工業(yè)過程控制工程

<工業(yè)過程控制>

鄭州科技學(xué)院王曉冬1:23514723電氣學(xué)院二樓電氣教研室期末成果=期末考試*0.7+平常成果*0.3平常成果：出勤+作業(yè)2第一章：消費(fèi)過程自動化的開展消費(fèi)過程自動化，狹義的可以定義為控制實(shí)際在消費(fèi)過程中的運(yùn)用。廣義上講還應(yīng)包括自動化工具，如參數(shù)檢測、控制執(zhí)行及調(diào)理器(計算機(jī)系統(tǒng))等。更完善地定義還應(yīng)包括保證消費(fèi)平安的越限報警、聯(lián)鎖維護(hù)以及缺點(diǎn)診斷、容錯控制等等。更廣的意義上講還包括操作優(yōu)化、最優(yōu)調(diào)度與消費(fèi)管理等內(nèi)容，也就是常講的管理控制綜合系統(tǒng)。消費(fèi)過程自動化所包含的內(nèi)容非常豐富。3本課程的內(nèi)容本課程只討論消費(fèi)過程自動化技術(shù)課程根底：模擬電路傳感器與檢測技術(shù)；數(shù)字電路微機(jī)原理與接口技術(shù)；自動控制原理；編程言語〔匯編、C〕；4什么是過程控制？☆工業(yè)消費(fèi)過程指原資料經(jīng)過假設(shè)干加工步驟轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品并具有一定生產(chǎn)規(guī)模的過程。工業(yè)消費(fèi)過程可分為：▲延續(xù)消費(fèi)過程和離散消費(fèi)過程；▲延續(xù)消費(fèi)過程、離散消費(fèi)過程和間歇消費(fèi)過程〔批量消費(fèi)過程〕。工業(yè)消費(fèi)過程控制概述5☆工業(yè)消費(fèi)過程的目的在能夠獲得的原料和能源條件下，以最經(jīng)濟(jì)的途徑將原資料加工成預(yù)期的合格產(chǎn)品。原資料合格產(chǎn)品理想條件干擾產(chǎn)品？控制過程控制過程控制主要是指延續(xù)過程工業(yè)的過程控制圖1.1-1工業(yè)消費(fèi)過程表示圖6一座以煤作燃料的發(fā)電廠，如圖1.1-2所示。在這一工業(yè)消費(fèi)過程中，原料是煤和水，產(chǎn)品是電能，整個消費(fèi)過程由儲倉、鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、水冷凝器和循環(huán)水泵、相應(yīng)的管道以及控制系統(tǒng)等組成。煤經(jīng)過在爐膛中熄滅產(chǎn)生熱能從而加熱水使之變成高壓蒸汽用以推進(jìn)汽輪機(jī)。汽輪機(jī)經(jīng)過銜接軸帶動發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。所產(chǎn)生的電能送給電網(wǎng)再供應(yīng)各種各樣的用戶，如有的用于照明，有的用于驅(qū)動馬達(dá)，有的用作家電產(chǎn)品的電源等。圖1.1-2發(fā)電廠表示圖7對發(fā)電廠來說，它的任務(wù)目的是：平安消費(fèi)鍋爐、汽輪機(jī)等必需絕對平安運(yùn)作；單位電能的煤耗要求煤耗小，能量轉(zhuǎn)換效率高；排出煙氣對環(huán)境污染煙氣中灰塵及硫化物含量要低。上述目的，只需經(jīng)過良好的自動控制系統(tǒng)才干實(shí)現(xiàn)。

8圖1.1-3工業(yè)消費(fèi)過程控制與其它學(xué)科的關(guān)系9消費(fèi)過程自動化的開展歷史工業(yè)革命時發(fā)明的瓦特節(jié)速器開創(chuàng)了自動調(diào)理的先例。19世紀(jì)中(1868年)，物理學(xué)家J．C．Maxwell作出關(guān)于蒸汽機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析的著名論文，人類歷史上第一篇有關(guān)控制實(shí)際的論文。20世紀(jì)30年代以來，自動化技術(shù)首先在電子通訊工程中獲得了驚人的成就，對自動控制實(shí)際產(chǎn)生了極大的推進(jìn)作用。