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1、第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介基基于于PC总总线线的的板板卡卡与与工工控控机机组组成成的的计计算算机控制系统；机控制系统；基于数字调节器的计算机控制系统；基于数字调节器的计算机控制系统；基于基于PLC的计算机控制系统；的计算机控制系统；基于嵌入式系统的计算机控制系统；基于嵌入式系统的计算机控制系统；分散控制系统；分散控制系统；现场总线控制系统现场总线控制系统;计算机集成制造系统。计算机集成制造系统。7/20/20241典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8
2、.18.1基于基于PCPC总线的板卡与工控机组成总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统的计算机控制系统该该类类系系统统是是一一种种非非常常典典型型的的DDC控控制制系系统统，工工控控机机通通过过基基于于PC总总线线的的板板卡卡进进行行实实时时数数据据采采集集，并并按按照照一一定定的的控控制制规规律律实实时时决决策策，产产生生控控制制指指令令，并并通通过过板板卡卡输输出出，对对生生产产过程直接进行控制。过程直接进行控制。该该类类系系统统具具有有组组成成灵灵活活，成成本本低低等等特特点点，广广泛泛应应用用于于工工业业生生产产的的各各个个领领域域。是是目目前前在工业上用得比较多的一类系统。在工业上用
3、得比较多的一类系统。 7/20/20242典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.1.1 PC总线的工业控制机简介总线的工业控制机简介工工 业业 个个 人人 计计 算算 机机 Industrial Personal Computer（简简称称IPC）是是一一种种加加固固的的增增强强型型个个人人计计算算机机，是是指指对对工工业业生生产产过过程程及及其其机机电电设设备备、工工艺艺装装备备进进行行测测量量与与控控制制用用的的计计算算机机，简简称称工工控控机机，它它可可以以作作为为一一个个工工业业控控制制器器在在工工业业环环境境中中可可靠靠运运行。行。
4、早早在在20世世纪纪80年年代代初初期期，美美国国AD公公司司就就推推出出了了类类似似IPC的的MAC-150工工控控机机，随随后后美美国国IBM公公司司正正式式推推出出工工业业个个人人计计算算机机IBM7532。由由于于IPC的的性性能能可可靠靠、软软件件丰丰富富、价价格格低低廉廉，而而在在工工控控机机中中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。异军突起，后来居上，应用日趋广泛。7/20/20243典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介工控机示意图工控机示意图西门子工控机西门子工控机研华工控机研华工控机7/20/20244典型计算机控制系统简介课件第
5、第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 工业工业PC的结构的结构工工业业控控制制机机的的典典型型结结构构如如图图8.1所所示示，主主要要有以下几部分组成。有以下几部分组成。图图8.1 工控机典型结构图工控机典型结构图全钢机箱全钢机箱无源底板无源底板工业电源工业电源CPU卡卡其他配件其他配件下一页7/20/20245典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介CPU板板返回7/20/20246典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介无源底板无源底板返回7/20/20247典型计算机控制
6、系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 工业工业PC的特点的特点(1)专专门门为为工工业业工工程程控控制制现现场场设设计计的的工工业业PC机机有有以下特点：以下特点：支支 持持 各各 种种 模模 块块 化化 CPU卡卡 和和 所所 有有 的的 IBM-PC/XT/AT总线接口板。总线接口板。所所有有卡卡采采用用高高度度集集成成芯芯片片，以以减减少少故故障障率率，并并均均为为模模块块化化插插板板式式，以以便便安安装装更更换换和和升升级级换换代代。所所有有的的卡卡使使用用专专用用的的固固定定架架将将插插板板压压紧，防止震动引起的接触不良。紧，防止震动引起的接触
7、不良。开开放放性性好好，兼兼容容性性好好，吸吸收收了了PC机机的的全全部部功能，可直接运行功能，可直接运行PC机的各种应用软件。机的各种应用软件。7/20/20248典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 工业工业PC的特点的特点(2)采采用用和和PC/AT总总线线兼兼容容的的无无源源底底板板。它它使使用用带带有有电电源源层层和和地地的的4层层电电路路板板，有有效效地地提提高高了了系系统统地地抗抗干干扰扰能能力力。无源底板带有无源底板带有4，6，8，12，14或或20槽。槽。机机箱箱采采用用全全钢钢机机构构，可可防防止止电电磁磁干干扰扰；采采
8、用用150W-350W带带除除尘尘过过滤滤器器的的工工业业开开关关电电源源，具具有有足足够够地地负负载载驱驱动动能能力力。机机箱箱内内装装有有双双风风扇扇，正正压压对对流流排排风风，并并装装有有滤滤尘尘网网用用以以防防尘尘。软软盘盘、硬硬盘盘驱驱动动器器安安装装采采用用橡橡皮皮缓缓冲冲防防震，并有防尘门。震，并有防尘门。可可内内装装电电子子盘盘以以取取代代机机械械磁磁盘盘，使使PC机机在在工工业业环环境下的操作具有高速境下的操作具有高速高可靠性。高可靠性。7/20/20249典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. 常用的工业控制机简介常用的工
9、业控制机简介当当前前国国内内外外工工控控机机型型号号很很多多，下下面面简简要要介介绍绍主主要要常常用用的的工控机：工控机：工工控控机机的的生生产产厂厂家家很很多多，国国外外有有美美国国IBM、ICS 、德德国国西西门门子子、日日本本康康泰泰克克等等，这这些些产产品品可可靠靠性性好好、市市场场定定位位高。高。我我国国台台湾湾地地区区是是工工控控机机的的主主要要生生产产区区，其其品品牌牌主主要要有有研研华华、威威达达、艾艾讯讯、磐磐仪仪、大大众众、博博文文等等厂厂家家，其其中中，研研华华是是世世界界三三大大工工控控厂厂商商之之一一，在在中中国国大大陆陆及及台台湾湾市市场场均均有较高的市场占有率。有
10、较高的市场占有率。国国内内也也有有很很多多工工控控机机品品牌牌，如如研研祥祥、华华控控、康康拓拓、艾艾雷雷斯、北京华北等。斯、北京华北等。7/20/202410典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.1.2 基于基于PC总线的板卡简介总线的板卡简介基基于于PC总总线线的的板板卡卡是是指指计计算算机机厂厂商商为为了了满满足足用用户户需需要要，利利用用总总线线模模板板化化结结构构设设计计的的通通用用功功能模板。能模板。基基于于PC总总线线的的板板卡卡种种类类很很多多，其其分分类类方方法法也也有有很很多多种种。按按照照板板卡卡处处理理信信号号的的不不
11、同同可可以以分分为为模模拟拟量量输输入入板板卡卡（A/D卡卡）、模模拟拟量量输输出出板板卡卡（D/A卡卡）、开开关关量量输输入入板板卡卡、开开关关量量输输出出板板卡卡、脉脉冲冲量量输输入入板板卡卡、多多功功能能板板卡卡等等，其其中中多多功功能能板板卡卡可可以以集集成成多多个个功功能能，。下下面面以以研研华华PCI系系列列测测控控板板卡卡为为例例介介绍绍一一下下不不同同种种类类的的典典型板卡的性能和特点。型板卡的性能和特点。7/20/202411典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 模拟量输入板卡（模拟量输入板卡（A/D卡）卡）基基于于PC总
12、总线线的的A/D板板卡卡是是基基于于PC系系列列总总线线，如如ISA、PCI等等总总线线标标准准设设计计的的，板板卡卡通通常常有有单单端端输输入入和和差差分分输输入入以以及及两两种种方方式式组组合合输输入入三三种种。板板卡卡内内部部通通常常设设置置一一定定的的采采样样缓缓冲冲器器，对对采采样样数数据据进进行行缓缓冲冲处处理理，缓缓冲冲器器的的大大小小也也是是板板卡卡的的性性能能指指标标之之一一。在在抗抗干干扰扰方方面面，A/D板板卡卡通通常常采采取取光光电电隔隔离离技技术术，实实现现信信号号的的隔隔离离。板板卡卡的的模模拟拟信信号号采采集集精精度度和和速速度度指指标标通通常常由由板板卡卡所所采
13、采用的用的A/D转换芯片决定。转换芯片决定。7/20/202412典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介例例如如研研华华PCI-1710数数据据采采集集卡卡，如如图图8.2所所示示。该该板板卡卡具具有有32路路单单端端或或16路路差差分分模模拟拟量量输输入入或或组组合合方方式式输输入入等等三三种种输输入入方方式式，它它带带有有 2500 VDC 隔隔离离保保护护；采采用用12位位A/D转转换换器器，采采样样数数率率可可达达100kHZ；板板载载4K采采样样FIFO缓缓冲冲器器；每每个个输入通道的增益可编程。输入通道的增益可编程。图图8.2 研华研
14、华PCI-1713数据采集卡数据采集卡7/20/202413典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 模拟量输出板卡（模拟量输出板卡（D/A卡）卡）模模拟拟量量输输出出板板卡卡完完成成数数字字量量到到模模拟拟量量的的转转换换，D/A转转换换板板卡卡同同样样依依据据其其采采用用的的D/A转转换换芯芯片片的的不不同同，其其转转换换性性能能指指标标有有很很大大的的差差别别。D/A转转换换除除了了具具有有分分辨辨率率、转转换换精精度度等等性性能能指指标标外外，还还有有建建立立时时间间、温温度度系系数数等等指指标标约约束束。模模拟拟量量输输出出板板卡卡通
15、常还要考虑输出形式以及负载能力。通常还要考虑输出形式以及负载能力。7/20/202414典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介例例如如研研华华PCI-1720模模拟拟量量输输出出卡卡，如如图图8.3所所示示。PCI-1720 提提供供了了四四个个用用于于 PCI 总总线线的的 12 位位隔隔离离数数字字量量到到模模拟拟量量输输出出。它它是是过过程程控控制制、伺伺服服控控制制和和可可编编程程电电压压源源最最好好的的解解决决方方案案。由由于于能能够够在在输输出出和和 PCI 总总线线之之间间提提供供 2500 VDC 的的隔隔离离保保护护，PCI-1
16、720 非非常常适适合合需需要要高高电电压压保保护护的的工工业业场场合合，该该板板卡卡具具有有4路路输出通道。输出通道。图图8.3研华研华PCI-1720模拟量输出卡模拟量输出卡7/20/202415典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. 数字量输入数字量输入/输出板卡（输出板卡（I/O板卡）板卡）数数字字量量输输入入输输出出接接口口相相对对简简单单，一一般般都都需需要要缓缓冲冲电电路路和和光光电电隔隔离离部部分分，输输入入通通道道需需要要输输入入缓缓冲冲器器和和输输入入调调理理电电路路，输输出通道需要有输出锁存器和输出驱动器。出通道需要有输
17、出锁存器和输出驱动器。 7/20/202416典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介例例如如研研华华PCI-1760光光隔隔开开关关量量输输入入输输出出卡卡提提供供了了8路路数数字字量量输输入入通通道道和和8路路继继电电器器输输出出通通道道。与与传传统统卡卡比比较较，PCI-1760 为为每每个个数数字字量量输输入入通通道道增增加加了了可可编编程程的的数数字字滤滤波波器器。此此功功能能使使相相应应输输入入通通道道的的状状态态不不会会更更新新，直直到到高高/低低信信号号保保持持了了用用户户设设定定的的一一段段时时间间后后才才改改变变。这这样样有有助
18、于保持系统的可靠性。助于保持系统的可靠性。图图8.4 PCI-1760数字量输入输出数字量输入输出卡卡7/20/202417典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介4. 脉冲量输入板卡脉冲量输入板卡工工业业控控制制现现场场有有许许多多高高速速的的脉脉冲冲信信号号，如如旋旋转转编编码码器器、流流量量检检测测信信号号等等，这这些些都都要要脉脉冲冲量量输输入入板板卡卡或或一一些些专专用用测测量量模模块块进进行行测测量量。脉脉冲冲量量输输入入板板卡卡可可以以实实现现脉脉冲冲数数字字量量的的输输出出和和采采集集，并并可可以以通通过过跳跳线线器器选选择择计计数
19、数、定定时时、测测频频等等不不同同工工作作方方式式。考考虑虑到到现现场场强强电电的的干干扰扰，该该类类型型板板卡卡多多采采用用光光电电隔隔离离技技术术，使使计计算算机机与与现现场场信信号号之之间间全全部部隔隔离离，来来提提高高板板卡卡测量的抗干扰能力。测量的抗干扰能力。 7/20/202418典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介例例如如研研华华PCI-1780计计数数/定定时时卡卡，如如图图8.5所所示示，是是基基于于PCI总总线线设设计计的的接接口口卡卡，该该卡卡使使用用了了AM9513芯芯片片，能能够够通通过过CPLD实实现现计计数数器器/
20、定定时时器器功功能能，此此外外，该该卡卡还还提提供供8个个16位位计计数数器器通通道道，该该卡卡具具有有8通通道道可可编编程程时时钟钟资资源源，8路路TTL数数字字量量输输出出/8路路TTL数数字字量量输输入入，最最高高输输入入频频率率达达20MHz，多多种种时时钟钟可可以以选选择择，可可编编程程计计数数器器输输出出，计计数数器器门选通功能。门选通功能。图图8.5 PCI-1780 8通通道道定定时时/计计数数卡卡7/20/202419典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.1.3 基于基于PC总线的板卡与工控机组成的计总线的板卡与工控机组成的
21、计算机控制系统的组成和特点算机控制系统的组成和特点工工业业现现场场生生产产过过程程中中的的各各种种工工况况参参数数（温温度度、压压力力、流流量量、成成分分、位位置置、转转速速等等）由由传传感感器器或或一一次次测测量量仪仪表表进进行行检检测测，然然后后经经变变送送器器把把它它们们统统一一变变换换成成420mA的的电电信信号号,经经过过模模数数转转换换器器转转换换成成数数字字量量送送入入计计算算机机。计计算算机机则则对对被被测测信信号号按按一一定定的的控控制制规规律律（如如PID规规律律）进进行行计计算算，计计算算出出送送给给控控制制执执行行机机构构的的控控制制量量。控控制制量量由由计计算算机机输
22、输出出，经经I/O接接口口送送往往输输出出通通道道，形成闭环控制。形成闭环控制。 7/20/202420典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 组成（组成（1） 基基于于工工控控机机和和板板卡卡组组成成的的计计算算机机控控制制系系统由硬件和软件两部分组成。统由硬件和软件两部分组成。（1）硬件部分）硬件部分 控制计算机控制计算机控控制制计计算算机机是是控控制制系系统统的的核核心心，可可以以对对输输入入的的现现场场信信息息和和操操作作人人员员的的操操作作信信息息进进行行分分析析、处处理理，根根据据预预先先确确定定的的控控制制规规律律，实实时时发发
23、出出控控制制指指令令，控控制制和和管管理理其其他他的的设设备备。考考虑虑到到工工业业控控制制领领域域较较恶恶劣劣的的环环境境，一般选用工业控制计算机。一般选用工业控制计算机。7/20/202421典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 组成（组成（2） I/O通道通道输输入入输输出出（I/O）通通道道在在计计算算机机控控制制系系统统中中，完完成成传传感感器器输输出出信信号号和和工工业业控控制制计计算算机机之之间间，或或工工业业控控制制计计算算机机和和驱驱动动元元件件之之间间信信号号的的转转换换和和匹匹配配的的功功能能，称称接接口口电电路路。它
24、它使使工工业业控控制制计计算算机机能能正正确确地地接接受受被被控控对对象象工工作作状状态态的的检检测测信信号，而且能实时地准确地对驱动元件进行控制。号，而且能实时地准确地对驱动元件进行控制。 7/20/202422典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 组成（组成（3）参数检测参数检测被被控控对对象象需需要要检检测测的的参参数数分分为为模模拟拟量量参参数数和和开开关关量量参参数数两两类类。对对于于模模拟拟量量参参数数的的检检测测，主主要要选选用用合合适适的的传传感感器器，通通过过传传感感器器将将这这类类参参数数转转换换为为成成正正比比例例的的
25、模模拟拟量量电电信信号号。开开关关量量参参数数检检测测常常用用的的元元件件有有行行程程开开关关、光光电电开开关关、接接近近开开关关、继继电电器器或或接接触触器器的的吸吸合合释释放放等等开开关关型型元元件件来来完完成成，通通过过这这些些元元件件向向计计算算机输入开关量电信号。机输入开关量电信号。7/20/202423典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 组成（组成（4）输出驱动输出驱动被被控控对对象象的的输输出出驱驱动动，按按输输出出信信号号形形式式不不同同，也也可可分分为为模模拟拟量量信信号号输输出出驱驱动动和和开开关关量量输输出出驱驱动动
26、两两种种。模模拟拟量量信信号号输输出出驱驱动动主主要要用用于于伺伺服服系系统统控控制制、变变频频控控制制和和调调节节阀阀等等，开开关关量量输输出出驱驱动动主主要要用用于于控控制制只只有有两两种种工工作作状状态态的的驱驱动动元元件件的的运运行。行。 7/20/202424典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 组成（组成（5）人机接口人机接口人人机机接接口口是是操操作作人人员员和和计计算算机机控控制制系系统统之之间间信信息息交交换换的的设设备备，是是计计算算机机控控制制系系统统中中必必不不可可少少的的部部分分，主主要要由由键键盘盘、鼠鼠标标和和
27、显显示示器器等等组组成成。直直接接使使用用键键盘盘和和鼠鼠标标等等输输入入控控制制命命令令和和指指令令数数据据，使使用用显显示示器器显显示示运运行行状状态态和和故故障障并并帮帮助助查查找找和和诊诊断断故故障障，以以及及运运行行中中间间数数据据的的检检查查、运行过程的统计等。运行过程的统计等。7/20/202425典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）软件部分）软件部分计计算算机机控控制制系系统统的的软软件件由由系系统统软软件件和和用用户户程程序序两两部部分分组组成成。系系统统软软件件有有计计算算机机操操作作系系统统、监监控控程程序序、用用户
28、户程程序序开开发发支支撑撑软软件件，如如开开发发语语言言、编编译译软软件件、调调试试工工具具等等。用用户户程程序序是是指指控控制制系系统统中中与与控控制制对对象象或或控控制制任任务务相相应应的的控控制制程程序序。应应用用程程序序一一般般都都由由用用户户自自己己根根据据控控制制系系统统的目标、资源配备情况开发完成。的目标、资源配备情况开发完成。7/20/202426典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 特点特点基基于于PC总总线线的的计计算算机机控控制制系系统统是是一一个个典典型型的的DDC系统，因此它具有以下特点：系统，因此它具有以下特点：
29、（1）时间上具有离散性）时间上具有离散性计计算算机机DDC系系统统对对生生产产过过程程的的有有关关参参量量进进行行控控制制时时，是是以以定定时时采采样样和和阶阶段段控控制制来来代代替替常常规规仪仪表表的的连连续续测测量量和和连连续续控控制制的的。因因此此，确确定定合合适适的的采采样样周周期期和和A/D、D/A转转换换器器的的字字长长是提高系统控制精度、减少转换误差的关键。是提高系统控制精度、减少转换误差的关键。7/20/202427典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）采用分时控制方式）采用分时控制方式DDC系系统统中中的的一一台台计计算算
30、机机要要控控制制多多个个回回路路，为为此此，该该类类系系统统采采用用“分分时时”控控制制的的方方法法，即即将将某某一一回回路路的的采采样样和和A/D转转换换、运运算算、输输出出控控制制三三部部分分的的时时间间与与其其前前后后回回路路错错开开，放放在在不不同同的的控控制制时时间间里里。这这样样，既既保保证证了了控控制制过过程程的的正正常常进进行行，又又能能充充分分利利用用系系统统中中的的各各种种设设备备，提提高高了控制效率。了控制效率。 7/20/202428典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（3）具有人机对话功能）具有人机对话功能计计算算机机
