單芯片或一塊集成電路的一部分?jǐn)?shù)字信號(hào)處理(動(dòng)詞)DSP所產(chǎn)生的數(shù)字值到現(xiàn)實(shí)信號(hào)的模擬值的數(shù)/模變化。這個(gè)過(guò)程如圖3-5B-1所示。線不能直接傳遞二進(jìn)制數(shù)據(jù)1和0,至少因?yàn)殡娫捑€的抗干擾部分是交流耦合的(DC電源通過(guò)數(shù)字樣本通過(guò)一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和一個(gè)抗混疊濾波器(見(jiàn)第4章)進(jìn)入電話線。一片只要3美元的DSP就能完成所有的調(diào)制解調(diào)過(guò)程。實(shí)際上，最新的DSP器件能在單片中同時(shí)實(shí)現(xiàn)128路調(diào)制解調(diào)。這些超級(jí)DSP芯片廣泛應(yīng)用于電話交換機(jī)和Internet服如汽車(chē)中的防抱死系統(tǒng)?！庇?jì)算能力：這些設(shè)備具有一定的計(jì)算能力。非常簡(jiǎn)單的8位控制器或者高端64位微處在我們?nèi)粘Ｉ钪?，嵌入式系統(tǒng)是那些隱蔽卻很重要的應(yīng)用計(jì)算機(jī)將價(jià)格更低，外形更小巧，功能更強(qiáng)大，最終，它經(jīng)過(guò)下一個(gè)十年，眾多家用設(shè)備將賦予嵌入式系統(tǒng)功能計(jì)算處理能力。這是嵌入式系統(tǒng)主要要求之一。處理過(guò)程可以通過(guò)微處理器、液壓回路或者簡(jiǎn)單的電氣/電子線路完成。處理能力需要能夠把用戶用來(lái)對(duì)芯片或者其他電路進(jìn)行硬接線的處理邏輯呈指數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制，我們不能為它提供PC中的擴(kuò)展槽。所以，內(nèi)存必須謹(jǐn)慎處理。除非特別二級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備。所以這些系統(tǒng)通常使用ROM和非易失性RAM存儲(chǔ)用戶代碼和參數(shù)。實(shí)時(shí)性：我們可以把系統(tǒng)定義為對(duì)用戶、外界或者自身(如定時(shí)器)輸入做出嚴(yán)格時(shí)間(不一定是短時(shí)間)要求。這些系統(tǒng)被稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。這些特性是：“遲到的答案DVD播放機(jī)或者音樂(lè)系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)亩嗝襟w流(能夠承受數(shù)據(jù)包的損失)。通信元件：嵌入式設(shè)備和應(yīng)用不能作為信息存儲(chǔ)的孤島。成本：成本是很多嵌入式系統(tǒng)背后的主要驅(qū)動(dòng)因素。這執(zhí)行過(guò)程中的要求，如硬件、內(nèi)存使用，安全性，錯(cuò)可預(yù)測(cè)性：系統(tǒng)的性能必須可以預(yù)測(cè)，才能使人們錯(cuò)誤容限(容錯(cuò)能力):嵌入式系統(tǒng)需要高效的容錯(cuò)能力，所以當(dāng)出錯(cuò)時(shí)，系統(tǒng)至少能部分恢復(fù)。嵌入式系統(tǒng)失效通常導(dǎo)致嚴(yán)重的后果(生命財(cái)產(chǎn)損失),系統(tǒng)地正確框圖如圖4-1A-1此單元的目的是把一過(guò)程流從某一入口溫度Ti(t)加熱到某一期望出口溫度在此過(guò)程中，有許多變量可變化，從而造成出口溫度偏離期完成此目的的一種方法是首先測(cè)量溫度T(t),然后與期望值比較，值，那么到熱變換器的濃縮流的流量(能量)可調(diào)節(jié)減少。如果溫度低于期望值，那么到熱變換器的濃縮流的流量(能量)可調(diào)節(jié)增加。所有這些均可由操作者人工完成，并且如果過(guò)程簡(jiǎn)單明了，這將不成問(wèn)題。然而，在大多數(shù)過(guò)程控制工廠中，均首先是測(cè)量過(guò)程流的出口溫度，完成此任務(wù)的是傳感器(熱電偶、阻抗溫度儀、*系統(tǒng)溫度計(jì)、電熱調(diào)節(jié)器等)。傳感器會(huì)與熱敏電偶相連，熱敏電偶從傳感器采一輸出點(diǎn)，某些系統(tǒng)中，決定-執(zhí)行操作相當(dāng)簡(jiǎn)單，而在另一些系統(tǒng)中操作很復(fù)雜此變量必須維持或控制在某一期望值。在前面的例子中，過(guò)程出口溫度T(t)是被控量。第間的函數(shù)(典型的是成批處理),因此被控量必須隨參考點(diǎn)變化。