第1章计算机控制系统概述(060421).ppt

第第1 1章计算机控制系统概述章计算机控制系统概述1.11.1计算机控制的一般概念计算机控制的一般概念1.21.2计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成1.31.3计算机控制系统的分类及特点计算机控制系统的分类及特点1.4 1.4 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势1.5 1.5 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点 1.11.1微机控制的一般概念微机控制的一般概念 “站在进入站在进入2121世纪的门槛，回顾人类文明进步的近代史，如果说世纪的门槛，回顾人类文明进步的近代史，如果说1919世纪实现了社会体力劳动机械化，延伸了人的体力，那么世纪实现了社会体力劳动机械化，延伸了人的体力，那么2020世纪的主世纪的主要特征是实现了劳动生产自动化，极大地提高了社会劳动生产率，创要特征是实现了劳动生产自动化，极大地提高了社会劳动生产率，创造了比过去任何时期都多得多的社会财富，彻底改变了人类的生产和造了比过去任何时期都多得多的社会财富，彻底改变了人类的生产和生活方式，提高了人们的生活质量，延长了人类的平均寿命。这完全生活方式，提高了人们的生活质量，延长了人类的平均寿命。这完全是现代科学技术的功劳。我们可以感到骄傲的是，控制论科学家和工是现代科学技术的功劳。我们可以感到骄傲的是，控制论科学家和工程师们为此做出了重要贡献。预计程师们为此做出了重要贡献。预计2121世纪，自动化技术仍将是高技术世纪，自动化技术仍将是高技术前沿，继续是推进新技术革命的核心力量。前沿，继续是推进新技术革命的核心力量。”宋健在国际自动控制联合会第宋健在国际自动控制联合会第1414届世界大会上的讲话届世界大会上的讲话本课程研究的主要问题是什么？将自动控制理论与计算机技术完美结合实将自动控制理论与计算机技术完美结合实现工业设备、生产过程的控制；智能化仪器现工业设备、生产过程的控制；智能化仪器仪表；控制系统硬件、软件、控制策略三者仪表；控制系统硬件、软件、控制策略三者结合的集成开发；自动控制科学、计算机信结合的集成开发；自动控制科学、计算机信息科学及人工智能的结合实现控制系统的智息科学及人工智能的结合实现控制系统的智能化。能化。1.11.1微机控制的一般概念微机控制的一般概念计算机控制技术发展简史计算机控制技术发展简史2020世纪世纪5050年代初年代初实现计算机自动测量和数据处理。实现计算机自动测量和数据处理。1965196519691969年工业计算机控制进入实用和开始逐步普及的阶段。年工业计算机控制进入实用和开始逐步普及的阶段。2020世纪世纪7070年代后，计算机控制系统进入大量普及的阶段，控制年代后，计算机控制系统进入大量普及的阶段，控制结构、控制理论、实时控制的安全性和可靠性得到充分研究，结构、控制理论、实时控制的安全性和可靠性得到充分研究，特别是分级分布控制方法得到了重视和应用。特别是分级分布控制方法得到了重视和应用。近近2020年来，先进的计算机控制设备在各行各业中发挥着巨大的年来，先进的计算机控制设备在各行各业中发挥着巨大的作用，并甚至参与信息管理和决策支持。作用，并甚至参与信息管理和决策支持。1.11.1微机控制的一般概念微机控制的一般概念1.1.11.1.1微机的开环控制与闭环控制微机的开环控制与闭环控制1.11.1微机控制的一般概念微机控制的一般概念在工业领域内，被控系统包括单台机械设备、生产线、生产过程以在工业领域内，被控系统包括单台机械设备、生产线、生产过程以及整个工厂和企业等。它们是接受物质流、能量流、信息流、资金流的及整个工厂和企业等。它们是接受物质流、能量流、信息流、资金流的对象，也称之为控制对象。施控系统产生控制作用以控制被控系统的物对象，也称之为控制对象。施控系统产生控制作用以控制被控系统的物质流、能量流、信息流和资金流在规定的条件下以期望的或最优的方式质流、能量流、信息流和资金流在规定的条件下以期望的或最优的方式运行。这里，运行。这里，“控制控制”的含义是广泛的，既包括通常意义下的闭环调节的含义是广泛的，既包括通常意义下的闭环调节回路和伺服控制，也包括操作、指导、诊断、监督、优化、调度、计划、回路和伺服控制，也包括操作、指导、诊断、监督、优化、调度、计划、组织和管理等。施控系统和被控系统的划分应根据实际应用情况而定。组织和管理等。施控系统和被控系统的划分应根据实际应用情况而定。