31、控控制制系系统统的的人人机机对对话话是是一一种种计计算算机机控控制制系系统统必必须须具具备备的的操操作作者者和和计计算算机机系系统统互互相相联联系系的的功功能能。操操作作者者通通过过输输入入设设备备向向计计算算机机送送入入控控制制命命令令，计计算算机机系系统统则则通通过过输输出出设设备备送送出出有有关关信信息息。一一般般的的计计算算机机DDC系系统统除除了了普普通通的的各各种种指指示示外外，还还都都通通过过相相应应接接口口连连接接显显示示屏屏、打打印机、控制键盘、越限报警装置等。印机、控制键盘、越限报警装置等。7/20/202429典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简
32、介典型计算机控制系统简介（4）控制方案灵活）控制方案灵活对对于于一一个个模模拟拟系系统统，控控制制算算法法是是由由硬硬件件实实现现的的，硬硬件件确确定定后后控控制制算算法法也也就就确确定定了了，而而计计算算机机DDC控控制制系系统统的的控控制制算算法法是是由由软软件件实实现现的的。通通过过改改变变程程序序即即可可达达到到改改变变控控制制算算法法的的目目的的，不不仅仅方方便便灵灵活活，并并且且还还可可实实现现复复杂杂的的控控制制规规律律。对对于于多多回回路路控控制制系系统统，计计算算机机DDC系系统统具具有有价价格优势，路数越多，这种优势越明显。格优势，路数越多，这种优势越明显。 7/20/20
33、2430典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（5）危险集中）危险集中由由于于这这类类系系统统中中一一台台计计算算机机控控制制几几十十个个回回路路，所所以以一一旦旦计计算算机机的的软软件件或或硬硬件件出出现现故故障障将将会会使使整整个个系系统统瘫瘫痪痪。DDC系系统统的的计计算算机机直直接接与与生生产产过过程程连连接接，而而工工业业现现场场的的环环境境恶恶劣劣，干干扰扰频频繁繁，直直接接威威胁胁着着计计算算机机的的可可靠靠运运行行。因因此此，不不仅仅需需要要计计算算机机本本身身具具有有较较高高的的可可靠靠性性，必必须须采采取取抗抗干干扰扰措措施施
34、来来提提高高系系统统的的可可靠靠性性，使使之能适应各种工业现场之能适应各种工业现场 。7/20/202431典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.2 基于数字调节器的计算机控制系统基于数字调节器的计算机控制系统7/20/202432典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.2.1 数字调节器简介数字调节器简介数数字字调调节节器器是是一一种种数数字字化化的的过过程程控控制制仪仪表表，其其外外表表类类似似于于一一般般的的盘盘装装仪仪表表，而而其其内内部部由由微微处处理理器器、RAM、ROM、模模拟拟
35、量量和和数数字字量量I/O通通道道、电电源源等等部部分分构构成成的的一一个个微微型型计计算算机机系系统统。一一般般有有单单回回路路、2回回路路、4回回路路或或8回回路路的的调调节节器器，控控制制方方式式除除一一般般PID之外，还可组成串级控制、前馈控制等。之外，还可组成串级控制、前馈控制等。 7/20/202433典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 数字调节器的分类（数字调节器的分类（1）数数字字调调节节器器根根据据用用途途和和性性能能的的差差异异可可以以分分为为以以下下几几种类型：种类型：（1）定程序控制器）定程序控制器 制制造造厂厂把
36、把编编好好的的程程序序固固化化在在控控制制器器的的ROM中中，用用户户只只需需要要通通过过组组态态，不不必必编编写写程程序序，它它适适合合于于典典型型的的对对象象和通用的生产过程。和通用的生产过程。（2）可编程调节器）可编程调节器 用用户户可可以以从从调调节节器器内内部部提提供供的的诸诸多多功功能能模模块块中中选选择择所所需需要要的的功功能能模模块块，用用编编程程方方式式组组合合成成用用户户程程序序，使使调调节节器器按按照照要要求求工工作作。这这种种调调节节器器优优点点是是使使用用灵灵活活，编编程程方方便便，缺缺点点是是需需要要编编程程器器，而而且且需需要要编编程程序序才才能能使使用用，对使用
37、者要求较高。对使用者要求较高。7/20/202434典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 数字调节器的分类（数字调节器的分类（2）（3）混合控制器）混合控制器这这是是一一种种专专为为控控制制混混合合物物成成分分用用的的控控制制器器，虽虽然然前前两两种种控控制制器器也也能能用用在在混混合合工工艺中，但不如这种经济方便。艺中，但不如这种经济方便。（4）批量控制器）批量控制器这这是是一一种种常常用用于于液液体体或或粉粉粒粒体体包包装装和和定定量量装装载载用用的的控控制制器器，特特别别为为周周期期性性工工作作设计。设计。7/20/202435典型计
38、算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 数字调节器的结构数字调节器的结构模模拟拟调调节节器器只只是是由由硬硬件件（模模拟拟元元器器件件）构构成成，它它的的功功能能完完全全由由硬硬件件决决定定，因因此此其其控控制制功功能能比比较较单单一一；而而数数字字调调节节器器是是由由微微处处理理器器为为核核心心构构成成的的硬硬件件电电路路和和有有系系统统程程序序、用用户户程程序序构构成成的的软软件件两两大大部部分分组组成成，其其功功能能主主要要是是由由软软件件所所决决定定，可以实现不同的控制功能。可以实现不同的控制功能。7/20/202436典型计算机控制系统简
39、介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介(1) 数字调节器的硬件部分数字调节器的硬件部分图图8.6 数字调节器的硬件电路数字调节器的硬件电路7/20/202437典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介(2) 数字调节器的软件数字调节器的软件数数字字调调节节器器器器的的软软件件分分为为系系统统程程序序和和用用户户程程序序两大部分。两大部分。 系统程序系统程序系系统统程程序序是是控控制制器器软软件件的的主主体体部部分分，通通常常由由监监控程序和功能模块两部分组成。控程序和功能模块两部分组成。监监控控程程序序使使控控制制器器各
40、各硬硬件件电电路路能能正正常常工工作作并并实实现现所所规规定定的的功功能能，同同时时完完成成各各组组成成部部分分之之间间的的管理。管理。功功能能模模块块提提供供了了各各种种功功能能，用用户户可可以以选选择择所所需需要要的的功功能能模模块块以以构构成成用用户户程程序序，使使控控制制器器实实现现用户所规定的功能。用户所规定的功能。7/20/202438典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介 用户程序用户程序用用户户程程序序是是用用户户根根据据控控制制系系统统要要求求，在在系系统统程程序序中中选选择择所所需需要要的的功功能能模模块块，并并将将它它们们按
41、按一一定定的的规规则则连连接接起起来来，其其作作用用是是使使控控制制器器完完成成预预定定的的控控制制与与运运算算功功能能。使使用用者者编编制制程程序序实实际际上上是是完完成成功功能能模模块块的的连连接接，也也即即组组态态工工作。作。 7/20/202439典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. 数字调节器的特点数字调节器的特点（1）运算控制功能强）运算控制功能强（2）通过软件实现所需功能）通过软件实现所需功能（3）带有自诊断功能）带有自诊断功能（4）带有数字通讯功能）带有数字通讯功能（5）具有较有好的人机界面）具有较有好的人机界面7/20/2
42、02440典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.2.2基于数字调节器的计算机控制系统简介基于数字调节器的计算机控制系统简介使使用用数数字字调调节节器器不不但但可可以以实实现现单单回回路路控控制制，还还可可以以实实现现诸诸如如串串级级控控制制、前前馈馈控控制制、变变增增益益控控制制等等复复杂杂控控制制方方案案。因因此此，由由数数字字调调节节器器组组成成的的控控制制回回路路往往往往被被认认为为是是一一个个典典型型的的直直接接数数字字控控制制（DDC）回回路路。另另外外，由由于于数数字字调调节节器器具具有有较较强强的的通通信信功功能能，上上位位机机
43、可可以以读读取取回回路路数数据据，也也可可以以设设置置回回路路参参数数。这这样样多多台台数数字字调调节节器器与与上上位位机机一一起起就就可可以以构构成成一一个中小型的个中小型的DCS控制系统。控制系统。 7/20/202441典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介数数字字调调节节器器可可以以与与上上位位计计算算机机一一起起组组成成中中小小型型DCS控控制制系系统统。数数字字调调节节器器实实现现回回路路控控制制，构构成成独独立立的的DDC控控制制，多多个个数数字字调调节节器器控控制制的的许许多多回回路路都都与与上上位位机机进进行行通通讯讯。这这种种
44、类类型型的的控控制制系系统可如图统可如图8.7所示。所示。通 信 协 议计 算 机数 字 调 节 器数 字 调 节 器被 控 对 象图图8.7系统的基本构成系统的基本构成7/20/202442典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.3 基于可编程控制器的计算机控制系统基于可编程控制器的计算机控制系统可可编编程程控控制制器器（PLC）是是近近十十几几年年发发展展起起来来的的一一种种新新型型的的工工业业控控制制器器，由由于于它它把把计计算算机机的的编编程程灵灵活活、功功能能齐齐全全、应应用用面面广广等等优优点点与与继继电电器器系系统统的的控控制制简
45、简单单、使使用用方方便便、抗抗干干扰扰能能力力强强、价价格格便便宜宜等等优优点点结结合合起起来来，而而其其本本身身又又具具有有体体积积小小、重重量量轻轻、耗耗电电省省等等特特点点，因因而而在在工工业业生生产过程控制中得到了广泛的应用。产过程控制中得到了广泛的应用。7/20/202443典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.3.1 PLC简介简介1. PLC的特点的特点PLC是是专专为为工工业业环环境境而而设设计计制制造造的的计计算算机机，它它具具有有丰丰富富的的输输入入/输输出出接接口口，并并具具有有较较强强的的驱驱动动能能力力，能能够够较较
46、好好地地解解决决工工业业控控制制领领域域中中普普遍遍关关心心的的可可靠靠、安安全全、灵灵活活、方便、经济等问题。方便、经济等问题。7/20/202444典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（1） 高可靠性高可靠性PLC采取了很多有效措施以提高其可靠性：采取了很多有效措施以提高其可靠性：所有输入输出接口电路均采用光电隔离。所有输入输出接口电路均采用光电隔离。各模块均采取屏蔽措施，以防止辐射干扰。各模块均采取屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用优良的开关电源。采用优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。对采用的器件进行严格的筛选。具具有有完完整整的的
47、监监视视和和诊诊断断功功能能，一一旦旦电电源源或或其其它它软软、硬硬件件发发生生异异常常情情况况，CPU立立即即采采取取有有效效措措施施，防防止止故故障扩大。障扩大。大大型型PLC还还采采用用由由双双CPU构构成成的的冗冗余余系系统统，使使可可靠靠性进一步提高。性进一步提高。7/20/202445典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2） 功能齐全功能齐全PLC的的基基本本功功能能包包括括：开开关关量量输输入入输输出出，模模拟拟量量输输入入输输出出，辅辅助助继继电电器器，状状态态继继电电器器，延延时时继继电电器器，锁锁存存继继电电器器，主主控控
48、继继电电器器，定定时时器器，计计数数器器，移位寄存器，凸轮控制器，跳转和强制移位寄存器，凸轮控制器，跳转和强制I/O等。等。PLC的的扩扩展展功功能能有有联联网网通通信信、成成组组数数据据传传送送、PLD闭闭环环回回路路控控制制，排排序序查查表表功功能能，中中断断控控制制及及特殊功能函数运算等功能。特殊功能函数运算等功能。PLC有有丰丰富富的的I/O接接口口模模块块，PLC针针对对工工业业现现场场信信号号（如如交交流流或或直直流流、开开关关量量或或模模拟拟量量、电电压压或或电电流流、脉脉冲冲或或电电位位、强强电电或或弱弱电电等等）都都有有相相应应的的I/O模块与工业现场的器件或设备直接相连。模
49、块与工业现场的器件或设备直接相连。7/20/202446典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（3） 应用灵活应用灵活除除了了单单元元式式小小型型PLC外外，绝绝大大多多数数PLC采采用用标标准准的的积积木木硬硬件件结结构构和和模模块块化化的的软软件件设设计计，使使其其不不仅仅可可以以适适应应大大小小不不同同、功功能能繁繁复复的的控控制制要要求求，而而且且可可以以适适应应各各种种工工艺艺流流程程变变更更较较多多的场合。的场合。7/20/202447典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（4） 系统设
50、计、调试周期短系统设计、调试周期短PLC的的安安装装和和现现场场接接线线简简单单，可可以以按按积积木木方方式式扩扩充充和和删删减减其其系系统统规规模模。由由于于它它的的逻逻辑辑、控控制制功功能能是是通通过过软软件件完完成成的的，因因此此允允许许设设计计人人员员在在没没有有购购买买硬硬件件设设备备之之前前，就就进进行行“软软接接线线”工工作作，从从而而缩缩短了整个设计、生产、调试周期。短了整个设计、生产、调试周期。7/20/202448典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（5） 操作维修方便操作维修方便PLC采采用用电电气气操操作作人人员员习习惯
51、惯的的梯梯形形图图形形式式编编程程与与功功能能助助记记符符编编程程，使使用用户户能能十十分分方方便便读读懂懂程程序序和和编编写写、修修改改程程序序。操操作作人人员员经经短短期期培培训训，就就可可以以使使用用PLC。其其内内部部工工作作状状态态、通通信信状状态态、I/O点点状状态态和和异异常常状状态态等等均均有有醒醒目目的的显显示示。因因此此，操操作作人人员员、维维修修人人员员可可以以及及时时准准确确地地了了解解机机器器故故障障点点，利利用用替替代代模模块块或或插插件件的的办办法法迅迅速速排排除除故障。故障。7/20/202449典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典
52、型计算机控制系统简介2. PLC的分类的分类(1)按按地地域域范范围围PLC一一般般可可分分成成三三个个流流派派：美美国国流流派派、欧欧洲洲流流派派和和日日本本流流派派。这这种种划划分分方方法法虽虽然然不不很很科科学学，但但具具有有实实用用参参考考价价值值。一一方方面面，美美国国PLC技技术术与与欧欧洲洲PLC技技术术基基本本上上是是各各自自独独立立开开发发而而成成的的，二二者者表表现现出出明明显显的的差差异异性性，而而日日本本的的PLC技技术术是是由由美美国国引引进进的的，因因此此它它对对美美国国的的PLC技技术术既既有有继继承承，也也有有发发展展，而而且且日日本本产产品品主主要要定定位位在
53、在小小型型PLC上上；另另一一方方面面，同同一一地地域域的的产产品品面面临临的的市市场场相相同同，用用户户的的要要求求接接近近，相相互互借借鉴鉴就就比比较较多多，技技术术渗渗透透得得比比较较深深，这这都都使使得得同同一一地地域域的的PLC产产品品表表现现出出较较多多的的相相似似性性，而而不不同同地地域域的的PLC产产品品表表现出明显的差异性。现出明显的差异性。7/20/202450典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. PLC的分类的分类(2)按按结结构构形形式式可可以以把把PLC分分为为两两类类：一一类类是是CPU、电电源源、I/O接接口口
54、、通通信信接接口口等等都都集集成成在在一一个个机机壳壳内内的的一一体体化化结结构构，如如OMRON公公司司的的C20P，C20H，三三菱菱公公司司的的FX系系列列产产品品，西西门门子子公公司司的的S7-200系列产品。系列产品。 另另一一类类是是电电源源模模块块、CPU模模块块、I/O模模块块、通通信信模模块块等等在在结结构构上上是是相相互互独独立立的的，用用户户可可根根据据具具体体的的应应用用要要求求，选选择择合合适适的的模模块块，安安装装固固定定在在机机架架或或导导轨轨上上，构构成成一一个个完完整整的的PLC应应用用系系统统，如如OMRON公公司司的的C1000H，三三菱菱公公司司的的Q系
55、系列列，SIEMENS公司的公司的S7-300等。等。7/20/202451典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. PLC的分类的分类(3)按按 I/O点点 数数 的的 多多 少少 又又 可可 将将 PLC划划 分分 为为 超超 小小 型型PLC（I/O点点数数小小于于64点点）、小小型型PLC（I/O点点数数在在65128点点）、中中型型PLC（I/O点点数数范范围围在在129512点点）和和大大型型PLC（I/O点点数数范范围围在在512点点以以上）等几种。上）等几种。小小型型及及超超小小型型PLC在在结结构构上上一一般般是是一一体体化化
56、形形式式，主主要要用用于于单单机机自自动动化化及及简简单单的的控控制制对对象象；大大、中中型型PLC除除具具有有小小型型、超超小小型型PLC的的功功能能外外，还还增增强强了了数数据据处处理理能能力力和和网网络络通通信信能能力力，可可构构成成大大规规模模的的综综合合控控制制系系统统，主主要要用用于于复复杂杂程程度度较较高高的的自自动动化化控控制制，并并在在相相当当程程度度上上替替代代DCS以以实实现现更更广广泛的自动化功能。泛的自动化功能。7/20/202452典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. PLC的发展趋势的发展趋势随随着着计计算算机
57、机综综合合技技术术的的发发展展和和工工业业自自动动化化内内涵涵的的不不断断延延伸伸，PLC的的结结构构和和功功能能也也在在进进行行不不断断地地完完善善和和扩扩充充，实实现现控控制制功功能能和和管管理理功功能能的的结结合合，以以不不同同生生产产厂厂家家的的产产品品构构成成开开放放型型的的控控制制系系统统是是主主要要的的发发展展理理念念之之一一。长长期期以以来来PLC走走的的是是专专有有化化的的道道路路，目目前前绝绝大大多多数数PLC不不属属于于开开放放系系统统，寻寻求求开开放放型型的的硬硬件件或或软软件件平平台台成成了了当当今今PLC的的主主要要发发展展目目标标。就就PLC系系统统而而言言，现现
58、代代PLC主主要要有有以以下下两两种发展趋势。种发展趋势。7/20/202453典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（1）向大型网络化、综合化方向发展）向大型网络化、综合化方向发展由由于于现现代代工工业业自自动动化化的的内内涵涵已已不不再再局局限限于于某某些些生生产产过过程程的的自自动动化化，而而是是实实现现信信息息管管理理和和工工业业生生产产相相结结合合的的综综合合自自动动化化，强强化化通通信信能能力力和和网网络络化化功功能能是是PLC发发展展的的一一个个重重要要方方面面，它它主主要要表表现现在在：向向下下将将多多个个PLC、远远程程I/O站
59、站点点相相连连；向向上上与与工工业业控控制制计计算算机机、管管理理计计算算机机等等相相连连构构成成整整个个工工厂厂的的自自动动化化控控制制系系统统。例例如如：A-B，SIEMENS，MODICON等等多多数数生生产产厂厂家家的的PLC产产品品都都已已具具备备类似的功能。类似的功能。7/20/202454典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）向体积小、速度快、功能强、）向体积小、速度快、功能强、价格低的小型化方向发展价格低的小型化方向发展随随着着应应用用范范围围的的扩扩大大，体体积积小小、速速度度快快、功功能能强强、价价格格低低的的PLC广广
60、泛泛渗渗透透到到工工业业控控制制领领域域的的各各个个层层面面。小小型型化化发发展展具具体体表表现现为为：结结构构上上的的更更新新、物物理理尺尺寸寸的的缩缩小小、运运算算速速度度的的提提高高、网网络络功功能能的的加加强强、价价格格的的降降低低，当当前前小小型型化化PLC在在工工业业控控制领域具有不可替代的地位。制领域具有不可替代的地位。 7/20/202455典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.3.2 PLC的基本结构和工作原理的基本结构和工作原理中中央央处处理理单单元元存存储储器器数数据据存存储储器器输输出出接接口口地址总线地址总线 控制总
