第1章計算機控制系統(tǒng)概述(060421)

1、第第1 1章計算機控制系統(tǒng)概述章計算機控制系統(tǒng)概述1.11.1計算機控制的一般概念計算機控制的一般概念1.21.2計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成1.31.3計算機控制系統(tǒng)的分類及特點計算機控制系統(tǒng)的分類及特點1.4 1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1.5 1.5 工業(yè)控制機的組成結構及特點工業(yè)控制機的組成結構及特點 1.11.1微機控制的一般概念微機控制的一般概念 “站在進入站在進入2121世紀的門檻，回顧人類文明進步的近代史，如果說世紀的門檻，回顧人類文明進步的近代史，如果說1919世紀實現(xiàn)了社會體力勞動機械化，延伸了人的體力，那么世紀實現(xiàn)了社會體力勞動機械

2、化，延伸了人的體力，那么2020世紀的主世紀的主要特征是實現(xiàn)了勞動生產(chǎn)自動化，極大地提高了社會勞動生產(chǎn)率，創(chuàng)要特征是實現(xiàn)了勞動生產(chǎn)自動化，極大地提高了社會勞動生產(chǎn)率，創(chuàng)造了比過去任何時期都多得多的社會財富，徹底改變了人類的生產(chǎn)和造了比過去任何時期都多得多的社會財富，徹底改變了人類的生產(chǎn)和生活方式，提高了人們的生活質量，延長了人類的平均壽命。這完全生活方式，提高了人們的生活質量，延長了人類的平均壽命。這完全是現(xiàn)代科學技術的功勞。我們可以感到驕傲的是，控制論科學家和工是現(xiàn)代科學技術的功勞。我們可以感到驕傲的是，控制論科學家和工程師們?yōu)榇俗龀隽酥匾暙I。預計程師們?yōu)榇俗龀隽酥匾暙I。預計2121世紀

3、，自動化技術仍將是高技術世紀，自動化技術仍將是高技術前沿，繼續(xù)是推進新技術革命的核心力量。前沿，繼續(xù)是推進新技術革命的核心力量?！?宋健在國際自動控制聯(lián)合會第宋健在國際自動控制聯(lián)合會第1414屆世界大會上的講話屆世界大會上的講話本課程研究的主要問題是什么？ 將自動控制理論與計算機技術完美結合實現(xiàn)工將自動控制理論與計算機技術完美結合實現(xiàn)工業(yè)設備、生產(chǎn)過程的控制；智能化儀器儀表；控業(yè)設備、生產(chǎn)過程的控制；智能化儀器儀表；控制系統(tǒng)硬件、軟件、控制策略三者結合的集成開制系統(tǒng)硬件、軟件、控制策略三者結合的集成開發(fā)；自動控制科學、計算機信息科學及人工智能發(fā)；自動控制科學、計算機信息科學及人工智能的結合實現(xiàn)

4、控制系統(tǒng)的智能化。的結合實現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化。1.11.1微機控制的一般概念微機控制的一般概念計算機控制技術發(fā)展簡史計算機控制技術發(fā)展簡史o2020世紀世紀5050年代初年代初實現(xiàn)計算機自動測量和數(shù)據(jù)處理。實現(xiàn)計算機自動測量和數(shù)據(jù)處理。o1965196519691969年工業(yè)計算機控制進入實用和開始逐步普及的階段。年工業(yè)計算機控制進入實用和開始逐步普及的階段。o2020世紀世紀7070年代后，計算機控制系統(tǒng)進入大量普及的階段，控制結年代后，計算機控制系統(tǒng)進入大量普及的階段，控制結構、控制理論、實時控制的安全性和可靠性得到充分研究，特別構、控制理論、實時控制的安全性和可靠性得到充分研究，特別是分

5、級分布控制方法得到了重視和應用。是分級分布控制方法得到了重視和應用。o近近2020年來，先進的計算機控制設備在各行各業(yè)中發(fā)揮著巨大的作年來，先進的計算機控制設備在各行各業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，并甚至參與信息管理和決策支持。用，并甚至參與信息管理和決策支持。1.11.1微機控制的一般概念微機控制的一般概念1.1.11.1.1微機的開環(huán)控制與閉環(huán)控制微機的開環(huán)控制與閉環(huán)控制控控 制制 對對 象象給給 定定 值值輸輸 出出控控 制制執(zhí)執(zhí) 行行 機機 構構控控 制制 器器（） b b 1.11.1微機控制的一般概念微機控制的一般概念在工業(yè)領域內，被控系統(tǒng)包括單臺機械設備、生產(chǎn)線、生產(chǎn)過程在工業(yè)領域內，被