1.11.1微机控制的一般概念微机控制的一般概念微机控制系统基本框微机控制系统基本框图图1.11.1微机控制的一般概念微机控制的一般概念实例1 响尾蛇导弹（空对空）响尾蛇导弹统计数据响尾蛇导弹统计数据（针对（针对AIM-9M）长度：约长度：约2.9米米直径：约直径：约13厘米厘米重量：约重量：约85公斤公斤翼展：约翼展：约63厘米厘米造价：造价：84,000美元美元最大速度：最大速度：2.5马赫马赫射程：约射程：约29公里公里制造商：制造商：Raytheon1.智能武器智能武器2.热敏技术热敏技术3.响尾蛇导弹系统的组成部分响尾蛇导弹系统的组成部分4.响尾蛇导弹系统如何工作响尾蛇导弹系统如何工作5.响尾蛇导弹如何跟踪目标？响尾蛇导弹如何跟踪目标？6.响尾蛇导弹的制导控制系统响尾蛇导弹的制导控制系统7.响尾蛇导弹的光学目标探测器响尾蛇导弹的光学目标探测器 智能武器智能武器AIM-9响尾蛇导弹（空中拦截导弹响尾蛇导弹（空中拦截导弹9）在分）在分类上属于短程、空对空导弹。简单来讲，类上属于短程、空对空导弹。简单来讲，它的工作是从飞行中的飞机上发射，它的工作是从飞行中的飞机上发射，“消消灭灭”敌机（破坏敌机使其坠落）。类似敌机（破坏敌机使其坠落）。类似“响尾蛇响尾蛇”的导弹被称为智能武器，因为它的导弹被称为智能武器，因为它们具有内置制导系统，使其能够导向目标们具有内置制导系统，使其能够导向目标追踪。追踪。热敏技术热敏技术导弹能够搜寻敌机引擎系统发出的热量。导弹能够搜寻敌机引擎系统发出的热量。因为导弹将瞄准目标自身发出的能量，而因为导弹将瞄准目标自身发出的能量，而不是反射的无线电能量，所以飞行员可以不是反射的无线电能量，所以飞行员可以“发后不理发后不理”这就是说，他在发射导这就是说，他在发射导弹后即可离开。取代庞大的雷达装置，导弹后即可离开。取代庞大的雷达装置，导弹将使用相对小巧的热敏光电池弹将使用相对小巧的热敏光电池“观察观察”目标。目标。火箭发动机火箭发动机：提供推力驱使导弹在空中飞行。后稳定翼后稳定翼：提供必要的升力保持导弹飞行高度。导引头导引头：观察从目标发出的红外线。制导控制电子设备制导控制电子设备：处理来自导引头的信息，并计算导弹的正确飞行路线 动作控制部分动作控制部分：根据制导电子设备发出的指令调整导弹前端附近的飞行翼片。飞行翼片飞行翼片本身：控制导弹在空中的飞行方向就好像飞机机翼上的副翼，运动的飞行翼片在导弹的一侧产生拉力（增加风的阻力），使其转向该方向。弹头弹头：实际摧毁敌机的爆炸装置。引信系统引信系统：当导弹到达目标时引爆弹头 电池电池：为弹载电子设备提供电源 导弹导引头原理响尾蛇导弹导引头类似于摄像机中的响尾蛇导弹导引头类似于摄像机中的电荷电荷耦合器件耦合器件（CCD）。它有一排传感器，当）。它有一排传感器，当暴露在发热物体发出的红外线下时，会产暴露在发热物体发出的红外线下时，会产生电信号。因此它只能根据生电信号。因此它只能根据“很热很热”和和“不很热不很热”的情况探测物体，红外线系统比的情况探测物体，红外线系统比可见光探测系统（如普通可见光探测系统（如普通摄像机摄像机）更简单。）更简单。另外，红外线导引头不需要外部光源，因另外，红外线导引头不需要外部光源，因此它们在白天或黑夜都能很好地工作。此它们在白天或黑夜都能很好地工作。响尾蛇导弹的引爆响尾蛇导弹没有设计成在实际击中目标时引爆；响尾蛇导弹没有设计成在实际击中目标时引爆；而是设计成在与目标非常接近时。而是设计成在与目标非常接近时。导弹控制系统采用独创性的光学目标探测器来计导弹控制系统采用独创性的光学目标探测器来计算进入射程范围的时间。算进入射程范围的时间。该探测器包括八个激光该探测器包括八个激光发射器二极管和八个光学传感器二极管，分布在发射器二极管和八个光学传感器二极管，分布在导弹弹体外侧四周，紧靠飞行翼片之后。响尾蛇导弹弹体外侧四周，紧靠飞行翼片之后。响尾蛇导弹在飞行期间，探测器会在导弹四周以轮辐模导弹在飞行期间，探测器会在导弹四周以轮辐模式不断发射式不断发射激光束激光束。如果导弹已与目标足够接近，。如果导弹已与目标足够接近，激光束将遇到飞机机体发生反射，并散射回传感激光束将遇到飞机机体发生反射，并散射回传感器二级管。控制系统确认导弹正好接近目标后就器二级管。控制系统确认导弹正好接近目标后就会引爆弹头。会引爆弹头。制导控制系统制导控制系统制导控制系统的主要目标是将敌机的红外制导控制系统的主要目标是将敌机的红外线映像粗略地保持在中心位置，以便导弹线映像粗略地保持在中心位置，以便导弹的前端能够持续指向目标。如果红外线映的前端能够持续指向目标。如果红外线映像偏离了中心位置，控制系统会向伺服装像偏离了中心位置，控制系统会向伺服装置发送信号。该伺服装置包括一个气体发置发送信号。该伺服装置包括一个气体发生器，向气动活塞提供高压气体。这些活生器，向气动活塞提供高压气体。这些活塞与摇杆相连，推动翼片来回移动。制导塞与摇杆相连，推动翼片来回移动。