微机控制技术 项目1 微型计算机控制系统的认识

1、项目1 微型计算机控制系统的认识项目项目1 微型微型计算机控制系统的认识任务任务1 1 微型计算机控制系统的概念微型计算机控制系统的概念任务任务2 2 微型控制系统的分类微型控制系统的分类任务任务3 3 微型控制系统的发展趋势微型控制系统的发展趋势2021-12-9微机控制技术1项目1 微型计算机控制系统的认识引言引言计算机控制计算机控制，是关于将，是关于将计算机技术计算机技术应用于工农应用于工农业生产、国防等行业自动控制的一门业生产、国防等行业自动控制的一门综合性学科与综合性学科与技术技术。计算机控制计算机控制是以计算机、自动控制理论、自动是以计算机、自动控制理论、自动控制工程、电子学和自动

2、化仪表为基础的综合学科。控制工程、电子学和自动化仪表为基础的综合学科。计算机控制系统计算机控制系统简单地说就是以简单地说就是以计算机计算机替代了替代了原模拟控制系统的原模拟控制系统的控制器控制器（控制仪表）组成的自动（控制仪表）组成的自动控制系统。但是这种取代决不是一种简单的替代而控制系统。但是这种取代决不是一种简单的替代而是一种升华。是一种升华。2021-12-9微机控制技术2项目1 微型计算机控制系统的认识一个制药车间的自动化生产过程2021-12-9微机控制技术3项目1 微型计算机控制系统的认识任务1 微型计算机控制系统的概念1.1 1.1 微机控制系统的概念微机控制系统的概念1.2 1

3、.2 微机控制系统的组成微机控制系统的组成2021-12-9微机控制技术4项目1 微型计算机控制系统的认识1.1 微机控制系统的概念 自动控制是在自动控制是在非人工非人工直接参与的前提下，直接参与的前提下，应用自动控制装置应用自动控制装置自动地、有目的地自动地、有目的地控控制设备和生产过程，使他们具有一定的制设备和生产过程，使他们具有一定的状态和性能，完成相应的功能，实现预状态和性能，完成相应的功能，实现预定的目标。自动控制系统一般可以分为：定的目标。自动控制系统一般可以分为：闭环闭环控制系统和控制系统和开环开环控制系统两大类。控制系统两大类。2021-12-9微机控制技术5项目1 微型计算机

4、控制系统的认识闭环控制系统的结构如图闭环控制系统的结构如图1.1所示，很明所示，很明显闭环控制系统较开环控制系统增加了一个显闭环控制系统较开环控制系统增加了一个比较环节和一个来自被控参数的反馈信号。比较环节和一个来自被控参数的反馈信号。被控参数被控参数控制器控制器被控对象被控对象设定值设定值图图1.1 闭环控制系统框图闭环控制系统框图+-1 闭环控制系统闭环控制系统执行器uqry2021-12-9微机控制技术6项目1 微型计算机控制系统的认识 如图如图1.2所示的系统为开环控制系统，所谓开环控制系所示的系统为开环控制系统，所谓开环控制系统是指控制器按照统是指控制器按照先验先验的控制方案对对象或

5、系统进行控的控制方案对对象或系统进行控制，使被控制的对象或系统能够按照约定来运动或变化。制，使被控制的对象或系统能够按照约定来运动或变化。不能自动消除设定值和被控量的偏差不能自动消除设定值和被控量的偏差。控制器控制器被控对象被控对象被控参数被控参数设定值设定值图图1. 2 开环控制系统框图开环控制系统框图2. 开环控制系统开环控制系统执行器ruqy2021-12-9微机控制技术7项目1 微型计算机控制系统的认识在上述的开、闭环控制系统中都少不了控制器这样一个环节。在上述的开、闭环控制系统中都少不了控制器这样一个环节。若用计算机替代了系统中的控制器这样就形成了计算机控制系统。若用计算机替代了系统

