第1章計(jì)算機(jī)控制概述

1、第一章第一章 計(jì)算機(jī)控制概述計(jì)算機(jī)控制概述本章要點(diǎn) 1.了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成與軟件組成3. 初步認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類與裝置種類4. 初步認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 5. 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的的主要研究?jī)?nèi)容6. 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展 本章主要內(nèi)容 引言引言 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 本章小結(jié)本章小結(jié) 思考題思考題 1.5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展 1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)

2、容 引言 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用-是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制系是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)融為一體的一門綜合性學(xué)問(wèn)，是以計(jì)算機(jī)為核心部件的過(guò)程控制統(tǒng)融為一體的一門綜合性學(xué)問(wèn)，是以計(jì)算機(jī)為核心部件的過(guò)程控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)，自動(dòng)化控制工程系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)，自動(dòng)化控制工程是其重要的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動(dòng)化控制工程來(lái)看，計(jì)算機(jī)技術(shù)是其重要的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動(dòng)化控制工程來(lái)看，計(jì)算機(jī)技術(shù)又是一個(gè)主要的實(shí)現(xiàn)手段。又是一個(gè)主要的實(shí)現(xiàn)手段。本書(shū)立足于工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域，討論這本書(shū)立足于工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域，討論這種不同于普通計(jì)算機(jī)的

3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)技術(shù)及其種不同于普通計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)技術(shù)及其工程應(yīng)用工程應(yīng)用。下圖為下圖為一個(gè)制藥車間的自動(dòng)化生產(chǎn)流程。一個(gè)制藥車間的自動(dòng)化生產(chǎn)流程。 鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成主要知識(shí)點(diǎn)主要知識(shí)點(diǎn):n1.1.1 1.1.1 控制系統(tǒng)概念控制系統(tǒng)概念n1.1.2 1.1.2 硬件組成硬件組成n1.1.3 1.1.3 軟件組成軟件組成1.1.1 1.1.1 控制系統(tǒng)概念控制系統(tǒng)概念計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來(lái)的來(lái)的; ;常規(guī)儀表組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制常規(guī)儀表組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)

4、不同的控制要求，一般分成要求，一般分成開(kāi)環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制( (圖圖1-1a1-1a所示所示) ) 與與閉閉環(huán)控制環(huán)控制( (圖圖1-1b1-1b所示所示) )兩種結(jié)構(gòu)形式兩種結(jié)構(gòu)形式; ;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理組成用控制計(jì)算機(jī)代替用控制計(jì)算機(jī)代替圖圖1-11-1的控制器，如圖的控制器，如圖1-1c1-1c所示；所示；（1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)-不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被控對(duì)象的測(cè)量反饋信號(hào)，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動(dòng)控對(duì)象的測(cè)量反饋信號(hào)，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器去控制被控對(duì)象，所以這種信號(hào)的傳遞是單方執(zhí)行器去控制被控對(duì)象，所以這種

5、信號(hào)的傳遞是單方向的。環(huán)控制系統(tǒng)不能自動(dòng)消除被控量與給定值之間向的。環(huán)控制系統(tǒng)不能自動(dòng)消除被控量與給定值之間的偏差，其控制性能不如閉環(huán)系統(tǒng)。的偏差，其控制性能不如閉環(huán)系統(tǒng)。 uqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被控量 r(a) (a) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)（2）閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)-閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再反饋到控制器中，控制器將把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再反饋到控制器中，控制器將此測(cè)量值與

6、給定值進(jìn)行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)此測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對(duì)象的被控量跟的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對(duì)象的被控量跟蹤趨近給定值，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號(hào)傳遞形成了閉蹤趨近給定值，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號(hào)傳遞形成了閉合回路，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。合回路，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。euqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象測(cè)量變送器測(cè)量變送器偏差偏差給定值給定值控制作用控制作用操縱變

