《工业控制计算机应用-高等过程控制第三篇ppt培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业控制计算机应用-高等过程控制第三篇ppt培训课件（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工业控制计算机及其应用IPC（industrial personal computer）,第一章 工业控制计算机的发展历 (见参考书三),1.1 概述 工业控制计算机的发展大致可分为以下几个阶段：1.工控机的开创阶段 50-60年代2.小型工控机的发展时期 60-70年代3. 工业微型计算机测量、控制系统和分散型工业控制系统发展时期 70年代中期4. 工业控制总线发展时期 80年代中期如：STD总线； S-100总线 5.一体化的智能控制发展时期 机-电一体化 计控一体化 人-机一体化,1.2 计算机与工业自动化,一、电子技术、计算机技术、通讯技术、控制技术的发展和完善，促进了1.工厂自动化（
2、FA）2.农业自动化（BA）3.办公自动化（OA）4.住宅自动化（HA）“4A”技术已经成为国际上的热门话题,二、工业控制计算机的应用领域工业过程的测、控自动化工业过程控制是计算机的一个重要的应用领域，也是一种不同于一般计算机应用的领域。工控机正是为了满足这一 特定的应用领域而发展起来的。工控机现代工业实现自动化不可缺少的工具。包括：航空、航天、核能、电力、煤炭、石油、化工、冶金、机械、电子、交通、轻工、纺织等举例：1、电力生产2、化工过程3、航空航天4、楼宇综合自动化系统5、其他,三、工业控制计算机的关键技术（9个方面）,环境考虑,过程 I/O总线,性能,应用接口,可靠性/可用性,迁移策略,
3、多供应商计算机联用,网络支持和管理,安全性,工业控制计算机的关键技术,1.3 我国工控机的研制与发展对策,一、我国工控机的发展概况我国工控机有30多年的发展历史，可分如下四个阶段：,二、工控机的发展对策,我国工控机的发展对策为：（1）建立产业（2）发展阶段性原则（3）以应用促发展（4）技术上要突出 开放系统设计技术可靠性技术 硬件工程 工程化技术 软件工程测试工艺 （5）确定发展重点功能模板、系统产品、实时软件、配套 外围产品 a、分散型网络化控制系统、中小型用户同时发展 b、实时软件的发展软件工程是是今后的重要任务c、外部设备是工控机的人-机联系设备，要突出重点的发展。（6）加快引进技术的消
4、化吸收，做好国产化工作,1.4 工控机系统的基本组成,.,第二章 工控机的体系结构 （ 参考书二）, 2.1 工控机的特点工控机工业控制机工业计算机IPC用于工业过程检测、过程控制、数据采集处理（1）可靠性高 要求：平均无故障时间（MTBF）达到几万小时平均故障修复时间（MTTR）尽可能低（2）实时性好工控机需要配有实时多任务操作系统（RTDOS）（3）环境适应性强 工业现场环境恶劣，表现在： 电磁干扰 供电系统波动接“地”系统复杂共模、串模干扰温度/湿度变化大另外要求：防尘、防腐蚀、防震动、耐冲击,（4）过程输入和输出配套较好 具有丰富的多种功能的I/O配套模板 如：模拟量、开关量、脉冲量、
5、频率量的I/O模板 具有多种类型的信号调理功能 如：隔离型、非隔离型信号调理各类热电偶、热电阻信号输入调理电流、电压信号输入/输出信号调理（5）系统的可扩展性好（6）系统开放性好 便于：主机接口、网络通讯、软件兼容 、升级等方面遵守开放性原则，便于:系统扩充、异机种连接、软件的可移植和互换等,（7）控制软件包功能强 要求：工控软件包人机交互方便画面丰富具有系统组态和系统生成功能实时和历史趋势记录功能实时报警及事故追忆功能具有丰富的控制算法：如：经典PID、 模糊控制、神经元网络、 优化、自适应、 自整定、在线自诊断等,（9）后备措施齐全 包括：供电后备 存储器信息保护手动/自动操作后备 紧急事
6、故切换装置等（10）具有冗余性 例如：双机工作（双CPU）双机系统双控制站双操作站双网通信双供电系统双电源双机切换功能双机监视软件,工 控 机 图 片,.,CONTEC公司产品,第三章 PC总线工业控制机 （参考书二）, 3.1 PC总线工控机的机械结构 PC总线ISA总线、VESA总线、PCI总线的统称 工业PC （ IPC ）是以PC总线为基础构成的工业计算机,工控机机械结构图, 3.2 工控机的底板 例:14槽PC/AT总线底板,., 3.3 PC总线标准规范,一、概述 1.ISA总线就是AT总线，是在XT总线基础上扩充设计的16位总线，寻址空间最大16MB，数据传输率16Mbps 2.
7、EISA（extend industrial standard architecture） 总线是32位总线，数据传输率32Mbps 3.VL-BUSVESA也称VESA总线，是ISA总线的简单扩充，可以与ISA、EISA同时使用 4.PCI总线是1993年Intel公司主导推出的，它支持并发CPU和总线主控部件操作，支持64位奔腾（Pentium）处理器。这是目前普遍应用的总线。,5.比较结论：目前在市场上，最成熟的总线ISA总线发展主流总线PCI总线理由： ISA总线结构的I/O接口卡种类多、品种全，已经发展了很多年。 ISA总线已被绝大多数的工控机工作人员接受和掌握。 ISA总线基本能够
8、满足多数工业控制领域的要求。 ISA总线产品价格便宜。 在要求速度高的外设使用中，可采用PCI总线，一般的总线底板有45个PCI插槽。结论： 总之，目前市场上还是以ISA总线、PCI总线为主。, 3.3 PC总线工控机主要类型,（参考书一 第11页） 一、工控机的主要类型及功能PC总线工控机1.国内主要工控机产品 STD总线工控机VME总线工控机其中： PC总线工控机发展最快，所以在此介绍PC总线工控机。 影响较大的三家工控机公司： 台湾研华公司（ADVANDECH）http:/ 日本康泰克公司（CONTEC） http:/ 北京康拓公司 http:/www. 深圳研祥 http:/www.