制导控制系统发出命令信号激活电子控制系统发出命令信号激活电子螺线管螺线管，螺线管可打开和关闭通向这些活塞的阀门，螺线管可打开和关闭通向这些活塞的阀门，致使翼片从一侧向另一侧倾斜。致使翼片从一侧向另一侧倾斜。计算机控制系统控制过程计算机控制系统控制过程上述测、算、控、管的过程不断重复，使整个系统能够按照一定的上述测、算、控、管的过程不断重复，使整个系统能够按照一定的动态品质指标进行工作，并且对被控参数或控制设备出现异常状态及动态品质指标进行工作，并且对被控参数或控制设备出现异常状态及时监督并做出迅速的处理。时监督并做出迅速的处理。p 实时数据采集实时数据采集 对被控参数在一定的采样间隔进行对被控参数在一定的采样间隔进行检测，并将采样结果输入计算机。检测，并将采样结果输入计算机。p 实时计算实时计算 对采集到的被控参数进行处理后，按一定的预对采集到的被控参数进行处理后，按一定的预先规定的控制规律进行控制量的计算，或称决策，决定当先规定的控制规律进行控制量的计算，或称决策，决定当前的控制量。前的控制量。p 实时控制实时控制 根据实时计算结果，将控制信号作用根据实时计算结果，将控制信号作用到控制的执行机构。到控制的执行机构。p 信息管理信息管理 随着网络技术和控制策略的发展，信息随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和管理也介入到控制系统中。共享和管理也介入到控制系统中。1.11.1微机控制的一般概念微机控制的一般概念在线在线 、离线与实时的概念、离线与实时的概念计算机直接连接着工业设备，不通过其它介质来间接进行控制决策。计算机直接连接着工业设备，不通过其它介质来间接进行控制决策。这种生产设备直接与计算机控制系统连接的方式，称为这种生产设备直接与计算机控制系统连接的方式，称为“联机联机”或或“在在线线”控制。控制。如生产设备不直接与计算机控制系统连接，则称为如生产设备不直接与计算机控制系统连接，则称为“脱机脱机”或或“离离线线”控制。控制。如果计算机能够在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量、如果计算机能够在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量、计算和控制输出，则称为实时控制。实时控制的概念与工艺要求紧密相计算和控制输出，则称为实时控制。实时控制的概念与工艺要求紧密相连，如快速变化的压力对象控制的实时控制时间要比缓慢变化的温度对连，如快速变化的压力对象控制的实时控制时间要比缓慢变化的温度对象的实时控制时间快。实时控制的性能通常受一次仪表的传输延迟、控象的实时控制时间快。实时控制的性能通常受一次仪表的传输延迟、控制算法的复杂程度、微处理器的运算速度和控制量输出的延迟等影响。制算法的复杂程度、微处理器的运算速度和控制量输出的延迟等影响。1.11.1微机控制的一般概念微机控制的一般概念1.21.2计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成计算机控制系统组成计算机控制系统组成 计算机硬件设备计算机硬件设备 控制软件控制软件 计算机通信网络计算机通信网络1.2.1 1.2.1 计算机控制系统硬件计算机控制系统硬件 主要组成部分主要组成部分计算机主机计算机主机常规外部设备常规外部设备输入输出通道输入输出通道外部设备外部设备运行操作台运行操作台1.21.2计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成微机控制系统的一微机控制系统的一般组成般组成1.21.2计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成一个三级计算机控制系统一个三级计算机控制系统的组成的组成1.21.2计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成计算机控制系统软件计算机控制系统软件 计算机控制系统的软件主要为：系统软件、应用软件和控制软件。计算机控制系统的软件主要为：系统软件、应用软件和控制软件。系统软件系统软件：DOSDOS，WindowsWindows，Windows NTWindows NT，UNIXUNIX等以及网络平台。等以及网络平台。应用软件应用软件：有语言加工软件，如汇编、编译软件和控制系统的编程软：有语言加工软件，如汇编、编译软件和控制系统的编程软件，面向对象的件，面向对象的Visual CVisual C和和Visual BVisual B等，还有罗克韦尔自动化的等，还有罗克韦尔自动化的RS RS ViewView，RS RS LogixLogix等。