伺服控制指的是控制設(shè)計(jì)要有三類(lèi)，氣動(dòng)信號(hào)或氣壓通常在3到15表壓，6到30表壓或3到27表壓的信號(hào)也較常通常在4到20毫安，10到50毫安的符號(hào)也常用到，此符號(hào)在P&ID中的一般表示符號(hào)為--------。越來(lái)越普遍的第三類(lèi)符號(hào)是數(shù)字的或抽象的符號(hào)(零一)。基于大型計(jì)算機(jī)、輸入信號(hào)在4到20毫安之間，輸出信號(hào)在3到15表壓之間。其他傳感器還有：氣動(dòng)-在第一單元中，我們了解了控制系統(tǒng)的四個(gè)基本元件是傳感存在與傳感器/變送器組合元件相關(guān)的三個(gè)重要術(shù)語(yǔ)。通過(guò)高低數(shù)值來(lái)設(shè)定儀表的范圍。也就是說(shuō)，可以考慮使用標(biāo)有量20表壓到50表壓間的過(guò)程壓力。我們可以說(shuō)，傳感器/變送器組合元件的范圍是20~50表壓，儀表的測(cè)量范圍與高低壓數(shù)值間的范圍是不同的。上述的壓力儀表測(cè)量范圍是30表壓。總之，我們零，上述例子中，儀表的零點(diǎn)是20表壓。考慮一個(gè)范圍為0-200表壓得電子壓力傳感器/變送器，增益被定義為輸入變化量除以輸出變化量或激勵(lì)函數(shù)變化量除以響應(yīng)變化量。在這種情況下，輸出是電子信號(hào)(4~20毫安),輸入是過(guò)程壓力(0~200表壓),因此考慮的另一個(gè)例子是范圍在100~300°F的氣動(dòng)溫度傳感器/熱敏電阻。增益為上述的兩個(gè)例子表明傳感器/變送器的增益是超過(guò)其完多數(shù)傳感器/變送器都是這種情況；然而，也有一些象用于測(cè)量流的微分壓力h傳感器不是此表達(dá)式說(shuō)明增益不是常量，而是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)。流量在流體控制系統(tǒng)中這就造成了非線性。目前，大多數(shù)生產(chǎn)廠或控制閥是最普遍的終端控制元件。在過(guò)程工廠中，控制閥被在管道過(guò)程系統(tǒng)中，控制閥作為可變阻尼，通過(guò)改變口的大和流量本身的大小?？刂崎y的作用就是調(diào)節(jié)流量。本部分介紹控制閥的作用(故障條件)、選擇控制閥時(shí)工程師必須回答的問(wèn)題是：當(dāng)能量傳遞到控制此類(lèi)閥門(mén)將打開(kāi)，不再節(jié)流。大多數(shù)的控制閥是氣動(dòng)操作，因此例是如圖4-2B-1所示的過(guò)程。在此過(guò)程中，通過(guò)操作到達(dá)熱交換器的蒸汽流來(lái)控制過(guò)程流的出口空氣供應(yīng)失敗時(shí)，我們想讓蒸汽閥做什么?如前所述，想讓蒸汽閥到達(dá)最安全的情況?？瓷先プ⒁?，這一點(diǎn)很重要，在此例中僅僅考慮了熱交換器周?chē)鸀榱司S持控制變量在其參考點(diǎn)，給控制閥或其他任何或電流)信號(hào)(看圖中箭頭)。為了做到這一點(diǎn)，控制器必須設(shè)定為反作用。一些生產(chǎn)者把考慮如圖4-2B-2所示的平面控制回路。如果液面超閥門(mén)使液面返回到參考點(diǎn)(看表中箭頭)。為做到這一點(diǎn)，控制器必須被設(shè)置為正作用，也兩個(gè)條件必須均考慮。讀者會(huì)自問(wèn)，平面控制器的控制器作用通常被設(shè)置為氣動(dòng)或電子控制器方面的開(kāi)關(guān)為了維持參考點(diǎn)，反饋控制器做出決定的方法是通過(guò)或或式中偏差值，psig或mA,此值的意義在于它是誤差為零時(shí)的輸出，在中比例的刻度控制器中，此值通常被設(shè)定為9psig或12mA。因?yàn)檩斎肱c輸出范圍是相同的(3?15psig或4?20mA),輸入信號(hào)和輸出信號(hào)以及參考點(diǎn)有時(shí)候也可用分?jǐn)?shù)或百分?jǐn)?shù)來(lái)表示?？梢杂腥さ目吹降仁?4-3A-1)描述的是一個(gè)反作用控制器。如果控制器變量c(t),超過(guò)參考點(diǎn)r(t),誤差變負(fù)，并且等式表明控制器的輸出m(t),下降。在數(shù)學(xué)上顯示正作用控制器的一般方法是使控制器的增益Kc為負(fù)。然而，必須牢記，在工業(yè)控制器中沒(méi)有負(fù)增益，只有正增益。反/正開(kāi)關(guān)可以做到這一點(diǎn)。當(dāng)做正作用控制器的控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析時(shí)，負(fù)增益Kc被使用。等式(4-3A-1)和等式(4-3A-2)表明控制器的輸出正比于參考點(diǎn)和被控量間的誤差。比例由控制器的增益Kc給出。此增益或控制器的靈敏度決定對(duì)于給定的誤差變化，控制器輸出的變化程度。如圖4-3A-1所示。