6、中的控制器这样就形成了计算机控制系统。由于计算机处理的是数字信号，而自然界中的信号又都是模拟信由于计算机处理的是数字信号，而自然界中的信号又都是模拟信号，计算机要替代原模拟调节器必须完成模拟量到数字量的转换号，计算机要替代原模拟调节器必须完成模拟量到数字量的转换（A/D）和数字量到模拟量的转换（）和数字量到模拟量的转换（D/A），如图），如图1.3所示。所示。控制器控制器对象对象D/AA/D计算机计算机图图 1.3 计算机控制系统基本框图（闭环）计算机控制系统基本框图（闭环）+-3 计算机控制系统计算机控制系统2021-12-9微机控制技术8项目1 微型计算机控制系统的认识计算机控制系统的控制

7、过程可简单地归纳为三个过程：计算机控制系统的控制过程可简单地归纳为三个过程：（1）信息的获取（实时数据采集）信息的获取（实时数据采集）计算机可以通过计算机的计算机可以通过计算机的外部设备外部设备获取被控对象的实获取被控对象的实时信息和人的指令性信息。时信息和人的指令性信息。（2）信息的处理（实时数据处理）信息的处理（实时数据处理）计算机可根据预先编好的程序对从外设获取的信息进计算机可根据预先编好的程序对从外设获取的信息进行处理（对获取的数据分析、比较、处理，按一定的规则行处理（对获取的数据分析、比较、处理，按一定的规则运算，进行控制决策）。运算，进行控制决策）。（3）信息的输出（实时数据输出）

8、信息的输出（实时数据输出）计算机将最终处理完的信息通过外部设备将这些信号计算机将最终处理完的信息通过外部设备将这些信号送到控制对象，通过显示、记录或打印等操作输出其处理送到控制对象，通过显示、记录或打印等操作输出其处理或获取信息的情况。或获取信息的情况。 计算机控制系统的控制过计算机控制系统的控制过程程2021-12-9微机控制技术9项目1 微型计算机控制系统的认识 在计算机控制系统中包括了在计算机控制系统中包括了硬件和软件硬件和软件两两大部分，大部分，硬件硬件是由计算机主机、接口电路、是由计算机主机、接口电路、外部设备组成，是计算机控制系统的基础，外部设备组成，是计算机控制系统的基础，软件软

9、件是安装在计算机主机中的程序，它能是安装在计算机主机中的程序，它能够完成对其接口和外部设备的控制，完成够完成对其接口和外部设备的控制，完成对信息的处理，它包含有维持计算机主机对信息的处理，它包含有维持计算机主机工作的工作的系统软件系统软件和为完成控制而进行信息和为完成控制而进行信息处理的处理的应用软件应用软件的两大部分，软件是计算的两大部分，软件是计算机控制系统的关键。机控制系统的关键。1.2 微机控制系统的组成2021-12-9微机控制技术10项目1 微型计算机控制系统的认识（1）硬件组成）硬件组成 典型的计算机控制系统的硬件主要包括：典型的计算机控制系统的硬件主要包括：计算机主机计算机主机

10、、过程输入输出通道过程输入输出通道、人机人机交互设备和接口、交互设备和接口、常用的外设常用的外设，如图，如图1.4所示。应该指出的是，随着计算机网络所示。应该指出的是，随着计算机网络技术的快速发展，技术的快速发展，网络设备网络设备也成为计算也成为计算机控制系统硬件不可少的一部分。机控制系统硬件不可少的一部分。2021-12-9微机控制技术11项目1 微型计算机控制系统的认识图图1.4 典型的计算机控制系统的硬件组成框图典型的计算机控制系统的硬件组成框图2021-12-9微机控制技术12项目1 微型计算机控制系统的认识1. 1. 主机主机主机是指我们用于控制的计算机，它主要由主机是指我们用于控制

11、的计算机，它主要由CPU、存储器和接口、存储器和接口三大部分组成，是整个系统的三大部分组成，是整个系统的核心。核心。目前使用的主机有：单片机、目前使用的主机有：单片机、PLC、工业、工业PC等。等。它主要完成数据和程序的存取、程序的执行、它主要完成数据和程序的存取、程序的执行、控制外部设备和过程通道中的设备的工作，实现对控制外部设备和过程通道中的设备的工作，实现对被控对象的控制，实现人机对话和网络通信。被控对象的控制，实现人机对话和网络通信。由于由于CPU技术的发展和广泛应用及网络技术的技术的发展和广泛应用及网络技术的发展和广泛应用，主机还要完成对一些含发展和广泛应用，主机还要完成对一些含CP