61、线控制总线数据总线数据总线照明照明电磁装置电磁装置执行机构执行机构。输输入入接接口口模拟量输入模拟量输入行程开关行程开关继电器接点继电器接点各种开关各种开关7/20/202456典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. PLC的基本结构的基本结构PLC的的基基本本组组成成与与一一般般的的微微机机系系统统相相类类似似，主主要要包包括括：中中央央处处理理单单元元、存存储储单单元、通信接口、外设接口、元、通信接口、外设接口、I/O接口等。接口等。7/20/202457典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简
62、介（1） 中央处理单元中央处理单元中中央央处处理理单单元元（CPU）是是PLC的的控控制制中中枢枢。在在20世世纪纪70年年代代中中期期到到80年年代代末末，大大、中中、小小型型PLC型型的的CPU所所采采用用的的微微处处理理器器芯芯片片的的档档次次差差别别很很大大，因因此此，不不同同类类型型的的PLC的的CPU所所采采用用的的微微处处理理器器芯芯片片的的档档次次相相差差很大。很大。随随着着超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术的的进进步步和和发发展展，微微处处理理器器价价格格的的下下跌跌，中中小小型型PLC也也能能使使用用功功能能强强、速速度度快快的的高高档档微微处处理理器器作作为为其其C
63、PU。 7/20/202458典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介(2) 存储器存储器PLC常用的存储器类型：常用的存储器类型：RAM(Random Access Memory)EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)FLASHROM7/20/202459典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介(3) 电源电源PLC的的电电源源在在整整个
64、个系系统统中中起起着着十十分分重重要要的的作作用用。如如果果没没有有一一个个良良好好的的可可靠靠的的电电源源，系系统统还还是是无无法法正正常常工工作作，因因此此PLC的的制制造造商商对对电电源源的的设设计计可可和和制制造造也也十十分分重重视视。不不论论是是小小型型PLC还还是是中中、大大型型PLC所所采采用用的的电电源源，其其性性能能都都一一样样，均均能能对对PLC内内部部的的所所有有器器件件提提供供一一个个稳稳定定可靠的直流电源。可靠的直流电源。 7/20/202460典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（4）I/O 模块模块PLC的的I/O
65、模模块块式式工工业业现现场场种种种种设设备备与与PLC之之间间传传输输信信息息的的接接口口，包包括括数数字字I/O模模块块、模模拟拟I/O模块和智能模块和智能I/O模块。模块。数数字字I/O模模块块包包括括数数字字量量输输入入和和输输出出两两种种模模块。块。模模拟拟量量I/O模模块块包包括括模模拟拟量量输输入入和和输输出出两两种种模模块块。智智能能I/O模模块块是是完完成成某某些些独独立立的的特特定定功功能能的的I/O模模块块，常常用用的的智智能能I/O模模块块有有PID模模块块、定位模块、高速计数模块等。定位模块、高速计数模块等。7/20/202461典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章
66、 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（5） 通信接口模块通信接口模块通通信信模模块块为为PLC之之间间以以及及PLC与与计计算算机机等智能设备间提供通信接口。等智能设备间提供通信接口。 7/20/202462典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2 . PLC的基本工作原理的基本工作原理PLC的的工工作作方方式式是是一一个个不不断断循循环环的的顺顺序序扫扫描描过过程程。在在输输入入采采样样阶阶段段，PLC以以扫扫描描方方式式依依次次读读入入所所有有状状态态和和数数据据，并并将将它它们们存存入入I/O映映象象区中的相应单元内。区中的相应单
67、元内。输输入入采采样样结结束束后后，转转入入用用户户执执行行程程序序阶阶段段，PLC的的CPU按按由由上上而而下下的的顺顺序序一一次次扫扫描描用用户户程程序序，并并根根据程序执行结果刷新据程序执行结果刷新I/O映象寄存器。映象寄存器。用用户户程程序序执执行行结结束束后后进进入入输输出出刷新阶段，刷新所有的输出。刷新阶段，刷新所有的输出。7/20/202463典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介顺顺序序扫扫描描工工作作方方式式简简单单直直观观，便便于于程程序序设设计计和和PLC自自身身的的检检查查。具具体体体体现现在在：PLC扫扫描描到到的的功功
68、能能经经解解算算后后，其其结结果果马马上上就就可可被被后后面面将将要要扫扫描描到到的的功功能能所所利利用用；可可以以在在PLC内内设设定定一一个个监监视视定定时时器器，用用来来监监视视每每次次扫扫描描的的时时间间是是否否超超过过规规定定值值，避避免免由由于于PLC内内部部CPU故故障障使使程程序序执执行行进进入入死死循循环。环。扫扫描描顺顺序序可可以以是是固固定定的的，也也可可以以是是可可变变的的。一一般般小小型型PLC采采用用固固定定的的扫扫描描顺顺序序，大大中中型型PLC采采用用可变的扫描顺序。可变的扫描顺序。7/20/202464典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系
69、统简介典型计算机控制系统简介8.3.3 基于基于PLC的计算机控制系统简介的计算机控制系统简介由由于于PLC具具有有诸诸多多优优点点，使使得得PLC应应用用十十分分广广泛泛。现现在在，PLC已已经经广广泛泛应应用用在在钢钢铁铁、采采矿矿、水水泥泥、石石油油、化化工工、电电力力、机械制造、汽车装卸等各行各业。机械制造、汽车装卸等各行各业。7/20/202465典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 基于基于PLC的计算机控制系统的应用范围的计算机控制系统的应用范围（1）用于开关逻辑控制）用于开关逻辑控制（2）用于机械加工的数字控制）用于机械加工
70、的数字控制（3）用于机器人控制）用于机器人控制（4）用于闭环过程控制）用于闭环过程控制（5）用于实现工厂的无人化管理）用于实现工厂的无人化管理7/20/202466典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. PLC的控制系统的设计原则及内容的控制系统的设计原则及内容（1）PLC系统的设计原则系统的设计原则关关于于PLC系系统统的的设设计计原原则则往往往往涉涉及及很很多多方方面面，其其中中最基本的设计原则可以归纳为四点：最基本的设计原则可以归纳为四点： 最最大大限限度度地地满满足足工工业业生生产产过过程程或或机机械械设设备备的的控控制制要求。要求。
71、 确保计算机控制系统的可靠性。确保计算机控制系统的可靠性。 力求控制系统简单、实用、合理。力求控制系统简单、实用、合理。 适适当当考考虑虑生生产产发发展展和和工工艺艺改改进进的的需需要要，在在I/O接接口口、通信能力等方面要留有余地。通信能力等方面要留有余地。7/20/202467典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）PLC系统设计包含的内容系统设计包含的内容PLC的的种种类类很很多多，不不同同类类型型的的PLC在在性性能能、适适用用领领域域等等方方面面是是有有差差异异的的，它它们们在在设设计计内内容容和和设设计计方方法法上上也也会会有有所
72、所不不同同，通通常常还还与与设设计计人人员员习习惯惯的的设设计计规规范范及及实实践践经经验验有有关关。但但是是，所所有有设设计计方方法法要要解解决决的的基基本本问问题题是是相相同同的的，下下面面是是PLC系系统设计所要完成的一般性内容：统设计所要完成的一般性内容： 7/20/202468典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介 分分析析被被控控对对象象的的工工艺艺特特点点和和要要求求，拟拟定定PLC系系统统的控制功能和设计目标；的控制功能和设计目标； 细细化化PLC系系统统的的技技术术要要求求，如如I/0接接口口数数量量、结结构构形式、安装位置等等
73、；形式、安装位置等等； PLC系系统统的的选选型型，包包括括CPU、I/O模模块块、接接口口模模块等等；块等等； 编编制制I/0分分配配表表和和PLC系系统统及及其其与与现现场场仪仪表表的的接接线线图；图； 根根据据系系统统要要求求编编制制软软件件规规格格说说明明书书，开开发发PLC应应用软件；用软件； 编写设计说明书和使用说明书；编写设计说明书和使用说明书； 系统安装、调试和投运。系统安装、调试和投运。7/20/202469典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. PLC系统的硬件设计系统的硬件设计设设计计一一个个良良好好的的控控制制系系统统
74、，第第一一步步就就是是需需要要对对被被控控生生产产对对象象的的工工艺艺过过程程和和特特点点做做深深入入的的了了解解，这这也也是是现现场场仪仪表表选选型型与与安安装装、控控制制目目标标确确定定、系系统统配配置置的的前前提提。一一个个复复杂杂的的生生产产工工艺艺过过程程，通通常常可可以以分分解解为为若若干干个个工工序序，而而每每个个工工序序往往往往又又可可分分解解为为若若干干个个具具体体步步骤骤，这这样样做做可可以以把把复复杂杂的的控控制制任任务务明明确确化化、简简单单化化、清清晰晰化化，有有助助于于明明确确系系统统中中各各PLC及及PLC中中I/O的的配配置置，合合理理分分配配系系统统的的软软硬
75、硬件件资源。资源。7/20/202470典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介第第二二步步需需要要创创建建设设计计任任务务书书，设设计计任任务务书书实实际际上上就就是是对对技技术术要要求求的的细细化化，把把各各部部分分必必须须具具备备的的功功能能和和实实现现方方法法以以书书面面形形式式描描述述出出来来。设设计计任任务务书书是是进进行行设设备备选选型型、硬硬件件配配置置、软软件件设设计计、系系统统调调试试的的重重要要技技术术依依据据，若若在在PLC系系统统的的开开发发过过程程中中发发现现不不合合理理的的方方面面，需需要要及及时时进进行行修修正正。通
76、通常常，设设计计任任务务书书要要包包括括以以下下各项内容：各项内容：7/20/202471典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介数字量输入总点数及端口分配；数字量输入总点数及端口分配；数字量输出总点数及端口分配；数字量输出总点数及端口分配；模拟量输入通道总数及端口分配；模拟量输入通道总数及端口分配；模拟量输出通道总数及端口分配；模拟量输出通道总数及端口分配；特殊功能总数及类型；特殊功能总数及类型；PLC功功能能的的划划分分以以及及各各PLC的的分分布布与与距距离；离；对通信能力的要求及通信距离。对通信能力的要求及通信距离。7/20/202472典
77、型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介第第三三步步需需要要在在满满足足控控制制要要求求的的前前提提下下，对对系系统统所所涉涉及及的的硬硬件件设设备备进进行行选选型型。PLC硬硬件件设设备备的的选选型型应应该该追追求求最最佳佳的的性性能能价价格格比比。硬硬件件设设备备的的选选型型主主要要包包括括CPU、I/O配配置置、通通讯讯、电电源源等等方方面面进进行行考虑。考虑。7/20/202473典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介第第四四步步需需要要设设计计安安全全回回路路。安安全全回回路路是是能能够够独独
78、立立于于PLC系系统统运运行行的的应应急急控控制制回回路路或或后后备备手手操操系系统统。安安全全回回路路一一般般以以确确保保人人身身安安全全为为第第一一目目标标、保保证证设设备备运运行行安安全全为为第第二二目目标标进进行行设设计计，这这在在很很多多国国家家和和国国际际组组织织发发表表的的技技术术标标准准中中均均有有明明确确的的规规定定。一一般般来来说说，安安全全回回路路在在以以下下几几种种情情况况下下将将发发挥挥安安全全保保护护作作用用：设设备备发发生生紧紧急急异异常常状状态态时时；PLC失失控控时时；操操作人员需要紧急干预时。作人员需要紧急干预时。7/20/202474典型计算机控制系统简介
79、课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介4. PLC的控制系统的软件设计的控制系统的软件设计PLC用用户户程程序序的的设设计计过过程程可可分分为为两两个个阶阶段段，即即前前期期工工作作和和应应用用软软件件的的开开发发和和调调试试。在在软软件件设设计计过过程程中中，前前期期工工作作内内容容往往往往会会被被设设计计人人员员所所忽忽视视，事事实实上上这这些些工工作作对对提提高高软软件件的的开开发发效效率率、保保证证应应用用软软件件的的可可维维护护性性、缩缩短短调调试试周周期期都都是是非非常常必必要要的的，特特别别是对较大规模的是对较大规模的PLC系统更是如此。系统更是如此。7
80、/20/202475典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（1）前期工作）前期工作 前前期期工工作作主主要要包包括括制制定定控控制制方方案案、制制定定抗抗干干扰扰措措施施、编编制制I/0分分配配表表、确确定定程程序序结结构构和和数数据据结结构构、定定义义软件模块的功能。软件模块的功能。（2）应用软件的开发和调试）应用软件的开发和调试 根根据据功功能能的的不不同同，PLC应应用用软软件件可可以以分分为为基基本本控控制制程程序序、中中断断处处理理程程序序和和通通信信服服务务程程序序三三个个部部分分。其其中中基基本本控控制制程程序序是是整整个个应应用用
81、软软件件的的主主体体，它它包包括括信信号号采集、信号滤波、控制运算、结果输出等内容。采集、信号滤波、控制运算、结果输出等内容。 对对于于整整个个应应用用软软件件来来说说，程程序序结结构构设设计计和和数数据据结结构构设设计计是是程程序序设设计计的的主主要要内内容容。合合理理的的程程序序结结构构不不仅仅决决定定着着应应用用程程序序的的编编程程质质量量，而而且且还还对对编编程程周周期期、调调试周期、可维护性都有很大的影响。试周期、可维护性都有很大的影响。7/20/202476典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）应用软件的开发和调试）应用软件的开
82、发和调试根根据据功功能能的的不不同同，PLC应应用用软软件件可可以以分分为为基基本本控控制制程程序序、中中断断处处理理程程序序和和通通信信服服务务程程序序三三个个部部分分。其其中中基基本本控控制制程程序序是是整整个个应应用用软软件件的的主主体体，它它包包括括信信号号采采集集、信信号号滤滤波波、控控制制运运算算、结果输出等内容。结果输出等内容。对对于于整整个个应应用用软软件件来来说说，程程序序结结构构设设计计和和数数据据结结构构设设计计是是程程序序设设计计的的主主要要内内容容。合合理理的的程程序序结结构构不不仅仅决决定定着着应应用用程程序序的的编编程程质质量量，而而且且还还对对编编程程周周期期、
83、调调试试周周期期、可可维维护护性性都都有有很很大大的的影响。影响。7/20/202477典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.4 基于嵌入式系统的计算机控制系统基于嵌入式系统的计算机控制系统一一般般来来讲讲，嵌嵌入入式式系系统统是是以以应应用用为为中中心心，以以计计算算机机技技术术为为基基础础，并并且且软软硬硬件件可可裁裁剪剪，适适用用于于应应用用系系统统对对功功能能、可可靠靠性性、成成本本、体体积积、功功耗耗有有严严格格要要求求的的专专用用计计算算机机系系统统。它它一一般般由由嵌嵌入入式式微微处处理理器器、外外围围硬硬件件设设备备、嵌嵌入入
84、式式操操作作系系统统以以及及用用户户的的应应用用程程序序等等四四个个部部分分组组成成，用用于于实实现现对对其其他他设设备备的的控控制制、监视或管理等功能。监视或管理等功能。随随着着信信息息化化、智智能能化化、网网络络化化的的发发展展，嵌嵌入入式式系系统统的的应应用用得得到到了了广广泛泛的的发发展展，嵌嵌入入式式系系统统已已经经应应用用到到了了信信息息家家电电、手手持持机机、环环境境监监测测、工工业业控控制制等等各各个个领领域域，本本节节对对嵌嵌入入式式系系统统的的概概念念、软软硬硬件件技技术术以及由其组成的控制系统进行简要介绍。以及由其组成的控制系统进行简要介绍。7/20/202478典型计算
85、机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.4.1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述1.嵌人式系统概念的由来嵌人式系统概念的由来 1976年年，Intel公公司司推推出出了了8048，称称为为单单片片机机（SCC，Single Chip Computer）。这这个个只只有有1KB ROM和和64B RAM的的简简单单芯芯片片成成为为世世界界上上第第一一个个单单片片机机，开开创创了了将将微微处处理理机机系系统统的的各各种种CPU外外的的资资源源，如如：ROM、RAM、定定时时器器、I/O端端口口、串串行行通通信信接接口及其他各种外围功能模块集成到单个芯片的时代。
86、口及其他各种外围功能模块集成到单个芯片的时代。现现在在单单片片机机已已经经成成为为一一个个十十分分庞庞大大的的家家族族，许许多多新新出出现现的的单单片片机机也也称称为为嵌嵌入入式式微微处处理理器器，专专门门面面向嵌入式应用。向嵌入式应用。7/20/202479典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介针针对对特特定定应应用用、特特定定功功能能开开发发的的嵌嵌入入式式系系统统，要要求求该该系系统统与与所所嵌嵌入入的的应应用用环环境境成成为为一一个个统统一一的的整整体体，并并且且往往往往有有紧紧凑凑、高高可可靠靠性性、实实时时性性好好、低低功功耗耗等等技
87、技术术要要求求。这这样样一一种种应应用用目目标标使使得得这这一一应应用用领领域域要要去去研研究究它它的的独独特特的的设设计计方方法法和和开开发发技技术术，这这就就是是今今天天嵌嵌入入式式系系统统这这一一名名称称的的含含义义，也也是是嵌嵌入入式式系系统统成成为为一一个个相相对对独立的计算机研究领域的原因。独立的计算机研究领域的原因。7/20/202480典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点(1)（1）专用性强）专用性强 嵌嵌入入式式系系统统的的个个性性化化很很强强，其其中中的的软软件件系系统统和和硬硬件件的的
88、结结合合非非常常紧紧密密，一一般般要要针针对对硬硬件件进进行行系系统统的的移移植植，即即使使在在同同一一品品牌牌、同同一一系系列列的的产产品品中中也也需需要要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。（2）精简设计）精简设计 嵌嵌入入式式系系统统的的硬硬件件和和软软件件都都必必须须高高效效率率地地设设计计，量量体体裁裁衣衣、去去除除冗冗余余，力力争争在在同同样样的的硅硅片片面面积积上上实实现现更更高高的的性性能能，这这样样才才能能在在具具体体应应用用中中对对处处理理器器的的选择更具有竞争力。选择更具有竞争力。7/20/202481典型计算机控制系统简介课件第第
89、8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点(2)（3）系统内核小）系统内核小 由由于于嵌嵌入入式式系系统统一一般般是是应应用用于于小小型型电电子子装装置置，系系统统资资源源相相对对有有限限，所所以以内内核核较较之之传传统统的的操操作作系系统统要要小小得得多多。比比如如ENEA公公司司的的OSE分分布布式式系系统统，内内核核只只有有5KB，而而Windows的内核则要大得多。的内核则要大得多。（4）嵌嵌入入式式软软件件开开发发要要想想走走向向标标准准化化，就就必必须须使使用用多多任任务的操作系统。务的操作系统。 嵌嵌入入式式系系统统的的应应用用
90、程程序序可可以以没没有有操操作作系系统统而而直直接接在在芯芯片片上上运运行行，但但是是为为了了合合理理地地调调度度多多任任务务，合合理理利利用用系系统统资资源源、系系统统函函数数以以及及专专家家库库函函数数接接口口，用用户户必必须须自自行行选选配配RTOS（Real-Time Operating System）开开发发平平台台，这这样样才才能能保保证证程程序序执执行行的的实实时时性性、可可靠靠性性，并并减减少少开发时间，保障软件质量。开发时间，保障软件质量。7/20/202482典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（5）为为了了提提高高执执行行