純比例控制器的優(yōu)點(diǎn)是只需整定一個(gè)參數(shù)Kc,然而，它有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是用偏移量或“穩(wěn)態(tài)誤差”來(lái)操作被控量。為用圖表表明此偏移量，考慮如圖4-2B-2所示的液面控制回路，假設(shè)設(shè)計(jì)條件為和,再假設(shè)為了使出口閥超過(guò)150gpm,作用其上的空氣壓力為9psig。如果入口流量增加，純比例控制器的系統(tǒng)的響應(yīng)如圖4-3A-2所示?？刂破魇贡豢亓炕氐椒€(wěn)定值，但此值不是期望參考點(diǎn)。被控量的參考點(diǎn)和穩(wěn)定值間的差別就是偏差。圖4-3A-2顯示了對(duì)應(yīng)于兩個(gè)不同整定參數(shù)Kc的兩條響應(yīng)曲線，數(shù)據(jù)表明Kc值越大，偏差越小，但過(guò)程響應(yīng)越振蕩。然而，對(duì)于大多數(shù)過(guò)程，Kc有最大值，超過(guò)此最大值，過(guò)程將不穩(wěn)定。增益最大值的計(jì)算我們稱之為極限增益Kcu。為得到純比例控制器的傳遞函數(shù)，等式(4-3A-1)寫(xiě)成定義如下的兩個(gè)偏差量：那么用拉普拉斯變換得到如下的傳遞函數(shù)：簡(jiǎn)單的說(shuō)，純比例控制器是僅有一個(gè)整定參數(shù)的最簡(jiǎn)單Kc或PB的控制器。此控制器的缺點(diǎn)是在控制器變量中用偏差操作。在象調(diào)壓槽似的一些過(guò)程中，可能不會(huì)有嚴(yán)重的后果。在過(guò)程被控制在參考點(diǎn)上下范圍內(nèi)的情況下，純比例控制器就足夠了。然而，在過(guò)程必須控制在參考點(diǎn)的情況下，純比例控制器就不能提供滿意的控制。比例-積分控制器(PI)大多數(shù)的過(guò)程不能用偏差控制，也就是說(shuō)，它們必須被控制在參考點(diǎn)，在這些時(shí)間常數(shù)的過(guò)程(大電容)通常是衰減的，因此不易受噪聲的干擾。然而，注意：你可能有式(4-3B-1)整理后得到“理想”P(pán)ID控制器的傳遞函數(shù)如下：利用式(4-3A-3)和式(4-3A-4)給出的微分變量的相同的定義，采用拉普拉典型值范圍是0.05到0.1。如前所述，式(4-3B-2)是工業(yè)模擬控制器的傳遞函數(shù)，然而，數(shù)字控制器是式(4-3B-1)的離散形式。整定數(shù)字控制器的方法與整定模擬控制器的方法差別不大。在結(jié)束這節(jié)之前，有必要再對(duì)控制器作一些說(shuō)明。式(4-3B-1)表明在任何時(shí)候，增益都是變化的，這將影響積分和微分作用，因?yàn)楹捅仨氉儞Q以適應(yīng)Kc的變換。所有的模因?yàn)榭刂破鞑捎玫氖钦`差微分，所以此微分在控制器輸出中會(huì)產(chǎn)生一突然變化，如圖能同以前一樣。采用的選擇權(quán)由模擬的或基于微處理縱量來(lái)維持被控量在參考點(diǎn)。不同類(lèi)型的控制器也已討論，強(qiáng)調(diào)了整定參數(shù)增益()、A指示性儀表通常指示器由為生產(chǎn)和控制而形成的集合組成，(1)有關(guān)靜態(tài)刻度的指針運(yùn)動(dòng)，或(2)有關(guān)固定參考點(diǎn)或線的刻度運(yùn)動(dòng)，或(3)數(shù)字形式(數(shù)字的或字母數(shù)字混合的)重的一束射線，例如，光束電流計(jì)或陰極射線管及相關(guān)電子顯示管結(jié)構(gòu)的一種，(3)電力為方便起見(jiàn)，指示器也可分為(1)模擬指示器，刻度的全部或部分很明顯，因已把其應(yīng)用到數(shù)據(jù)顯示問(wèn)題中。(歷史上)指示出是否已超過(guò)某一特定溫度范圍的高溫測(cè)量畫(huà)設(shè)備設(shè)計(jì)的每秒24幀的標(biāo)準(zhǔn)是人類(lèi)在時(shí)間上感覺(jué)獨(dú)立事括經(jīng)濟(jì)方面)的儀表指示機(jī)械，設(shè)計(jì)者必須考慮測(cè)量?jī)x器的整體響應(yīng)及種方式是刻度的分度部分提高到(接近)指針尖的地方，從而能夠從觀察的較大角度精確讀的旋轉(zhuǎn)角度也很少超過(guò)340。然而在精密指示器中，24英寸長(zhǎng)的刻度分為300到600等接設(shè)備與控制器則有其它的需求(見(jiàn)圖5-1A-1)。數(shù)臺(tái)設(shè)備多掛接在一根雙絞線上，但由于數(shù)據(jù)更新速度低(一般為每臺(tái)設(shè)備0.5s),所以不遠(yuǎn)，并允許現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)中獲得供電。這樣，同一根雙絞線不但可向設(shè)備供電而且同時(shí)傳送數(shù)字信號(hào)，從而避免了單獨(dú)供電用的電纜，既簡(jiǎn)化了布線又降低了成本。