7、量操縱變量被控量被控量 測(cè)量值測(cè)量值r+_zf干擾干擾圖圖1-1(b) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（3）計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)原理組成 計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理組成計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理組成-是把圖是把圖1-11-1中的控制中的控制器用控制計(jì)算機(jī)即微型計(jì)算機(jī)及器用控制計(jì)算機(jī)即微型計(jì)算機(jī)及A/DA/D（模（模/ /數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與D/AD/A（數(shù)（數(shù)/ /模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計(jì)算機(jī)采用的是數(shù)字信號(hào)傳遞，模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計(jì)算機(jī)采用的是數(shù)字信號(hào)傳遞，而一次儀表多采用模擬信號(hào)傳遞，因此需要有而一次儀表多采用模擬信號(hào)傳遞，因此需要有A/DA/D轉(zhuǎn)換器將模轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸

8、入信號(hào)，以及擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號(hào)，以及D/AD/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號(hào)。轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號(hào)。 +re偏偏差差計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)D/A執(zhí)執(zhí)行行器器被被控控對(duì)對(duì)象象uqyA/D測(cè)測(cè)量量變變送送器器z測(cè)測(cè)量量值值給給定定值值控控制制計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程控控制制作作用用操操縱縱變變量量被被控控量量圖圖1 1- -3 3 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理框框圖圖- 圖圖1-1(c) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 （4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的監(jiān)控過(guò)程步驟a.a.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集-對(duì)來(lái)自測(cè)量變送器的被控量的對(duì)來(lái)自測(cè)量變送器的被控量的瞬時(shí)

9、值進(jìn)行采集和輸入瞬時(shí)值進(jìn)行采集和輸入 ；b.b.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理-對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析、對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析、比較和處理，按一定的控制規(guī)比較和處理，按一定的控制規(guī)律運(yùn)算，進(jìn)行控制決策；律運(yùn)算，進(jìn)行控制決策； c.c.實(shí)時(shí)輸出控制實(shí)時(shí)輸出控制-根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行器發(fā)出控制信號(hào)，完成監(jiān)控任器發(fā)出控制信號(hào)，完成監(jiān)控任務(wù)；務(wù)； “實(shí)時(shí)”性的概念 所謂“實(shí)時(shí)”，是指信號(hào)的輸入、運(yùn)算處理和輸出能在一定的時(shí)間內(nèi)完成，即要求控制計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信號(hào)要以足夠快的速度進(jìn)行測(cè)量與處理，并在一定的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)或產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用。超過(guò)這個(gè)時(shí)間，就會(huì)失去控制時(shí)機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)上述

10、計(jì)算機(jī)控制的功能，需要控制計(jì)算機(jī)在硬件和軟件兩大部分的支持。 1.1.2 1.1.2 硬件組成硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件一般包括：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件一般包括：主機(jī)主機(jī)-CPU CPU RAMRAMROMROM系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 常規(guī)外部設(shè)備常規(guī)外部設(shè)備-輸入輸入/ /輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器等輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器等過(guò)程輸入輸出通道過(guò)程輸入輸出通道AIAI、AOAO、DIDI、DODO操作臺(tái)操作臺(tái)CRTCRT、LEDLED、LCDLCD 等等通信設(shè)備通信設(shè)備交換機(jī)、交換機(jī)、modemmodem、集線器等、集線器等圖圖 1-21-2所示硬件組成框圖所示硬件組成框圖CPURAMROM輸輸入入設(shè)設(shè)備備輸輸出出設(shè)