12、U设备设备和网络设备的控制。和网络设备的控制。2021-12-9微机控制技术13项目1 微型计算机控制系统的认识2 . 2 . 输入输出通道输入输出通道输入输出通道输入输出通道是被控对象与主机进行信息交换是被控对象与主机进行信息交换的通道，根据信号的方向和形式，过程控制通道又的通道，根据信号的方向和形式，过程控制通道又可分为：可分为：（1）模拟量输入通道模拟量输入通道完成过程和被控对象送往主机的完成过程和被控对象送往主机的模拟信号模拟信号的转的转换，使之成为计算机能够接收的标准换，使之成为计算机能够接收的标准数字信号数字信号。（2）模拟量输出通道模拟量输出通道目前，大多数执行机构仍只能接收模拟

13、信号，目前，大多数执行机构仍只能接收模拟信号，而计算机运算决策的最终结果是数字信号。通过模而计算机运算决策的最终结果是数字信号。通过模拟量输出通道完成对拟量输出通道完成对数字量数字量转换为转换为模拟量模拟量并且保持。并且保持。2021-12-9微机控制技术14项目1 微型计算机控制系统的认识（3）数字量输入通道数字量输入通道数字量的输入通道是把过程和被控对象的数字量的输入通道是把过程和被控对象的开关量或通过传感器已转换的数字量以并行或开关量或通过传感器已转换的数字量以并行或串行的方式转入计算机。串行的方式转入计算机。（4）数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道是将计算机运算、决策之数字量输

14、出通道是将计算机运算、决策之后的数字信号以串行或并行的方式输出给被控后的数字信号以串行或并行的方式输出给被控对象或外部设备，应该强调的是数字量输出通对象或外部设备，应该强调的是数字量输出通道输出的信号有时是直接驱动外部设备，其功道输出的信号有时是直接驱动外部设备，其功率和阻抗的匹配是应该特别注意的。率和阻抗的匹配是应该特别注意的。2021-12-9微机控制技术15项目1 微型计算机控制系统的认识3. 3. 人机交互设备和接口人机交互设备和接口人机交互设备和接口包括操作台、显示器、键盘、打印机、人机交互设备和接口包括操作台、显示器、键盘、打印机、记录仪等，是控制系统与操作人员联系的工具。记录仪等

15、，是控制系统与操作人员联系的工具。操作控制台是计算机控制系统操作控制台是计算机控制系统人机交互人机交互的关键设备，通过操的关键设备，通过操作控制台，操作人员可以及时作控制台，操作人员可以及时了解被控过程的运行状态了解被控过程的运行状态，运，运行参数；对控制系统行参数；对控制系统发出各种控制的操作命令发出各种控制的操作命令，并且通过操，并且通过操作控制台还可以修改控制方案和程序，操作控制台一般应包作控制台还可以修改控制方案和程序，操作控制台一般应包括：括：（1）作用开关（电源、数据及地址选择开关及方式选择开）作用开关（电源、数据及地址选择开关及方式选择开关）关）（2）功能键（专用功能，如复位、打

16、印等）功能键（专用功能，如复位、打印等）（3）LED数码管及数码管及CRT或或LCD显示显示（4）数字键（参数修改）数字键（参数修改）2021-12-9微机控制技术16项目1 微型计算机控制系统的认识4. 4. 通用外设通用外设为了扩大主机的功能，如显示、打印、为了扩大主机的功能，如显示、打印、存储等。存储等。2021-12-9微机控制技术17项目1 微型计算机控制系统的认识5. 5. 通讯设备通讯设备随着信息技术的发展和网络的广泛应用随着信息技术的发展和网络的广泛应用及自动化的普及，通信已经变得无所不在。及自动化的普及，通信已经变得无所不在。现代化工业生产过程的规模也越来越大。企现代化工业生