40年代以Nyquist的任務(wù)所開創(chuàng)的基于反響回路的經(jīng)典控制實(shí)際，以傳送函數(shù)為根底，適用于單輸入單輸出(SISO)線性定常系統(tǒng)的分析與綜合問題。10消費(fèi)過程自動化的開展歷史系統(tǒng)分析方法有時間域方法、頻率呼應(yīng)法和根軌跡法等，這些方法中尤以頻率呼應(yīng)法最主要。自動控制實(shí)際作為一門獨(dú)立的學(xué)科那么是從20世紀(jì)40年代末(1948年)開場，由N．Wiener發(fā)表的著名著作“控制論〞為標(biāo)志，迅速開展起來。20世紀(jì)60年代開場的現(xiàn)代控制實(shí)際作為更科學(xué)的實(shí)際獲得很大的開展。11現(xiàn)代控制實(shí)際以形狀空間為根底的現(xiàn)代控制實(shí)際：Bellman的動態(tài)規(guī)劃實(shí)際〔1957年〕Kalman等的最優(yōu)濾波實(shí)際〔1961年〕Pontryagin等的極大值原理〔1962年〕建立在以現(xiàn)代控制實(shí)際為根底的控制器設(shè)計方法規(guī)范，實(shí)際明晰，可以有效地處置很多復(fù)雜的系統(tǒng)控制問題。航空、航天領(lǐng)域、機(jī)械控制領(lǐng)域。12消費(fèi)過程自動化的開展歷史由于流程工業(yè)消費(fèi)過程的復(fù)雜性，和人類目前的知識程度，建模過程〔包括機(jī)理建模與辨識〕中必要的假設(shè)與簡化不可防止。在這樣的根底上建立的工業(yè)過程被控對象模型中總包含有被稱為“未建模〞動態(tài)部分。由于它的存在，使基于現(xiàn)代控制實(shí)際設(shè)計的控制系統(tǒng)的質(zhì)量大大惡化，甚至無法穩(wěn)定。除了被控對象模型的不確定性以外，工業(yè)消費(fèi)過程中的干擾非常復(fù)雜，它們的統(tǒng)計特性往往未知，有時甚至干擾本身就是不確定的。因此，現(xiàn)代控制實(shí)際在消費(fèi)過程自動化中還很難見到勝利運(yùn)用的實(shí)例。致命的缺乏是系統(tǒng)的形狀空間模型不知。13消費(fèi)過程自動化的開展歷史大多數(shù)工業(yè)過程運(yùn)轉(zhuǎn)工況都不會偏離額定工況太遠(yuǎn)，許多工業(yè)過程參數(shù)可以簡化為用一階或二階帶純滯后的、具有自平衡才干的集中參數(shù)特性來描畫。20世紀(jì)40~60年代，經(jīng)典控制實(shí)際為消費(fèi)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計提供了強(qiáng)有力的實(shí)際支持。以此為根底的單變量控制系統(tǒng)得到了廣泛的運(yùn)用，并到達(dá)了相當(dāng)完善的程度。在這個時期，自動化的技術(shù)工具是氣動或電動模擬儀表〔稱為調(diào)理器〕。14消費(fèi)過程自動化的開展歷史經(jīng)典控制實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計方法建立在試探方法根底之上，通常得不到最優(yōu)控制目的。20世紀(jì)60年代，航天航空事業(yè)的開展，促進(jìn)了現(xiàn)代控制實(shí)際的開展。系統(tǒng)的復(fù)雜性在實(shí)際上表達(dá)為對象是多輸入多輸出(MIMO)、時變、非線性。這就對控制實(shí)際和工程提出了新的要求——能否將在空間技術(shù)中獲得運(yùn)用的現(xiàn)代控制實(shí)際運(yùn)用到工業(yè)過程控制中去。實(shí)際證明，直到如今進(jìn)展不大。15工業(yè)過程自動化目的：使消費(fèi)過程到達(dá)平安、平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)、高效(高產(chǎn)出、低耗費(fèi))、綠色環(huán)保。自動化的初級階段主要目的是使消費(fèi)過程平安(僅限于越限報警和聯(lián)鎖)與平穩(wěn)地進(jìn)展。在過程工業(yè)中，絕大部分的控制系統(tǒng)是對諸如溫度、壓力、流量、物位〔液位、界面〕等工藝變量的定值控制系統(tǒng)?？刂茖ο笸捎靡粋€低階模型來描畫。