计算机控制装置.

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1、计算机控制装置 1 计算机控制装置计算机控制装置 2011年4月 张光新 gxzhang gxzhang 13357196527 87952241 Computer Control Equipments 计算机控制装置 2 自动化专业主要课程体系(部分)示意 数理基础 控制原理 控制工程 工程原理 电学基础 测控仪表 微机原理 嵌入式/DSP等 计算机基础 人文基础 工业通信 软件技术 计算机控制 过程自动化机械自动化 电气自动化 炼油、化工、轻工、食品、电力、环保 、机器人、航空 自动化+信息化 计算机控制装置 3 计算机控制与哪些知识内容有关？ 或 做好一个计算机控制系统需要解决些问题？

2、计算机控制装置 4 课程安排：第17周讲课 第8周 成绩评定：课堂交流、点名、作业 15% 设计作业占25%(整体质量占50%，个人工作 50%， 附上每个成员的照片生活照) 期末考试60% 课件下载： 课程资源/电子课件 计算机控制装置 5 课程主要内容课程主要内容 计算机控制基本知识 可编程控制器 集散控制系统简介（含总线控制） 系统的接地技术和防雷技术简介 计算机控制装置 6 计算机控制基础知识 概念、组成、主要设计思想、发展等概念、组成、主要设计思想、发展等 可编程控制器 基本工作原理、简要编程组态、集成应用基本工作原理、简要编程组态、集成应用 主要针对：主要针对：OMRONOMRON

3、和和SIEMENS PLCSIEMENS PLC 针对实际对象的PLC系统设计 包括：工艺流程分析、仪表选型、系统包括：工艺流程分析、仪表选型、系统 集成、控制柜设计等集成、控制柜设计等 点评交流 25% 模拟 招标 DCS简介 可靠性及防雷设计简介 开卷考试，带一张A4纸 60% 平 时 15 % 主要知识体系主要知识体系 计算机控制装置 7 进 料 口 变 送 器 进 料 口 出 料 口 H 玻璃管液位计 “我我”来控制来控制 执 行 器 调 节 器 仪表仪表控制控制 上课之前上课之前 显示 仪表 计算机控制装置 8 控制室仪表 现场仪表 进 料 口 变 送 器 执 行 器 调 节 器 仪

4、表仪表控制控制 上课之前上课之前 显示 仪表 安装在哪里？安装在哪里？ 控制器 (调节器) 对象 检测仪表 + SP 执行器 显示仪表 Optional 执行器有哪些？ 阀 门 电动调节阀、气动调节阀 电动开关阀（电磁）、气动开关阀 泵（电机）变频 开关 检测仪表有哪些？ 连续信号：变送器（如T、P、L、F、A，通常输出420mA、15V等标准信号） 传感器（热电阻、热电偶） 开关信号：液位开关、料位开关、接近开关 (通常输出on/off信号) 计算机控制装置 9 控制室仪表 现场仪表 进 料 口 变 送 器 执 行 器 调 节 器 仪表仪表控制控制 上课之前上课之前 显示 仪表 安装在哪里？

5、安装在哪里？ 控制器 (调节器) 对象 检测仪表 + SP 执行器 显示仪表 Optional *执行器* 口径 流量特性 安装方式 材质(耐压/防腐） 供电和防爆 信号类型 现场仪表选型要注意哪些因素？ *检测仪表* 量程 安装方式 材质(耐压/防腐） 供电和防爆 信号类型 计算机控制装置 10 进 料 口 变 送 器 执 行 器 调 节 器 仪表仪表控制控制 上课之前上课之前 进 料 口 变 送 器 执 行 器 计算机计算机控制控制 控 制 站 IPC、PLC、数字调节器 可以广义地理解为带有CPU的 各种控制设备 计算机控制装置 11 进 料 口 变 送 器 执 行 器 调 节 器 仪表