17、产过程的规模也越来越大。企业信息化的需求也要求生产过程的数据能够业信息化的需求也要求生产过程的数据能够实时的上传到企业信息管理系统。计算机控实时的上传到企业信息管理系统。计算机控制系统作为网络上的一个结点的方案已经被制系统作为网络上的一个结点的方案已经被广泛采纳。广泛采纳。通讯设备通讯设备已成为已成为计算机硬件的一计算机硬件的一个重要部分个重要部分。这些设备可以完成计算机控制。这些设备可以完成计算机控制系统的信息交换。系统的信息交换。2021-12-9微机控制技术18项目1 微型计算机控制系统的认识（2）软件组成）软件组成 对于计算机控制系统来讲，除了硬件之外，对于计算机控制系统来讲，除了硬件

18、之外，还必须有还必须有软件软件。控制系统的功能和性能在。控制系统的功能和性能在很大程度上依赖于软件水平的高低很大程度上依赖于软件水平的高低. 所谓软件是指完成各种功能的所谓软件是指完成各种功能的计算机程序计算机程序的总和的总和，它分为，它分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件两大两大部分。部分。2021-12-9微机控制技术19项目1 微型计算机控制系统的认识1） 系统软件 系统软件是维持系统软件是维持计算机运行操作的基础计算机运行操作的基础，是用于管理、调度、操作计算机的各种是用于管理、调度、操作计算机的各种资源，实现对系统监控与诊断，提供各资源，实现对系统监控与诊断，提供各种开发支持的程

19、序。这些系统软件包括：种开发支持的程序。这些系统软件包括：操作系统、监控管理程序、故障诊断程操作系统、监控管理程序、故障诊断程序、各种计算机语言及解释、编译工具。序、各种计算机语言及解释、编译工具。系统软件一般由供应商提供或专业人员系统软件一般由供应商提供或专业人员开发，用户不需自己设计开发开发，用户不需自己设计开发。2021-12-9微机控制技术20项目1 微型计算机控制系统的认识2） 应用软件 应用软件是应用软件是用户用户根据控制对象、控制要求，为根据控制对象、控制要求，为实现高效、可靠、灵活的控制而实现高效、可靠、灵活的控制而自行编译的各自行编译的各种程序种程序。它们包括：数据采集、数字

20、滤波、标。它们包括：数据采集、数字滤波、标度变换、键盘的处理、过程控制算法、输出与度变换、键盘的处理、过程控制算法、输出与控制等程序。控制等程序。 用于应用软件开发的程序设计语言，一般有：用于应用软件开发的程序设计语言，一般有：汇编、汇编、C# 、C+、VB、VC 等。等。 目前也有一目前也有一些专门用于控制的引用组态软件，这些软件功些专门用于控制的引用组态软件，这些软件功能强，使用方便，组态灵活，具有很强的应用能强，使用方便，组态灵活，具有很强的应用前景。前景。2021-12-9微机控制技术21项目1 微型计算机控制系统的认识思考题1、自动控制系统的分类、自动控制系统的分类2、微机控制系统的

21、硬件组成及功能、微机控制系统的硬件组成及功能3、微机控制系统微机控制系统软件组成及功能软件组成及功能2021-12-9微机控制技术22项目1 微型计算机控制系统的认识任务任务2 微机控制系统的分类微机控制系统的分类 在生产过程中，根据被控对象的特点和控在生产过程中，根据被控对象的特点和控制功能，计算机控制系统有各种各样的结制功能，计算机控制系统有各种各样的结构和形式，按计算机参与的形式，可以分构和形式，按计算机参与的形式，可以分为为开环开环和和闭环闭环控制系统；按采用的控制方控制系统；按采用的控制方案，又分为案，又分为程序程序和和顺序顺序控制、控制、常规常规控制、控制、高级高级控制（最优、自适

22、应、预测、非线性控制（最优、自适应、预测、非线性等）、等）、智能智能控制（控制（FUZZY控制、专家系统控制、专家系统和神经网络等）。和神经网络等）。 2021-12-9微机控制技术23项目1 微型计算机控制系统的认识 计算机控制系统的分类不是严格的按照其结构计算机控制系统的分类不是严格的按照其结构或者功能进行分类的。计算机控制系统的分类，或者功能进行分类的。计算机控制系统的分类，是根据是根据计算机控制系统的发展历史和在实际应计算机控制系统的发展历史和在实际应用中的状态并参考以往的教材用中的状态并参考以往的教材进行分类的。一进行分类的。一般分为：般分为：1、数据采集、数据采集系统（系统（DAS