并且根據(jù)這樣的模型，就足以滿足平穩(wěn)消費(fèi)要求。這就是為什么經(jīng)典控制方法至今不衰的重要緣由。16工業(yè)過程自動化據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報道，目前在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，90％以上還是采用PID控制，及一些簡單的多回路控制系統(tǒng)(它們往往在根底控制級DCS上實(shí)現(xiàn))。所以對于經(jīng)典控制實(shí)際的學(xué)習(xí)與認(rèn)識是必要的，也是學(xué)習(xí)與了解現(xiàn)代控制實(shí)際的分析與設(shè)計方法的非常重要根底。更是工程實(shí)施的需求。17現(xiàn)代控制實(shí)際與經(jīng)典控制實(shí)際現(xiàn)代控制實(shí)際從實(shí)際上處理了許多難以控制的問題。相對經(jīng)典控制實(shí)際來說是一大提高。但現(xiàn)代控制實(shí)際在運(yùn)用中出現(xiàn)了問題：嚴(yán)厲地依賴于控制對象的數(shù)學(xué)模型。而過程工業(yè)消費(fèi)中要得到被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是非常困難的。經(jīng)典控制實(shí)際根據(jù)系統(tǒng)的丈量值進(jìn)展控制：反響控制〔閉環(huán)〕。現(xiàn)代控制實(shí)際根據(jù)系統(tǒng)形狀控制〔開環(huán)〕。雖然現(xiàn)代控制實(shí)際在實(shí)際上講是更系統(tǒng)、更規(guī)范、更強(qiáng)有力，但是其分析與設(shè)計方法的物理意義卻遠(yuǎn)沒有經(jīng)典控制實(shí)際明晰。18現(xiàn)代控制實(shí)際系統(tǒng)建模與辨識。近年來控制實(shí)際界研討的熱點(diǎn)，如魯棒控制、非線性控制、自順應(yīng)控制、預(yù)測控制等不斷長盛不衰。與此同時一些所謂無模型控制方法如模糊控制、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等也應(yīng)運(yùn)而生并且蓬勃開展。在控制實(shí)際界構(gòu)成一個多角度、多方位的研討勢態(tài)。種種景象表達(dá)出了實(shí)際上的熱烈，工程上的欠缺。1991年IFAC控制年會重新開場注重經(jīng)典控制19工業(yè)過程綜合自動化集管理與控制于一體的計算機(jī)集成綜合自動化系統(tǒng)?！睠IMS，CIPS〕從更大的范圍來研討綜合自動化問題，這使得控制實(shí)際從系統(tǒng)的總體特征上遇到了前所未有的困難。處理這類問題的重要途徑可以是將控制實(shí)際、運(yùn)籌學(xué)與智能控制三者相結(jié)合。而這些問題的處理能夠意味著新一代控制實(shí)際或復(fù)雜系統(tǒng)控制實(shí)際的產(chǎn)生。自動化是一個涉及范圍廣、包含內(nèi)容極豐富的領(lǐng)域。每一種控制實(shí)際的提出都有其相應(yīng)的背景。20過程工業(yè)控制器過程工業(yè)控制器習(xí)慣上稱調(diào)理器、檢測儀表稱變送器。規(guī)范儀表信號〔0.02~0.1MPa氣壓信號，4~20mA直流電流〕?！?~5V直流電壓〕調(diào)理器電源電壓在24V以下，屬于弱電控制系統(tǒng)。調(diào)理器分電動、氣動兩種類型。延續(xù)消費(fèi)過程，發(fā)電、化工、石化工業(yè)，特點(diǎn)：易燃易爆。21自動化儀表開展最近50年，工業(yè)自動化儀表閱歷了從氣動儀表到電動儀表，從現(xiàn)場控制到中央控制室控制，從在儀表屏上操作到用計算機(jī)操作站〔CRT〕操作，從模擬信號到數(shù)字信號等階段。并且重新回到現(xiàn)場控制。20世紀(jì)50年代主要是氣動儀表和真空電子管儀表，60年代以DDZⅡ電動單元組合儀表〔分立元件〕和DQZⅡ氣動單元組合儀表為代表，70年代以DDZⅢ型儀表〔集成電路〕為代表電動單元儀表，到80年代，由于微處置器的開展，開場了智能化儀表時代。