91、速速度度和和系系统统可可靠靠性性，嵌嵌入入式式系系统统中中的的软软件件一一般般都都固固化化在在存存储储器器芯芯片片或或单单片片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。（6）嵌嵌入入式式系系统统开开发发需需要要专专门门的的开开发发工工具具和和环环境境。由由于于嵌嵌入入式式系系统统本本身身不不具具备备自自主主开开发发能能力力，即即使使设设计计完完成成以以后后用用户户通通常常也也不不能能对对其其中中的的程程序序功功能能进进行行修修改改，必必须须有有一一套套开开发发工工具具和和环环境境才能进行开发。才能进行开发。7/20/202483典型计算机控制系统简介课件第第8 8
92、章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域(1)（1）工业控制）工业控制 基基于于嵌嵌入入式式芯芯片片的的工工业业自自动动化化设设备备具具有有很很大大的的发发展展空空间间，目目前前己己经经有有大大量量的的8、16、32位位嵌嵌入入式式微微控控制制器器应应用用在在工工业业过过程程控控制制、数数控控机机床床、电电力力系系统统、电电网网安安全全、电电网网设设备备监监测测、石石油油化化工工系系统统等等领领域。域。（2）交通管理）交通管理 在在车车辆辆导导航航、流流量量控控制制、信信息息监监测测与与汽汽车车服服务务方方面面，嵌嵌入入式式系系统统技技术
93、术己己经经获获得得了了广广泛泛的的应应用用，内内嵌嵌GPS模模块块、GSM模模块块的的移移动动定定位位终终端端已已经经在在各各种种运输行业获得了成功的使用。运输行业获得了成功的使用。7/20/202484典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域(2)（3）信息家电）信息家电 这这将将成成为为嵌嵌入入式式系系统统最最大大的的应应用用领领域域，冰冰箱箱、空空调调等等的的网网络络化化、智智能能化化将将引引领领人人们们的的生生活活步步入入一一个个崭崭新新的的空空间间。即即使使不不在在家家里里，也也可可以以通通过
94、过电电话话线线、网网络络进进行行远远程程控控制制。在在这这些些设设备备中中，嵌嵌入入式式系系统统将将大有用武之地。大有用武之地。（4）家庭智能管理系统）家庭智能管理系统 水水、电电、煤煤气气表表的的远远程程自自动动抄抄表表，安安全全防防火火、防防盗盗系系统统，其其中中嵌嵌有有专专用用控控制制芯芯片片的的智智能能仪仪表表将将代代替替传传统统的的人人工工检检查查，并并实实现现更更高高、更更准准确确和和更更安安全全的性能。的性能。7/20/202485典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域(3)（5）POS
95、网络及电子商务网络及电子商务 公公共共交交通通非非接接触触式式智智能能卡卡发发行行系系统统、公公共共电电话话卡卡发发行行系系统统、自自动动售售货货机机、各各种种智智能能ATM终终端端将将全全面面走走入入人人们们的的生生活活，到到时时手手持持一一卡卡就就可行遍天下。可行遍天下。（6）环境监测）环境监测 环环境境监监测测包包括括水水文文资资料料实实时时监监测测、防防洪洪体体系系及及水水土土质质量量监监测测、堤堤坝坝安安全全、地地震震监监测测网网、实时气象信息网、水源和空气污染监测。实时气象信息网、水源和空气污染监测。7/20/202486典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统
96、简介典型计算机控制系统简介（7）机器人）机器人 嵌嵌入入式式芯芯片片的的发发展展将将使使机机器器人人在在微微型型化化、高高智智能能方方面面优优势势更更加加明明显显，同同时时会会大大幅幅度度降降低低机机器器人人的的价价格格，使使其其在在工工业业领领域域和和服服务务领领域域获获得更广泛的应用。得更广泛的应用。 除除了了以以上上这这些些应应用用领领域域，嵌嵌入入式式系系统统还还有有其其他他方方面面的的应应用用。可可以以说说，嵌嵌入入式式系系统统已已经经进进入入到到现现代代社社会会人人们们生生活活的的方方方方面面面面，尤尤其其在在控控制制方方面面的的应应用用。所所以以，开开发发和和探探讨讨嵌嵌入入式式
97、系系统统有着十分重要的意义。有着十分重要的意义。7/20/202487典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.4.2 嵌入式系统的硬件嵌入式系统的硬件从从硬硬件件方方面面来来讲讲，各各式式各各样样的的嵌嵌入入式式处处理理器器是是嵌嵌入入式式系系统统硬硬件件中中的的最最核核心心的的部部分分。目目前前，世世界界上上具具有有嵌嵌入入式式功功能能特特点点的的处处理理器器已已经经超超过过1000种种，流流行行体体系系结结构构包包括括MCU , MPU等等30多多个个系系列列。鉴鉴于于嵌嵌入入式式系系统统广广阔阔的的发发展展前前景景，很很多多半半导导体体制
98、制造造商商都都开开始始大大规规模模生生产产嵌嵌入入式式处处理理器器，并并且且公公司司自自主主设设计计处处理理器器也也已已经经成成了了未未来来嵌嵌入入式式领领域域的的一一大大趋趋势势，其其中中从从单单片片机机、DSP到到FPGA，品品种种越越来来越越多多，速速度度越越来来越越快，性能越来越强，价格也越来越低。快，性能越来越强，价格也越来越低。根据其现状，嵌入式处理器可以分成下面几类：根据其现状，嵌入式处理器可以分成下面几类：7/20/202488典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（Micro-Controll
99、er Unit, MCU）嵌嵌入入式式微微控控制制器器芯芯片片内内部部集集成成了了ROM/EPROM，RAM，总总线线、总总线线逻逻辑辑、定定时时/计计数数器器、看看门门狗狗、I/O、串串口口、脉脉宽宽调调制制输输出出、A/D, D/A，Flash, EEPROM等等各各种种必必要要功功能能接接口口和和外外设设。与与嵌嵌入入式式微微处处理理器器相相比比，微微控控制制器器的的最最大大特特点点是是单单片片化化，体体积积大大大大减减小小，从从而而使使功功耗耗和和成成本本下下降降、可可靠靠性性提提高高。微微控控制制器器是是目目前前嵌嵌入式系统工业的主流。入式系统工业的主流。由由于于MCU低低廉廉的的价
100、价格格、优优良良的的功功能能，所所以以拥拥有有的的品品种种和和数数量量最最多多，比比较较有有代代表表性性的的包包括括8051, MCS-251, MCS-96/196/296, P51XA以以及及MCU 8XC930/931, C540, C541，并并且且有有支支持持IC, CAN-BUS, LCD及及众众多多专专用用MCU和和兼兼容容系系列列。目目前前MCU占嵌入式系统约占嵌入式系统约70%的市场份额。的市场份额。7/20/202489典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 嵌入式嵌入式DSP处理器（处理器（Digital Signal
101、Processor, DSP）DSP处处理理器器是是专专门门用用于于信信号号处处理理方方面面的的处处理理器器，其其在在系系统统结结构构和和指指令令算算法法方方面面进进行行了了特特殊殊设设计计，具具有有很很高高的的编编译译效效率率和和指指令令执执行行速速度度。在在数数字字滤滤波波、FFT、频谱分析等各种仪器上频谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。获得了大规模的应用。DSP的的理理论论算算法法在在20世世纪纪70年年代代就就已已经经出出现现，但但是是专专门门的的DSP处处理理器器还还未未出出现现，随随着着大大规规模模集集成成电电路路技技术术的的发发展展，1982年年世世界界上上诞诞生生了了
102、首首枚枚DSP芯芯片片，其其运运算算速速度度比比MPU快快了了几几十十倍倍，在在语语音音合合成成和和编编码码解码器中得到了广泛应用。解码器中得到了广泛应用。7/20/202490典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3、嵌入式微处理器（、嵌入式微处理器（Micro Processor Unit, MPU）嵌嵌入入式式微微处处理理器器是是由由通通用用计计算算机机中中的的CPU演演变变而而来来的的。它它的的特特征征是是具具有有32位位以以上上的的处处理理器器，具具有有较较高高的的性性能能，当当然然其其价价格格也也相相应应较较高高。但但与与计计算算机机
103、处处理理器器不不同同的的是是，在在实实际际嵌嵌入入式式应应用用中中，只只保保留留和和嵌嵌入入式式应应用用紧紧密密相相关关的的功功能能硬硬件件，去去除除其其他他的的冗冗余余功功能能部部分分，这这样样就就以以最最低低的的功功耗耗和和资资源源实实现现嵌嵌入入式式应应用用的的特特殊殊要要求求。和和工工业业控控制制计计算算机机相相比比，嵌嵌入入式式微微处处理理器器具具有有体体积积小小、重重量量轻轻、成成本本低、可靠性高的优点。低、可靠性高的优点。目目前前流流行行的的嵌嵌入入式式处处理理器器很很多多，主主要要类类型型有有Am186/88， 386EX， SC-400， PowerPC，68000，MIPS
104、，ARM/StrongARM系系列列等等。其其中中ARM/StrongARM是是专专为为手手持持设设备备开开发发的的嵌嵌入入式式微处理器，属于中档价位。微处理器，属于中档价位。7/20/202491典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介4. 嵌入式片上系统（嵌入式片上系统（System On Chip, SoC）片片上上系系统统SOC是是单单一一芯芯片片上上集集成成诸诸如如MCU、RAM、DMA、I/O等等多多个个部部件件，是是目目前前嵌嵌入入式式应应用用领领域域的的热热门门话话题题之之一一。用用户户不不需需要要再再像像传传统统的的系系统统设设计
105、计一一样样，绘绘制制庞庞大大复复杂杂的的电电路路板板，只只需需要要使使用用精精确确的的硬硬件件描描述述语语言言，直直接接生生成成可可以以交交付付芯芯片片生生产产厂厂家家生生产产的的网网表文件。表文件。由由于于SOC往往往往是是专专用用的的，所所以以大大部部分分都都不不为为用用户户所所知知，现现在在许许多多专专用用芯芯片片，如如手手持持机机、语语音音、加加密密等等芯芯 片片 多多 为为 SOC芯芯 片片 。 比比 较较 典典 型型 的的 SOC产产 品品 是是Philips的的Smart XA。7/20/202492典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系
106、统简介8.4.3 嵌入式系统的软件嵌入式系统的软件嵌嵌入入式式系系统统是是一一个个应应用用系系统统，它它应应该该是是一一个个硬硬件件和和软软件件的的统统一一体体。而而软软件件在在嵌嵌入入式式系系统统中中将将占占有有更更为为重重要要的的位位置置。嵌嵌入入式式系系统统的的软软件件可可以以分分为为系系统统软软件件和和应应用用软软件件两两个个层层次次。当当应应用用问问题题较较为为简简单单时，也许不必有很清晰的软件分层。时，也许不必有很清晰的软件分层。 7/20/202493典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. 主要流行的嵌入式操作系统主要流行的嵌入
107、式操作系统对对于于嵌嵌入入式式系系统统，它它比比通通用用计计算算机机具具有有更更简简单单的的结结构构。它它很很可可能能不不配配置置CRT显显示示器器，不不需需要要文文件件系系统统，由由于于内内存存空空间间较较小小也也没没有有存存储储器器管管理理功功能能。同同时时，嵌嵌入入式式系系统统总总是是希希望望加加载载的的操操作作系系统统软软件件不不能能占占据据过过大大的的内存空间，不能消耗过多的系统软硬件资源。内存空间，不能消耗过多的系统软硬件资源。嵌嵌入入式式系系统统的的操操作作系系统统，除除了了对对于于缩缩减减PC系系统统目目前前仍仍采采用用DOS等等PC上上的的流流行行操操作作航航以以外外，基基本
108、本上上有有两两大大趋趋势势：一一类类是是面面向向高高级级单单片片的的，另另一一类类是是针针对对8位位、16位位单单片片机机。以以下下是是几几个个目目前前流流行行的的嵌嵌入入式式操操作作系系统。统。7/20/202494典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（1）LinuxLinux已已经经成成为为Windows系系统统问问世世以以来来最最热热门门的的操操作作系系统统之之一一。它它的的开开放放性性使使众众多多的的情情开开发发者者为为它它打打造造了了非常坚实的基础。同时，它也派生出众多的类似系统。非常坚实的基础。同时，它也派生出众多的类似系统。（2）
109、CLinuxCLinux是是一一个个缩缩减减的的Linux系系统统，特特别别适适合合于于用用在在不不需需要要内内存存管管理理的的高高级级单单片片嵌嵌入入尤尤系系统统上上。类类似似于于Clinux的的Linux操操作作系系统统的的缩缩减减版版本本，现现在在越越来来越越多多。相相信信经经过过一一段段时时厨厨的的实实践践检检验验，会会优优选选出出理理想想的的嵌入式嵌入式Linux操作系统。操作系统。（3）eCOSeCOS是是一一个个代代码码开开放放的的嵌嵌入入式式操操作作系系统统，具具有有良良好好的的系统功能和应用支持，可以在许多高级单片上运行。系统功能和应用支持，可以在许多高级单片上运行。7/20
110、/202495典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（4）Windows CE Windows CE是是Windows的的嵌嵌入入式式系系统统版版本本，具具 有有 类类 似似 Windows风风 格格 的的 用用 户户 界界 面面 ， 可可 以以 与与Windows环环境境下下的的软软件件很很方方便便地地接接口口。但但是是，它它的的代码是不开放的。代码是不开放的。（5）VxWorks VxWorks是是一一个个功功能能完完善善的的嵌嵌入入式式操操作作系系统统，但是它的代码也是不开放的。但是它的代码也是不开放的。（6）RTX5l RTX51是是专专
111、门门针针对对8051设设计计的的操操作作系系统统，代代码码紧紧凑凑、体体积积小小巧巧。已已经经在在很很多多应应用用中中证证明明这这是是一一个个成功的成功的8位单片机的操作系统，代码完全开放。位单片机的操作系统，代码完全开放。7/20/202496典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（7）C/OSC/OS是是一一个个特特殊殊风风格格的的嵌嵌入入式式操操作作系系统统，它它有有多多种种版版本本，可可以以适适应应从从x86到到8051的的各各种种不不同同类类型型不不同同规规模模的的嵌嵌入入式式系系统统，代代码码开开放放。但但是是，它它的的一一些些改进版
112、本，开始放弃代码开放的原则。改进版本，开始放弃代码开放的原则。如如果果只只是是针针对对8051系系列列构构成成的的嵌嵌入入式式系系统统，显显然然可可以以选选择择的的合合适适的的操操作作系系统统只只有有RTX51和和C/OS等等少少数数几几种种。这这几几种种操操作作系系统统主主要要是是由由于于受受到到8051本本身身资资源源的的限限制制，功功能能都都相相对对较较为为简简单单。但但是是，它它们们开开放放的的源源代代码码和和较较小小的的代代码码量量，也也给给嵌嵌入入式式系系统统设设计计者提供了彻底掌握这一操作系统的条件。者提供了彻底掌握这一操作系统的条件。7/20/202497典型计算机控制系统简介
113、课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 嵌入式操作系统的功能嵌入式操作系统的功能在在操操作作系系统统的的支支持持下下，应应用用软软件件可可以以通通过过操操作作系系统统来来与与硬硬件件打打交交道道。这这为为嵌嵌入入式式系系统统脱脱离离特特定定的的硬硬件件环环境境提提供供了了条条件件，也也使使得得软软件件的的可可靠靠性性、安安全全性性增增加加了了。利利用用操操作作系系统统软软件件的的特特权权性性，可可以以保保证证嵌入式系统始终工作在有效控制之下。嵌入式系统始终工作在有效控制之下。操操作作系系统统的的功功能能主主要要体体现现在在以以下下几几个个方方面。面。7/20/20
114、2498典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（1）进程管理）进程管理进进程程是是一一个个运运行行中中的的程程序序。在在操操作作系系统统中中，进进程程具具有有独独立立性性。多多个个进进程程在在操操作作系系统统的的调调度度下下，分分时时、并并发发地地运运行行。这这样样的的结结构构，使使得得软软件件的的开开发发可可以以按按相相对对简简捷捷的的功功能能模模块块分分别别进进行行；可可以以利利用用一一种种所所谓谓的的信信号号灯灯机机制制，实实现现各各个个进进程程之之间间的的通通信信，分分配配进进程程对对各各种种资资源源的的占占用用；可可以以利利用用进进程程
115、调调度度，避避免免系系统统陷陷入入死死循循环环或或崩崩溃溃；可可以以将将进进程程设设置置为为不不同同的的优优先先级级别别，例例如如系系统统级级或或用用户户级级，来来保保证证系统的安全性。系统的安全性。7/20/202499典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）内存管理）内存管理内内存存管管理理是是将将计计算算机机的的内内存存分分成成若若干干页页面面，对对各各个个页页面面赋赋予予不不同同的的特特性性和和访访问问逻逻辑辑地地址址。利利用用内内存存页页的的不不同同特特性性，可可以以实实现现不不同同的的访访问问特特性性。例例如如，可可以以为为特特殊
116、殊的的任任务务分分配配特特定定的的内内存存页页，同同时时也也避避免免了了其其他他任任务务侵侵入入这这一一内内存存页页。由由于于内内存存访访问问的的实实时时性性，这这种种页页面面的的分分配配是是由由硬硬件件实实现现的的。一一般来说，是依赖于般来说，是依赖于CPU的支持来实现的。的支持来实现的。 7/20/2024100典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（3）文件系统管理）文件系统管理文文件件系系统统是是计计算算机机系系统统的的一一个个特特殊殊组组成成部部分分。文文件件系系统统将将计计算算机机管管理理的的大大量量数数据据以以特特定定的的结结构构保
117、保存存在在存存储储系系统统中中，这这个个特特殊殊的的数数据据结结构构就就是是文文件件。文文件件系系统统一一般般建建立立在在外外存存储储器器中中，如如磁磁盘盘、磁磁带带、光光盘盘等等等等，以以满满足足数数据据容容量量的的要要求求。但但是是，在在特特殊殊的的情情况况下下，文文件件系系统统也也可可以以建立在计算机的内存中。建立在计算机的内存中。7/20/2024101典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（4）设备驱动程序）设备驱动程序在在操操作作系系统统的的管管理理下下，应应用用程程序序不不必必要要也也不不应应该该与与底底层层的的各各种种设设备备直直
118、接接打打交交道道。应应用用程程序序可可以以经经过过操操作作系系统统提提供供的的设设备备管管理理手手段段，即即设设备备驱驱动动程程序序，来来使使用用系系统统的的设设备备。设设备备驱驱动动程程序序一一般般包包括括对对设设备备的的初初始始化化，检检查查设设备备状状态态，控控制制设设备备动作，对设备进行读写操作等功能。动作，对设备进行读写操作等功能。7/20/2024102典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（5）系统调用）系统调用一一个个操操作作系系统统的的各各项项功功能能，往往往往通通过过一一系系列列应应用用软软件件可可引引用用的的程程序序模模块块
119、来来实实现现，称称为为系系统统调调用用函函数数或或应应用用编编程程接接口口。这这些些系系统统调调用用模模块块经经过过比比较较严严格格的的测测试试和和实实用用考考验验，用用它它们们作作为为整整个个应应用用系系统统的的基础可以保障系统的稳定性和可靠性。基础可以保障系统的稳定性和可靠性。7/20/2024103典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.4.4基于嵌入式系统的计算机控制系统的设计基于嵌入式系统的计算机控制系统的设计1. 嵌入式系统的主要设计方法嵌入式系统的主要设计方法（1）仿真器）仿真器从从微微处处理理机机诞诞生生至至今今，开开发发方方式
120、式一一直直沿沿用用的的是是仿仿真真器器技技术术，即即利利用用一一台台仿仿真真器器，模模拟拟取取代代应应用用系系统统的的部部分分电电路路，可可能能是是CPU，可可能能是是程程序序存存储储器器，也也可可能能是是某某几几个个部部分分电电路路的的组组合合。通通过过调调试试主主机机对对取取代代电电路路的的控控制制，可可以以获获得得程程序序运运行行过过程程的的状状态态，可以控制程序运行的走向，从而达到调试的目的。可以控制程序运行的走向，从而达到调试的目的。这这种种开开发发方方式式，也也较较为为适适用用于于可可以以插插拔拔的的单单片片机机芯芯片片，对对于于表表面面贴贴装装的的芯芯片片往往往往难难以以实实现现