23、）2、操作指导控制系统（、操作指导控制系统（OGC）3、直接数字控制系统（、直接数字控制系统（DDC）4、监督控制系统（、监督控制系统（SCC）5、集散控制系统（、集散控制系统（DCS）6、现场总线控制系统（、现场总线控制系统（FCS）7、计算机集成制造系统（、计算机集成制造系统（CIMS）8、物联网、物联网系统（系统（ITS）2021-12-9微机控制技术24项目1 微型计算机控制系统的认识1. 1. 数据采集系统（数据采集系统（Data Acquisition SystemData Acquisition System）是计算机应用于是计算机应用于生产过程控制最早也是最基本的一种类型，如图

24、生产过程控制最早也是最基本的一种类型，如图1-61-6所示，所示，生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发送和生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发送和ADAD通道或通道或DIDI通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分析和处理，并按操作要求进行屏幕显示、些数据进行分析和处理，并按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警等。制表打印和越限报警等。图1-6 数据采集系统2021-12-9微机控制技术25项目1 微型计算机控制系统的认识2. 2. 操作指导系统（操作指导系统（Operation Guide ControlOperation

25、Guide Control）是基于数据采是基于数据采集系统的一种集系统的一种开环结构开环结构，它也可看做生产过程数据，它也可看做生产过程数据直接采集的直接采集的非在线的闭环控制系统非在线的闭环控制系统，如图，如图1-71-7所示：所示： 计算机通过数据输入通道对生产过程各项参数进行采集，计算机通过数据输入通道对生产过程各项参数进行采集，根据工艺和生产的需求进行最优化计算，计算出优化的根据工艺和生产的需求进行最优化计算，计算出优化的操作条件和参数，利用其输出设备，将其结果显示或打操作条件和参数，利用其输出设备，将其结果显示或打印。印。操作人员根据计算机提供的结果改变控制器的参数操作人员根据计算机

26、提供的结果改变控制器的参数或设定值，实现对生产过程的控制，或设定值，实现对生产过程的控制，这属于计算机这属于计算机离线离线最优控制最优控制的一种形式。它相当于模拟仪表控制系统的手的一种形式。它相当于模拟仪表控制系统的手动与半自动工作状态。动与半自动工作状态。 该系统结构简单、控制安全、灵活，由于人的介入使该该系统结构简单、控制安全、灵活，由于人的介入使该系统可以应用于一些复杂的不便由计算机进行直接控制系统可以应用于一些复杂的不便由计算机进行直接控制的场合。的场合。 该系统的该系统的缺点缺点是需要是需要人工操作人工操作，速度受到限制，不能同，速度受到限制，不能同时控制多个回路。时控制多个回路。2

27、021-12-9微机控制技术26项目1 微型计算机控制系统的认识图图1-7 操作制导系统操作制导系统2021-12-9微机控制技术27项目1 微型计算机控制系统的认识图图1-8 直接数字控制系统直接数字控制系统3. 3. 直接数字控制系统（直接数字控制系统（Direct Digital ControlDirect Digital Control）是计算机是计算机控制系统的最基本形式，也是应用最多的一类计算控制系统的最基本形式，也是应用最多的一类计算机控制系统。其一般结构如图机控制系统。其一般结构如图1-81-8所示：所示：2021-12-9微机控制技术28项目1 微型计算机控制系统的认识 作法

28、：作法： 计算机对多个参数进行巡回检测；计算机对多个参数进行巡回检测； 将检测值与给定值加以比较；将检测值与给定值加以比较； 根据偏差，按适当的控制规律对系统进行控制。根据偏差，按适当的控制规律对系统进行控制。 特点：特点： 一台计算机可同时控制多回路；一台计算机可同时控制多回路； 在线实时控制在线实时控制 可靠。可靠。 控制灵活：控制灵活： 每个参数的控制可各异（而且在各个回路的控制方案每个参数的控制可各异（而且在各个回路的控制方案上，不改变硬件只通过改变程序就能有效的实现各种各上，不改变硬件只通过改变程序就能有效的实现各种各样的从常规到复杂先进的控制方式）；样的从常规到复杂先进的控制方式）