9、 E 北京中泰 http:/www. . 台湾威达 大众等,二、工控机主要类型,BOX-PC（盒式工业控制机） PANEL（盘式工业控制机） ISA总线IPC机 VESA总线IPC机 PCI总线IPC机 工业级工作站 新型工业控制计算机 PC-104总线工控机,二、工控机主要类型,二、工控机主要类型,二、工控机主要类型一体化工控机,二、工控机主要类型,。,二、工控机主要类型,二、工控机主要类型,新型结构工业控制计算机特点：（1） WINDOWS监控画面与实时性相结合问题： WINDOWS操作系统的人机界面是十分友好的，但是实时性较差。方法：为了提高实时性，在体系结构上采用多处理机结构，这些处理
10、机均挂接在PC总线上。主处理机运行WINDOWS操作系统，用于支持人机界面，多个从处理机分别执行是市、实时数据采集、顺序控制功能。IPC-90可支持6个从处理机并行工作，极大的提高了整机的实时性。（2）VEM工业结构（直插式结构）与PC总线相结合每一个模块均带有小型的指示面板，便于运行维护及部件的维修更换。,（3）标准化的模块式体系结构便于故障模块的更换，特别是能够进行模块的带电插拔。例如：主控模块、显示模块、网络模块、软盘模块、硬盘模块、模拟量、数字量输入/输出模块、通用智能I/O模块等（4）IPC与PLC接线方式结合（5）标准的通信网络，便于构成DCS系统。,总线型网络的DCS系统,.,环
11、型网络的DCS系统,.,., 3.4 外围接口产品,（参考书一，P18） 一、概述1、应用计算机对生产现场的设备进行检测，首先要把各种测量参数送入计算机，计算机对这些采样数据进行一系列的计算机处理后将结果数据输出。计算机的输出结果是以数字量的形式输出的，还必须转换成可对生产过程进行控制的量。因此，构成一个工业控制系统，除了IPC主机外，还需要配备各种用途的I/O接口产品。这类产品的性能优劣同样对整个系统具有举足轻重的影响，选购时应该考虑的问题：质量 软件支持能力价格 后继开发和服务能力不能选择：过渡性质的试验产品,输入信号：被测参数（压力、温度、液面高度等）测量一次元件 变送器电信号（电流或电
12、压）信号转换（如0-5V的电压信号）模拟量输入模板（模/数转换）数字量输入模板（整形）计算机输出信号：计算机处理后的输出（数字量）数字量输出模（标准的电压信号）模拟量输出模板（数/模转换）执行机构,二、模拟量输入模板,1、模/数转换技术简述 在当前的数据采集/转换系统中，多采用专用的A/D转换芯片。对应的常用转换方式为：计数比较式线路简单，转换速度慢；双斜率积分式精度高，也常被采用； 逐次逼近式模/数转换技术兼顾速度和精度，应用最为普遍。逐次逼近式模/数转换电路组成： 逐次逼近寄存器数字/电压转换器比较器时序控制电路等,举例：.A/D转换板 PC-6330,三、模拟量输出模板,四、数字量通道板
13、和其它配套模板,1、数字量输入/输出模板开关量信号生产现场的各种两态开关信号，即高低电平信号。数字量模板完成工业现场的各类开关信号的输入/输出控制。是进行顺序控制所必须的。 数字量模板 非隔离型TTL电平 ， 抗干扰能力差隔离型 光电隔离 、 磁电隔离数字量输入板 数字量模板 数字量输出板数字量双向通道板 （用于系统中的输入点和输出点较少时） 使用注意： “输入共阴”信号源的一端与光隔离的某一点相连，另一端接电源的负极 “输出共阳”将输出的一端与电源的正极相连，另一端与负载相连。,举例：开关量输入卡6405,2、信号调理（Signal conditioning）板,作用： （1）将现场来的输入
14、信号经过隔离、放大，成为工控机所能接受的统一信号电平 （2）将计算机的输出信号经过放大、隔离，转换成工业现场所需的信号电平。 进行电平的移位。例如：开关型测量信号频率脉冲型测量信号 调理成标准信号0-5V、0-1V连续型信号计算机的数据端口,。,3、通信模板,属于外围模板 作用：沟通PC与PC之间、PC与其它设备之间的数据通信 分为：智能型、非智能型两种 通信方式 484/232方式或两种方式兼而有之 通信口 416通道不等 可供选择 通信波特率 7556000bps不等,5、远程I/O模块,远程I/O模块是近年来新发展起来的新型模板，它可以直接被放置在现场，将现场信号转换成数据信号，然后经远
15、程通信线路传送给计算机作进一步的处理。由于各模块均是隔离的，因此，可将这些来自不同模块的信号成组地与通信网络连接，大大减少了现场接线的成本。目前，远程I/O模块的通信网络采用RS-485标准总线，今后将向现场总线（Field BUS）方向发展。,。,5、远程I/O模块,。,。,远程I/O模块连接图,第四章 控制系统中的采集控制软件 4.1 概述（参考书一）,在实时工业控制系统中，高质量的硬件体系固然是十分重要的，但是，要完成控制任务，最终还要靠控制软件的执行来完成。因此，应用软件的性能优劣与整个系统关系是极大的，并在很大程度上决定了整个控制系统的运行效率和各项性能指标的最终实现。也就是说，为了实现特定的目标，需要进行应用程序的设计和开发。过去现在的做法,