等。控制软件控制软件：对系统直接监测、起控制作用的前沿程序，常用：对系统直接监测、起控制作用的前沿程序，常用VBVB、VCVC、C C和汇编语言写成。和汇编语言写成。值得一提的是近十几年来迅速发展的工业控制值得一提的是近十几年来迅速发展的工业控制“组态组态”软件，具有组态软件，具有组态方便快捷，人机界面友好，通信、控制功能一应俱全，在业界获得广泛的认方便快捷，人机界面友好，通信、控制功能一应俱全，在业界获得广泛的认同和快速发展。同和快速发展。1.21.2计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成组态的概念起源于组态的概念起源于“ConfigurationConfiguration”，是指使用软件工具对计算机是指使用软件工具对计算机和软件的资源进行配置，使计算机或程序按照预先设置自动执行。一个和软件的资源进行配置，使计算机或程序按照预先设置自动执行。一个好的组态软件应具有良好的开放性，容易与其它应用软件接口，实现数好的组态软件应具有良好的开放性，容易与其它应用软件接口，实现数据共享据共享。国内应用比较多的组态软件有亚控的国内应用比较多的组态软件有亚控的“组态王组态王”、昆仑的、昆仑的“MCGSMCGS”以及大庆三维科技股分有限公司的力控软件（以及大庆三维科技股分有限公司的力控软件（Force ControlForce Control）等。国外）等。国外著名软件有著名软件有IntellutionIntellution的的iFIXiFIX、WonderwareWonderware的的IntouchIntouch、NemaNema Soft Soft的的Paragon TNTParagon TNT、National InstrumentsNational Instruments的的LabViewLabView、IconicsIconics的的GenesisGenesis、信肯通的信肯通的Think&DoThink&Do，以及法国的，以及法国的Alter SysAlter Sys公司的公司的Virgo2000Virgo2000。1.21.2计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成MCGSMCGS组态软件组态界面组态软件组态界面1.21.2计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成MCGSMCGS组态软件运行环境界面组态软件运行环境界面1.3.11.3.1数据采集和处理系统（数据采集和处理系统（Data Data AcqusitionAcqusition System,DASSystem,DAS）计算机在数据采集和处理时，主要是对大量的过程参计算机在数据采集和处理时，主要是对大量的过程参数进行巡回检测、数据记录、数据计算、数据统计和处理、数进行巡回检测、数据记录、数据计算、数据统计和处理、参数的越限报警及对大量数据进行积累和实时分析。这种参数的越限报警及对大量数据进行积累和实时分析。这种应用方式，计算机不直接参与过程控制，对生产过程不直应用方式，计算机不直接参与过程控制，对生产过程不直接产生影响。接产生影响。1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点数据采集和数据处理微机控制系统数据采集和数据处理微机控制系统DAS也称为也称为操作指导控制系统操作指导控制系统在这种应用方式中，计算机不直接参与生产过程的控制，但对整在这种应用方式中，计算机不直接参与生产过程的控制，但对整个生产过程进行集中监视。同时，由于微处理器具运算、逻辑判断能个生产过程进行集中监视。同时，由于微处理器具运算、逻辑判断能力，可以对大量的输入数据进行必要的集中、加工和处理，并且能以力，可以对大量的输入数据进行必要的集中、加工和处理，并且能以有利于指导生产过程控制的方式表示出来。这种应用方式可以得到大有利于指导生产过程控制的方式表示出来。这种应用方式可以得到大量的统计数据，利于建立理想的数学模型。量的统计数据，利于建立理想的数学模型。1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点1.3.2 1.3.2 直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统DDCDDC中的计算机部分参加闭环控制过程，无中的计算机部分参加闭环控制过程，无需中间环节（调节器）。计算机通过过程输入通道对一上或多个物需中间环节（调节器）。计算机通过过程输入通道对一上或多个物理量进行巡回检测，并根据规定的控制规律进行运算理量进行巡回检测，并根据规定的控制规律进行运算。