29、； 各参数在不同情况下可采用不同的控制规律；各参数在不同情况下可采用不同的控制规律； 应用广泛。应用广泛。微机控制技术使检测值使检测值给定值给定值 2021-12-9微机控制技术29项目1 微型计算机控制系统的认识4. 4.监督计算机控制系统（监督计算机控制系统（Supervisory Computer ControlSupervisory Computer Control）是是OGC系统与常规仪表控制系统或系统与常规仪表控制系统或DDC系统综合而成的系统综合而成的一种两级的计算机控制系统。如图一种两级的计算机控制系统。如图1-9所示所示 ：图图1-9 监督计算机控制系统监督计算机控制系统20

30、21-12-9微机控制技术30项目1 微型计算机控制系统的认识 该类系统类似计算机操作指导控制系统。它的区该类系统类似计算机操作指导控制系统。它的区别是别是SCC计算机输出不通过人去改变，而计算机输出不通过人去改变，而直接控直接控制控制器（模拟控制器或制控制器（模拟控制器或DDC），改变控制的设，改变控制的设定值或参数，完成对生产过程的控制。定值或参数，完成对生产过程的控制。SCC计算计算机可以利用有效的资源去完成生产过程控制的参机可以利用有效的资源去完成生产过程控制的参数优化，协调各直接控制回路的工作，而不直接数优化，协调各直接控制回路的工作，而不直接参与直接的控制，所以计算机监督控制系统是

31、参与直接的控制，所以计算机监督控制系统是安安全性可靠性较高全性可靠性较高的一类计算机控制系统，同时又的一类计算机控制系统，同时又是是计算机集散系统的最初、最基本的模式计算机集散系统的最初、最基本的模式。 该系统的优点是安全性较高，当上位机出现故障该系统的优点是安全性较高，当上位机出现故障时，可由下位机独立完成控制（增加了冗余量）。时，可由下位机独立完成控制（增加了冗余量）。 下位机直接参与生产过程，要求实时性好，可靠下位机直接参与生产过程，要求实时性好，可靠性高和抗干扰能力强。性高和抗干扰能力强。 上位机承担高级控制与管理任务，应配置数据处上位机承担高级控制与管理任务，应配置数据处理能力强，存

32、储容量大的高档计算机。理能力强，存储容量大的高档计算机。2021-12-9微机控制技术31项目1 微型计算机控制系统的认识5. 5. 集散控制系统（集散控制系统（Distributed Control SystemDistributed Control System）又称为分又称为分布控制系统。该系统采用布控制系统。该系统采用分散控制分散控制、集中操作集中操作、分分级管理级管理、分而自治分而自治、综合协调综合协调形成具有层次化体系形成具有层次化体系结构的分级分布式控制，一般分为四级，如：结构的分级分布式控制，一般分为四级，如：过程过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级控制级、控制管理级

33、、生产管理级和经营管理级。如图如图1-10所示。所示。 过程控制级过程控制级是集散控制的基础，用于直接控制是集散控制的基础，用于直接控制生产过程，在这级参与直接控制的可以是计算机也生产过程，在这级参与直接控制的可以是计算机也可以是可以是PLC或专用的数字控制器，完成对现场设备或专用的数字控制器，完成对现场设备的直接监测和控制，由于生产过程的控制分别由独的直接监测和控制，由于生产过程的控制分别由独立的控制器进行控制，使控制器立的控制器进行控制，使控制器故障引起分散故障引起分散，局，局部的故障不会影响整个系统的工作，提高了系统工部的故障不会影响整个系统的工作，提高了系统工作的可靠性。作的可靠性。2