11、設(shè)備備外外存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器通通信信設(shè)設(shè)備備操操作作臺(tái)臺(tái)接接口口接接口口接接口口接接口口接接口口系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線工工業(yè)業(yè)對(duì)對(duì)象象接接口口接接口口接接口口接接口口換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)輸輸出出開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)輸輸入入測(cè)測(cè)量量變變送送驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)執(zhí)執(zhí)行行過(guò)過(guò)程程輸輸入入輸輸出出通通道道計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)基基本本系系統(tǒng)統(tǒng)主主機(jī)機(jī)常常規(guī)規(guī)外外部部設(shè)設(shè)備備圖1-4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖D/AA/D 圖圖1-2 1-2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖 鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫控制計(jì)算機(jī)硬件的特點(diǎn)（1）包含過(guò)程輸入輸出設(shè)備（2）可靠性高和可維護(hù)性好，能適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)惡劣的運(yùn)行環(huán)境（3）具有高可靠性的實(shí)時(shí)通信

12、網(wǎng)絡(luò)1.1.3 1.1.3 軟件組成軟件組成硬件僅為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軀體。要使計(jì)算機(jī)正確地硬件僅為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軀體。要使計(jì)算機(jī)正確地運(yùn)行解決各種問(wèn)題，必須為它編制軟件。運(yùn)行解決各種問(wèn)題，必須為它編制軟件。所謂軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，它所謂軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，它是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類；系統(tǒng)軟件軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類；系統(tǒng)軟件一般由計(jì)算機(jī)廠家提供，專門用來(lái)使用和管理計(jì)算機(jī)一般由計(jì)算機(jī)廠

13、家提供，專門用來(lái)使用和管理計(jì)算機(jī)本身的程序；應(yīng)用軟件是用戶針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程要求而編本身的程序；應(yīng)用軟件是用戶針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程要求而編制的各種應(yīng)用程序。制的各種應(yīng)用程序。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng) 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了滿足實(shí)時(shí)處理的要求，通常采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。目前控制計(jì)算機(jī)常用的操作系統(tǒng)主要有UNIX、WINDOWS NT、WINDOWS 2000、WINDOWS XP、RMX DOS等具有搶先能力的多任務(wù)操作系統(tǒng)，在一些要求不高的場(chǎng)合也有使用WINDOWS 98等不具有搶先能力的多任務(wù)操作系統(tǒng)，甚至是DOS等單任務(wù)系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作環(huán)境下，要求將應(yīng)用系統(tǒng)中的各種功能劃成若干任務(wù)，并按其重

14、要性賦予不同的優(yōu)先級(jí)，各任務(wù)的運(yùn)行進(jìn)程及相互間的信息交換由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。 1.2 控制系統(tǒng)分類 主要知識(shí)點(diǎn)主要知識(shí)點(diǎn)n1.2.1 1.2.1 按按功能功能及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分類n1.2.2 1.2.2 按按控制規(guī)律分類控制規(guī)律分類n1.2.3 1.2.3 按控制設(shè)備分類按控制設(shè)備分類1.2.1 按功能及結(jié)構(gòu)分類 n1. 1. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DASDAS）n2. 2. 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) (OGC)(OGC)n3. 3. 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDCDDC）n4. 4. 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（SCCSCC）n5. 5. 分散

15、控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（DCSDCS）n6. 6. 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCSFCS）n7. 7. 以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1.1. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DASDAS）計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)工工業(yè)業(yè)對(duì)對(duì)象象器器換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)D/A采采樣樣器器測(cè)測(cè)量量元元件件統(tǒng)統(tǒng)系系集集采采據(jù)據(jù)數(shù)數(shù)1 1圖圖5 5- -顯顯 示示 終終 端端打打 印印 機(jī)機(jī) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition System)-(Data Acquisition System)-是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制最早、是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制最早、也是最基本的一種類型，如圖也是最基本的一種類型

16、，如圖1-51-5所示。生產(chǎn)過(guò)程中被控對(duì)象的大量參數(shù)經(jīng)測(cè)量變送所示。生產(chǎn)過(guò)程中被控對(duì)象的大量參數(shù)經(jīng)測(cè)量變送儀表發(fā)送和儀表發(fā)送和A/DA/D通道或通道或DIDI通道巡回采集后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析通道巡回采集后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并按操作要求進(jìn)行屏幕顯示、制表打印和越限報(bào)警。和處理，并按操作要求進(jìn)行屏幕顯示、制表打印和越限報(bào)警。 鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫 2. 2. 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(OGC)(OGC) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)-是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖一種開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖1-61-6所示。計(jì)算機(jī)根據(jù)采集所