1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点1.3.31.3.3监督控制系统监督控制系统 监督控制系统监督控制系统SCCSCC（Supervisory Computer ControlSupervisory Computer Control）中，计算）中，计算机根据工艺信息和其它参数，按照描述生产过程的数学模型或其它方机根据工艺信息和其它参数，按照描述生产过程的数学模型或其它方法，自动地改变模拟调节器或直接数字控制方式工作的计算机中的给法，自动地改变模拟调节器或直接数字控制方式工作的计算机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况（如高质量、高效率、低能定值，从而使生产过程始终处于最优工况（如高质量、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微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点监督控制系统有两种典型的结构形式，即监督控制系统有两种典型的结构形式，即SCCSCC模拟调节器的控模拟调节器的控制系统和制系统和SCCSCCDDCDDC分级控制系统。分级控制系统。SCCSCC计算机模拟调节器的监督计算机模拟调节器的监督控制系统控制系统1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点SCCSCC计算机计算机DDCDDC计算机的监督计算机的监督控制系统控制系统1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点1.3.41.3.4分散控制系统分散控制系统DCSDCS1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点1.3.41.3.4分散控制系统分散控制系统DCSDCS一、分散控制系统的名称DCS:Distributed Control SystemTDCS&TDC:Total Distributed Control SystemDCCS:Distributed Computer Control System习惯上还称 DCS1.3.41.3.4分散控制系统分散控制系统DCSDCS二、分散控制系统的含义“分散”的两个含义1、各被控的生产设备的物理位置是分散的 控制设备也相应分散。2、控制系统的功能是分散的 即DAS、DDC、过程控制、运行监控等是分散的 意味着系统的危险的分散 1.3.41.3.4分散控制系统分散控制系统DCSDCS三、分散控制系统的定义 它是一个多重物理资源和逻辑资源（多CPU、DAS、DDC及程序）分布，采用某种互联网或通信网络进行资源相连，具有高度的局部资源自制能力、资源间的相互配合能力和整体协调与控制能力，可实现资源的动态管理和分配、分布程序的并行运行及功能分散的计算机网络控制系统。1.3.41.3.4分散控制系统分散控制系统DCSDCS四、分散控制系统的产生 4C:Computer Communication Cathode-Ray Tube Control 1975年，美国Honeywell TDC-2000 TDC-3000 TDC-300/PM 特点：1、信息管理系统 2、开放式的通信，标准的网络通信协议 3、32位CPU1.3.41.3.4分散控制系统分散控制系统DCSDCS四、分散控制系统的产生(续)特点：4、操作功能强大。触摸屏、多窗口显示、三维图像、多媒体等 5、专用的集成电路和安装技术 6、将PC、PLC联入系统 7、组态软件 8、引入专家系统1.3.51.3.5现场总线控制系统现场总线控制系统FCSFCS1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点现场总线控制现场总线控制系统具有系统具有现场通信现场通信网络、现场设备互网络、现场设备互连、互操作性、分连、互操作性、分散功能块、通信线散功能块、通信线供电和开放式互联供电和开放式互联网络网络六大功能。六大功能。