6、控系統(tǒng)包括單臺機械設備、生產(chǎn)線、生產(chǎn)過程以及整個工廠和企業(yè)等。它們是接受物質流、能量流、信息流、資金以及整個工廠和企業(yè)等。它們是接受物質流、能量流、信息流、資金流的對象，也稱之為控制對象。施控系統(tǒng)產(chǎn)生控制作用以控制被控系流的對象，也稱之為控制對象。施控系統(tǒng)產(chǎn)生控制作用以控制被控系統(tǒng)的物質流、能量流、信息流和資金流在規(guī)定的條件下以期望的或最統(tǒng)的物質流、能量流、信息流和資金流在規(guī)定的條件下以期望的或最優(yōu)的方式運行。這里，優(yōu)的方式運行。這里，“控制控制”的含義是廣泛的，既包括通常意義下的含義是廣泛的，既包括通常意義下的閉環(huán)調節(jié)回路和伺服控制，也包括操作、指導、診斷、監(jiān)督、優(yōu)化、的閉環(huán)調節(jié)回路和伺服控

7、制，也包括操作、指導、診斷、監(jiān)督、優(yōu)化、調度、計劃、組織和管理等。施控系統(tǒng)和被控系統(tǒng)的劃分應根據(jù)實際調度、計劃、組織和管理等。施控系統(tǒng)和被控系統(tǒng)的劃分應根據(jù)實際應用情況而定。應用情況而定。 1.11.1微機控制的一般概念微機控制的一般概念微機控制系統(tǒng)基本框圖微機控制系統(tǒng)基本框圖1.11.1微機控制的一般概念微機控制的一般概念計算機控制系統(tǒng)控制過程計算機控制系統(tǒng)控制過程上述測、算、控、管的過程不斷重復，使整個系統(tǒng)能夠按照一定上述測、算、控、管的過程不斷重復，使整個系統(tǒng)能夠按照一定的動態(tài)品質指標進行工作，并且對被控參數(shù)或控制設備出現(xiàn)異常狀態(tài)的動態(tài)品質指標進行工作，并且對被控參數(shù)或控制設備出現(xiàn)異常狀

8、態(tài)及時監(jiān)督并做出迅速的處理。及時監(jiān)督并做出迅速的處理。p 實時數(shù)據(jù)采集實時數(shù)據(jù)采集 對被控參數(shù)在一定的采樣間隔進行檢測，并對被控參數(shù)在一定的采樣間隔進行檢測，并將采樣結果輸入計算機。將采樣結果輸入計算機。p 實時計算實時計算 對采集到的被控參數(shù)進行處理后，按一定的預先規(guī)對采集到的被控參數(shù)進行處理后，按一定的預先規(guī)定的控制規(guī)律進行控制量的計算，或稱決策，決定當前的控制量。定的控制規(guī)律進行控制量的計算，或稱決策，決定當前的控制量。p 實時控制實時控制 根據(jù)實時計算結果，將控制信號作用到控制的根據(jù)實時計算結果，將控制信號作用到控制的執(zhí)行機構。執(zhí)行機構。p 信息管理信息管理 隨著網(wǎng)絡技術和控制策略的發(fā)

9、展，信息共享和管隨著網(wǎng)絡技術和控制策略的發(fā)展，信息共享和管理也介入到控制系統(tǒng)中。理也介入到控制系統(tǒng)中。1.11.1微機控制的一般概念微機控制的一般概念在線在線 、離線與實時的概念、離線與實時的概念計算機直接連接著工業(yè)設備，不通過其它介質來間接進行控制決策。計算機直接連接著工業(yè)設備，不通過其它介質來間接進行控制決策。這種生產(chǎn)設備直接與計算機控制系統(tǒng)連接的方式，稱為這種生產(chǎn)設備直接與計算機控制系統(tǒng)連接的方式，稱為“聯(lián)機聯(lián)機”或或“在在線線”控制?？刂?。如生產(chǎn)設備不直接與計算機控制系統(tǒng)連接，則稱為如生產(chǎn)設備不直接與計算機控制系統(tǒng)連接，則稱為“脫機脫機”或或“離離線線”控制?？刂啤Ｈ绻嬎銠C能夠在工藝

10、要求的時間范圍內及時對被控參數(shù)進行測量、如果計算機能夠在工藝要求的時間范圍內及時對被控參數(shù)進行測量、計算和控制輸出，則稱為實時控制。實時控制的概念與工藝要求緊密相計算和控制輸出，則稱為實時控制。實時控制的概念與工藝要求緊密相連，如快速變化的壓力對象控制的實時控制時間要比緩慢變化的溫度對連，如快速變化的壓力對象控制的實時控制時間要比緩慢變化的溫度對象的實時控制時間快。實時控制的性能通常受一次儀表的傳輸延遲、控象的實時控制時間快。實時控制的性能通常受一次儀表的傳輸延遲、控制算法的復雜程度、微處理器的運算速度和控制量輸出的延遲等影響。制算法的復雜程度、微處理器的運算速度和控制量輸出的延遲等影響。1.