17、示。計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出的最優(yōu)操作條件，并不直接輸出控制被控對(duì)象，的最優(yōu)操作條件，并不直接輸出控制被控對(duì)象，而是顯示或打印出來(lái)，操作人員據(jù)此去改變各個(gè)而是顯示或打印出來(lái)，操作人員據(jù)此去改變各個(gè)控制器的給定值或操作執(zhí)行器，以達(dá)到操作指導(dǎo)控制器的給定值或操作執(zhí)行器，以達(dá)到操作指導(dǎo)的作用。它相當(dāng)于模擬儀表的作用。它相當(dāng)于模擬儀表控制系統(tǒng)的手動(dòng)與半控制系統(tǒng)的手動(dòng)與半自動(dòng)工作狀態(tài)。自動(dòng)工作狀態(tài)。OGCOGC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)是要由人工操作，速度受到制靈活和安全。缺點(diǎn)是要由人工操作

18、，速度受到限制，不能同時(shí)控制多個(gè)回路。限制，不能同時(shí)控制多個(gè)回路。 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)工工業(yè)業(yè)對(duì)對(duì)象象器器換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)D/A采采樣樣器器測(cè)測(cè)量量元元件件顯顯示示終終端端打打印印機(jī)機(jī)控控制制儀儀表表 圖圖1 1- -6 6 操操作作指指導(dǎo)導(dǎo)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫 3. 3. 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDCDDC） DDC DDC系統(tǒng)系統(tǒng)-是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完成對(duì)多個(gè)被控參數(shù)的是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完成對(duì)多個(gè)被控參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，而且能按一定的控制規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，并通過(guò)過(guò)數(shù)據(jù)采集，而且能按一定的控制規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，并通過(guò)過(guò)程輸出通道發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)控制，為了程輸出通道

19、發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)控制，為了操作方便，操作方便，DDCDDC系統(tǒng)還配置一個(gè)包括給定、顯示、報(bào)警等功能系統(tǒng)還配置一個(gè)包括給定、顯示、報(bào)警等功能的操作控制臺(tái)。的操作控制臺(tái)。DDCDDC系統(tǒng)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完全取代了多個(gè)系統(tǒng)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完全取代了多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器，而且在各個(gè)回路的控制方案上，不改變硬件只通模擬調(diào)節(jié)器，而且在各個(gè)回路的控制方案上，不改變硬件只通過(guò)改變程序就能過(guò)改變程序就能有效地有效地實(shí)現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制實(shí)現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制。計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程顯示顯示打印機(jī)打印機(jī)報(bào)警報(bào)警操作臺(tái)操作臺(tái)）ID，D/A（入入輸輸程程過(guò)過(guò)）OD，A/D（出出輸輸程程過(guò)過(guò)圖圖1

20、-7 1-7 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫4.4.監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（SCCSCC） 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即SCCSCC-是是OGCOGC系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)或與儀表控制系統(tǒng)或與DDCDDC系統(tǒng)綜合而成的兩級(jí)系統(tǒng)，如圖系統(tǒng)綜合而成的兩級(jí)系統(tǒng)，如圖1-1-8 8所示。顯然，這屬于計(jì)算機(jī)在線最優(yōu)控制的一種形式。所示。顯然，這屬于計(jì)算機(jī)在線最優(yōu)控制的一種形式。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由下位機(jī)獨(dú)立完成控制。下位當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由下位機(jī)獨(dú)立完成控制。下位機(jī)直接參與生產(chǎn)過(guò)程控制，要求其實(shí)時(shí)性好，可靠性高機(jī)直接參與生產(chǎn)過(guò)程控制，要求其實(shí)