121、仿仿真真器器与调试样机的方便连接。与调试样机的方便连接。7/20/2024104典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）BOOTROM这这种种方方式式是是在在嵌嵌入入式式系系统统中中事事先先驻驻留留一一个个ROM引引导导程程序序，一一般般称称为为BOOT。开开机机后后首首先先运运行行BOOT程程序序，实实现现与与调调试试主主机机的的联联机机。有有的的单单片片机机也也采采用用特特殊殊的的系系统统复复位位启启动动过过程程来来激激活活驻驻留留的的BOOT程序。程序。利利用用BOOT程程序序，嵌嵌入入式式系系统统可可以以通通过过经经通通信信接接口口的
122、的下下载载来来获获得得系系统统的的全全部部程程序序。BOOT程程序序一一般般在在完完成成下下载载任任务务后后，就就将将系系统统的的控控制制权权交交给给下下载生成的系统程序，并且不再起作用了。载生成的系统程序，并且不再起作用了。BOOT ROM方方式式要要求求嵌嵌入入式式系系统统必必须须起起码码保保证证能能够够运运行行BOOT程程序序，能能够够实实现现代代码码下下载载功功能能，这这样才能保证后续程序调试过程的进行。样才能保证后续程序调试过程的进行。7/20/2024105典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（3）JTAG接口接口所所谓谓JTAG技
123、技术术，最最初初是是一一种种测测试试技技术术。它它通通过过一一个个标标准准接接口口，用用串串行行方方式式来来设设置置和和获获得得元元件件的的输输入入和和输输出出信信号号，从从而而实实现现对对元元件件初初始始状状态态的的控控制制和和运运行行状状态态的的判判断断。这这个个标标准准接接口口就就称称之之为为JTAG接接口口，基基本本引引脚脚有有4个个。由由于于巧巧妙妙的的设设计计，具具有有JTAG接接口口的的元元件件可可以以将将各各自自的的JTAG接接口口串串联联起起来来，最最终终的的接接口口引引脚脚仍仍然然是是4个个。因因此此，系系统统内内的的多多个个具具有有JTAG接接口口的的元元件件，最最终终可
124、可以以只只用用一一个个4个引脚的个引脚的JTAG接口来实现全部功能。接口来实现全部功能。利利用用JTAG技技术术可可以以实实现现嵌嵌入入式式系系统统的的调调试试，目目前前常常用用的的方方式式，往往往往只只需需要要利利用用一一台台PC作作为为调调试试主主机机，利利用用PC的的打打印印机机接接口口控控制制信信号号，经经过过逻逻辑辑组组合来产生直接与嵌入式系统连接的合来产生直接与嵌入式系统连接的JTAG接口。接口。7/20/2024106典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. 嵌入式操作系统环境下的调试嵌入式操作系统环境下的调试开开发发一一个个嵌嵌
125、入入式式系系统统，与与在在一一个个通通用用微微机机上上的的开开发发工工作作是是不不同同的的。由由于于硬硬件件及及软软件件上上的的不不可可靠靠因因素素，新新设设计计的的嵌嵌入入式式系系统统往往往往要要经经过过细细致致的的时时序序分分析析来来排排除除硬硬件件故故障障，这这是是一一项项费费时时费费力力的的开开发发工工作作。在在嵌嵌入入式式系系统统中中引引入入操操作作系系统统，为为避避免免这这一工作提供了条件。一工作提供了条件。在在一一个个共共同同的的操操作作系系统统平平台台上上，多多进进程程程程序序设设计计、团团队队式式开开发发组组织织都都成成为为可可能能。当当引引入入了了操操作作系系统统的的进进程
126、程概概念念，嵌嵌入入式式系系统统的的应应用用功功能能实实现现就就可可以以分分解解成成许许多多相相对对独独立立的的进进程程，在在操操作作系系统统的的统统一一管管理理下下完完成成系系统统的的应应用用目目标标。这这些些进进程程的的设设计计、调调试试可可以以相相对对独独立立地地进进行行，通通过过多多人人的的协协同同作作战战来提高开发效率。来提高开发效率。7/20/2024107典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. 目前常用的几种嵌入式系统设计风格目前常用的几种嵌入式系统设计风格（1）缩减）缩减PC系统系统所所谓谓缩缩减减PC系系统统，是是指指利利用
127、用PC体体系系结结构构设设计计的的嵌嵌入入式式系系统统，例例如如利利用用PCI04模模块块构构成成工工业业控控制制装置就是比较典型的设计。装置就是比较典型的设计。这这种种设设计计是是建建立立在在技技术术上上已已非非常常成成熟熟的的PC的的体体系系结结构构之之上上的的，它它的的硬硬件件环环境境往往往往是是一一台台单单板板化化的的PC系系统统。利利用用DOS或或Windows操操作作系系统统为为应应用用软件提供平台。软件提供平台。但但是是这这样样的的设设计计目目前前尚尚难难以以实实现现满满足足小小体体积积、低低功耗、低成本等嵌入式系统的常见技术要求。功耗、低成本等嵌入式系统的常见技术要求。 7/2
128、0/2024108典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）高级单片系统）高级单片系统所所谓谓高高级级单单片片系系统统，是是指指那那些些准准备备加加载载Linux操操作作系系统统或或类类Linux操操作作系系统统的的嵌嵌入入式式系系统统。它它的的硬硬件件构构成成的的核核心心是是一一个个集集成成了了丰丰富富功功能能的的单单一一芯芯片片，一一般般数数据据宽宽度度往往往往是是32位位。它它已已经经包包含含了了几几乎乎全全部部的的系系统统硬硬件件，使使得得只只需需再再增增加加很很少少几几个个器器件件，如如存存储储器器芯芯片，即可构成全部系统。片，即可构
129、成全部系统。生生产产高高级级单单片片的的厂厂家家及及型型号号越越来来越越多多，典典型型的的是是以以ARM或或MIPS内核为核心的单片机。内核为核心的单片机。采采用用高高级级单单片片的的设设计计，大大都都取取Linux或或类类Linux操操作作系系统统作作为为系系统统软软件件，向向应应用用软软件件提提供供C语语言言开开发发平平台台。在在Linux操操作作系系统统的的支支持持下下，系系统统的的可可靠靠性性可可以以得得到到保保证证。操操作作系系统统带带来来的的优优点点可可以以大大大大提提高高系系统统应应用用软软件件的的开开发发效效率率。由由于于Linux的的开开放放性性，可可以以利利用用的的资源也非
130、常丰富。资源也非常丰富。7/20/2024109典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（3）单片机系统）单片机系统目目前前称称之之为为单单片片机机的的，是是指指一一些些8位位或或16位位数数据据宽宽度度、寻寻址址空空间间较较小小的的芯芯片片。相相对对来来说说，它它们们的的处处理理能能力力较较弱弱。但但是是，它它们们的的优优点点也也是是不不容容忽忽视视的的，如如：低低成成本本、低低功功耗耗，片片上上集集成成的的外外围围模模块块功功能能丰丰富富而而实实用用等等。在在应应用用需需求求恰恰如如其其分分的的场场合合，选选择它们绝对是合理的。择它们绝对是合理
131、的。单单片片机机的的软软件件一一般般应应该该分分为为系系统统软软件件和和应应用用软软件件。系系统统软软件件处处于于底底层层硬硬件件和和高高层层应应用用软软件件之之间间。但但是是，单单片片机机的的资资源源有有限限，设设计计者者必必须须在在系系统统软软件件的的功功能能与与构构成成系系统统软软件件的的软软硬硬件件开开销销之之间间，仔仔细细地寻求平衡。地寻求平衡。7/20/2024110典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.5分散控制系统（分散控制系统（DCS）分分散散型型计计算算机机控控制制系系统统又又名名分分布布式式计计算算机机控控制制系系统统，
132、简简称称分分散散型型控控制制系系统统（Distributed Control System 即即DCS），国国内内更更多多的的叫叫做做集集散散控控制制系系统。统。先先进进的的分分散散型型控控制制系系统统将将以以计计算算机机集集成成制制造造系系统统（CIMS）为为目目标标，以以新新的的控控制制方方法法、现现场场总总线线智智能能化化仪仪表表、专专家家系系统统、局局域域网网络络等等新新技技术术，为为用用户户实实现现过过程程控控制制自自动动化化相相结结合合的的管管控控一一体体化化的的综综合集成系统。合集成系统。分分散散型型控控制制系系统统采采用用分分散散控控制制、集集中中操操作作、综综合合管管理理和和
133、分分而而自自治治的的设设计计原原则则。本本节节将将概概述述DCS的的特特点点、发发展展趋趋势势以以及及其其体体系系结结构构，让让读读者者对对DCS有初步的了解。有初步的了解。7/20/2024111典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.5.1 DCS的分层体系的分层体系DCS按按功功能能分分层层的的层层次次结结构构充充分分体体现现了了其其分分散散控控制制和和集集中中管管理理的的设设计计思思想想。DCS从从下下至至上上依依次次分分为为直直接接控控制制层层、操操作作监监控控层层、生生产产管管理理层层和和决决策策管管理理层层，如图如图8.13所示。
134、所示。7/20/2024112典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介图8.13DCS的层次结构7/20/2024113典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. DCS的直接控制层的直接控制层直直接接控控制制层层是是DCS的的基基础础，其其主主要要设设备备是是过过程程控控制制站站（PCS）,PCS主主要要由由输输入入输输出出单单元元（IOU）和和过过程程控制单元（控制单元（PCU）两部分组成。）两部分组成。输输入入输输出出单单元元（IOU）直直接接与与生生产产过过程程的的信信号号传传感感器器、变变送
135、送器器和和执执行行器器连连接接，其其功功能能一一是是采采集集反反应应生生产产状状况况的的过过程程变变量量和和状状态态变变量量，并并进进行行数数据据处处理理；二二是是向向生生产产现现场场的的执执行行器器传传送送模模拟拟量量操操作作信信号号和和数数字字量量操操作作信信号。号。过过 程程 控控 制制 单单 元元 下下 与与 IOU连连 接接 ， 上上 与与 控控 制制 网网 络络（CNET）连连接接，其其功功能能一一是是直直接接数数字字控控制制（DDC）；二二是是与与控控制制网网络络通通信信，以以便便操操作作监监控控层层对对生生产产过过程程进进行行监监控控和和操操作作；三三是是进进行行安安全全冗冗余
136、余处处理理，一一旦旦发发现现PCS硬硬件件或或软软件件故故障障，就就立立即即切切换换到到备备用用件件，保保证证系统步间断地安全运行。系统步间断地安全运行。7/20/2024114典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. DCS的操作监控层的操作监控层操操作作监监控控层层是是DCS的的中中心心，其其主主要要设设备备是是操操作作员员站站、工工程师站、监控计算机站和计算机网关。程师站、监控计算机站和计算机网关。操操作作员员站站供供工工艺艺操操作作员员对对生生产产工工程程进进行行监监视视、操操作作和和管管理。理。工工程程师师站站（ES）供供计计算算机机
137、工工程程师师对对DCS进进行行系系统统生生成成和和诊诊断断维维护护；供供控控制制工工程程师师进进行行控控制制回回路路组组态态、人人机机界界面绘制、报表制作和特殊软件编制。面绘制、报表制作和特殊软件编制。监监控控计计算算机机站站（SCS）用用来来建建立立生生成成过过程程的的数数学学模模型型，实实施施高高等等过过程程控控制制策策略略，实实现现装装置置级级的的优优化化控控制制和和协协调调控控制制；并并对对生生产产过过程程进进行行故故障障诊诊断断、预预报报和和分分析析，保保证证安全生产。安全生产。计计算算机机网网关关（CGI）用用作作控控制制网网络络（CNET）和和生生产产管管理网络（理网络（MNET
138、）之间相互通信。）之间相互通信。7/20/2024115典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. DCS的生产管理层的生产管理层生生 产产 管管 理理 层层 的的 只只 要要 设设 备备 是是 生生 产产 管管 理理 计计 算算 机机（ manufactory management computer, MMC）, 一般由一台中型机和若干台微型机组成。一般由一台中型机和若干台微型机组成。该该层层处处于于工工厂厂级级，根根据据订订货货量量、库库存存量量、生生产产能能力力、生生产产原原料料和和能能源源供供应应情情况况及及时时制制定定全全厂厂的的生生产
139、产计计划划，并并分分解解落落实实到到生生产产车车间间或或装装置置；另另外外还还要要根根据据生生产产状状况况及及时时协协调调全全厂厂的的生生产产，进进行行生生产产调调度度和和科科学学管管理理，使使全全厂厂的的生生产产始始终终处处于于最最佳佳状状态，并能应付不可预测的事件。态，并能应付不可预测的事件。计计 算算 机机 网网 关关 （ CG2） 用用 作作 生生 产产 管管 理理 网网 络络（MNET）和和决决策策管管理理网网络络（DNET）之之间间相相互互通通信。信。7/20/2024116典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介4. DCS的决策管理
140、层的决策管理层决决 策策 管管 理理 层层 的的 主主 要要 设设 备备 使使 决决 策策 管管 理理 计计 算算 机机（decision management computer, DMC），一一般般由由一一台台大大型型机机、几几台台中中型型机机、若若干干台台微微型型机机组成。组成。该该层层处处于于公公司司级级，管管理理公公司司的的生生产产、供供应应、销销售售、技技术术、计计划划、市市场场、财财务务、人人事事、后后勤勤等等部部门门。通通过过收收集集各各部部门门的的信信息息，进进行行综综合合分分析析，实实时时作作出出决决策策，协协助助各各级级管管理理人人员员指指挥挥调调度度，使使公公司司各各部部
141、门门的的工工作作处处于于最最佳佳运运行行状状态态。另另外外还还协协助助公公司司经理制定中长期生产计划和远景规划。经理制定中长期生产计划和远景规划。7/20/2024117典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介目目前前世世界界上上有有多多种种DCS产产品品，具具有有定定型型产产品品供供用用户户选选择择的的一一般般仅仅限限于于直直接接控控制制层层和和操操作作监监控控层层。其其原原因因是是下下面面两两层层有有固固定定的的输输入入、输输出出、控控制制、操操作作和和监监控控模模式式，而而上上面面两两层层的的体体系系结结构构因因企企业业而而异异，生生产产管管
142、理理与与决决策策管管理理方方式式也也因因企企业业而而异异，因因而而上上面面两两层层要要针针对对各各企企业业的的要要求分别设计和配置系统。求分别设计和配置系统。7/20/2024118典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.5.2 DCS的硬件结构的硬件结构DCS硬硬件件采采用用积积木木式式结结构构，可可灵灵活活地地配配置置成成小小、中中、大大系系统统；另另外外，还还可可以以根根据据企企业业的的财财力力或或生产要求，逐步扩展系统和增加功能。生产要求，逐步扩展系统和增加功能。DCS控控制制网网络络（CNET）上上的的各各类类结结点点数数，即即过过程
143、程控控制制站站（PCS）、操操作作员员站站（OS）、工工程程师师站站（ES）和和监监控控计计算算机机站站（SCS）的的数数量量，可可按按生生产产要要求求和和用用户户需需要要灵灵活活地地配配置置，如如图图8.14所所示示；另另外外，还还可可灵灵活活地地配配置置每每个个结结点点的的硬硬件件资资源源，如如内内存存容容量量、硬硬盘盘容容量量和和外外部部设设备备种类等。种类等。 7/20/2024119典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介图8.14 过程控制站（PCS）的硬件结构 7/20/2024120典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算
144、机控制系统简介典型计算机控制系统简介1. DCS控制站的硬件结构控制站的硬件结构控控制制站站（CS）或或过过程程控控制制站站（PCS）主主要要由由输输入入输输出出单单元元（IOU）、过过程程控控制制单单元元（PCU）和和电电源源三三部部分分组组成成，如如图图8.13所所示。示。7/20/2024121典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介过过程程控控制制单单元元（PCU）是是PCS的的核核心心，并并且且是是PCS的的基基本本配配置置，主主要要由由控控制制处处理理器器板板、输输入入输输出出接接口口处处理理器器板板、通通信信处处理理器器板板、冗冗余余
145、处处理理器器板板组组成成。控控制制处处理理器器板板功功能能是是运运算算、控控制制和和实实时时数数据据处处理理；输输入入输输出出接接口口处处理理器器板板是是PCU和和IOP之之间间的的接接口口；通通信信处处理理器器板板是是PCS与与控控制制网网络络（CNET）的的通通信信网网卡卡，实实现现PCS与与CNET之之间间的的信信息息交交换换；PCS采采用用冗冗余余PCU和和IOU，冗冗余余处处理理器器板板承承担担PCU和和IOU的的故故障障分分析析与与切切换换功功能能。上上述述4快快板板的的物物理理划划分分因因DCS而而异异，可可以以分分为为4、3、2块，甚至合并为块，甚至合并为1块。块。7/20/2
146、024122典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介输输入入输输出出单单元元（IOU）是是PCS的的基基础础，由由各各种种类类型型的的输输入入输输出出处处理理板板（IOP）组组成成，如如模模拟拟量量输输入入板板（4mA20mA DC,05V DC）、热热电电偶偶输输入入板板、热热电电偶偶输输入入板板、脉脉冲冲量量输输入入板板、数数字字量量输输入入板板、模模拟拟量量输输入入板板（4mA20mA DC）、数数字字量量输输出出板板和和串串行行通通信信接接口口板板等等。这这些些输输入入输输出出处处理理板板的的类类型型和和数数量量可可按按生生产产过过程程信信
147、号号类类型型和和数数量量来来配配置置；另另外外，与与每每块块输输入入输输出出处处理理板板配配套套的的还还有有 信信 号号 调调 整整 板板 （ signal conditioner card, SCC）和和信信号号端端子子板板（signal terminal card, STC）,其其中中SCC用用作作信信号号隔隔离离、放放大大或或驱驱动动，STC用用作作信信号号接接线线。上上述述IOP、SCC和和STC的的物物理理划划分分因因DCS而而异异，有有的的划划分分为为三三块块板板结结构构；有有的的划划分分为为两两块块板板结结构构，即即IOP和和SCC合合并并，外外加加一一块块STC；有有的的将将I
148、OP,SCC和和STC三三者者合合并并一一块块物理模样，并附有接线端子。物理模样，并附有接线端子。7/20/2024123典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. DCS操作员站的硬件结构操作员站的硬件结构操操作作员员站站（OS）为为32位位（或或64位位）微微处处理理机机或或小小型型机机，主主要要由由主主机机、彩彩色色显显示示器器（CRT）、操操作作员员专专用用键键盘盘和和打打印印机机等等组组成成。其其中中主主机机的的内内存存容容量量、硬硬盘盘容容量量可可由由用用户户选选择择，彩彩色色CRT可可选选触触屏屏式式或或非非触触屏屏式式，分分辨辨率
149、率也也可可选选择择，一一般般用用工工业业PC机机（IPC）或或工工作作站站做做OS主主机机，个个别别DCS制制造造厂厂配配专专用用OS主主机机，前前者者是是发发展展趋趋势势，这这样可增强操作员站的通用性及灵活性。样可增强操作员站的通用性及灵活性。 7/20/2024124典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. DCS工程师站的硬件结构工程师站的硬件结构工工程程师师站站（ES）为为32位位或或64位位小小型型机机和和高高档档微微型型机机，主主要要由由主主机机、彩彩色色显显示示器器（CRT）、键键盘盘、打打印印机机等等组组成成，其其中中主主机机的
150、的内内存存容容量量、硬硬盘盘容容量量、CD或磁带机为外部设备均可由用户选择。或磁带机为外部设备均可由用户选择。一一般般DCS的的直直接接控控制制层层和和操操作作监监控控层层的的设设备备（如如PCS，OS，ES，SCS）都都有有定定型型产产品品供供用用户户选选择择，即即DCS制制造造厂厂为为这这两两层层提提供供了了各各种种类类型型的的配配套套设设备备。惟惟有有生生产产管管理理层层和和决决策策层层的的设设备备无无定定型型产产品品，一一般般由由用用户户自自行行配配置置，当当然然要要由由DCS制制造造厂厂提提供供控控制制网网络络（CNET）与与生生产产管管理理网网络络（MNET）之之间的硬、软件接口，