11、11.1微機控制的一般概念微機控制的一般概念1.21.2計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)組成計算機控制系統(tǒng)組成 計算機硬件設備計算機硬件設備 控制軟件控制軟件 計算機通信網(wǎng)絡計算機通信網(wǎng)絡1.2.1 1.2.1 計算機控制系統(tǒng)硬件計算機控制系統(tǒng)硬件 主要組成部分主要組成部分計算機主機計算機主機常規(guī)外部設備常規(guī)外部設備輸入輸出通道輸入輸出通道外部設備外部設備運行操作臺運行操作臺1.21.2計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成微機控制系統(tǒng)的一般組成微機控制系統(tǒng)的一般組成CPUCPU開關量輸入開關量輸入采采樣樣裝裝置置接接口口開關量輸出開關量輸出D/AD/A計算機計算機A/

12、DA/D工工業(yè)業(yè)生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程變送變送保持保持保持保持變送變送多多路路轉轉換換放放大大接接口口接接口口接接口口ROMROMRAMRAM控制控制操作操作臺臺接接口口過程通道過程通道1.21.2計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成一個三級計算機控制系統(tǒng)的組成一個三級計算機控制系統(tǒng)的組成1.21.2計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)軟件計算機控制系統(tǒng)軟件 計算機控制系統(tǒng)的軟件主要為：系統(tǒng)軟件、應用軟件和控制軟件。計算機控制系統(tǒng)的軟件主要為：系統(tǒng)軟件、應用軟件和控制軟件。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件：DOSDOS，WindowsWindows，Windows NTWindows NT，U

13、NIXUNIX等以及網(wǎng)絡平臺。等以及網(wǎng)絡平臺。應用軟件應用軟件：有語言加工軟件，如匯編、編譯軟件和控制系統(tǒng)的編程軟：有語言加工軟件，如匯編、編譯軟件和控制系統(tǒng)的編程軟件，面向對象的件，面向對象的Visual CVisual C和和Visual BVisual B等，還有羅克韋爾自動化的等，還有羅克韋爾自動化的RS RS ViewView，RS LogixRS Logix等。等?？刂栖浖刂栖浖簩ο到y(tǒng)直接監(jiān)測、起控制作用的前沿程序，常用：對系統(tǒng)直接監(jiān)測、起控制作用的前沿程序，常用VBVB、VCVC、C C和匯編語言寫成。和匯編語言寫成。 值得一提的是近十幾年來迅速發(fā)展的工業(yè)控制值得一提的是近十

14、幾年來迅速發(fā)展的工業(yè)控制“組態(tài)組態(tài)”軟件，具有組態(tài)軟件，具有組態(tài)方便快捷，人機界面友好，通信、控制功能一應俱全，在業(yè)界獲得廣泛的認方便快捷，人機界面友好，通信、控制功能一應俱全，在業(yè)界獲得廣泛的認同和快速發(fā)展。同和快速發(fā)展。1.21.2計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成組態(tài)的概念起源于組態(tài)的概念起源于“ConfigurationConfiguration”，是指使用軟件工具對計算機是指使用軟件工具對計算機和軟件的資源進行配置，使計算機或程序按照預先設置自動執(zhí)行。一個和軟件的資源進行配置，使計算機或程序按照預先設置自動執(zhí)行。一個好的組態(tài)軟件應具有良好的開放性，容易與其它應用軟件接口，實現(xiàn)數(shù)

15、好的組態(tài)軟件應具有良好的開放性，容易與其它應用軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享據(jù)共享。國內應用比較多的組態(tài)軟件有亞控的國內應用比較多的組態(tài)軟件有亞控的“組態(tài)王組態(tài)王”、昆侖的、昆侖的“MCGSMCGS”以及大慶三維科技股分有限公司的力控軟件（以及大慶三維科技股分有限公司的力控軟件（Force ControlForce Control）等。國外）等。國外著名軟件有著名軟件有IntellutionIntellution的的iFIXiFIX、WonderwareWonderware的的IntouchIntouch、Nema SoftNema Soft的的Paragon TNTParagon TNT、Natio