21、時(shí)性好，可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)；而上位機(jī)承擔(dān)高級(jí)控制與管理任務(wù)，和抗干擾能力強(qiáng)；而上位機(jī)承擔(dān)高級(jí)控制與管理任務(wù)，應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大的高檔計(jì)算機(jī)。應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大的高檔計(jì)算機(jī)。工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)顯示顯示打印打印報(bào)警報(bào)警顯示顯示打印打印報(bào)警報(bào)警機(jī)機(jī)算算計(jì)計(jì)CCS機(jī)機(jī)算算計(jì)計(jì)CCS測(cè)量測(cè)量測(cè)量測(cè)量控制控制控制控制模擬控制器CDD生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程用用計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)(a)統(tǒng)統(tǒng)系系器器制制控控?cái)M擬模模+ +CCS圖1-8 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)形式圖1-8 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)形式給定值給定值給定值給定值采集采集采集采集統(tǒng)統(tǒng)系系制制控

22、控CDD+CCS (b)鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫 5. 5. 分散控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（DCSDCS） 分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)-是是以微處理器為基礎(chǔ)，借助于以微處理器為基礎(chǔ)，借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中管理和分散控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中管理和分散控制的先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開(kāi)發(fā)的分散控制系先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開(kāi)發(fā)的分散控制系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上具有分散式系統(tǒng)的特征，因此國(guó)外統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上具有分散式系統(tǒng)的特征，因此國(guó)外將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)也有人將其將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)也有人將其稱為集散型控制系統(tǒng)，或者是分布式控制系統(tǒng)。分稱為集散型控制系統(tǒng)，或者是分

23、布式控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為DCSDCS。DCS DCS 采用分散控制、集中采用分散控制、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。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。它的結(jié)構(gòu)組成如圖它的結(jié)構(gòu)組成如圖7-17-1所示。所示。鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫 6. 6. 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCSFCS） 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)即FCS-FCS-是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)改進(jìn)了該系統(tǒng)改進(jìn)了DCSDCS成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點(diǎn)，采用集管理控制功能于一統(tǒng)

24、一而造成的不能互聯(lián)等弱點(diǎn)，采用集管理控制功能于一身的工作站與現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，把原身的工作站與現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，把原DCSDCS控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場(chǎng)儀表中去，形成一個(gè)控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場(chǎng)儀表中去，形成一個(gè)徹底的分散控制模式。它的結(jié)構(gòu)組成如圖徹底的分散控制模式。它的結(jié)構(gòu)組成如圖7-127-12等所示。每等所示。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表( (例如變送器、執(zhí)行器例如變送器、執(zhí)行器) )都作為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，都作為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，都帶都帶CPUCPU單元，可分別獨(dú)立完成測(cè)量、校正、調(diào)節(jié)、診斷單元，可分別獨(dú)立完成測(cè)量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能，靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連接在一

25、起統(tǒng)籌工作。等功能，靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連接在一起統(tǒng)籌工作。 7. 7. 以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1.2.2 按控制規(guī)律分類 1. 程序和順序控制2. 常規(guī)連續(xù)控制3. 最少拍控制 4. 先進(jìn)算法控制5. 智能控制1.2.3 按控制裝置分類 n1. 可編程控制器n2. 可編程調(diào)節(jié)器n3. 總線式工控機(jī)n4. 單片微型計(jì)算機(jī)n5. 其他控制裝置1.1. 可編程控制器可編程控制器 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器-簡(jiǎn)稱可編程控制器或簡(jiǎn)稱可編程控制器或PLCPLC，是計(jì)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置