作為降低成本的另一種措施，設(shè)計(jì)者選擇了適中的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信速度，以便可以使用標(biāo)準(zhǔn)的、儀表等級(jí)的電纜而非特殊的數(shù)據(jù)電纜。由于也不需要特殊的連接器、耦合器和集線器，所以可以完成簡(jiǎn)單而實(shí)用的連接。在多數(shù)場(chǎng)合下，常規(guī)儀表所使用的電纜的等級(jí)完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)洛的要求。這也使得當(dāng)現(xiàn)有的工廠采用現(xiàn)場(chǎng)總線時(shí)，有可能可以使用原有的電纜。在可能出現(xiàn)可燃流體的危險(xiǎn)過(guò)程環(huán)境，本質(zhì)安全常常是優(yōu)先選用的保護(hù)措施。所以現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)上允許將安全柵安裝在總線上。另外，由于設(shè)計(jì)者選擇了適中的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通信速度，因此所連接的設(shè)備并不需要耗費(fèi)大量的CPU處理能力來(lái)快速處理通信。結(jié)果是它們也只消耗很少的功率。由于設(shè)備的低功耗意味著在線路上的壓降也低，因此，即使在長(zhǎng)距離甚至還使用了本質(zhì)安全柵的情況下，仍可以將幾臺(tái)設(shè)備用分支線接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是由布線自由而帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的自由度。最后，這些現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)還使它們可以在相當(dāng)惡劣并有電氣干擾的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中運(yùn)行。主站級(jí)在主站級(jí)，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為占支配地位的布線技術(shù)(圖5-1A-2)。有許多協(xié)議是基于以太網(wǎng)布線的，它們包括基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(HSE),PROFInet,Modbus/TCP等協(xié)議。使用現(xiàn)場(chǎng)總線及設(shè)備管理軟件的工廠會(huì)遇到帶寬需求的激增，因此在主站級(jí)必須具有高速網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)從現(xiàn)場(chǎng)儀表采集了如此眾多的數(shù)據(jù).結(jié)果使信息量劇增。這一巨大的信息量是一個(gè)老式的專有控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法應(yīng)對(duì)的。以太網(wǎng)具備傳送大量數(shù)據(jù)所需的吞吐量，這些數(shù)據(jù)用于傳統(tǒng)工廠的操作和歷史趨勢(shì)，用于新增的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)及組態(tài)功能，以及用于對(duì)工廠自動(dòng)化任務(wù)的快速響應(yīng)。這些應(yīng)用之所以選擇以太網(wǎng)，是因?yàn)槠涓咚俣仁蛊溆心芰魉退械倪@些信息。此外，以太網(wǎng)已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)，并被廣大技術(shù)人員深入了解，也已獲得廣泛的應(yīng)用。用于以太網(wǎng)的各種各樣的設(shè)備與解決方案都是現(xiàn)成的。在許多應(yīng)用中，對(duì)主站級(jí)協(xié)議的關(guān)鍵要求之一是有效性。網(wǎng)絡(luò)必須能容錯(cuò)，也就是說(shuō)在有故障時(shí)能啟動(dòng)和運(yùn)行。由于整個(gè)工廠是通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)來(lái)操作并進(jìn)行監(jiān)控的，所以主站級(jí)網(wǎng)絡(luò)的有效性尤為關(guān)鍵。停車(chē)具有極大的破壞性并會(huì)造成巨大損失；網(wǎng)絡(luò)的徹底崩潰將導(dǎo)致極其嚴(yán)重的后果。雖然以太網(wǎng)源自辦公環(huán)境，但在工廠控制系統(tǒng)中可以采用堅(jiān)固的工業(yè)級(jí)(與商業(yè)級(jí)不同)附件及布線方案。