16、nal InstrumentsNational Instruments的的LabViewLabView、IconicsIconics的的GenesisGenesis、信肯通的信肯通的Think&DoThink&Do，以及法國的，以及法國的Alter SysAlter Sys公司的公司的Virgo2000Virgo2000。1.21.2計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成MCGSMCGS組態(tài)軟件組態(tài)界組態(tài)軟件組態(tài)界面面1.21.2計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成MCGSMCGS組態(tài)軟件運行環(huán)境界面組態(tài)軟件運行環(huán)境界面1.3.11.3.1采集和監(jiān)視系統(tǒng)采集和監(jiān)視系統(tǒng)計算

17、機在數(shù)據(jù)采集和處理時，主要是對大量的過程參計算機在數(shù)據(jù)采集和處理時，主要是對大量的過程參數(shù)進行巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、數(shù)進行巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、參數(shù)的越限報警及對大量數(shù)據(jù)進行積累和實時分析。這種參數(shù)的越限報警及對大量數(shù)據(jù)進行積累和實時分析。這種應用方式，計算機不直接參與過程控制，對生產(chǎn)過程不直應用方式，計算機不直接參與過程控制，對生產(chǎn)過程不直接產(chǎn)生影響。接產(chǎn)生影響。 1.31.3微機控制系統(tǒng)的分類及特點微機控制系統(tǒng)的分類及特點數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理微機控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理微機控制系統(tǒng)在這種應用方式中，計算機不直接參與生產(chǎn)過程的控制，但對整在這種

18、應用方式中，計算機不直接參與生產(chǎn)過程的控制，但對整個生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視。同時，由于微處理器具運算、邏輯判斷能個生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視。同時，由于微處理器具運算、邏輯判斷能力，可以對大量的輸入數(shù)據(jù)進行必要的集中、加工和處理，并且能以力，可以對大量的輸入數(shù)據(jù)進行必要的集中、加工和處理，并且能以有利于指導生產(chǎn)過程控制的方式表示出來。這種應用方式可以得到大有利于指導生產(chǎn)過程控制的方式表示出來。這種應用方式可以得到大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利于建立理想的數(shù)學模型。量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利于建立理想的數(shù)學模型。 1.31.3微機控制系統(tǒng)的分類及特點微機控制系統(tǒng)的分類及特點1.3.2 1.3.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制

19、系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDCDDC中的計算機部分參加閉環(huán)控制過程，無中的計算機部分參加閉環(huán)控制過程，無需中間環(huán)節(jié)（調節(jié)器）。計算機通過過程輸入通道對一上或多個需中間環(huán)節(jié)（調節(jié)器）。計算機通過過程輸入通道對一上或多個物理量進行巡回檢測，并根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律進行運算物理量進行巡回檢測，并根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律進行運算 。1.31.3微機控制系統(tǒng)的分類及特點微機控制系統(tǒng)的分類及特點1.3.31.3.3監(jiān)督控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng) 監(jiān)督控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng)SCCSCC（Supervisory Computer ControlSupervisory Computer Control）中，計算）中，

20、計算機根據(jù)工藝信息和其它參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學模型或其它方機根據(jù)工藝信息和其它參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學模型或其它方法，自動地改變模擬調節(jié)器或直接數(shù)字控制方式工作的計算機中的給法，自動地改變模擬調節(jié)器或直接數(shù)字控制方式工作的計算機中的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況（如高質量、高效率、低能定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況（如高質量、高效率、低能耗、低成本和低污染等）。耗、低成本和低污染等）。1.31.3微機控制系統(tǒng)的分類及特點微機控制系統(tǒng)的分類及特點監(jiān)督控制系統(tǒng)有兩種典型的結構形式，即監(jiān)督控制系統(tǒng)有兩種典型的結構形式，即SCCSCC模擬調節(jié)器的控模擬調節(jié)器的控制系統(tǒng)和制系統(tǒng)和

21、SCCSCCDDCDDC分級控制系統(tǒng)。分級控制系統(tǒng)。SCCSCC計算機模擬調節(jié)器的監(jiān)督控制系統(tǒng)計算機模擬調節(jié)器的監(jiān)督控制系統(tǒng)1.31.3微機控制系統(tǒng)的分類及特點微機控制系統(tǒng)的分類及特點SCCSCC計算機計算機DDCDDC計算機的監(jiān)督控制系統(tǒng)計算機的監(jiān)督控制系統(tǒng)1.31.3微機控制系統(tǒng)的分類及特點微機控制系統(tǒng)的分類及特點1.3.41.3.4集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCSDCS1.31.3微機控制系統(tǒng)的分類及特點微機控制系統(tǒng)的分類及特點1.3.51.3.5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCSFCS1.31.3微機控制系統(tǒng)的分類及特點微機控制系統(tǒng)的分類及特點現(xiàn)場總線控制現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)具有