目前控制儀表已完全數(shù)字化了。22計算機(jī)工業(yè)控制的開展世界上第一臺成熟的電子數(shù)字計算機(jī)是1946年出現(xiàn)的。將數(shù)字計算機(jī)作為控制系統(tǒng)的部件的思想萌生于1950年前后。在當(dāng)時的結(jié)論是“將已有的通用數(shù)字計算機(jī)用于控制系統(tǒng)沒有什么潛力〞。最重要的任務(wù)開場于1956年3月，當(dāng)時湯姆森·拉莫·伍爾里奇(ThomsonRamoWoolrige—TRW)航空公司與得克薩柯(Texaco)公司結(jié)合提出了一個可行性研討報告。決議針對得克薩斯州(Texas)的波特·阿瑟(PortArthur)煉油廠的一臺聚合安裝進(jìn)展研討。23計算機(jī)工業(yè)控制的開展設(shè)計出采用RW-300計算機(jī)的聚合安裝計算機(jī)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)于1959年3月12日在線運(yùn)轉(zhuǎn)?！翱刂屁?6個流量、72個溫度、3個壓力和3個成分。系統(tǒng)的根本功能是使反響器的壓力最小、確定對5個反響器供料的最正確分配、根據(jù)對催化劑活性丈量的結(jié)果來控制熱水的流入量、以及確定最正確循環(huán)。這里的“控制〞意義是計算機(jī)檢測上述變量，并根據(jù)工藝計算、打印出控制命令，由操作人員手動調(diào)理設(shè)定點(diǎn)，模擬儀表才是真正的控制器。這種控制稱為計算機(jī)監(jiān)控〔監(jiān)視控制〕。24計算機(jī)工業(yè)控制的開展TRW公司的這項開創(chuàng)性任務(wù)，導(dǎo)致了計算機(jī)工業(yè)控制蓬勃開展的局面。到如今大致分6個開展階段：開創(chuàng)期——約1955年直接數(shù)字控制期——約1962年小型計算機(jī)控制期——約1972年微型計算機(jī)控制期——約1972年數(shù)字技術(shù)普遍運(yùn)用期——約1980年集散型控制期——約1990年25計算機(jī)控制的開創(chuàng)時期早期計算機(jī)控制系統(tǒng)采用真空管。在1958年前后，計算機(jī)加法時間的典型值是l毫秒，乘法時間是20毫秒，一臺中央處置器的平均無缺點(diǎn)時間(MTBF)為50~l00小時。計算機(jī)控制的主要義務(wù)是尋覓最正確運(yùn)轉(zhuǎn)條件，完成調(diào)度和消費(fèi)方案，報告產(chǎn)量和原資料的耗費(fèi)等。在這里可以把尋覓最好運(yùn)轉(zhuǎn)條件的問題看作是一個靜態(tài)最優(yōu)化問題。26計算機(jī)控制的開創(chuàng)時期計算機(jī)控制由于缺乏過程知識而遭到妨礙。在這個時期，可行性研討的很大一部分努力都是花在建模上。由于缺乏有效的建模方法學(xué)，建模相當(dāng)費(fèi)時。過程控制向計算機(jī)系統(tǒng)提出了許多特殊的要求，作為過程控制系統(tǒng)，需求對過程中的不測變化做出迅速呼應(yīng)，從而產(chǎn)生了計算機(jī)中斷系統(tǒng)概念。作為控制用計算機(jī)系統(tǒng)，要直接面向工業(yè)過程的各種參數(shù)，就必需求各種各樣的傳感器。過程參數(shù)為非電量信號，要轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量信號。電量信號的規(guī)范化和數(shù)字化。數(shù)字控制實(shí)際和適宜于數(shù)字計算機(jī)的控制算法〔程序〕等。一系列的實(shí)際和實(shí)際研討課題。27計算機(jī)控制的開創(chuàng)時期TRW公司和得克薩柯公司的任務(wù)，在工業(yè)界、計算機(jī)制造商和各種研討組織中間喚起了對過程工業(yè)控制的極大的興趣。工業(yè)界看到的是一種提高自動化程度的潛在手段，計算機(jī)工業(yè)界看到了新的市場，大學(xué)那么看到了新的研討領(lǐng)域。28計算機(jī)控制的開創(chuàng)時期到1961年3月為止，全世界安裝了37套計算機(jī)控制系統(tǒng)。