26、，而高端為一種高性能的常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它主要由CPUCPU、存儲(chǔ)器、輸入組件、輸、存儲(chǔ)器、輸入組件、輸出組件、電源及編程器等組成。外觀如圖所示。出組件、電源及編程器等組成。外觀如圖所示。鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫可編程控制器（可編程控制器（PLCPLC）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng), ,專為工業(yè)環(huán)專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)定境下應(yīng)用而設(shè)定; ;采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、采用可編程序的存儲(chǔ)器，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)和算術(shù)操作的指令，并通過(guò)數(shù)字順序控制、定時(shí)

27、、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出；式、模擬式的輸入和輸出；應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛-不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢(shì)，而且不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢(shì)，而且在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色；在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色； PLCPLC具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，抗干擾能力強(qiáng)；易，抗干擾能力強(qiáng)； 2. 2. 可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器 可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器-又稱單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、數(shù)又稱單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器。它主要由微處理單元、過(guò)程字調(diào)節(jié)器。它主要由微處

28、理單元、過(guò)程I IO O（輸入（輸入/ /輸出）輸出） 單元、面板單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等單元、面板單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等組成。外觀如圖所示。組成。外觀如圖所示。 鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫可編程調(diào)節(jié)器特點(diǎn)：可編程調(diào)節(jié)器特點(diǎn)：一種儀表化了的微型控制計(jì)算機(jī)一種儀表化了的微型控制計(jì)算機(jī)易操作，易編程、方便靈活易操作，易編程、方便靈活設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需考慮接口、通訊的硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需考慮接口、通訊的硬件設(shè)計(jì)軟件編程上也只需使用一種面向問(wèn)題的組態(tài)語(yǔ)言軟件編程上也只需使用一種面向問(wèn)題的組態(tài)語(yǔ)言具有斷電保護(hù)、自診斷功能、通信等功能具有斷電保護(hù)、自診斷功能、通信等功能可以組成多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

29、，實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)控可以組成多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)控制和管理制和管理 大型分散控制系統(tǒng)中最基層的控制單元大型分散控制系統(tǒng)中最基層的控制單元適用于連續(xù)過(guò)程中模擬量信號(hào)的控制系統(tǒng)中適用于連續(xù)過(guò)程中模擬量信號(hào)的控制系統(tǒng)中 3. 3. 總線式工控機(jī)總線式工控機(jī) 總線式工控機(jī)，總線式工控機(jī)，是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一種專用于工業(yè)控制的通用性計(jì)算機(jī)，一般稱為工業(yè)控制種專用于工業(yè)控制的通用性計(jì)算機(jī)，一般稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)。通常，計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)。通常，計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)廠家是按照某個(gè)總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制造出若干符合總生產(chǎn)廠家是按

30、照某個(gè)總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制造出若干符合總線標(biāo)準(zhǔn)、具有各種功能的各式模板，而控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)線標(biāo)準(zhǔn)、具有各種功能的各式模板，而控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員則根據(jù)不同的生產(chǎn)過(guò)程與技術(shù)要求，選用相應(yīng)的功人員則根據(jù)不同的生產(chǎn)過(guò)程與技術(shù)要求，選用相應(yīng)的功能模板組合成自己所需的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？偩€式工控能模板組合成自己所需的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？偩€式工控機(jī)的外形類似普通計(jì)算機(jī)，如圖所示。機(jī)的外形類似普通計(jì)算機(jī)，如圖所示。 不同的是它的外殼采用全鋼標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)加固型機(jī)不同的是它的外殼采用全鋼標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)加固型機(jī)架機(jī)箱，機(jī)箱密封并加正壓送風(fēng)散熱，機(jī)箱內(nèi)的原普架機(jī)箱，機(jī)箱密封并加正壓送風(fēng)散熱，機(jī)箱內(nèi)的原普通計(jì)算機(jī)的大主板變成通用的底板