主站級(jí)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)允許冗余，以便使網(wǎng)絡(luò)能容錯(cuò)。采用多層冗余及工業(yè)增強(qiáng)型部件的工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，能處理多個(gè)同時(shí)發(fā)生的故障。物理上的遠(yuǎn)距離對(duì)主站級(jí)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)并不重要。因?yàn)樗话阒痪窒拊诳刂剖覂?nèi)，所以以太網(wǎng)所規(guī)定的距離一般來(lái)講是足夠的。作為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)的一大優(yōu)勢(shì)是可以使主站級(jí)網(wǎng)絡(luò)將過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中所有的子系統(tǒng)連接在一制單元需要同系統(tǒng)的其余部分集成起來(lái)(圖5-1A-3)。主站級(jí)網(wǎng)絡(luò)可以同工廠不同區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接在一特別值得注意的是，以太網(wǎng)并不是一個(gè)完整的協(xié)議。實(shí)質(zhì)品及系統(tǒng)時(shí)，要非常謹(jǐn)慎小心；它們往往不是所宣傳的那樣。TCP,UDP及IP在第4章"過(guò)程控制"中進(jìn)行討論。網(wǎng)絡(luò)則取代了控制網(wǎng)絡(luò)及商務(wù)網(wǎng)絡(luò)。控制系統(tǒng)的主站級(jí)網(wǎng)絡(luò)使用服商務(wù)網(wǎng)絡(luò)相同的網(wǎng)絡(luò)技的為使系統(tǒng)的集成簡(jiǎn)化及緊密，重要的是選擇一個(gè)均一度，并使其在通信映射及互操作性方面問(wèn)題最少。幸運(yùn)的是，已經(jīng)有了像這樣的協(xié)議“組然，集中的體系結(jié)構(gòu)有著相當(dāng)嚴(yán)重的有效性問(wèn)題。到了20世紀(jì)70年代初期，更為分散的第二個(gè)好處是可以更好地組織組態(tài)。用戶可分開(kāi)管理針對(duì)各個(gè)獨(dú)與控制器。DCS和PLC的體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于有常規(guī)I/0(輸入/輸非所有的智能儀表協(xié)議都允許同時(shí)傳輸4~20mA及商務(wù)與全廠的集成(見(jiàn)圖5-1B-1)。"分散"(distributed)的，是因?yàn)樗鼪](méi)有DDC體系結(jié)構(gòu)那么集中。但是，如按今天的標(biāo)制系統(tǒng)(FCS),它可以取代DCS(見(jiàn)圖5-1B-2廠使用中央控制器時(shí)，如果要獲得高的有效性，就應(yīng)當(dāng)采取冗余技術(shù)。乍聽(tīng)起來(lái),很難想由于4~20mA的信號(hào)只單向地?cái)y帶單個(gè)信息，所以操作員無(wú)法確定模擬設(shè)備內(nèi)控制回路通過(guò)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)閉合的反饋控制系統(tǒng)叫作網(wǎng)絡(luò)控制系定義的特點(diǎn)是信息(參考輸入、系統(tǒng)輸出、控制輸入等)是使用網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)組件(傳感器、控制器、執(zhí)行器等等)中進(jìn)行交換。圖5-2A-1給出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)和信息感器到控制器延遲和控制器到傳感器延遲),當(dāng)連接到公共介質(zhì)上的裝置交換數(shù)據(jù)時(shí)，這種延遲發(fā)生。這種延遲，或恒定(令人擔(dān)憂)或不定，會(huì)降低設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)考慮這種延遲的控制系可采用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包(所謂多重?cái)?shù)據(jù)包傳輸)。由于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)的仲裁，分布式控制可追溯到20世紀(jì)70年代初期，當(dāng)時(shí)誕生了霍尼韋爾分布式控制系統(tǒng)(DCS)。