一年之后，系統(tǒng)臺數(shù)增長到159套。運(yùn)用領(lǐng)域涉及到鋼鐵、化工和電力工業(yè)的控制。不同的工業(yè)領(lǐng)域，以不同的速度推進(jìn)了這種技術(shù)的開展。可行性研討貫穿了整個20世紀(jì)60年代和70年代。計算機(jī)控制的開創(chuàng)時期是計算機(jī)監(jiān)視控制階段。29直接數(shù)字控制時期1962年，英國的帝國化學(xué)工業(yè)公司〔ICI〕制造出了一套全新的控制安裝，過程控制中的全部模擬儀表由一臺名為費(fèi)倫蒂·阿格斯〔FerrantiArgus〕的計算機(jī)來替代。一臺計算機(jī)直接丈量224個變量和控制129個閥門。開創(chuàng)了過程控制的新紀(jì)元，即模擬技術(shù)直接被數(shù)字技術(shù)所替代，而系統(tǒng)的功能堅持不變。直接數(shù)字控制〔DDC〕這個名字就是為了強(qiáng)調(diào)計算機(jī)直接控制消費(fèi)過程這一特征。1962年，一臺典型的過程控制計算機(jī)，完成兩數(shù)相加所花的時間為100微秒，相乘所花的時間為1毫秒。平均無缺點(diǎn)時間大約為1000小時。30直接數(shù)字控制時期控制系統(tǒng)的價錢問題是DDC技術(shù)得以開展的主要理由。模擬系統(tǒng)的價錢隨著控制回路數(shù)目的添加成線性增長，而一臺數(shù)字計算機(jī)系統(tǒng)的最初投資雖然很大，但添加一個回路的費(fèi)用卻很小。因此，對于大型安裝來說，數(shù)字系統(tǒng)是廉價的。數(shù)字控制系統(tǒng)的另一個突出的優(yōu)點(diǎn)是操作方式的變卦，一塊操作員通訊板可替代一大片墻壁的模擬儀表。用在ICI系統(tǒng)的通訊板非常簡單，僅僅包含一臺數(shù)字顯示器和少數(shù)按鈕。31直接數(shù)字控制時期靈敏性是DDC系統(tǒng)的又一個優(yōu)點(diǎn)。模擬系統(tǒng)要經(jīng)過重新接線來改動控制系統(tǒng)的構(gòu)造；而計算機(jī)控制系統(tǒng)那么只需經(jīng)過重編程序，改動控制邏輯，即可改動控制系統(tǒng)的構(gòu)造。計算機(jī)控制還有更多的優(yōu)點(diǎn)，比如，它容易實(shí)現(xiàn)幾個回路之間的相互作用；可以使控制環(huán)節(jié)的參數(shù)成為運(yùn)轉(zhuǎn)條件的函數(shù)。采用公用的DDC言語可以簡化編程任務(wù)。在運(yùn)用者看來，DDC系統(tǒng)仿佛是用常規(guī)調(diào)理器連成的。32小型計算機(jī)時期20世紀(jì)60年代，由于集成電路技術(shù)的發(fā)明與開展，計算機(jī)變得體積更小，速度更快，可靠性更高，并且越來越廉價。小型計算機(jī)一詞指的是新出現(xiàn)的這類計算機(jī)。這個時期，典型的過程控制計算機(jī)的字長為16位，內(nèi)存儲器為8~124K字，磁盤作為輔助存儲器，加法時間為2微秒，乘法時間為7微秒，中央處置單元的平均無缺點(diǎn)時間為20000小時。DDC期間，經(jīng)過工程實(shí)際獲得了越來越多的計算機(jī)過程控制的知識。過程控制計算機(jī)的臺數(shù)從1970年的5000臺左右增長到1975年的50000臺左右。33微型計算機(jī)時期和計算機(jī)控制的普遍運(yùn)用微型機(jī)與小型機(jī)時代幾乎是同時開場的。90年代，微處置器的價錢降到僅為幾美圓。出現(xiàn)了稱為微控制器的特殊用途計算機(jī)。在微控制器中，一塊規(guī)范的處置器芯片上增添了存放器、存儲器〔包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器〕、中斷邏輯、定時器/計數(shù)器、串行通訊口，以及A/D和D/A變換器等其它的功能部件和通用接口等。使微控制器只需少量的外部電路就可以成為一完好的計算機(jī)控制系統(tǒng)。并且可靠性大幅度提高。34集散型控制微處置器對于計算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)造產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，極大的提高了控制系統(tǒng)的可靠性。