34、021-12-9微机控制技术32项目1 微型计算机控制系统的认识图图1-10 集散控制系统集散控制系统2021-12-9微机控制技术33项目1 微型计算机控制系统的认识6. 6. 现场总线控制系统（现场总线控制系统（Field Bus Control SystemField Bus Control System） 现场总线控制系统现场总线控制系统是是分布式控制系统分布式控制系统的的换代产品换代产品 1系统全部采用数字信息传递传统的系统全部采用数字信息传递传统的 DCS（分布式系统中，底层到控制站之间（分布式系统中，底层到控制站之间用用 4 20mA 电流传送）信息传递数字化后，在通信质量和连线

35、方式上有重大突破。电流传送）信息传递数字化后，在通信质量和连线方式上有重大突破。 2分散的系统结构分散的系统结构 （1）DCS 中：中： 采用采用“操作站操作站-控制站控制站-现场仪表现场仪表”的三层主从结构的三层主从结构 （2）FCS中：中： 把把 I/O 单元、控制站的功能分散到智能化现场仪表单元、控制站的功能分散到智能化现场仪表 每个仪表都含有每个仪表都含有 CPU具有测量、校正、调节、诊断等功能；具有测量、校正、调节、诊断等功能； 靠网络协议将各节点联系起来统筹工作；靠网络协议将各节点联系起来统筹工作； 节点出问题只影响其本身，不影响全局。节点出问题只影响其本身，不影响全局。2021-

36、12-9微机控制技术34项目1 微型计算机控制系统的认识3方便的互操作性方便的互操作性 不同结构的不同结构的 FCS 产品，可组成产品，可组成统一统一的系统。的系统。4开放的互联网络开放的互联网络 （1）FCS 技术级标准均采用技术级标准均采用开放式政策开放式政策，面向所有的产品制造商，面向所有的产品制造商和用户。和用户。 （2）通信网络可以和其它系统网络、高速网络相连，即）通信网络可以和其它系统网络、高速网络相连，即用户可共用户可共享网络资源享网络资源。5传输媒介和拓朴结构传输媒介和拓朴结构 FCS 采用数字通信方式：采用数字通信方式： 改变了传统的信息交换方式、信号形式和系统结构。改变了传

37、统的信息交换方式、信号形式和系统结构。 改变了传统的自动化仪表功能概念和结构形式。改变了传统的自动化仪表功能概念和结构形式。 改变了系统的设计及调试方法，开创了控制领域的新纪元。改变了系统的设计及调试方法，开创了控制领域的新纪元。2021-12-9微机控制技术35项目1 微型计算机控制系统的认识 现场总线控制系统是现场总线控制系统是20世纪世纪90年代兴起的迅速得以应年代兴起的迅速得以应用的新型计算机控制系统，已广泛的应用在工业生产过用的新型计算机控制系统，已广泛的应用在工业生产过程自动化领域，现场总线控制系统是利用程自动化领域，现场总线控制系统是利用现场总线现场总线将各将各智能现场设备，各级

38、智能现场设备，各级计算机和自动化设备互联计算机和自动化设备互联，形成了，形成了一个一个数字式全分散双向串行传输数字式全分散双向串行传输，多分支结构多分支结构和和多点通多点通信的通信网络信的通信网络，如图，如图1-11所示。所示。 在现场总线控制系统中，生产过程现场的各种仪表、在现场总线控制系统中，生产过程现场的各种仪表、变送器、执行机构控制器都配有分级处理器，属智能现变送器、执行机构控制器都配有分级处理器，属智能现场设备。现场总线可以直接连接其它的局域网，甚至场设备。现场总线可以直接连接其它的局域网，甚至Internet。可构成不同层次的复杂控制网络，它已经成。可构成不同层次的复杂控制网络，它

39、已经成为今后工业控制体系结构发展的方向之一。为今后工业控制体系结构发展的方向之一。2021-12-9微机控制技术36项目1 微型计算机控制系统的认识图图1-11 1-11 现场总线控制系统现场总线控制系统2021-12-9微机控制技术37项目1 微型计算机控制系统的认识7. 7. 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMSCIMS） 计算机集成制造的概念是在计算机集成制造的概念是在70年代美国的年代美国的哈灵顿哈灵顿提提出的，随着计算机和信息技术的发展最终得以实施。计出的，随着计算机和信息技术的发展最终得以实施。计算机集成制造原本是算机集成制造原本是将工业生产的全过程集成由计算机将工业生