22、現(xiàn)場通信現(xiàn)場通信網(wǎng)絡、現(xiàn)場設備互網(wǎng)絡、現(xiàn)場設備互連、互操作性、分連、互操作性、分散功能塊、通信線散功能塊、通信線供電和開放式互聯(lián)供電和開放式互聯(lián)網(wǎng)絡網(wǎng)絡六大功能。六大功能。1.3.6 1.3.6 計算機控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構計算機控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 1.31.3微機控制系統(tǒng)的分類及特點微機控制系統(tǒng)的分類及特點對等式結構對等式結構Controller Drive1Sensor Drive3Drive2Data AcquisitionALLEN-BRADLEY789456123.0- F1F6F2F7F3F8F4F9F5F10P Pa an ne el lV Vi ie ew w 5 55 50 0v

23、HMIAnalog I/O 客客戶戶機機/ /服服務務器器結結構構EthernetDeviceNetStation MMI24vdc509 -BODModular I/OBlock I/OMicro DriveControlNet Gateway or Linking DeviceProgrammable Device Support PCMotor StarterMicro PLCOperator InterfaceDriveServoGateway or Linking DeviceMaintenance PCDesktop PC1.4 1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展

24、趨勢1.4.1 1.4.1 推廣應用成熟的先進技術推廣應用成熟的先進技術（1 1）普及應用可編程序控制器普及應用可編程序控制器由于近年來開發(fā)了具有智能由于近年來開發(fā)了具有智能IOIO模塊模塊的的PLCPLC，它可以將順序控制和過程控制結合起來，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控，它可以將順序控制和過程控制結合起來，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，并具有高可靠性。制，并具有高可靠性。 （2 2）廣泛使用智能調節(jié)器廣泛使用智能調節(jié)器智能調節(jié)器不僅可接受（智能調節(jié)器不僅可接受（4 4 2020）mAmA電流信電流信號，還具有號，還具有RSRS232232或或RSRS422/485422/485異步串行通信接口，可與上位機連成

25、異步串行通信接口，可與上位機連成主從式測控網(wǎng)絡。主從式測控網(wǎng)絡。（3 3）采用新型的采用新型的DCSDCS和和FCSFCS發(fā)展以位總線（發(fā)展以位總線（BitbusBitbus）、現(xiàn)場總線）、現(xiàn)場總線（FieldbusFieldbus）技術等為基礎先進網(wǎng)絡通信技術的）技術等為基礎先進網(wǎng)絡通信技術的DCSDCS和和FCSFCS控制結構，并控制結構，并采用先進控制策略，向低成本綜合自動化系統(tǒng)方向發(fā)展，實現(xiàn)計算機集采用先進控制策略，向低成本綜合自動化系統(tǒng)方向發(fā)展，實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)（成制造系統(tǒng)（CIMSCIMS）。）。 1.4.2 1.4.2 大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)

26、經(jīng)典的反饋控制、現(xiàn)代控制和大系統(tǒng)理論在應用中遇到不少難經(jīng)典的反饋控制、現(xiàn)代控制和大系統(tǒng)理論在應用中遇到不少難題。首先，這些控制系統(tǒng)的設計和分析都是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學模題。首先，這些控制系統(tǒng)的設計和分析都是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學模型的基礎上的，而實際系統(tǒng)一般無法獲得精確的數(shù)學模型；其次，為型的基礎上的，而實際系統(tǒng)一般無法獲得精確的數(shù)學模型；其次，為了提高控制性能，整個控制系統(tǒng)變得極其復雜，增加了設備的投資，了提高控制性能，整個控制系統(tǒng)變得極其復雜，增加了設備的投資，降低了系統(tǒng)的可靠性。人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展，促進自動控制向更高降低了系統(tǒng)的可靠性。人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展，促進自動控制向更高的層次發(fā)展，