分布式控制系統(tǒng)中的控制模塊被松散地連接到一起，因?yàn)榇蟛糠謱?shí)時(shí)控制任務(wù)(信號(hào)檢測(cè)、計(jì)算、激勵(lì))在單獨(dú)的模塊中執(zhí)行。僅僅開(kāi)/關(guān)信號(hào)、監(jiān)控信息、報(bào)警信息等通過(guò)串行網(wǎng)絡(luò)不考慮數(shù)據(jù)包延遲和丟失的問(wèn)題，而是設(shè)計(jì)一個(gè)使這些事件發(fā)生的可能性最小化的通訊協(xié)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致的延遲在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中當(dāng)傳感器、執(zhí)行器和使用載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)協(xié)議的控制網(wǎng)絡(luò)包括DeviceNet和Ethernet。圖5-2A-2給出了這種網(wǎng)絡(luò)各種可能出現(xiàn)的情況。圖形描述了連續(xù)傳遞信息(具有固定時(shí)間順序)的兩個(gè)節(jié)它馬上開(kāi)始傳遞信息，如圖5-2A-2中的情況1所示。否則節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)空閑前一直等待。當(dāng)傳遞，如圖5-2A-2中的情況2所示。使用帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)協(xié)議。以太網(wǎng)采用CSMA/CD協(xié)議，當(dāng)產(chǎn)生沖突時(shí)，所有沖突節(jié)點(diǎn)都將避讓等待一段時(shí)間(所等待的時(shí)長(zhǎng)是由二進(jìn)制指數(shù)避讓算法決定的),然后重新發(fā)送，如圖5-2A-2中所示的第三種情況。這些令牌傳遞協(xié)議出現(xiàn)在令牌總線(IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.4)、令牌環(huán)(IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.5)和光纖分布式數(shù)據(jù)接口MAC結(jié)構(gòu)中，時(shí)分多址協(xié)議用于FireWire網(wǎng)絡(luò)。這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序圖如圖單數(shù)據(jù)包與多重?cái)?shù)據(jù)包傳輸單數(shù)據(jù)包傳輸指的是傳感器或執(zhí)行器數(shù)據(jù)被集中在一以太網(wǎng)，最初是為傳遞數(shù)據(jù)文件而設(shè)計(jì)的，最多一個(gè)數(shù)據(jù)包可容納1,500個(gè)字節(jié)。同，以小容量控制數(shù)據(jù)頻繁傳輸為特點(diǎn)的DeviceNet每個(gè)數(shù)據(jù)包最大容量為8個(gè)字節(jié)，因此言，放棄那些舊的、未被傳遞的信息，傳遞新獲得的數(shù)據(jù)包(如果可能)是更有益的。用這考慮網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的模型如圖5-2B-1所示。有兩種網(wǎng)絡(luò)延時(shí)：傳感器到控制器延時(shí)和控制器到執(zhí)行器延時(shí)。不失問(wèn)題的一般性可將控制器的各種運(yùn)算延時(shí)歸納為或。對(duì)固定控制律(時(shí)不變控制器)而言，傳感器到控制器延時(shí)和控制器到執(zhí)行器延時(shí)可集中看小于一個(gè)采樣周期的延時(shí)首先考慮每一次采樣延時(shí)時(shí)間小于采樣周期的情況。這種情況意味著用得最多的兩個(gè)控制信號(hào)和需要在采樣周期內(nèi)使用。系統(tǒng)方程可以寫(xiě)作公式中是分段連續(xù)的且僅在公式中定義作為增廣狀態(tài)矢量，增廣閉環(huán)系統(tǒng)為如果延時(shí)是常數(shù)，即統(tǒng)能承受多大的延時(shí)?”另一個(gè)問(wèn)題是如果傳感器發(fā)出的信息與時(shí)間有關(guān)則傳感器到控制器的延時(shí)可以由預(yù)長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)當(dāng)延時(shí)時(shí)間大于一個(gè)采樣周期時(shí)(即，),系統(tǒng)在一個(gè)采樣周期內(nèi)可能接受零個(gè)、一個(gè)、大于一個(gè)(直到)控制信號(hào)。