151、即计算机网关（间的硬、软件接口，即计算机网关（CG1）。）。7/20/2024125典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.5.3 DCS的软件技术的软件技术1.DCS的组态软件的组态软件DCS的的组组态态功功能能从从广广义义范范畴畴讲讲，可可以以分分为为两两个个主要方面：硬件组态和软件组态。主要方面：硬件组态和软件组态。硬硬件件组组组组态态主主要要是是根根据据现现场场的的使使用用要要求求来来确确定定硬硬件件的的模模块块化化配配置置，常常见见的的内内容容包包括括操操作作站站（工工程程师师站站和和操操作作员员站站）的的选选择择、现现场场控控制制站
152、站的的配配置置以以及及电源的选择。电源的选择。软软件件组组态态的的内内容容比比硬硬件件组组态态要要多多得得多多，一一般般包包括括基基本本配配置置组组态态和和应应用用软软件件组组态态。DCS的的组组态态功功能能是否强大和方便时期能否为用户接受的重要原因。是否强大和方便时期能否为用户接受的重要原因。7/20/2024126典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. DCS的操作软件的操作软件一一般般来来讲讲，操操作作站站要要完完成成实实时时数数据据管管理理、历历史史数数据据存存储储和和管管理理、控控制制回回路路调调节节和和显显示示、生生产产工工艺艺流
153、流程程画画面面显显示示、系系统统状状态态、趋趋势势显显示示以以及及生生产产记记录录的的打打印印和和管管理理等等功功能能，实实现现这这些些功功能能的的关关键键就就是是实实时时多多任任务务操作系统和数据库管理。操作系统和数据库管理。7/20/2024127典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（1）操作站的软件系统都是以实时多任）操作站的软件系统都是以实时多任务操作系统为核心务操作系统为核心 实实时时多多任任务务操操作作系系统统与与一一般般操操作作系系统统的的最最大大区区别别就就是是实实时时多多任任务务执执行行核核心心，它它为为计计算算机机硬硬件件和
154、和在在其其上上运运行行的的软软件件提提供供了了逻逻辑辑接接口口（Logic Interface）以以及及任任务务调调度度、任任务务间间通通信信、资资源源管管理理等等功功能能。它它应应具具有有下列实时特征。下列实时特征。异步事件响应异步事件响应任务切换能力任务切换能力中断响应能力中断响应能力优先级中断和调度优先级中断和调度强占式调度能力强占式调度能力同步能力同步能力7/20/2024128典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）实时数据库）实时数据库实实时时数数据据是是DCS最最基基本本的的资资源源，DCS的的实实时时数数据据库库是是全全局局数
155、数据据库库，通通常常采采用用分分布布式式数数据据库库结结构构，因因此此，数数据据库库系系统统在在不不同同层层次次上上采采用用的的结结构构不不同同。在在现现场场控控制制站站上上存存储储该该站站所所用用的的各各种种点点记记录录的的全全记录信息。记录信息。操操作作站站的的实实时时数数据据库库由由实实时时数数据据和和管管理理程程序序两两部部分分组组成成。实实时时数数据据部部分分由由数数据据库库生生成成软软件件生生成成，通通过过网网络络下下载载到到现现场场控控制制站站，将将各各点点的的完完整整记记录录只只存存放放在在现现场场控控制制站站中中，而而点点值值与与点点状状态态等等部部分分信信息息存存放放在在操
156、操作作站站数数据据库库中中。管管理理程程序序负负责责对对实实时时数数据据的的系系统统管管理理（如如备备份份、下下载载等等）以以及及处处理理其其它它任任务务对对实实时时数数据据的的实实时时请请求求，井井将将其其它它任任务务对对现现场场控控制制站站的的数数据据请请求求转转换换成成标标准准格格式式发发送送给给网络通信管理任务。网络通信管理任务。 7/20/2024129典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（3）历史数据库）历史数据库为为了了便便于于操操作作人人员员或或工工程程师师对对系系统统各各点点进进行行变变化化趋趋势势分分析析以以及及管管理理人人
157、员员对对系系统统进进行行综综合合分分析析，必必须须在在操操作作站站上上建建立立一一个个历历史史数数据据库库将将一一段段时时间间内内的的历历史史数数据据存存储储起起来来。为为了了适适应应不不同同的的用用途途，历历史史数数据据库库一一般般要要包包括括以以下下几几种种数数据据：短短时时间间间间隔隔历历史史数数据据和和长长时时间间间间隔隔历历史史数数据据。前前者者主主要要用用来来显显示示趋趋势势曲曲线线用用，存存储储间间隔隔一一般般是是秒秒级级，而而后后者者主主要要用用来来进进行行长长时间的趋势分析、记录打印和统计计算。时间的趋势分析、记录打印和统计计算。7/20/2024130典型计算机控制系统简介
158、课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（4）网络通信管理）网络通信管理由由前前面面分分析析知知道道，DCS实实时时数数据据库库是是全全局局、分分布布式式数数据据库库，操操作作员员站站对对DCS集集中中管管理理和和操操作作的的基基础础就就是是系系统统的的网网络络通通信信，它它是是DCS的的关关键键技技术术之之一一。DCS对对网网络络通通信信的的要要求求可可以以概概括括为为高高可可靠靠性性、实实时时性性和和灵灵活活性性。高高可可靠靠性性即即要要求求在在硬硬件件上上高高度度可可靠靠，同同时时在在软软件件上上要要有有较较好好的的容容错错能能力力，即即当当收收到到不不正正确确的
159、的信信息息包包或或有有不不正正确确的的通通信信要要求求时时，它它能能够够自自动动处处理理，而而不不会会造造成成死死机机。实实时时性性则则要要求求现现场场控控制制站站的的实实时时数数据据要要及及时时广广播播到到操操作作站站，同同时时，该该站站对对其其它它站站的的定定向向请请求求要要及及时时实实现；灵活性指能够支持多种数据信息格式的能力。现；灵活性指能够支持多种数据信息格式的能力。7/20/2024131典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.5.4 DCS的特点的特点DCS问问世世以以来来，广广泛泛地地应应用用于于工工业业控控制制的的各各个个领领
160、域域。究究其其原原因因是是DCS有有一一系系列列的的特特点点和和优优点点，主主要表现在以下要表现在以下6各方面：各方面：l分散性和集中性分散性和集中性l自治性和协调性自治性和协调性l灵活性和扩展性灵活性和扩展性l先进性和继承性先进性和继承性l可靠性和适应性可靠性和适应性l友好性和新颖性友好性和新颖性7/20/2024132典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.5.5 DCS的发展趋势的发展趋势传传统统的的DCS基基于于模模拟拟仪仪表表，现现场场信信号号的的检检测测、传传输输与与控控制制还还是是保保留留了了与与常常规规仪仪表表相相同同的的方方式
161、式，即即通通过过传传感感器器或或变变送送器器检检测测物物理理信信号号并并转转换换成成标标准准的的420mA信信号号以以模模拟拟方方式式进进行行传传输输。这这种种方方式式在在检检测测环环节节方方面面存存在在的的问问题题是是精精度度低低、动动态态补补偿偿能能力力差差、无无自自诊诊断断功功能能；同同时时由由于于各各DCS开开发发商商生生产产自自己己的的专专用用平平台台，使使得得不不同同厂厂商商的的DCS不不兼兼容，互操作性差。容，互操作性差。近近年年来来，随随着着新新技技术术、新新器器件件、新新方方法法、新新应应用用的的相相互互促促进进，在在DCS关关联联领领域域有有许许多多新新进进展展，主主要表现
162、在如下一些方面。要表现在如下一些方面。7/20/2024133典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1、开放式系统发展、开放式系统发展传传统统DCS的的结结构构是是封封闭闭式式的的，使使得得不不同同制制造造商商的的DCS之之间间不不兼兼容容。基基于于PC机机的的DCS较较好好的的解解决决了了这这一一问问题题，由由于于PC机机具具有有良良好好的的兼兼容容性性、低低廉廉的的价价格格和和丰丰富富的的软软硬硬件件资资源源，尤尤其其是是OPC（OLE for Process, Control）标标准准的的制制定定，大大大大简简化化了了I/O驱驱动动程程序序
163、的的开开发发，并并提提高高了了操操作作界界面面系系统统的的性性能能。用用户户可可以以根根据据自自己己的的实实际际需需要要自自由由地地选选择择不不同同开开发发商商的的产产品品，根根据据各各软软硬硬件件厂厂商商的的特特长长，合合理理分分工工合合作作，避避免免重重复复开开发发，大大大大降降低低了了系系统统的的开发成本。开发成本。7/20/2024134典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2、智能变送器，远程智能变送器，远程I/O和现场总线的发和现场总线的发展，进一步使现场测控功能下移分散展，进一步使现场测控功能下移分散随随着着微微电电子子技技术术和和
164、通通信信技技术术的的发发展展，过过程程控控制制的的功功能能进进一一步步分分散散下下移移，出出现现了了各各种种智智能能现现场场仪仪表表。这这些些智智能能变变送送器器精精度度高高、量量程程比比宽宽、重重复复性性好好，可可靠靠性性高高，而而且且具具有有双双向向通通信信和和自自诊诊断断功功能能，操操作作使使用用非非常常方方便便，节节省省安安装装费费用用和和工工作作量量，维维护护工作量也极小。工作量也极小。这这些些智智能能现现场场仪仪表表采采用用现现场场总总线线与与DCS连连接接，目目前前大大多多沿沿用用HART通通信信协协议议。智智能能远远程程I/O也也是是使使I/0处处理理能能力力更更接接近近现现场
165、场的的一一项项措措施施，诸诸多多远远程程I/O也也用用现现场场总总线线与与DCS的的控控制制器器相相连连，除除作作I/0处处理理外外，还还具具有有通通信信和和自自诊诊断断功功能能，并并可可用用手手持持监监视视器进行器进行I/0组态，将组态，将I/O处理功能下移。处理功能下移。7/20/2024135典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3、DCS、PLC、FCS相互渗透融合相互渗透融合近近年年来来，由由于于微微电电子子学学、信信息息科科学学和和控控制制技技术术在在工工业业控控制制领领域域得得到到深深入入广广泛泛的的应应用用，DCS，PLC，FCS
166、正正在在相相互互渗渗透透、融融合合地地发发展展，相相互互补补充充又又相相互互转转化化，趋趋向向于于形形成成数数字字化化、模模块块化化、网网络络化化的的分分布布式式控控制制系系统统的的较较广广泛泛的的领领域域，都都使使用用数数字字技技术术，采采用用模模块块化化结结构构，如如操操作作站站/工工作作站站、基基本本控控制制单单元元，应应用用运运算算模模件件、分分布布式式I/O、（智智能能）现现场场仪仪表表，通通过过现现场场总总线线、控控制制局局域域网网/数数据据总总线线和和系系统统网网络络（如如以以太太网网）形形成成兼兼容容可可互互联联的的过过程程控制系统。控制系统。7/20/2024136典型计算机
167、控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介4、现场总线集成于、现场总线集成于DCS系统是现阶系统是现阶段控制网络的发展趋势段控制网络的发展趋势现现场场总总线线的的出出现现促促进进了了现现场场设设备备的的数数字字化化和和网网络络化化，并并且且使使现现场场控控制制的的功功能能更更加加强强大大。在在现现阶阶段段使使现现场场总总线线与与传传统统的的DCS系系统统尽尽可可能能地地协协同同工工作作，这这种种集集成成方方案案能能够够灵灵活活地地系系统统组组态态，得得到到更更广广泛泛的的、富富于于实实用用价价值值的的应应用用。现现场场总总线线集集成成于于DCS的的方方式式可可
168、从从三三个方面来考虑。个方面来考虑。现场总线于现场总线于DCS系统系统I/O总线上的集成总线上的集成 现场总线于现场总线于DCS系统网络层的集成系统网络层的集成 现场总线通过网关与现场总线通过网关与DCS系统并行集成系统并行集成 7/20/2024137典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.6现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS）现现场场总总线线控控制制系系统统（fieldbus control system, FCS）是是一一种种以以现现场场总总线线为为基基础础的的分分布布式式网网络络自自动动化化系系统统，它它既既是是现现场场通通信信
169、网网络络系系统统，也也是是现现场场自自动动化化系系统统。它它作作为为一一种种现现场场通通信信网网络络系系统统，具具有开放式数字通信功能，可与各种通信网络。有开放式数字通信功能，可与各种通信网络。现现场场总总线线和和现现场场总总线线控控制制系系统统（FCS）的的产产生生，不不仅仅变变革革了了传传统统的的单单一一功功能能的的模模拟拟仪仪表表，将将其其改改为为综综合合功功能能的的数数字字仪仪；而而且且变变革革了了传传统统的的计计算算机机控控制制系系统统（DDC,DCS），将将输输入入、输输出出、运运算算和和控控制制功功能能分分散散分分布布到到现现场场总总线线仪仪表表中中，形形成成了了全全数字的彻底的
170、分散控制系统。数字的彻底的分散控制系统。7/20/2024138典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.6.1 现场总线控制系统的概念（现场总线控制系统的概念（FCS）现现场场总总线线是是工工业业设设备备自自动动化化控控制制的的一一种种计计算算机机局局域域网网络络。它它是是依依靠靠具具有有检检测测、控控制制、通通信信能能力力的的微微处处理理芯芯片片，数数字字化化仪仪表表（设设备备）在在现现场场实实现现彻彻底底分分散散控控制制，并并以以这这些些现现场场分分散散的的测测量量和和控控制制设设备备单单个个点点作作为为网网络络节节点点，将将这这些些点点以
171、以总总线线形形式式连连接接起起来来，形形成成一一个个现现场场总总线线控控制制系系统统。它它是是属属于于最最底底层层的的网网络络系系统统，是是网网络络集集成成式式全全分分布布控控制制系系统统，它它将将原原来来集集散散型型的的DCS系系统统现现场场控控制制机机的的功功能能，全全部部分分散散在在各各个个网网络络节节点点处处。为为此此，可可以以将将原原来来封封闭闭、专专用用的的系系统统变变成成开开放放、标标准准的的系系统统。使使得得不不同同制制造造商商的的产产品品可可以以互互连连，大大大大简简化化系系统统结结构构，降降低低成成本本，更更好好满满足足了了实实时时性性要要求求，提提高高了系统运行的可靠性。
172、了系统运行的可靠性。7/20/2024139典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.6.2 现场总线的发展过程现场总线的发展过程早早在在80年年代代中中期期，国国外外就就提提出出现现场场总总线线，但但研研究究工工作作进进展展缓缓慢慢，而而且且无无国国际际标标准准可可遵遵守守。下下面面列列举举部部分分国国际际组组织织研研究究现现场场总总线线经经过过，以以便便了了解解现现场场总线标准的产生历程。总线标准的产生历程。（1）ISA/SP501984年年 ， 美美 国国 仪仪 表表 学学 会会 ISA（ Instrument Society of Ame
173、rica） 下下 属属 的的 标标 准准 实实 施施SP（ Standard and Practice） 第第 50组组 ， 简简 称称ISA/SP50开开始始制制定定现现场场总总线线标标准准。1992年年，国国际际电电工委员会工委员会IEC批准了批准了SP50物理层标准。物理层标准。7/20/2024140典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）PROFIBUS1986年年 ， 德德 国国 开开 始始 制制 定定 过过 程程 现现 场场 总总 线线（Process Field Bus）标标准准，简简称称PROFIBUS。1990年年，完完成
174、成了了PROFIBUS标标准准制制定定工工作作，在在德德国国标标 准准 DIN19245中中 对对 其其 进进 行行 了了 论论 述述 。 1994年年 ，PROFIBUS组组织织又又推推出出了了用用于于过过程程自自动动化化的的现现场场总总线线PROFIBUS-PA（Process Automation），通通过总线供电，提供本质安全。过总线供电，提供本质安全。（3）ISP和和ISPF1992年年，由由Siemens、Foxboro、Rosemount、Fisher、Yokogawa（横横河河）、ABB等等公公司司成成立立ISP组组织织，以以德德国国标标准准PROFIBUS为为基基础础 制制
175、定定 总总 线线 标标 准准 。 1993年年 成成 立立 了了 ISP基基 金金 会会ISPF（ISP Foundation）。）。7/20/2024141典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（4）World FIP1993年年，由由Honeywell、Bailey等等公公司司牵牵头头，成成立立了了World FIP，约约有有120多多个个公公司司加加盟盟，以以法法国国标准标准FIP为基础制定现场总线标准。为基础制定现场总线标准。（5）HART和和HCF1986年年，由由Rosemount提提出出HART（Highway Addressabl
176、e Remote Transducer）协协议议即即可可寻寻址址远远程程传传感感器器数数据据通通路路通通信信协协议议，它它是是在在420mA（Dc）模模拟拟信信号号上上迭迭加加FSK数数字字信信号号，既既可可用用作作420mA（DC）模模拟拟仪仪表表，也也可可用用数数字字通通信信仪仪表表。显显然然，这这是是现现场场总总线线的的过过渡渡性性协协议议。1993年年，成成立立了了HART通通信信信信息息基基金金会会HCF， 约约 有有 70多多 个个 公公 司司 加加 盟盟 ， 如如 Siemens、Yokogawa（横横河河）、E+H、Fisher、Rosemount等。等。 7/20/20241
177、42典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（6）FF（现场总线基金会）（现场总线基金会）国国际际标标准准的的制制定定过过程程，首首先先是是企企业业标标准准，然然后后过过渡渡到到企企业业集集团团标标准准，最最后后提提交交给给具具有有世世界界性性影影响响的的权权威威学学术术组组织织批批准准。由由于于各各大大公公司司或或企企业业集集团团，极极力力维维护护自自身身的的利利益益，互互不不相相让让，致致使使现现场场总总线线标标准准化化工工作作进进展展缓缓慢慢。但但广广大大用用户户要要求求革革新新模模拟拟仪仪表表和和DCS，尽尽快快使使用用现现场场总总线线，而
178、而且且当当今今的的技技术术已已经经能能满满足足现现场场总总线线的的硬硬件件环环境境和和软软件件环环境境，各各大大仪仪表表和和DCS制制造造商商又又想想早早点点有有利利可可图图，不不想想维维持持僵僵局局。在在这这种种情情况况下下，1994年年ISPF和和World FIP握握 手手 言言 机机 ， 成成 立立 了了 现现 场场 总总 线线 基基 金金 会会FF（Fieldbus Foundation），总总部部设设在在美美国国德德克克萨萨斯州（斯州（Texas）的奥斯汀（）的奥斯汀（Austin）。）。FF是是一一个个非非商商业业的的公公正正的的国国际际标标准准化化组组织织，其其宗宗旨旨是是制制
179、定定统统一一的的国国际际现现场场总总线线标标准准，为为世世界界上上任任何何一一个个制造商或用户提供现场总线标准。制造商或用户提供现场总线标准。7/20/2024143典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.6.3 现场总线的特点现场总线的特点现现场场总总线线系系统统打打破破了了传传统统控控制制系系统统的的结结构构形形式式。传传统统模模拟拟控控制制系系统统采采用用一一对对一一的的设设备备连连线线，按按控控制制回回路路分分别别进进行行连连接接。现现场场总总线线系系统统由由于于采采用用智智能能现现场场设设备备，使使控控制制系系统统功功能能能能够够不不
180、依依赖赖控控制制室室的的计计算算机机或或控控制制仪仪表表，直直接接在在现现场场完完成成，实实现现了了彻彻底底的的分分散散控控制制。由由于于采采用用数数字字信信号号替替代代模模拟拟信信号号，因因而而可可实实现现一一线线传传输输多多个个信信号号，同同时时又又为为多多个个设设备备提提供供电电源源，现现场场设设备备以以外外不不再再 需需 要要 模模 拟拟 /数数 字字 （ A/D） 、 数数 字字 /模模 拟拟（D/A）转转换换部部件件。现现场场总总线线系系统统在在技技术术上上具具有以下特点：有以下特点：7/20/2024144典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机
181、控制系统简介（1）系统的开放性）系统的开放性（2）互操作性与互用性）互操作性与互用性（3）现场设备的智能化与功能自治性）现场设备的智能化与功能自治性（4）对现场环境的适应性）对现场环境的适应性（5）节省硬件数量与投资）节省硬件数量与投资（6）节省安装费用）节省安装费用（7）节省维护开销）节省维护开销（8）用户具有高度的系统集成主动权）用户具有高度的系统集成主动权（9）堤高了系统的准确性与可靠性）堤高了系统的准确性与可靠性7/20/2024145典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.6.4 几种典型的现场总线几种典型的现场总线过过去去10年年内