6、仪表控制控制 上课之前上课之前 进 料 口 变 送 器 执 行 器 计算机计算机控制控制 控 制 站 控制器 (调节器) 对象 检测仪表 + SP 执行器 控制站 (计算机) 对象 检测仪表 + SP 执行器 ？ 计算机控制装置 12 最常见的IO接口： AI模/数转换(模拟量输入) DI 开关量输入(数字量输入) AO数/模转换(模拟量输出) DO 开关量输出(数字量输出) 上课之前上课之前 420mA等信号 二进制信号IO接口 ？ 现场 仪表 计算机 控制站 AI(A/D) DI AO(D/A) DO 计算机控制装置 13 一体 输入、输出系统 输入 子系统 输入 子系统 Controll

7、er/Gateway Fieldbus 上课之前上课之前 计算机控制装置 14 网关 FF、ProfiBus 等现场总线 典型的计算机控制系统结构示意图 I/O系统控制站 现场设备层 控制层 操作站 Ethernet/专用总线 数据服务器 高级控制器 管理层 WEB 服务器 管理计算机 Ethernet 互联网 服务器 Internet/Intranet 计算机控制装置 15 内 涵：工业（自动）化 信息化 作 用：是实现安全、高效、优质、低耗生产的前提 是现代工业生产不可缺少的神经中枢 相关技术：自动控制技术、检测和传感技术、计算机技术、网络 通信技术、先进控制技术、智能仪表技术 发展过程：

8、直接数字量控制（DDC） 集中型计算机控制 分布式计算机控制（DCS） 总线（工业以太网）控制 ？ 上课之前上课之前 两化融合 计算机控制装置 16 一一. . 计算机控制的基本知识计算机控制的基本知识 1.1 计算机控制概述 1.2 计算机控制系统的基本组成 1.3 计算机控制系统的主要设计思想 1.4 计算机控制系统的发展过程 1.5 网络通信基础 1.6 PID离散化和信号滤波简介 计算机控制装置 17 1.1 计算机控制概述 测量变送装置 + 设 定 值 420mA 420mA 调节器调节器 执行器被控对象 被 控 变 量 控制器控制器 D/A A/D 00101011001100 0

9、10101010101100 工作过程 数据采集：实时检测来自于测量变送装置的被控变量瞬时值； 控制决策：根据采集到的被控变量按一定的控制规律进行分析 和处理，决定控制行为，产生控制信号；如PID运算 控制输出：根据控制决策实时地向执行机构发出控制信号，完 成控制任务。 计算机控制装置 18 过程输入输出设备 外 部 设 备 主 机 系 统 CPU RAM ROM CRT 通讯接口 人机接口 打印机 其它 系 统 总 线 模拟量输入（AI） 模拟量输出（AO） 开关量输入（DI） 开关量输入（DO） 测量变送器 执行器 电气开关 电气开关 被 控 生 产 对 象 常规计算机系统 I/O系统 （

10、模块或卡件） 现场仪表被控 对象 硬件组成 1.2 计算机控制系统的基本组成 计算机控制装置 19 系统软件 支持软件 应用软件 操作系统 用于开发应用软件的软件。例如：汇编语言、高级语言、组 态软件等。对于设计人员来说，需要了解并学会使用相应的 支持软件，能够根据系统要求编制开发所需要应用软件。不 同系统的支持软件会有所不同 针对特定要求而编制的控制和管理程序。 不同控制设备的应用软件所具备的功能是不同的。 软件组成 系统开发最主要的两个方面： 根据控制要求，开发硬件系统 基于支持软件，开发应用软件 1.2 计算机控制系统的基本组成 计算机控制装置 20 1. 可靠性 2. 可维护性 3.