計算機(jī)控制系統(tǒng)通常包括實(shí)現(xiàn)控制功能的過程站，具有操作監(jiān)視作用的操作站和各種輔助的站點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)中一切的相互作用都經(jīng)過通訊網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。這種將不同的功能分散在不同的站點(diǎn)的控制系統(tǒng)稱為集散控制系統(tǒng)。第一臺集散控制系統(tǒng)是1975年由Honeywell公司推出的TDC2000系統(tǒng)。操作員運(yùn)用一臺計算機(jī)〔操作站〕就能完成對整個消費(fèi)過程的監(jiān)視和控制。35全廠監(jiān)視和控制工業(yè)過程控制系統(tǒng)的進(jìn)一步開展是將工廠中的一切計算機(jī)和計算機(jī)系統(tǒng)集成為一個整體，實(shí)現(xiàn)實(shí)時的數(shù)據(jù)交換。這樣的相互作用就使得一切部門各得其所。最高主管能隨時了解運(yùn)轉(zhuǎn)的全貌；消費(fèi)主管可以在現(xiàn)有信息的根底上規(guī)劃和調(diào)度消費(fèi)及時了解產(chǎn)品消費(fèi)、庫存、銷售信息，消費(fèi)本錢賬目和質(zhì)量記錄等。集成的根底是數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。3637我國計算機(jī)控制技術(shù)的開展我國計算機(jī)控制技術(shù)在早期與世界先進(jìn)程度比并不落后。在20世紀(jì)60年代初，我國大學(xué)就開場了在不同行業(yè)中的計算機(jī)運(yùn)用研討，及工業(yè)控制計算機(jī)研討。南京工學(xué)院〔如今的東南大學(xué)〕在化工、電力行業(yè)開場計算機(jī)控制技術(shù)和工程運(yùn)用的研討。并且在70年代初已有在石油化工、電廠、造船等行業(yè)勝利運(yùn)用的實(shí)例。38現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)控制系統(tǒng)粗略的分為三層，其中，下面兩層是消費(fèi)過程的控制和監(jiān)視。上面一層實(shí)現(xiàn)消費(fèi)管理功能。對信息的要求也不同。消費(fèi)過程的控制和監(jiān)視過程，面對的是過程實(shí)時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的時效性高〔比如周期性的檢測數(shù)據(jù)。每次的傳送數(shù)據(jù)量普通不大。屬于時效性強(qiáng)的小批量數(shù)據(jù)。39現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)消費(fèi)管理面對的是消費(fèi)方案、市場統(tǒng)計、財務(wù)、庫存等信息，以及消費(fèi)過程分析等。〔其中消費(fèi)過程分析數(shù)據(jù)來源雖然同樣來自自動化系統(tǒng)〕，普通是來自過程自動化層的實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的信息?！膊⑶?，消費(fèi)分析普通是離線分析，對數(shù)據(jù)傳輸時間要求不強(qiáng)。作為消費(fèi)過程的診斷分析，要求的數(shù)據(jù)不但要求多，還往往要有一定的時間跨度〕。因此在消費(fèi)管理層，每次傳送的數(shù)據(jù)量很大。不定時。管理自動化系統(tǒng)還能夠進(jìn)一步經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成更大的管理網(wǎng)絡(luò)，直到與因特網(wǎng)相連。