182、内，世世界界上上出出现现了了多多种种现现场场总总线线的的企企业业、集集团团或或国国家家标标准准，目目前前较较流流行行的的现现场场总总线线主主要要有有以以下下几几种种：CAN，LONWORKS，PROFIBUS，HART，FF等。等。1. CAN（控制局域网络）（控制局域网络）控控 制制 局局 域域 网网 络络 CAN（ Controller Area Network）是是由由德德国国Bosch公公司司为为汽汽车车的的监监测测和和控控制制而而设设计计的的，逐逐步步发发展展到到用用于于其其他他工工业业部部门门的的控控制制。CAN已成为国际标准化组织已成为国际标准化组织IS011898标准。标准。2
183、. LONWORKS（局部操作网络）（局部操作网络）局局部部操操作作网网络络LONWORKS（Local Operating Network）是美国）是美国Echelon公司研制的。公司研制的。7/20/2024146典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2. LONWORKS（局部操作网络）（局部操作网络）LonWorks是是由由美美国国Echelon公公司司推推出出并并由由它它们们与与摩摩托托罗罗拉拉、东东芝芝公公司司共共同同倡倡导导，于于1990年年正正式式公公布布而而形形成成的的。它它采采用用了了ISOOSI模模型型的的全全部部七七层层通
184、通讯讯协协议议，采采用用了了面面向向对对象象的的设设计计方方法法，这这是是以以往往的的现现场场总总线线所所不不支支持持的的，具具体体就就是是通通过过网网络络变变量量把把网网络络通通信信设设计计简简化化为为参参数数设设置置，其其通通讯讯速速率率从从300bps至至1.5Mbps不不等等，直直接接通通信信距距离离可可达达到到2700m(78kbps，双双绞绞线线)，支支持持双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆、光光纤纤、射射频频、红红外外线线、电电源源线线等等多多种种通通信信介介质质，并并开开发发相相应应的的本本安安防防爆爆产产品品，被被誉为通用控制网络。誉为通用控制网络。 7/20/2024147典型
185、计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. PROFIBUS（过程现场总线）（过程现场总线）过过 程程 现现 场场 总总 线线 PROFIBUS（ Process Field Bus）主主要要由由德德国国西西门门子子公公司司支支持持，是是按按照照ISO/OSI参参考考模模型型制制订订的的现现场场总总线线德德国国国国家家 标标 准准 。 PROFIBUS由由 三三 部部 分分 组组 成成 ， 即即PROFIBUS -FMS、 PROFIBUS -DP及及 PROFIBUS -PA。其其中中，FMS主主要要用用于于非非控控制制信信息息的的传传输输，PA主
186、主要要用用于于过过程程自自动动化化的的信信号号采采集集及及控控制制，PROFIBUS-DP是是制制造造业业自自动动化化主主要要应应用用的的协协议议内内容容，是是满满足足用用户户快快速速通通信信的的最最佳佳方方案案，传传输输速速度度为为12Mb/s。扫扫描描1000个个I/O点的时间少于点的时间少于1ms。 7/20/2024148典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介4. HART（可寻址远程传感器数据通路）（可寻址远程传感器数据通路）可可寻寻址址远远程程传传感感器器数数据据通通路路HART是是美美国国Rosemount研研 制制 的的 ， HA
187、RT协协 议议 参参 照照ISO/OSI模模型型的的第第1、2、7层层，即即物物理理层层、数数据据链链路路层层和和应应用用层层。HART为为一一过过渡渡性性标标准准，它它通通过过在在4-20mA电电源源信信号号线线上上叠叠加加不不同同频频率率的的 正正 弦弦 波波 （ 2200HZ表表 “0”， 1200HZ表表“1”）来来传传送送数数字字信信号号，从从而而保保证证了了数数字字系系统和传统模拟系统的兼容性。统和传统模拟系统的兼容性。7/20/2024149典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介5. FF（现场总线基金会）现场总线（现场总线基金会）
188、现场总线 FF的的体体系系结结构构参参照照ISO/OSI模模型型的的第第1、2、7层层协协议议，即即物物理理层层、数数据据链链路路层层和和应应用用层层，另另外外增增加加了了用用户户层层。FF提提供供两两种种物物理理标标准准：H1和和H2。H1为为用用于于过过程程控控制制的的低低速速总总线线，速速率率为为31.25kbps,传传输输距距离离为为200m、400m、1200m和和1900m四四种种。H2的的传传输输速速率率可可为为1Mbps和和2.5Mbps两两种种，其其通通信信距距离离分分别别为为750m和和500m。物物理理传传输输介介质质可可支支持持双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆和和光光纤纤
189、，协议符合协议符合IEC1158-2标准。标准。7/20/2024150典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.6.4现场总线控制系统的结构及特点现场总线控制系统的结构及特点现现场场总总线线控控制制系系统统作作为为新新一一代代控控制制系系统统，一一方方面面，突突破破了了DSC系系统统采采用用通通信信专专用用网网络络的的局局限限，采采用用了了基基于于公公开开化化、标标准准化化的的解解决决方方案案，克克服服了了封封闭闭系系统统所所造造成成的的缺缺陷陷；另另一一方方面面把把DCS的的集集中中与与分分散散相相结结合合的的集集散散系系统统结结构构，变变成
190、成了了新新型型全全分分布布式式结结构构，把把控控制制功功能能彻彻底底下下放放到到现现场场。可可以以说说，开开放放性性、分分散散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 7/20/2024151典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1.现场总线控制系统结构现场总线控制系统结构现现场场总总线线控控制制系系统统中中各各控控制制器器节节点点下下放放分分散散到到现现场场，构构成成一一种种彻彻底底的的分分布布式式控控制制体体系系结结构构，网网络络拓拓扑扑结结构构任任意意，可可为为总总线线形形、星星形形、环环形形等等，通
191、通讯讯介介质质不不受受限限制制，可可用用双双绞绞线线、电电力力线线、无无线线、红红外外线线等等各各种种形形式式。FCS形形成成的的Infranet控控制制网网很很容容易易与与Intranet企企业业内内部部网网和和Internet全全球球信信息息网网互互连连，构构成成一一个个完完整整的的企企业业网网络络三三级级体体系结构。系结构。7/20/2024152典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介图图8. 17 现场总线控制系统的典型结构图现场总线控制系统的典型结构图7/20/2024153典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简
192、介典型计算机控制系统简介2.现场总线控制系统的特点现场总线控制系统的特点（1）开放性和可互操作性）开放性和可互操作性 开开放放性性意意味味FCS将将打打破破DCS大大型型厂厂家家的的垄垄断断，给给中中小小企企业业发发展展带带来来了了平平等等竞竞争争的的机机遇遇。可可互互操操作作性性实实现现控控制制产产品品的的“即即插插即即用用”功功能能，从从而而使使用用户户对对不不同同厂厂家家工工控产品有更多的选择余地。控产品有更多的选择余地。 7/20/2024154典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）彻底的分散性）彻底的分散性 彻彻底底的的分分散散性
193、性意意味味着着系系统统具具有有较较高高的的可可靠靠性性和和灵灵活活性，系统很容易进行重组和扩建，且易于维护。性，系统很容易进行重组和扩建，且易于维护。 （3）低成本）低成本 衡衡量量一一套套控控制制系系统统的的总总体体成成本本，不不仅仅考考虑虑其其造造价价，而而且且应应该该考考察察系系统统从从安安装装调调试试到到运运行行维维护护整整个个生生命命周周期期内内总总投投入入。相相对对DCS而而言言，FCS开开放放的的体体系系结结构构和和OEM技技术术将将大大大大缩缩短短开开发发周周期期，降降低低开开发发成成本本，且且彻彻底底分分散散的的分分布布式式结结构构将将1对对1模模拟拟信信号号传传输输方方式式
194、变变为为1对对N的的数数字字信信号号传传输输方方式式，节节省省了了模模拟拟信信号号传传输输过过程程中中大大量量的的A/D、D/A转转换换装装置置、布布线线安安装装成成本本和和维维护护费费用用。因此从总体上来看，因此从总体上来看，FCS的成本大大低于的成本大大低于DCS的成本。的成本。 7/20/2024155典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介FCS的的技技术术关关键键是是智智能能仪仪表表技技术术和和现现场场总总线线技技术术。智智能能仪仪表表不不仅仅具具有有精精度度高高、可可自自诊诊断断等等优优点点，而而且且具具有有控控制制功功能能，必必将将取
195、取代代传传统统的的4-20mA模模拟拟仪仪表表。连连接接现现场场智智能能仪仪表表的的现现场场总总线线是是一一种种开开放放式式、数数字字化化、多多接接点点的的双双向向传传输输串串行行数数据据通通路路，它它是是计计算算机机技技术术、自自动动控控制制技技术术和和通通信信技技术术相相结结合合的的产产物物。结结合合PC丰丰富富的的软软硬硬件件资资源源，既既克克服服了了传传统统控控制制系系统统的的缺缺点点，又又极极大大地地提提高高了了控控制制系系统统的的灵灵活活性性和和效效率率，形形成成了了一一种种全全新新的的控控制制系系统统，开开创创了了自自动动控控制制的的新新纪元，成为自动控制发展的必然趋势。纪元，成
196、为自动控制发展的必然趋势。7/20/2024156典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.7计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMS）随随着着近近年年来来计计算算机机技技术术，特特别别是是计计算算机机网网络络技技术术的的飞飞速速发发展展，工工业业企企业业中中计计算算机机及及其其网网络络的的应应用用已已日日益益普普及及。通通过过计计算算机机网网络络，能能够够将将原原本本孤孤立立的的各各个个计计算算机机系系统统（即即所所谓谓的的计计算算机机“信信息息孤孤岛岛”），包包括括生生产产过过程程计计算算机机自自动动控控制制系系统统，连连在在一一起起
197、，实实现现它它们们之之间的信息交互、数据共享间的信息交互、数据共享 。计计 算算 机机 集集 成成 制制 造造 系系 统统 CIMS（ Computer Integrated Manufacturing Systems）正正是是反反映映了了工工业企业计算机应用的这种趋势，因此近年来发展迅速。业企业计算机应用的这种趋势，因此近年来发展迅速。本本节节主主要要介介绍绍CIMS的的基基本本概概念念、流流程程工工业业CIMS与与离离散散工工业业CIMS的的区区别别、流流程程工工业业CIMS的的体体系系结结构构、核心问题和关键技术等。核心问题和关键技术等。7/20/2024157典型计算机控制系统简介课件
198、第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.7.1概述概述1.CIMS的概念的概念CIMS即即计计算算机机集集成成制制造造系系统统，是是基基于于1973年年美美国国Joseph Harrington博博士士在在其其博博士士论论文文Computer Integrated Manufacturing中中首首次次 提提 出出 的的 CIM（ Computer Integrated Manufacturing 计计算算机机集集成成制制造造）的的概概念念而而构构成成的一种现代制造系统。的一种现代制造系统。7/20/2024158典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制
199、系统简介典型计算机控制系统简介Harrington博博士士提提出出的的CIM概概念念包包含含两两个个基基本本观点：观点：企企业业生生产产的的各各个个环环节节，即即从从市市场场分分析析、产产品品设设计计、加加工工制制造造、经经营营管管理理到到售售后后服服务务的的全全部部生生产产活活动动，彼彼此此是是紧紧密密连连接接的的，是是一一个个不不可可分分割割的的整整体体，应应该该在在企企业业整整体体框框架架下下统统一一考考虑虑各各个个环环节节的的生生产产活活动；动；整整个个生生产产过过程程的的实实质质是是一一个个数数据据的的采采集集、传传递递和和加加工工处处理理的的过过程程，最最终终形形成成的的产产品品可
200、可以以看看作作是是“数据数据”的物质表现。的物质表现。应应该该说说，这这一一概概念念具具有有很很强强的的超超前前意意识识，正正确确的的指指出出了了在在未未来来的的计计算算机机时时代代企企业业运运行行管管理理的的最最佳佳模式。模式。7/20/2024159典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介由由于于当当时时技技术术条条件件和和市市场场发发展展的的限限制制，特特别别是是计计算算机机用用尚尚不不普普遍遍，CIM这这种种先先进进的的制制造造概概念念在在一一段段时时间间内内一一直直停停留留在在理理论论阶阶段段。直直到到80年年代代初初，随随着着计计算算机
201、机技技术术，特特别别是是网网络络技技术术的的迅迅速速发发展展，CIM概概念念才才逐逐渐渐被被一一些些发发达达国国家家所所重重视视，并并开开始始在在工工业业企企业业界界广广泛泛采采用用。在在欧欧洲洲、美美国国、日日本本，很很多多企企业业以以CIM为为指指导导思思想想，对对原原有有运运行行管管理理模模式式进进行行改改造造，成成功功地地完完成成了了许许多多CIMS应应用用工工程程，企企业业的的生生产产经经营营效效率率大大大大提提高高，在在国国际际市市场场竞竞争争中中处处于于非非常常有有利利的的领领导导地位。地位。7/20/2024160典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介
202、典型计算机控制系统简介经经过过十十多多年年对对CIM概概念念的的深深入入研研究究、探探索索，以以及及结结合合我我国国国国情情的的实实践践，863/CIMS主主题题对对CIM和和CIMS的的阐阐述述分分别别为为：“CIM是是一一种种组组织织、管管理理与与运运行行企企业业生生产产的的理理念念，它它借借助助于于计计算算机机硬硬件件和和软软件件，综综合合运运用用现现代代管管理理技技术术、制制造造技技术术就就、信信息息技技术术、自自动动化化技技术术、系系统统工工程程技技术术，将将企企业业生生产产全全过过程程中中的的有有关关人人/组组织织、技技术术、经经营营管管理理三三要要素素及及其其信信息息流流、物物流
203、流和和价价值值流流有有机机集集成成并并优优化化运运行行，实实现现企企业业制制造造活活动动的的计计算算机机化化、信信息息化化、智智能能化化、集集成成优优化化，以以达达到到产产品品上上市市快快、高高质质、低低耗耗、服服务务好好、环环境境清清洁洁，进进而而提提高高企企业业的的柔柔性性、健健壮壮性性、敏敏捷捷性性，使使企企业业赢赢得得市市场场竞竞争争”；“CIMS是是一一种种基基于于CIM哲哲理理构构成成的的计计算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统”。7/20/2024161典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系
204、统简介CIM是是一一种种组组织织、管管理理与与运运行行企企业业生生产产的的哲哲理理，其其宗宗旨旨是是使使企企业业的的产产品品质质量量高高、成成本本低低、上上市市快快、服服务务好好，环环境境清清洁洁，使使企企业业提提高高柔柔性性、健健壮壮性性、敏敏捷捷性以适应市场变化，进而使企业赢得竞争。性以适应市场变化，进而使企业赢得竞争。企企业业生生产产的的各各个个环环节节，即即市市场场分分析析、经经营营决决策策、管管理理、产产品品设设计计、工工艺艺规规则则、加加工工制制造造、销销售售、售售后服务等全部活动过程是一个不可分割的有机整体。后服务等全部活动过程是一个不可分割的有机整体。企企业业生生产产过过程程的
205、的要要素素包包括括人人/组组织织、技技术术及及经经营营管管理理，其其中中尤尤其其要要继继续续发发挥挥人人在在现现代代企企业业生生产产的的主主导导作用，进而实现各要素间的集成优化。作用，进而实现各要素间的集成优化。7/20/2024162典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介企企业业生生产产活活动动中中包包括括信信息息流流(采采集集、传传递递和和加加工工处处理理)、物物流流及及价价值值流流体体现现在在产产品品上上 市市 速速 度度 T(Time to Market)、 质质 量量Q(Quality)、 成成 本本 C(Cost)、 服服 务务S(S
206、ervice)、环境、环境E(Environment)方面方面。CIM技技术术是是基基于于传传统统制制造造技技术术、信信息息技技术术、管管理理技技术术、自自动动化化技技术术、系系统统工工程程技技术术的的一门综合性技术。一门综合性技术。CIM的的主主要要特特征征是是“四四化化”即即计计算算机机化、信息化、智能化和集成化。化、信息化、智能化和集成化。CIM的的哲哲理理及及有有关关技技术术不不仅仅适适用用于于离离散散型型制制造造业业，而而且且还还适适用用于于流流程程工工业业及及混混合合型型制造业。制造业。7/20/2024163典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算
207、机控制系统简介2. CIMS的发展的发展CIMS是是以以离离散散制制造造业业的的需需求求为为应应用用基基础础产产生生和和发发展展起起来来的的。所所谓谓离离散散制制造造业业，是是指指现现在在制制造造工工业业中中以以机机械械、电电子子等等零零部部件件加加工工、装装配配、调调试试、检检验验为为主主要要生生产产手手段段 ，生生产产各各种种 工工业业产产品品、民民用用和和军军用用产产品品的的工工业业行行业业，其其产产品品或或零零部部在在制制造造加加工工过过程程中中从从形形态态上上和和加加工工工工序序上上看看均均呈呈离离散散状状态态，如如机机床床、机机械械设设备备、汽汽车、仪器仪表、家电等行业。车、仪器仪
208、表、家电等行业。7/20/2024164典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介1952年年，第第一一台台数数控控机机床床（NC）在在美美国国诞诞生生，标标志志着着计计算算机机辅辅助助制制造造（CAM）的的开开始始，一一般般也也被被认认为为是是CIMS的的起起点点。随随着着计计算算机机技技术术的的发发展展和和复复杂杂零零件件加加工工的的需需求求，计计算算机机辅辅助助制制造造技技术术已已从从简简单单的的数数控控机机床床发发展展到到自自动动编编程程处处理理及及计计算算机机控控制制的的数数控控机机床床（CNC）、加加工工中中心心（MC），70年年代代末末
209、出出现现的的柔柔性性制制造造系系统统（FMS）包包括括了了制制造造加加工工过过程程的的加加工工、物物料料储储运运、刀刀具具管管理理等等功功能能及及集集成成，新新近近出出现现的的全全能能制制造造系系统统（HMS）等等先先进进的的制制造造装装备备与与策策略略，则则同同时时从从产产品品设设计计、工工艺艺计计划划到到生生产产管管理理等等各各个个环环节节都广泛采用了计算机辅助技术。都广泛采用了计算机辅助技术。7/20/2024165典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介计计算算机机辅辅助助设设计计（CAD）技技术术产产生生于于60年年代代，目目的的是是解解
210、决决飞飞机机等等复复杂杂产产品品的的没没计计问问题题。由由于于计计算算机机硬硬件件和和软软件件发发展展的的限限制制，CAD技技术术直直到到70年年代代才才投投入入实实际际应应用用，但但发发展展极极其其迅迅速速。目目前前已已有有大大量量的的二二维维、三三维维CAD商商品品化化软软件件工工具具，可可以以完完成成产产品品设设计计、运运动动学学及及动动力力学学仿仿真真、材材料料分分析析乃乃至虚拟制造等多种功能。至虚拟制造等多种功能。7/20/2024166典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介为为了了将将CAD和和CAM结结合合集集成成为为一一个个完完整