1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点1.3.61.3.6PLC+PLC+上位机系统上位机系统DH(data highway,DH(data highway,数据高速公路数据高速公路)，将众多将众多PLCPLC互联起来互联起来1 1、挂接了在线的计算机挂接了在线的计算机 组态、编程、下载、监视组态、编程、下载、监视2 2、增加了各种模块、增加了各种模块 PID AI AO DI DO RTU FI FOPID AI AO DI DO RTU FI FO等等3 3、通用的网络、通用的网络 1.3.6PLC+上位机系统 通信模块通信模块 输入模块输入模块 输出模块输出模块 智能智能I/O 模块模块 上位机或其上位机或其通信设备他通信设备他现场工业控制现场工业控制CPU模块模块PLC系统结构示意图系统结构示意图1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点1.3.7 1.3.7 计算机控制系统的网络结构计算机控制系统的网络结构 1.31.3微机控制系统的分类及特点微机控制系统的分类及特点对等式对等式结构结构Controller Drive1Sensor Drive3Drive2Data AcquisitionHMIAnalog I/O 客客户户机机/服服务务器器结结构构EthernetDeviceNetStationMMI24vdc509-BODModularI/OBlockI/OMicroDriveControlNetGatewayorLinkingDeviceProgrammableDeviceSupportPCMotorStarterMicroPLCOperatorInterfaceDriveServoGatewayorLinkingDeviceMaintenancePCDesktopPC1.4 1.4 计算机控制系统的发展趋计算机控制系统的发展趋势势1.4.1 1.4.1 推广应用成熟的先进技术推广应用成熟的先进技术（1 1）普及应用可编程序控制器普及应用可编程序控制器由于近年来开发了具有智能由于近年来开发了具有智能IOIO模块模块的的PLCPLC，它可以将顺序控制和过程控制结合起来，实现对生产过程的控，它可以将顺序控制和过程控制结合起来，实现对生产过程的控制，并具有高可靠性。制，并具有高可靠性。（2 2）广泛使用智能调节器广泛使用智能调节器智能调节器不仅可接受（智能调节器不仅可接受（4 4 2020）mAmA电流信电流信号，还具有号，还具有RSRS232232或或RSRS422/485422/485异步串行通信接口，可与上位机连成异步串行通信接口，可与上位机连成主从式测控网络。主从式测控网络。（3 3）采用新型的采用新型的DCSDCS和和FCSFCS发展以位总线（发展以位总线（BitbusBitbus）、现场总线）、现场总线（FieldbusFieldbus）技术等为基础先进网络通信技术的）技术等为基础先进网络通信技术的DCSDCS和和FCSFCS控制结构，并控制结构，并采用先进控制策略，向低成本综合自动化系统方向发展，实现计算机集采用先进控制策略，向低成本综合自动化系统方向发展，实现计算机集成制造系统（成制造系统（CIMSCIMS）。）。1.4.2 1.4.2 大力研究和发展智能控制系统大力研究和发展智能控制系统 经典的反馈控制、现代控制和大系统理论在应用中遇到不少难经典的反馈控制、现代控制和大系统理论在应用中遇到不少难题。首先，这些控制系统的设计和分析都是建立在精确的系统数学模题。首先，这些控制系统的设计和分析都是建立在精确的系统数学模型的基础上的，而实际系统一般无法获得精确的数学模型；其次，为型的基础上的，而实际系统一般无法获得精确的数学模型；其次，为了提高控制性能，整个控制系统变得极其复杂，增加了设备的投资，了提高控制性能，整个控制系统变得极其复杂，增加了设备的投资，降低了系统的可靠性。人工智能的出现和发展，促进自动控制向更高降低了系统的可靠性。人工智能的出现和发展，促进自动控制向更高的层次发展，即智能控制。智能控制是一类无需人的干预就能够自主的层次发展，即智能控制。智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动机器实现其目标的过程，也是用机器模拟人类智能的又一重要地驱动机器实现其目标的过程，也是用机器模拟人类智能的又一重要领域。领域。1.4 1.4 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势 模糊控制是一类应用模糊集合理论的控制方法之一。一方面模模糊控制是一类应用模糊集合理论的控制方法之一。一方面模糊控制提供一种实现基于知识（规则）的甚至语言描述的控制规律糊控制提供一种实现基于知识（规则）的甚至语言描述的控制规律的新机理；另一方面，模糊控制提供了一种改进非线性控制器的替的新机理；另一方面，模糊控制提供了一种改进非线性控制器的替代方法，这种非线性控制器一般用于控制含有不确定性和难以用传代方法，这种非线性控制器一般用于控制含有不确定性和难以用传统非线性控制理论处理的装置。统非线性控制理论处理的装置。