40現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)以太網(wǎng)采用載波監(jiān)聽多路訪問的控制方式，其通訊的不確定性使人們不斷以為它不適于在控制網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用〔在網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)多或通訊量添加時，通訊過程中發(fā)生沖突的概率將明顯增大，數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時性無法保證〕?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)的通訊協(xié)議都由各控制系統(tǒng)消費(fèi)公司本人設(shè)計，并且各不一樣。給控制系統(tǒng)的運(yùn)用帶來不方便。41工業(yè)以太網(wǎng)不同的控制系統(tǒng)有不同的組成、構(gòu)造，與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。屬于不同的企業(yè)集團(tuán)控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)集成，綜合自動化。一致信息規(guī)范。以太網(wǎng)隨著因特網(wǎng)的開展已成為最廣泛的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，工業(yè)以太網(wǎng)能夠是一致網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的一種道路。42集散控制系統(tǒng)儀表控制系統(tǒng)集中安裝在控制室，計算機(jī)監(jiān)視控制系統(tǒng)集中安裝在控制室，計算機(jī)直接控制系統(tǒng)集中安裝在控制室，一個CPU對一切回路進(jìn)展檢測控制?？刂萍校L(fēng)險集中。集散控制系統(tǒng)集中安裝在控制室，控制功能分散在各部件。分散風(fēng)險。上述控制系統(tǒng)與現(xiàn)場檢測點(diǎn)采用電纜銜接，接線多，復(fù)雜。43現(xiàn)場儀表控制系統(tǒng)將控制功能分散到現(xiàn)場智能儀表，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。與中央控制室之間的銜接僅是數(shù)據(jù)線，極大減少了銜接電纜數(shù)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)總線是系統(tǒng)的關(guān)鍵。分布式控制系統(tǒng)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線不僅是通訊線，更是控制系統(tǒng)的組成部分。安裝分散，風(fēng)險分散?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)新一代控制系統(tǒng)。44現(xiàn)場總線定義國際電工委員會IEC/TC65擔(dān)任丈量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊國際規(guī)范化任務(wù)的SC65C/WG6于1984年就開場著手規(guī)范的制定，并努力于推出世界上單一的現(xiàn)場總線規(guī)范。根據(jù)國際電工委員會IEC61158規(guī)范定義：現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場安裝與控制室內(nèi)的自動安裝之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通訊的數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場總線技術(shù)根本內(nèi)容包括：以串行通訊方式取代傳統(tǒng)的4~20mA的模擬信號；一條現(xiàn)場總線可為眾多的可尋址現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)銜接、支持底層的現(xiàn)場智能設(shè)備與高層的系統(tǒng)利用公用傳播介質(zhì)交換信息。