在對(duì)任意k值滿足公式中并且增廣狀態(tài)矢量為對(duì)更一般的情況而言，必須完成枯燥、單調(diào)的理論推例1:討論積分器像以前那樣定義對(duì)這種2×2的情況，我們可以采用穩(wěn)定三角在0≤?<h時(shí)解析確定的穩(wěn)定區(qū)域如圖5-2B-3所示。從穩(wěn)定區(qū)域的分布我們了解到變得比較小。注意當(dāng)K>2/h時(shí)，即使沒(méi)有延時(shí)的系統(tǒng)也是不穩(wěn)定的。一般標(biāo)量系統(tǒng)對(duì)于一般的系統(tǒng)不太可能推導(dǎo)出精確的穩(wěn)定區(qū)域，然而卻可以通過(guò)仿真的方法來(lái)確定。穩(wěn)定區(qū)域可用圖解法求出：通過(guò)連續(xù)不斷地增加延時(shí)時(shí)間?,對(duì)和例2:對(duì)一般標(biāo)量系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)域可用仿真的方法確定。當(dāng)和時(shí)的特例如圖5-2B-4所示。在這個(gè)仿真中，我們考慮延時(shí)時(shí)間在0和4h的區(qū)間范圍內(nèi)。我們可以看到當(dāng)0≤?<h時(shí)，穩(wěn)定區(qū)形狀與積分器的情況類(lèi)似。穩(wěn)定區(qū)域的形狀也受反饋控制器的影響(在這個(gè)例子中，指的是標(biāo)量反饋增益)A數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)圖5-3A-1給出了數(shù)據(jù)庫(kù)的概況。數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)常用一個(gè)圓筒來(lái)表示，如圖中左邊的圖形所在圖5-3A-1中，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與終端用戶運(yùn)行報(bào)告相連，在線瀏覽器用戶可瀏覽你的站點(diǎn)(還有許多其它應(yīng)用類(lèi)型)。嚴(yán)格的說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)模型或數(shù)據(jù)模型是什么?有眾多的、精確的解釋以修改數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)以有效地改變數(shù)據(jù)。在過(guò)去的50年中，各種數(shù)據(jù)庫(kù)建模技術(shù)(尤其是在數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)交換方面)的發(fā)展大相徑庭，但為了滿足提高效率的聯(lián)機(jī)事務(wù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)是特殊規(guī)定、高并發(fā)(共享的)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)要求快速訪問(wèn)少量圖5-3A-2給出了和圖5-3A-1一樣的系統(tǒng)圖，但在圖5-3A-2中，報(bào)表和聯(lián)機(jī)瀏覽器應(yīng)車(chē)很容易。工廠的信息技術(shù)系統(tǒng)是復(fù)雜的，但對(duì)用戶來(lái)說(shuō)根據(jù)西門(mén)子網(wǎng)站，在不久的將來(lái)坐在網(wǎng)站瀏覽器前來(lái)控制工廠的業(yè)自動(dòng)化的驅(qū)動(dòng)力是微電子和軟件。"西門(mén)子全球網(wǎng)站執(zhí)行委員會(huì)委員，在IEE2003年7統(tǒng)以滿足特殊的客戶需求。大約70%的產(chǎn)品成本來(lái)自它的生應(yīng)商，的講話，對(duì)制造商而言，模塊式自動(dòng)化和虛擬生產(chǎn)(數(shù)字化工廠)是最有效的降低成與IBM和其它公司一起，F(xiàn)lexLink在2002年末開(kāi)始實(shí)施它自己的數(shù)字化工廠的概最靈活的自動(dòng)化系統(tǒng)。FlexLink稱它為PLM工廠，它是“產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程生命周期管理”有生產(chǎn)線上使利潤(rùn)最大化?……你需要有效地管理產(chǎn)品，生產(chǎn)過(guò)程和訂單，并且(你需要)漸擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，"他說(shuō)?！叭绻@些(需求)發(fā)生變化，這些模塊很容易用于其它產(chǎn)品。換句話說(shuō)，我們正在把靈活性注入到自動(dòng)化過(guò)程中，這樣做會(huì)大大降低工廠的基Chalmers’Kinnander講述了一個(gè)大型卡車(chē)制造廠真實(shí)的故事，在80年代末由于缺消除各個(gè)部門(mén)之間信息交流的障礙、集成企業(yè)資源等。