（1 1）分级递阶智能控制系统）分级递阶智能控制系统 分级递阶智能控制系统是在研究学习控制系统的基础上，并从分级递阶智能控制系统是在研究学习控制系统的基础上，并从工程控制论的角度，总结人工智能与自适应、自学习和自组织控制工程控制论的角度，总结人工智能与自适应、自学习和自组织控制关系之后而逐形成的。关系之后而逐形成的。（2 2）模糊控制系统）模糊控制系统1.4.2 1.4.2 大力研究和发展智能控制系统大力研究和发展智能控制系统1.4 1.4 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势 学习是人类的主要智能之一。用机器来代替人类从事体力和脑学习是人类的主要智能之一。用机器来代替人类从事体力和脑力劳动，就是用机器代替人的思维。学习控制系统是一个能在其运力劳动，就是用机器代替人的思维。学习控制系统是一个能在其运行过程中逐步获得被控对象及环境的非预知信息，积累控制经验，行过程中逐步获得被控对象及环境的非预知信息，积累控制经验，并在一定的评价下进行估值、分类、决策和不断改善系统品质的自并在一定的评价下进行估值、分类、决策和不断改善系统品质的自动控制系统。动控制系统。专家控制系统所研究的问题一般都具有不确定性，是以模仿人专家控制系统所研究的问题一般都具有不确定性，是以模仿人类智能为基础的。工程控制理论与专家系统的结合，形成了专家控类智能为基础的。工程控制理论与专家系统的结合，形成了专家控制系统。制系统。（3 3）专家控制系统）专家控制系统（4 4）学习控制系统）学习控制系统1.4 1.4 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势 神经网络控制采用仿生学的观点与方法来研究人脑和智能系统神经网络控制采用仿生学的观点与方法来研究人脑和智能系统中的高级信息处理。具有很强的适应于复杂环境和多目标控制要求中的高级信息处理。具有很强的适应于复杂环境和多目标控制要求的自学习能力，并具有以任意精度逼近任意非线性连续函数的特性。的自学习能力，并具有以任意精度逼近任意非线性连续函数的特性。由于这些特性，神经网络的应用已渗透到自动控制领域的各个方面，由于这些特性，神经网络的应用已渗透到自动控制领域的各个方面，包括系统辨识、非线性系统控制、智能控制、优化计算及控制系统包括系统辨识、非线性系统控制、智能控制、优化计算及控制系统的故障诊断与容错控制等。的故障诊断与容错控制等。（5 5）神经控制系统）神经控制系统1.4 1.4 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势 “十五十五”期间，自动化主控系统以集散式控制系统（期间，自动化主控系统以集散式控制系统（DCSDCS）和工）和工业控制计算机为主。大型业控制计算机为主。大型DCSDCS以国外产品为主的状况不会有较大改变。以国外产品为主的状况不会有较大改变。PLCPLC、基于工业控制计算机的国产、基于工业控制计算机的国产DCSDCS以及工业控制单元装置在中小工程以及工业控制单元装置在中小工程应用中将占据主导地位。现场总线智能仪表和现场总线控制系统应用中将占据主导地位。现场总线智能仪表和现场总线控制系统（FCSFCS）在试点成功的基础上，市场的需求逐步增长。）在试点成功的基础上，市场的需求逐步增长。21 21世纪的经济发展正处于由世纪的经济发展正处于由“工业经济模式工业经济模式”向向“信息经济模式信息经济模式”快速转变时期，其中技术进步是决定的因素。国家在快速转变时期，其中技术进步是决定的因素。国家在“十五十五”期间制定期间制定了了“用信息化带动工业自动化用信息化带动工业自动化”的指导方针。在现代工业企业自动化中，的指导方针。在现代工业企业自动化中，计算机控制技术是核心，它是计算机技术和控制理论有机结合的产物。计算机控制技术是核心，它是计算机技术和控制理论有机结合的产物。计算机控制系统的基础是工业控制计算机技术，其灵魂是智能控制技术。计算机控制系统的基础是工业控制计算机技术，其灵魂是智能控制技术。发展与智能控制技术相结合的发展与智能控制技术相结合的“高性能的工业控制计算机以及基于工业高性能的工业控制计算机以及基于工业控制计算机的开放式控制系统控制计算机的开放式控制系统”是未来工业企业自动化的重要发展方向。是未来工业企业自动化的重要发展方向。