11、实时性 4. 性能价格比 1.3 计算机控制系统的主要设计思想 计算机控制装置 21 1.1.可靠性可靠性 产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。 衡量可靠性的几个指标： 可靠度 平均无故障工作时间 (Mean Time Between Failures，简称MTBF) 平均故障修复时间 (Mean Time To Repair，简称MTTR ) （本质上这是一个可维护性指标） 无维修使用期 (Maintenance Free Operating Period ，简称MFOP) 计算机控制装置 22 可靠度通常用于表示单个零件、设备的可靠程度 在规定的环境温度、湿度、振动和使用方法及

12、维护措施等条件下，在规定的 工作期限内，设备无故障地发挥规定功能的概率。 系统的可靠度：除了与构成系统的子系统或元器件的可靠度有关，还与系统 的构成方式有关。 The reliability of every unit of the specific equipment is 90%, the reliability of this equipment is 90%。 No! 误差、可靠度都是会传递的 (1)(1)可靠度可靠度 R R 计算机控制装置 23 常规的可靠性理论：著名的浴盆曲线（本质） 故 障 率 时间 结构对可靠度的影响 R1Rn R1 Rn 一个失效，系统失效 全部故障，系统故

13、障 系统冗余的概念 (1)(1)可靠度可靠度 R R 计算机控制装置 24 串联系统中，可靠性最差的单 元对系统可靠性影响最大。 并联系统中，1:1系统的冗余 对系统可靠性的贡献最显著。 R1=R2=0.9， R并0.99 R1=R2=0.99，R并0.9999 计算机控制装置 25 MTBF指设备在相邻两次故障的间隔内正常工作的平均时间 无维修使用期MFOP(Maintenance Free Operating Period ) 1995年国际上开始对传统可靠性定义提出了质疑，在欧洲开始提出了 无维修使用期(MFOP)的概念。MTBF认为随机故障是不可避免的， 只要仍低于许可数是可接受的。M

14、FOP认为“要设计出不存在随机失 效的产品是有可能”。 MFOP在本质上就是可靠性设计思路的改变，是指产品能完成所有规 定任务的工作期，在该期间内不需要对其进行任何维修。每个MFOP 之后就有一个维修修复期(Maintenance Recovery Period，MRP)，在此 期间通过适当的计划性或修复性维修使系统完全恢复到可使用状态， 以使其能完成下一个MFOP期间的工作。 (2) MTBF(*) 和 MFOP 计算机控制装置 26 提高系统可靠性的主要措施 选用高性能的控制设备，重视自控设备的自诊断功能。选用高性能的控制设备，重视自控设备的自诊断功能。 设计可靠的控制方案，提供各种安全保

15、护措施，如报警、故障设计可靠的控制方案，提供各种安全保护措施，如报警、故障 诊断和处理等。诊断和处理等。 采用分散控制思想采用分散控制思想/ /增加后备手操或后备仪表控制系统增加后备手操或后备仪表控制系统/ /设计设计 冗余系统。冗余系统。 采用安全可靠的屏蔽、隔离、接地等抗干扰技术。采用安全可靠的屏蔽、隔离、接地等抗干扰技术。 提高软件可靠性提高软件可靠性【要求应用软件的结构合理、稳定性好、抗干扰要求应用软件的结构合理、稳定性好、抗干扰 能力强，具有自诊断功能，并面对任何异常操作不影响系统主要能力强，具有自诊断功能，并面对任何异常操作不影响系统主要 功能的正常运行功能的正常运行】 计算机控制装置 27 故障发生后通过维修使系统恢复的能力。 本质：易于查找故障，易于排除故障。 设计合理的系统结构。例如，采用模块化结构，便于更换故障模块。设计合理的系统结构。例如，采用模块化结构，便于更换故障模块。 选择系列化、标准化、通用化、一致性好的硬件设备。选择系列化、标准化、通用化、一致性好的硬件设备。 系统最好能带电插拔维修，降低子系统的故障对整个系统产生的影响。系统最好能带电插拔维修，降低子系统的故障对整个系统产生的影响。 软硬件具有自诊断功能，便于快速定位、快速排除故障。软硬件具有自诊断功能，便于