27、即智能控制。智能控制是一類無需人的干預就能夠自主的層次發(fā)展，即智能控制。智能控制是一類無需人的干預就能夠自主地驅動機器實現(xiàn)其目標的過程，也是用機器模擬人類智能的又一重要地驅動機器實現(xiàn)其目標的過程，也是用機器模擬人類智能的又一重要領域。領域。1.4 1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 模糊控制是一類應用模糊集合理論的控制方法之一。一方面模糊控制是一類應用模糊集合理論的控制方法之一。一方面模糊控制提供一種實現(xiàn)基于知識（規(guī)則）的甚至語言描述的控制規(guī)模糊控制提供一種實現(xiàn)基于知識（規(guī)則）的甚至語言描述的控制規(guī)律的新機理；另一方面，模糊控制提供了一種改進非線性控制器的律的新機理；另一

28、方面，模糊控制提供了一種改進非線性控制器的替代方法，這種非線性控制器一般用于控制含有不確定性和難以用替代方法，這種非線性控制器一般用于控制含有不確定性和難以用傳統(tǒng)非線性控制理論處理的裝置。傳統(tǒng)非線性控制理論處理的裝置。 （1 1）分級遞階智能控制系統(tǒng)）分級遞階智能控制系統(tǒng) 分級遞階智能控制系統(tǒng)是在研究學習控制系統(tǒng)的基礎上，并從分級遞階智能控制系統(tǒng)是在研究學習控制系統(tǒng)的基礎上，并從工程控制論的角度，總結人工智能與自適應、自學習和自組織控制工程控制論的角度，總結人工智能與自適應、自學習和自組織控制關系之后而逐形成的。關系之后而逐形成的。（2 2）模糊控制系統(tǒng)）模糊控制系統(tǒng)1.4.2 1.4.2 大

29、力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)1.4 1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 學習是人類的主要智能之一。用機器來代替人類從事體力和腦學習是人類的主要智能之一。用機器來代替人類從事體力和腦力勞動，就是用機器代替人的思維。學習控制系統(tǒng)是一個能在其運力勞動，就是用機器代替人的思維。學習控制系統(tǒng)是一個能在其運行過程中逐步獲得被控對象及環(huán)境的非預知信息，積累控制經(jīng)驗，行過程中逐步獲得被控對象及環(huán)境的非預知信息，積累控制經(jīng)驗，并在一定的評價下進行估值、分類、決策和不斷改善系統(tǒng)品質的自并在一定的評價下進行估值、分類、決策和不斷改善系統(tǒng)品質的自動控制系統(tǒng)。動控制系統(tǒng)。 專

30、家控制系統(tǒng)所研究的問題一般都具有不確定性，是以模仿人專家控制系統(tǒng)所研究的問題一般都具有不確定性，是以模仿人類智能為基礎的。工程控制理論與專家系統(tǒng)的結合，形成了專家控類智能為基礎的。工程控制理論與專家系統(tǒng)的結合，形成了專家控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。（3 3）專家控制系統(tǒng)）專家控制系統(tǒng)（4 4）學習控制系統(tǒng)）學習控制系統(tǒng)1.4 1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 神經(jīng)網(wǎng)絡控制采用仿生學的觀點與方法來研究人腦和智能系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡控制采用仿生學的觀點與方法來研究人腦和智能系統(tǒng)中的高級信息處理。具有很強的適應于復雜環(huán)境和多目標控制要求中的高級信息處理。具有很強的適應于復雜環(huán)境和多目標控制要求

31、的自學習能力，并具有以任意精度逼近任意非線性連續(xù)函數(shù)的特性。的自學習能力，并具有以任意精度逼近任意非線性連續(xù)函數(shù)的特性。由于這些特性，神經(jīng)網(wǎng)絡的應用已滲透到自動控制領域的各個方面，由于這些特性，神經(jīng)網(wǎng)絡的應用已滲透到自動控制領域的各個方面，包括系統(tǒng)辨識、非線性系統(tǒng)控制、智能控制、優(yōu)化計算及控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)辨識、非線性系統(tǒng)控制、智能控制、優(yōu)化計算及控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制等。的故障診斷與容錯控制等。（5 5）神經(jīng)控制系統(tǒng)）神經(jīng)控制系統(tǒng)1.4 1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 “十五十五”期間，自動化主控系統(tǒng)以集散式控制系統(tǒng)（期間，自動化主控系統(tǒng)以集散式控制系統(tǒng)（DCS

32、DCS）和工）和工業(yè)控制計算機為主。大型業(yè)控制計算機為主。大型DCSDCS以國外產(chǎn)品為主的狀況不會有較大改變。以國外產(chǎn)品為主的狀況不會有較大改變。PLCPLC、基于工業(yè)控制計算機的國產(chǎn)、基于工業(yè)控制計算機的國產(chǎn)DCSDCS以及工業(yè)控制單元裝置在中小工程以及工業(yè)控制單元裝置在中小工程應用中將占據(jù)主導地位?，F(xiàn)場總線智能儀表和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（應用中將占據(jù)主導地位?，F(xiàn)場總線智能儀表和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCSFCS）在試點成功的基礎上，市場的需求逐步增長。在試點成功的基礎上，市場的需求逐步增長。 21 21世紀的經(jīng)濟發(fā)展正處于由世紀的經(jīng)濟發(fā)展正處于由“工業(yè)經(jīng)濟模式工業(yè)經(jīng)濟模式”向向“信息經(jīng)濟模式信息經(jīng)