31、總線插座系統(tǒng)，將主通計(jì)算機(jī)的大主板變成通用的底板總線插座系統(tǒng)，將主板分解成幾塊板分解成幾塊PCPC插件，采用工業(yè)級(jí)抗干擾電源和工業(yè)級(jí)插件，采用工業(yè)級(jí)抗干擾電源和工業(yè)級(jí)芯片，并配以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件。芯片，并配以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件。 總線式工控機(jī)具有總線式工控機(jī)具有小型化、模板化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)小型化、模板化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能滿足不同層次、不同控制對(duì)象的需要，的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，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。因而，它廣泛應(yīng)又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運(yùn)行。因而，它廣泛應(yīng)用于各種控制場(chǎng)合，尤其是十幾到幾十個(gè)回路的中等規(guī)用于各種控制場(chǎng)合，尤其是十幾到幾十個(gè)

32、回路的中等規(guī)模的控制系統(tǒng)中。模的控制系統(tǒng)中。鏈接動(dòng)畫鏈接動(dòng)畫 4. 4. 單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī) 隨著微電子技術(shù)與超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，隨著微電子技術(shù)與超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的另一個(gè)分支計(jì)算機(jī)技術(shù)的另一個(gè)分支超小型化的單片微超小型化的單片微型計(jì)算機(jī)型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)(Single Chip Microcomputer)簡(jiǎn)稱單簡(jiǎn)稱單片機(jī)誕生了。它是將片機(jī)誕生了。它是將CPUCPU、存儲(chǔ)器、串并行、存儲(chǔ)器、串并行I/OI/O口、口、定時(shí)定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器、甚至計(jì)數(shù)器、甚至A/DA/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、 圖形控制器等

33、功能部件全都集成在一塊大規(guī)模集圖形控制器等功能部件全都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上，構(gòu)成了一個(gè)完整的具有相當(dāng)控制成電路芯片上，構(gòu)成了一個(gè)完整的具有相當(dāng)控制功能的微控制器功能的微控制器。 單片機(jī)的應(yīng)用軟件可以采用面向機(jī)器的匯編語(yǔ)言，單片機(jī)的應(yīng)用軟件可以采用面向機(jī)器的匯編語(yǔ)言，但這需要較深的計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)，而且匯編語(yǔ)言的但這需要較深的計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)，而且匯編語(yǔ)言的通用性與可移植性差。隨著高效率結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言的發(fā)展，通用性與可移植性差。隨著高效率結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言的發(fā)展，其軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境正在逐步改善。目前，市場(chǎng)上已推出其軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境正在逐步改善。目前，市場(chǎng)上已推出面向單片機(jī)結(jié)構(gòu)的高級(jí)語(yǔ)言，如早期的面向單片機(jī)

34、結(jié)構(gòu)的高級(jí)語(yǔ)言，如早期的Archimedes CArchimedes C和和Franklin CFranklin C，現(xiàn)在的，現(xiàn)在的Keil C51Keil C51、DynamicCDynamicC等語(yǔ)言。等語(yǔ)言。 由于單片機(jī)具有體積小、功耗低、性能可靠、價(jià)由于單片機(jī)具有體積小、功耗低、性能可靠、價(jià)格低廉、功能擴(kuò)展容易、使用方便靈活、易于產(chǎn)品化格低廉、功能擴(kuò)展容易、使用方便靈活、易于產(chǎn)品化等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是強(qiáng)大的面向控制的能力，使它在等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是強(qiáng)大的面向控制的能力，使它在工業(yè)控制、智能儀表、外設(shè)控制、家用電器、機(jī)器人、工業(yè)控制、智能儀表、外設(shè)控制、家用電器、機(jī)器人、軍事裝置等方面得到了極為廣泛的應(yīng)用。軍事裝置等方面得到了極為廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)的應(yīng)用從單片機(jī)的應(yīng)用從4 4位機(jī)開(kāi)始，歷經(jīng)位機(jī)開(kāi)始，歷經(jīng)8 8位、位、1616位、位、3232位四種。但在小型測(cè)控系統(tǒng)與智能化儀器儀表的應(yīng)用