211、整的的系系统统，即即在在CAD作作出出设设计计后后，立立即即由由计计算算机机辅辅助助工工艺艺师师制制定定出出工工艺艺计计划划，并并自自动动生生成成CAM系系统统代代码码，由由CAM系系统统完完成成产产品品的的制制造造，计计算算机机辅辅助助工工艺艺（CAPP）于于70年年代代应应运运而而生生。CAPP能能显显著著提提高高工工艺艺文文件件的的质质量量和和工工作作效效率率，减减少少工工艺艺规规程程编编制制对对工工艺艺人人员员的的依依赖赖，大大大大缩缩短短生生产产准准备备周期。周期。7/20/2024167典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介除除此此之
212、之外外，计计算算机机技技术术的的广广泛泛应应用用还还导导致致了了在在离离散散制制造造业业一一大大批批新新技技术术产产生生，以以解解决决其其所所面面临临的的各各种种问问题题。这这些些新新技技术术包包括括计计算算机机辅辅助助工工程程（CAE）、原原材材料料需需求求计计划划（MRP）、制制造造资资源源计计划划（MRP-II）等等。其其中中MRP和和MRP-II是是计计算算机机辅辅助助生生产产管管理理（CAPM）的的主主要要内内容容，具具有有年年、月月、周周生生产产计计划划制制定定、物物料料需需求求计计划划制制定定、生生产产能能力力（资资源源）的的平平衡衡、仓仓库库等等管管理理、市场预测、长期发展战略
213、计划制定等功能。市场预测、长期发展战略计划制定等功能。7/20/2024168典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介但但由由于于这这些些新新技技术术和和自自动动化化系系统统独独立立地地分分布布在在整整个个生生产产过过程程的的各各个个子子系系统统中中，只只是是使使局局部部达达到到了了优优化化运运行行与与自自动动控控制制，不不能能使使整整个个生生产产过过程程一一直直处处于于最最优优状状态态下下运运行行，因因此此仍仍然然不不能能满满足足市市场场变变化化的的需需求求。为为了了解解决决这这个个问问题题，人人们们开开始始向向新新的的高高度度进进行行探探索索，
214、即即用用大大系系统统的的概概念念，把把各各部部门门内内部部以以及及各各部部门门之之间间孤孤立立的的、局局部部的的计计算算机机系系统统与与自自动动化化系系统统在在新新的的管管理理模模式式及及制制造造工工艺艺的的指指导导下下，综综合合应应用用优优化化理理论论、信信息息技技术术，通通过过计计算算机机网网络络及及分分布布式式数数据据管管理理系系统统有有机机地地集集成成起起来来，构构成成一一个个完完整整的的系系统统，以以达达到到企企业业的的最最高高目目标标效效益益。因因此此，自自80年年代代中中期期以以来来，以以CIMS为为标标志志的的综综合合生生产产自自动动化化逐逐渐渐成成为为离离散制造业的热点。散制
215、造业的热点。7/20/2024169典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介一一般般来来说说，CIMS是是在在自自动动化化技技术术、信信息息技技术术以以及及制制造造技技术术的的基基础础上上，通通过过计计算算机机及及其其软软件件，将将与与制制造造工工厂厂全全部部生生产产活活动动有有关关的的各各种种分分散散的的计计算算机机系系统统、自自动动化化系系统统有有机机地地集集成成起起来来，适适用用于于多多品品种种、小小批批量量生生产产的的高高效效率率、高高柔柔韧韧性性的的制制造造系系统统。它它必须包含两个特征：必须包含两个特征：在在功功能能上上，CIMS包包含
216、含了了一一个个制制造造工工厂厂的的全全部部生生产产经经营营活活动动，即即从从市市场场预预测测、产产品品设设计计、加加工工制制造造、质质量量管管理理到到售售后后服服务务的的全全部部活活动动，比比传传统统的的工工厂厂自动化范围大得多，是一个复杂的大系统；自动化范围大得多，是一个复杂的大系统；CIMS涉涉及及的的计计算算机机系系统统、自自动动化化系系统统并并不不是是工工厂厂各各个个环环节节的的计计算算机机系系统统、自自动动化化的的简简单单相相加加，而而有有机机的的集集成成，包包括括物物料料和和设设备备的的集集成成，更更重重要要的的是是以以信信息息集集成成为为本本质质的的技技术术集集成成，也也包包括括
217、人人的的集集成。成。7/20/2024170典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介由由此此可可见见，CIMS是是一一种种基基于于计计算算机机和和网网络络技技术术的的新新型型制制造造系系统统，不不仅仅包包括括和和集集成成了了CAD、CAM、CAPP、CAE等等生生产产环环节节的的先先进进制制造造技技术术和和MRP、MRP-II等等先先进进的的调调度度、管管理理、决决策策策策略略与与技技术术，而而且且包包括括和和集集成成了了企企业业所所有有与与生生产产经经营营有有关关环环节节的的活活动动与与技技术术，其其目目的的就就是是为为了了追追求求高高效效率率、
218、高高柔柔性性，最最后后取取得得高高效效益，以满足市场竞争的需求。益，以满足市场竞争的需求。7/20/2024171典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介CIMS的的应应用用给给离离散散制制造造业业发发展展带带来来了了新新的的强强大大动动力力。在在欧欧美美以以及及日日本本等等先先进进工工业业国国家家，制制造造业业已已基基本本实实现现了了CIMS化化，使使其其产产品品质质量量高高、成成本本低低，在在市市场场上上长长期期保保持持强强盛的竞争势头。盛的竞争势头。7/20/2024172典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计
219、算机控制系统简介在在高高新新技技术术不不断断出出现现、市市场场不不断断国国际际化化的的今今天天，虚虚拟拟制制造造（Virtual Manufacturing）、敏敏捷捷制制造造（ Agile Manufacturing） 、 并并 行行 工工 程程（ Concurrent Engineering） 、 绿绿 色色 制制 造造（ Green Manufacturing） 、 智智 能能 制制 造造 系系 统统（IMS）等等新新的的制制造造技技术术以以及及及及时时制制生生产产（JIT）、企企业业资资源源计计划划（ERP）、供供应应链链管管理理（SCM）等等新新的的经经营营管管理理技技术术使使CIM
220、S的的内内容容越越来来越越充充实实，Internet/Intranet/Extranet和和多多媒媒体体等等计计算算机机网网络络新新技技术术、网网络络化化数数据据仓仓库库技技术术以以及及产产品品数数据据管管理理（PDM）技技术术等等支支撑撑技技术术的的发发展展使使CIMS的的功功能能越越来来越越强强大大，实实际际上上已已经经使使CIMS由由初初始始含含义义的的计计算算机机集集成成制制造造系系统统演演化化为为新新一一代代的的CIMS-现现代代集集成成制制 造造 系系 统统 （ Contemporary Integrated Manufacturing Systems）。）。7/20/202417
221、3典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介CIMS首首先先在在离离散散制制造造业业的的成成功功应应用用和和巨巨大大效效益益，使使得得CIM哲哲理理在在其其它它许许多多行行业业，如如商商业业、交交通通运运输输业业等等也也受受到到了了极极大大重重视视，在在制制造造业业的的另另一一重重要要领领域域流流程程工工业业中中CIMS更更是是得得到到了了迅迅速速的的发发展展。到到目目前前为为止止，虽虽然然还还没没有有完完全全按按照照较较为为成成熟熟的的离离散散CISM框框架架建建立立的的流流程程企企业业CIMS的的完完整整报报道道，但但实实际际上上，有有很很多多流
222、流程程企企业业都都已已经经按按照照各各自自需需要要建建立立了了各各种种类类型型的的相相应应系系统统。由由于于流流程程工工业业与与离离散散制制造造业业有有许许多多明明显显的的差差别别，因因而而流流程程工工业业CIMS与与离离散散工工业业CIMS相相比比较较，也也相相应应存存在在着着许许多多自自己己的独特之处。的独特之处。7/20/2024174典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.7.2 流程工业流程工业CIMS与离散工业与离散工业CIMS之比较之比较1.流程工业特点流程工业特点流流程程工工业业属属于于广广义义的的制制造造工工业业，一一般般是是
223、指指通通过过物物理理上上的的混混合合、分分离离、成成型型或或化化学学反反应应使使原原材材料料增增值值的的行行业业。其其生生产产过过程程一一般般是是连连续续的的或或成成批批的的，需需要要严严格格的的过过程程控控制制和和安安全全性性措措施施具具有有工工艺艺过过程程相相对对固固定定、产产品品规规格格较较少少、批批量量较较大大等等特特点点，主主要要包包括括化化工工、冶冶金金、石石油油、电电力力、橡橡胶胶、制制药药、食食品品、造造纸纸、塑料、陶瓷等行。塑料、陶瓷等行。流流程程工工业业也也是是重重要要的的制制造造工工业业，在在我我国国，石石油油，化化工工，电电力力，冶冶金金等等流流程程工工业业的的产产值值
224、占占全全国国工工业业总总产产值值的的70以以上上，因此提高流程企业的竞争力，具有十分重大的意义。因此提高流程企业的竞争力，具有十分重大的意义。离离散散制制造造业业，包包括括汽汽车车、机机床床、家家用用电电器器等等行行业业，由由于于市市场场对对产产品品更更新新的的要要求求高高，企企业业除除了了考考虑虑产产品品的的质质量量和和成成本本外外，还还必必须须在在新新产产品品上上市市速速度度和和生生产产的的柔柔性性方方面面狠狠下下功功夫夫，才才能能保保持持市市场场竞竞争争力力。而而流流程程工工业业由由于于产产品品变变化化较较少少，生生产产工工艺艺固固定定，产产品品批批量量大大，因因此此流流程程工工业业企企
225、业业提提高高自自身身竞竞争争力力的的关关键键提提高高产产品质量，讲的生产成本。品质量，讲的生产成本。7/20/2024175典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介2 . 流程工业流程工业CIMS流流程程工工业业计计算算机机集集成成制制造造系系统统（流流程程工工业业 CIMS）是是CIM思思想想在在流流程程工工业业中中的的应应用用和和体体现现。其其含含义义是是：在在获获取取生生产产流流程程所所需需全全部部信信息息的的基基础础上上，将将分分散散的的过过程程控控制制系系统统、生生产产调调度度系系统统和和管管理理决决策策系系统统等等有有机机地地集集成成起
226、起来来，综综合合运运用用自自动动化化技技术术、信信息息技技术术、计计算算机机技技术术、系系统统工工程程技技术术、生生产产加加工工技技术术和和现现代代管管理理科科学学，从从生生产产过过程程的的全全局局出出发发，通通过过对对生生产产活活动动所所需需的的各各种种信信息息的的集集成成，形形成成一一个个集集控控制制、监监测测、优优化化、调调度度、管管理理、经经营营、决决策策等等功功能能于于一一体体，能能适适应应各各种种生生产产环环境境和和市市场场需需求求的的、总总体体最最优优的的、高高质质量量、高高效效益益、高高柔柔性性的的现现代代化化企企业业综综合合自自动动化化系系统统，以以达达到到提提高高企企业业经
227、济效益、适应能力和竞争能力的目的。经济效益、适应能力和竞争能力的目的。7/20/2024176典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介3. 流程流程CIMS与离散与离散CIMS的比较的比较流流程程CIMS与与离离散散CIMS都都是是CIM这这里里在在不不同同领领域域的的应应用用，在在财财务务、采采购购、销销售售、资资产产和和人人力力资资源源管管理理等等方方面面基基本本相相似似，它们的主要区别如下它们的主要区别如下:7/20/2024177典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（1）在生产计划方面）在生
228、产计划方面流流程程CIMS的的生生产产计计划划可可以以从从生生产产过过程程中中具具有有过过程程特特征征的的任任何何环环节节开开始始，离离散散CIMS只只能能从从生生产产过过程程的的起起点点开开始始计计划划；流流程程CIMS采采用用过过程程结结构构和和配配方方进进行行物物料料需需求求计计划划，离离散散CIMS采采用用物物料料清清单单进进行行物物料料需需求求计计划划；流流程程CIMS一一般般同同时时考考虑虑生生产产能能力力和和物物料料，离离散散CIMS必必须须先先进进行行物物料料需需求求计计划划，后后进进行行能能力力需需求求计计划划；离离散散CIMS的的生生产产面面向向定定单单，依依靠靠工工作作单
229、单传传递递信信息息，作作业业计计划划限限定定在在一一定定时时间间范范围围之之内内，流流程程CIMS的的生生产产主主要要面面向向库库存存，没没有有作作业业单单的的概概念念，作作业业计计划划中中也也没没有有可可提提供供调调节节的的时间。时间。7/20/2024178典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（2）在工程设计方面）在工程设计方面流流程程CIMS中中新新产产品品开开发发过过程程不不必必与与正正常常的的生生产产管管理理、制制造造过过程程集集成成，可可以以不不包包括括工工程程设设计计子子系系统统，离离散散CIMS由由于于产产品品工工艺艺结结构构复
230、复杂杂、更更新新周周期期短短，新新产产品品开开发发和和正正常常的的生生产产制制造造过过程程中中都都有有大大量量的的变变形形设设计计任任务务，需需要要进进行行复复杂杂的的结结构构设设计计、工工程程分分析析、精精密密绘绘图图、数数控控编编程程等等，工工程程设设计计子子系系统统是其不可缺少的重要子系统之一。是其不可缺少的重要子系统之一。7/20/2024179典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（3）在调度管理方面）在调度管理方面流流程程CIMS中中要要考考虑虑产产品品配配方方、产产品品混混合合、物物料料平平衡衡、污污染染防防治治等等问问题题，需需要
231、要进进行行主主产产品品、副副产产品品、协协产产品品、废废品品、成成品品、半半成成品品和和回回流流物物的的管管理理，而而在在生生产产过过程程中中占占有有重重要要地地位位的的热热蒸蒸汽汽、冷冷冻冻水水、压压缩缩空空气气、水水、电电等等动动力力、能能源源辅辅助助系系统统也也应应纳纳入入CIMS的的集集成成框框架架，离离散散CIMS则则不不必必考考虑虑这这些些问问题题；流流程程CIMS中中生生产产过过程程的的柔柔性性是是靠靠改改变变各各装装置置间间的的物物流流分分配配和和生生产产装装置置的的工工作作点点来来实实现现的的，必必须须要要由由先先进进的的在在线线优优化化技技术术、控控制制技技术术来来保保证证
232、，离离散散CIMS的的生生产产柔柔性性则则是是靠靠生生产产重重组组等等技技术术来来保保证证；流流程程CIMS的的质质量量管管理理系系统统与与生生产产过过程程自自动动化化系系统统、过过程程监监控控系系统统紧紧密密相相关关，产产品品检检验验以以抽抽样样方方式式为为主主，采采用用统统计计质质量量控控制制，产产品品检检验验与与生生产产过过程程控控制制、管管理理系系统统严严格格集集成成、密密切切配配合合，离离散散CIMS的的质质量量控控制制子子系系统统则则是是其其中中相相对对独独立立的的一一部部分。分。7/20/2024180典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制
233、系统简介（4）在信息处理方面）在信息处理方面流流程程CIMS要要求求实实时时在在线线采采集集大大量量的的生生产产过过程程数数据据、工工艺艺质质量量数数据据、设设备备状状态态数数据据等等，要要及及时时处处理理大大量量的的动动态态数数据据，同同时时保保存存许许多多历历史史数数据据，并并以以图图表表、图图形形的的形形式式予予以以显显不不，而而离离散散CIMS在在这这方方面面的的需需求求则则相相对对较较少少；流流程程CIMS的的数数据据库库主主要要由由实实时时数数据据库库与与历历史史数数据据库库组组成成，前前者者存存放放大大量量的的体体现现生生产产过过程程状状态态的的实实时时测测量量数数据据，如如过过
234、程程变变量量、设设备备状状态态、工工艺艺参参数数等等，实实时时性性要要求求高高，离离散散CIMS的的数数据据库库则则是是主主要要以以产产品品设设计计、制制造造、销销售售、维维护护整整个个生生命命周周期期中中的的静静态数据为主，实时性要求不高。态数据为主，实时性要求不高。7/20/2024181典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介(5) 在安全可靠性方面在安全可靠性方面流流程程CIMS由由生生产产的的连连续续性性和和大大型型化化，必必须须保保证证生生产产高高效效、安安全全、稳稳定定运运行行，实实现现稳稳产产、高高产产，才才能能获获取取最最大大的的
235、经经济济效效益益，因因此此安安全全可可靠靠生生产产是是流流程程工工业业的的首首要要任任务务，必必须须实实现现全全生生产产过过程程的的动动态态监监控控，使使其其成成为为CIMS集集成成系系统统中中不不可可缺缺少少的的一一部部分分，离离散散CIMS则则偏偏重重于于单单个个生生产产装装置置的的监监控控，监监控控的的目目的的是是保保证证产产品品技技术术指指标标的的一一致致性性，并并为为实实现现柔柔性性生生产产提提供有用信息。供有用信息。7/20/2024182典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（6）在经营决策方面）在经营决策方面流流程程CIMS主主要
236、要通通过过稳稳产产、高高产产、提提高高产产品品产产量量和和质质量量、降降低低能能耗耗和和原原料料、减减少少污污染染来来提提高高生生产产效效率率，增增加加经经济济效效益益，离离散散CIMS则则注注重重于于通通过过单单元元自自动动化化、企企业业柔柔性性化化等等途途径径，达达到到降降低低产产品品成成本本、提提高高产产品品质质量量、增增加加产产品品品品种种，满满足足多多变变的的市市场场需需求求，提提高高生生产产效效率率；由由于于流流程程工工业业生生产产过过程程的的资资本本投投入入较较离离散散制制造造业业要要大大得得多多，因因而而流流程程CIMS需需要要更更注注重重生生产产过过程程中中资资金金流流的管理
237、。的管理。7/20/2024183典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（7）在人的作用方面）在人的作用方面流流程程CIMS由由于于生生产产的的连连续续性性，更更强强调调基基础础自自动动化化的的重重要要性性，生生产产加加工工自自动动化化程程度度较较高高，人人的的作作用用主主要要是是监监视视生生产产置置的的运运行行、调调节节运运行行参参数数等等，一一般般不不需需要要直直接接参参与与加加工工，而而离离散散CIMS的的生生产产加加工工方方式式不不同同，自自动动化化程程度度相相对对较较低低，计计多多情情况况下下需需要要人人直直接接参参与与加加工工，因因此
238、此两两者者在在人力资源的管理方面有明显区别。人力资源的管理方面有明显区别。7/20/2024184典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介（8）在理论研究方面）在理论研究方面离离散散CIMS经经过过多多年年的的研研究究和和应应用用，已已形形成成较较为为完完善善的的即即论论体体系系和和规规范范，而而流流程程CIMS由由于于起起步步较较晚晚，体体系系结结构构、柔柔性性生生产产、优优化化调调度度、集集成成模模式式和和集集成成环环境境等等方方面面都都缺缺乏乏有有效效的的理理论论指指导导，急急需需进进行行相相关关的的理理论论研究。研究。 7/20/20241
239、85典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介8.7.3 CIMS的开发与实施的开发与实施我我国国CIMS应应用用工工程程的的开开发发过过程程主主要要分分为为四四个个阶阶段段：可可行行性性论论证证、系系统统设设计计、分分布实施、运行和维护。布实施、运行和维护。CIMS过过程程的的设设计计是是自自顶顶向向下下逐逐步步分分解解，不不断断细细化化的的过过程程，而而实实施施则则是是由由底底向向上上逐步集成的过程。逐步集成的过程。7/20/2024186典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介可可行行性性论论证证阶
240、阶段段：了了解解企企业业的的生生产产经经营营特特点点，分分析析系系统统需需求求，确确定定系系统统目目标标，提提出出实实现现方方案案，指指出出关关键键技技术术和和解解决决途途径径，制制定开发计划，分析投资效益等。定开发计划，分析投资效益等。系系统统设设计计阶阶段段：细细化化需需求求分分析析，确确定定系系统统功功能能模模型型、信信息息模模型型及及运运行行模模型型，提提出出系系统统集集成成的的内内外外部部接接口口要要求求，运运行行环环境境和和限限制制条条件件等等。系系统统设设计计又又分分为为初初步步设设计计及及详详细设计两个阶段。细设计两个阶段。分分步步实实施施阶阶段段：按按系系统统设设计计的的要要求求，完完成成系统软硬件的购买、安装、开发、调试。系统软硬件的购买、安装、开发、调试。运行和维护阶段：在应用中完善系统。运行和维护阶段：在应用中完善系统。7/20/2024187典型计算机控制系统简介课件第第8 8章章 典型计算机控制系统简介典型计算机控制系统简介第第8 8章章 结束结束 THE End7/20/2024188典型计算机控制系统简介课件