33、濟模式”快速轉變時期，其中技術進步是決定的因素。國家在快速轉變時期，其中技術進步是決定的因素。國家在“十五十五”期間制定期間制定了了“用信息化帶動工業(yè)自動化用信息化帶動工業(yè)自動化”的指導方針。在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)自動化中，的指導方針。在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)自動化中，計算機控制技術是核心，它是計算機技術和控制理論有機結合的產(chǎn)物。計算機控制技術是核心，它是計算機技術和控制理論有機結合的產(chǎn)物。計算機控制系統(tǒng)的基礎是工業(yè)控制計算機技術，其靈魂是智能控制技術。計算機控制系統(tǒng)的基礎是工業(yè)控制計算機技術，其靈魂是智能控制技術。發(fā)展與智能控制技術相結合的發(fā)展與智能控制技術相結合的“高性能的工業(yè)控制計算機以及基于工業(yè)高性能的

34、工業(yè)控制計算機以及基于工業(yè)控制計算機的開放式控制系統(tǒng)控制計算機的開放式控制系統(tǒng)”是未來工業(yè)企業(yè)自動化的重要發(fā)展方向。是未來工業(yè)企業(yè)自動化的重要發(fā)展方向。1.4 1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1.5 工業(yè)控制機的組成結構及特點工業(yè)控制機的組成結構及特點 工業(yè)控制機是為滿足工業(yè)過程控制的特點而發(fā)展起來的的一工業(yè)控制機是為滿足工業(yè)過程控制的特點而發(fā)展起來的的一類計算機。有了工業(yè)控制機就能將工業(yè)生產(chǎn)的過程控制與管理調類計算機。有了工業(yè)控制機就能將工業(yè)生產(chǎn)的過程控制與管理調度相結合，從而使工業(yè)自動化在就地控制、集中控制的基礎上，度相結合，從而使工業(yè)自動化在就地控制、集中控制的基

35、礎上，向綜合自動化方向發(fā)展。向綜合自動化方向發(fā)展。 1.5.1 1.5.1 工業(yè)控制機的組成工業(yè)控制機的組成 1.5 工業(yè)控制機的組成結構及特點工業(yè)控制機的組成結構及特點 工業(yè)控制計算機各主要組成部分介紹工業(yè)控制計算機各主要組成部分介紹主機板由中央處理單元（主機板由中央處理單元（CPUCPU）、內存儲器（）、內存儲器（ROMROM、RAMRAM）等部件）等部件組成。在控制系統(tǒng)中，主機主要進行必要的數(shù)值計算、邏輯判斷、組成。在控制系統(tǒng)中，主機主要進行必要的數(shù)值計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理等工作。數(shù)據(jù)處理等工作。內部總線和外部總線：內部總線是工業(yè)控制機內部各組成部分內部總線和外部總線：內部總線是工業(yè)控

36、制機內部各組成部分進行信息傳送的公共通道，它是一組信號線的集合；外部總線是工進行信息傳送的公共通道，它是一組信號線的集合；外部總線是工業(yè)控制機與其它計算機和智能設備進行信息傳送的公共通道，常用業(yè)控制機與其它計算機和智能設備進行信息傳送的公共通道，常用的外部總線有的外部總線有RSRS232232和和IEEEIEEE488488通信總線。通信總線。 人人機接口是一種標準結構，即由標準的機接口是一種標準結構，即由標準的PCPC鍵盤、顯示器和打鍵盤、顯示器和打印機組成。印機組成。1.5 工業(yè)控制機的組成結構及特點工業(yè)控制機的組成結構及特點 監(jiān)控定時器：俗稱監(jiān)控定時器：俗稱“看門狗看門狗”（Watchd