圖5-4A-1所示的企業(yè)環(huán)形圖是原制造工程師學(xué)會(huì)/計(jì)算機(jī)集成制造環(huán)形圖的修正版，有下述6個(gè)給出定義的區(qū)域：這部分包括形成產(chǎn)品生命周期的15個(gè)關(guān)鍵過(guò)程。5)企業(yè)要有資金、人力、材料、管理、信息、本文中討論的計(jì)算機(jī)集成制造原理涵蓋了計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化系統(tǒng)圖5-4A-2給出了企業(yè)環(huán)形圖的另一種解釋，圖中包括三個(gè)過(guò)程和需要共享數(shù)據(jù)和資節(jié)需共享更多的信息，重疊區(qū)的大小會(huì)發(fā)生變化。新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)通常開(kāi)始與設(shè)計(jì)環(huán)并按圖被稱為“產(chǎn)品/過(guò)程”,其中包括商品定義、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、改進(jìn)措施、文檔和(新產(chǎn)品)發(fā)布。在有關(guān)著作中關(guān)于這部分工作的討論通常都加上CAD,自動(dòng)化軟件經(jīng)常被用來(lái)改進(jìn)設(shè)計(jì)和繪圖能力。但是，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品/過(guò)程中CAD產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的第二個(gè)過(guò)程環(huán)節(jié)在圖5-4A-2被指為制造計(jì)劃與控制，它包括所有實(shí)現(xiàn)有效制造所需的過(guò)程計(jì)劃、產(chǎn)品調(diào)度、庫(kù)存管理和能力計(jì)劃。在企業(yè)環(huán)形圖(圖5-4A-1)中，標(biāo)為制造的環(huán)節(jié)包含來(lái)自MPC和圖5-4A-2中生產(chǎn)環(huán)的元素。企業(yè)環(huán)形圖中在圖5-4A-2中標(biāo)為生產(chǎn)的最后一個(gè)過(guò)程環(huán)節(jié)包括所有與生產(chǎn)和銷(xiāo)售相關(guān)的活動(dòng)。這1)自動(dòng)化的硬件和軟件；2)從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的制造系統(tǒng)，安裝在企業(yè)；3)從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的制造系統(tǒng)，安裝在企業(yè)；1)客戶滿意度是決策的基礎(chǔ)；2)支持全面質(zhì)量管理原則；3)重視每一個(gè)雇員的建議；4)不滿足現(xiàn)狀，不斷創(chuàng)新。另外，成功地CIM實(shí)現(xiàn)1)在所有的部門(mén)之間共享數(shù)據(jù)；2)使用自動(dòng)化的硬件和軟件有效地集成企業(yè)運(yùn)作以便產(chǎn)隨著信息技術(shù)方法的成長(zhǎng)和發(fā)展，從90年代后期制造系統(tǒng)改變的步伐以指數(shù)的方式本文的目的是傳達(dá)給讀者一個(gè)基本觀點(diǎn)，即以材料需求計(jì)劃(MRP)和制造資源規(guī)劃會(huì)遇到的相關(guān)系統(tǒng)主題和運(yùn)作中的問(wèn)題。如果曾經(jīng)在制造業(yè)中存在一個(gè)需要終生學(xué)習(xí)的領(lǐng)企業(yè)資源規(guī)劃企業(yè)資源計(jì)劃一種用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所有資源進(jìn)行高效計(jì)劃與控制的方企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)1)以財(cái)務(wù)為導(dǎo)向、以確定和規(guī)劃企業(yè)范圍內(nèi)需要獲取、加工、庫(kù)、使用第四代語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的計(jì)算機(jī)輔助工程工具、客戶隨身攜帶的開(kāi)放式系統(tǒng)。2)更具普適性的一種用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所有資源進(jìn)行高效計(jì)劃與控制的ERP是一種更新的系統(tǒng)概念，其核心是商務(wù)系統(tǒng)集成。這些集成的系統(tǒng)支撐企業(yè)內(nèi)的圖5-4B-1介紹