1.4 1.4 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势1.5 大型火电机组热工自动化的内容一 自动检测大型锅炉的检测 主蒸汽在热蒸汽压力温度给水压力温度流量汽泡水位炉膛压力烟气含烟量排烟温度一二次风温风压燃料量及各受热段状况的压力 温度等参数大型汽轮机的检测 蒸汽压力温度真空度监视段抽汽压力润滑油压调速油压转速振动转子轴向位移转子与气缸的相对热膨胀主轴偏心度轴承温度润滑油温度推力瓦温度等 二自动调节大型锅炉的自动调节 给水调节燃烧调节(燃料送风引风)蒸汽温度(过热器再热器)等大型气轮机的自动调节 转速气峰气压旁路系统凝汽器水位等大型单元机组的要求 快速响应负荷变化,稳定运行参数 锅炉,汽轮机组作为整体进行协调控制,同时还具有逻辑 控制功能,以便根据机组的工况,决定机组的运行方式1.6 大型火电机组热工自动化的内容三顺序控制主辅机的起停部分系统的运行操作和事故处理每项控制内容和步骤根据现场要求而定,用自动装置实现大型锅炉的顺序控制 锅炉点火锅炉吹灰送,引风机的起停水处理设备的运行制粉系统的起停等大型汽轮机的顺序控制 汽轮机及辅机的起停等1.6 大型火电机组热工自动化的内容四自动保护保护动作的类型保护动作的类型:报警信号报警信号联锁动作联锁动作跳闸保护跳闸保护锅炉的自动保护锅炉的自动保护汽轮机的自动保护汽轮机的自动保护机炉电大联锁保护机炉电大联锁保护锅炉的自动保护锅炉的自动保护主蒸汽压力主蒸汽压力气泡锅炉水位气泡锅炉水位直流锅炉断水直流锅炉断水再热器再热器炉炉膛灭火膛灭火总燃料跳闸总燃料跳闸辅机启停辅机启停事故状态的联锁等事故状态的联锁等汽轮机的自动保护汽轮机的自动保护汽轮机的轴向位移汽轮机的轴向位移缸胀和差胀保护缸胀和差胀保护超速超速振动振动主轴主轴挠度挠度低油压低油压低真空低真空给水加热器等给水加热器等机炉电大联锁保护机炉电大联锁保护锅炉锅炉,汽轮机汽轮机,发电机三大主机和主要辅机在各自独立发电机三大主机和主要辅机在各自独立发生故障时发生故障时,对自身和其他主辅机及系统所必须实施对自身和其他主辅机及系统所必须实施的自动保护措施的自动保护措施1.6 大型火电机组热工自动化的内容第第2 2章工业控制计算机简介章工业控制计算机简介2.12.1 工工业控制计算机的特点业控制计算机的特点2.22.2工工业控制计算机的总线及分类业控制计算机的总线及分类2.32.3总总线标准线标准 2.4 2.4 I IPCPC的基本组成的基本组成2.5 2.5 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点 工业控制机是为满足工业过程控制的特点而发展起来的的一工业控制机是为满足工业过程控制的特点而发展起来的的一类计算机。有了工业控制机就能将工业生产的过程控制与管理调类计算机。有了工业控制机就能将工业生产的过程控制与管理调度相结合，从而使工业自动化在就地控制、集中控制的基础上，度相结合，从而使工业自动化在就地控制、集中控制的基础上，向综合自动化方向发展。向综合自动化方向发展。第第2 2章工业控制计算机简介章工业控制计算机简介2.1.1 2.1.1 工业控制机的组成工业控制机的组成 2.1.工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点 工业控制计算机各主要组成部分介绍工业控制计算机各主要组成部分介绍主机板由中央处理单元（主机板由中央处理单元（CPUCPU）、内存储器（）、内存储器（ROMROM、RAMRAM）等部件）等部件组成。在控制系统中，主机主要进行必要的数值计算、逻辑判断、组成。在控制系统中，主机主要进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理等工作。数据处理等工作。内部总线和外部总线：内部总线是工业控制机内部各组成部分内部总线和外部总线：内部总线是工业控制机内部各组成部分进行信息传送的公共通道，它是一组信号线的集合；外部总线是工进行信息传送的公共通道，它是一组信号线的集合；外部总线是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公共通道，常用业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公共通道，常用的外部总线有的外部总线有RSRS232232和和IEEEIEEE488488通信总线。通信总线。人人机接口是一种标准结构，即由标准的机接口是一种标准结构，即由标准的PCPC键盘、显示器和打键盘、显示器和打印机组成。印机组成。第二章 工业控制机简介工业控制机简介 监控定时器：俗称监控定时器：俗称“看门狗看门狗”（WatchdogWatchdog）。其主要作用是）。其主要作用是当系统因干扰或软故障等原因出现异常时，如当系统因干扰或软故障等原因出现异常时，如“飞程序飞程序”或程序进或程序进入死循环，入死循环，WatchdogWatchdog可以使系统自动恢复运行，从而提高系统的可可以使系统自动恢复运行，从而提高系统的可靠性。最新的工控机设计采用