37、ogWatchdog）。其主要作用是）。其主要作用是當系統(tǒng)因干擾或軟故障等原因出現(xiàn)異常時，如當系統(tǒng)因干擾或軟故障等原因出現(xiàn)異常時，如“飛程序飛程序”或程序進或程序進入死循環(huán)，入死循環(huán)， WatchdogWatchdog可以使系統(tǒng)自動恢復運行，從而提高系統(tǒng)的可以使系統(tǒng)自動恢復運行，從而提高系統(tǒng)的可靠性。最新的工控機設計采用兩級看門狗技術?？煽啃?。最新的工控機設計采用兩級看門狗技術。系統(tǒng)支持功能：工業(yè)控制機的系統(tǒng)支持功能主要包括如下部分：系統(tǒng)支持功能：工業(yè)控制機的系統(tǒng)支持功能主要包括如下部分： 電源掉電檢測：工業(yè)控制機在工業(yè)現(xiàn)場運行過程中如出現(xiàn)電電源掉電檢測：工業(yè)控制機在工業(yè)現(xiàn)場運行過程中如出現(xiàn)電

38、源掉電故障，應及時發(fā)現(xiàn)并保護當時的重要數(shù)據(jù)和計算機各寄存器源掉電故障，應及時發(fā)現(xiàn)并保護當時的重要數(shù)據(jù)和計算機各寄存器的狀態(tài)，一旦上電后，能從斷電處繼續(xù)運行。電源掉電檢測的目的的狀態(tài)，一旦上電后，能從斷電處繼續(xù)運行。電源掉電檢測的目的正是為了在檢測到交流電源掉電以后可以保護現(xiàn)場。正是為了在檢測到交流電源掉電以后可以保護現(xiàn)場。工業(yè)控制計算機各主要組成部分介紹工業(yè)控制計算機各主要組成部分介紹1.5 工業(yè)控制機的組成結構及特點工業(yè)控制機的組成結構及特點 保護重要數(shù)據(jù)的后備存儲器體：保護重要數(shù)據(jù)的后備存儲器體：WatchdogWatchdog和掉電檢測功能均要和掉電檢測功能均要有能保存重要數(shù)據(jù)的后備存儲

39、器。后備存儲器的容量不大，它能在系有能保存重要數(shù)據(jù)的后備存儲器。后備存儲器的容量不大，它能在系統(tǒng)掉電后保證所存數(shù)據(jù)不丟失，故通常采用后備電池如統(tǒng)掉電后保證所存數(shù)據(jù)不丟失，故通常采用后備電池如E E2 2PROMPROM。 實時日歷時鐘：在實際控制系統(tǒng)中往往要有事件驅動和時間驅實時日歷時鐘：在實際控制系統(tǒng)中往往要有事件驅動和時間驅動的能力。一種情況是在某時刻設置某些控制功能，屆時工業(yè)控制機動的能力。一種情況是在某時刻設置某些控制功能，屆時工業(yè)控制機應自動執(zhí)行；另一種情況是工業(yè)控制機應能自動記錄某個動作是在何應自動執(zhí)行；另一種情況是工業(yè)控制機應能自動記錄某個動作是在何時發(fā)生的。所有這些，都必須配備

40、實時時鐘，且能在掉電后仍然不停時發(fā)生的。所有這些，都必須配備實時時鐘，且能在掉電后仍然不停地正常工作。地正常工作。 1.5 工業(yè)控制機的組成結構及特點工業(yè)控制機的組成結構及特點 輸入輸出通道：是工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程之間設置的信號傳遞和變換的連輸入輸出通道：是工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程之間設置的信號傳遞和變換的連接通道。它包括模擬量輸入（接通道。它包括模擬量輸入（AIAI）通道、模擬量輸出（）通道、模擬量輸出（AOAO）通道、數(shù)字）通道、數(shù)字量（或開關量）輸入（量（或開關量）輸入（DIDI）通道、數(shù)字量（或開關量）輸出（）通道、數(shù)字量（或開關量）輸出（DODO）通道，）通道，它的作用有兩個，其一是將生產(chǎn)過程的信號變換成主機能夠接受和識別的它的作用有兩個，其一是將生產(chǎn)過程的信號變換成主機能夠接受和識別的代碼；其二是將主機輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，經(jīng)變換后作為執(zhí)行機構或電代碼；其二是將主機輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，經(jīng)變換后作為執(zhí)行機構或電氣開關的控制信號。氣開關的控制信號。 磁盤系統(tǒng)：可以用半導體虛擬磁盤，也可以配通用的軟磁盤和硬盤。磁盤系統(tǒng)：可以用半導體虛擬磁盤，也可以配通用的軟磁盤和硬盤。通信接口：通信接口是工業(yè)控制機和其它計算機或智能外設通信的接口。通信接口：通信接口是工業(yè)控制機和其它計算機或智能外設通信的接口。1.5 工業(yè)控制機的組成結構及特點工業(yè)