45現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線技術(shù)的中心是它的通訊協(xié)議。它是工業(yè)控制領(lǐng)域中計算機(jī)通訊系統(tǒng)的最底層的低本錢網(wǎng)絡(luò)〕。自1993年經(jīng)過了IEC61158現(xiàn)場總線物理層規(guī)范之后，由于種種經(jīng)濟(jì)、社會與技術(shù)緣由，使現(xiàn)場總線規(guī)范的制定不斷處于混亂形狀。2000年初宣布8種現(xiàn)場總線規(guī)范為IEC現(xiàn)場總線國際規(guī)范子集：46現(xiàn)場總線規(guī)范IEC61158[技術(shù)規(guī)范〔即FF-H1〕]ControlNET〔美國羅克韋爾自動化公司RockwellAutomation,1995〕、Profibus(德國西門子公司支持，1989；1996年它博得了43％的德國市場，在歐洲市場也占首位)、P-Net(丹麥PROCES-DATA，1984年)、FoundationFieldbusFF-HSE(美國FisherRosemount公司支持)、NetcomerSwiftNet〔SHIPSTAR協(xié)會應(yīng)波音公司的要求開發(fā)的一種現(xiàn)場總線〕、WorldFIP〔法國Alstom支持〕、Interbus-S(德國的PhoenixContact公司，1984)，47其它控制總線規(guī)范Lonworks(美國ECHELON)CC-Link(三菱電機(jī)，1996〕CAN〔德國Bosch,1994)DeviceNet(開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供貨商協(xié)會)AS-I(11家公司結(jié)合資助和規(guī)劃的，并得到德國科技部的支持)一切控制總線產(chǎn)品相互之間不兼容。48工業(yè)以太網(wǎng)當(dāng)現(xiàn)場總線規(guī)范爭論不斷的時候，以太網(wǎng)規(guī)范隨Internet的開展，獲得了長足的開展，從10M→100M→1000M。許多公司開場工業(yè)以太網(wǎng)研討，并獲得了很大的進(jìn)展。工業(yè)以太網(wǎng)能夠是可以一致未來現(xiàn)場總線規(guī)范。工業(yè)以太網(wǎng)是一種實(shí)時網(wǎng)絡(luò)。49分布式工業(yè)控制系統(tǒng)自從采用數(shù)字計算機(jī)技術(shù)后，工業(yè)控制系統(tǒng)的開展，有兩個分布式的過程。DCS的出現(xiàn)，使控制系統(tǒng)從單個處置器的集中控制方式，轉(zhuǎn)向多處置器的分散控制方式。早期的DCS控制系統(tǒng)，還是集中在中央控制室。智能儀表和現(xiàn)場總線通訊技術(shù)，使得控制系統(tǒng)從集中在總控制室，轉(zhuǎn)向真正分布到工業(yè)控制現(xiàn)場50嵌入式系統(tǒng)隨著IC〔集成電路〕技術(shù)和IT〔信息〕技術(shù)的開展，控制系統(tǒng)又將面臨新的變化，這就是嵌入式系統(tǒng)。我們這里所說的嵌入式系統(tǒng)有兩層含義，一是控制系統(tǒng)嵌入到控制對象中〔即被控對象與控制系統(tǒng)結(jié)合成新的智能化設(shè)備〕，二是系統(tǒng)軟件嵌入到IC〔SOC〕芯片中去。51智能化設(shè)備控制系統(tǒng)嵌入到控制對象：嵌入式控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)與被控對象成為一體，成為新的系統(tǒng)：機(jī)電一體化系統(tǒng)。典型的機(jī)器人。嵌入式系統(tǒng)具有完善的網(wǎng)絡(luò)通訊接口、人機(jī)接口和完善的檢測控制功能，它是一個獨(dú)立的控制系統(tǒng)，又是設(shè)備的一個組成部分，是在設(shè)備的制造過程中，量身定做的控制系統(tǒng)，不再需求進(jìn)展二次開發(fā)。52芯上系統(tǒng)

〔SOC：SystemOnchip〕控制軟件嵌