40、产的全过程集成由计算机网络和系统在统一模式进行网络和系统在统一模式进行，包括从，包括从设计、工艺、加工设计、工艺、加工制造到产品的检验出厂一体化的模式制造到产品的检验出厂一体化的模式。 随着现代市场的需求和企业模式的现代化计算机集随着现代市场的需求和企业模式的现代化计算机集成制造已经将制造集成转换为信息集成，并融入了企业成制造已经将制造集成转换为信息集成，并融入了企业的全面管理和市场营销。的全面管理和市场营销。 CIMS是一项宠大的系统工程，它需要有许多基础的是一项宠大的系统工程，它需要有许多基础的应用平台的支持，它实现的是应用平台的支持，它实现的是企业物流企业物流、资金流资金流和和信息信息流

41、流的统一。由于其涉及面广，应用存在的困难较多，所的统一。由于其涉及面广，应用存在的困难较多，所以许多以许多CIMS工程在规划实话中都提出了整体规划分步实工程在规划实话中都提出了整体规划分步实施的策略。尽管目前施的策略。尽管目前CIMS工程在企业的推广存在许多困工程在企业的推广存在许多困难，但是它确实使企业真正走向现代化的方向。难，但是它确实使企业真正走向现代化的方向。2021-12-9微机控制技术38项目1 微型计算机控制系统的认识 经营决策经营决策企业管理企业管理生产调度生产调度过程优化过程优化过程控制过程控制第五层：企业决策，生产规划第五层：企业决策，生产规划第四层：供销第四层：供销,财务

42、财务,计划计划,管理等管理等第三层：生产调度，系统优化第三层：生产调度，系统优化第二层：先进控制，过程优化第二层：先进控制，过程优化第一层：单元自动化第一层：单元自动化,简单控制简单控制生生 产产 过过 程程 流程流程CIMS的递阶控制示意图的递阶控制示意图图图1-11 CIMS的递阶控制示意图的递阶控制示意图2021-12-9微机控制技术39项目1 微型计算机控制系统的认识8. 8. 物联网系统（物联网系统（ITS） 物联网系统物联网系统（Internet of Things System，ITS） 第三次信息革命。第三次信息革命。 该系统通过该系统通过射频自动识别射频自动识别（RFID）、

43、）、红外感应红外感应器器、全球定位系统全球定位系统（GPS）、）、激光扫描器激光扫描器、环境环境传感器传感器、图像感知器图像感知器等信息设备，按约定的协议，等信息设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现通讯，以实现智能化识别智能化识别、定位定位、跟踪跟踪、监控监控和和管理管理的一种网络。实际上它也是一种微型计算机的一种网络。实际上它也是一种微型计算机控制系统，只不过更加庞大而已。控制系统，只不过更加庞大而已。2021-12-9微机控制技术40项目1 微型计算机控制系统的认识2021-12-9微机控制技术41项目1 微型

44、计算机控制系统的认识2021-12-9微机控制技术42项目1 微型计算机控制系统的认识物联网终端物联网终端2021-12-9微机控制技术43项目1 微型计算机控制系统的认识 物联网终端主要由物联网终端主要由外围接口模块外围接口模块、核心处理模块、电源核心处理模块、电源管理模块管理模块以及以及网络通信模块网络通信模块组成。通过外围感知接口与组成。通过外围感知接口与传感设备连接，如传感设备连接，如RFID读卡器，红外感应器，环境传读卡器，红外感应器，环境传感器等，将这些传感设备的数据进行读取并通过中央处感器等，将这些传感设备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后，按照网络协议，通过外部通讯接口，如

45、：理模块处理后，按照网络协议，通过外部通讯接口，如：GPRS模块、以太网接口、模块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的等方式发送到以太网的指定中心处理平台。指定中心处理平台。 物联网物联网终端终端属于属于传感网络层传感网络层和和传输网络层传输网络层的中间设备，的中间设备，也是物联网的也是物联网的关键设备关键设备，通过他的转换和采集，才能将，通过他的转换和采集，才能将各种外部感知数据汇集和处理，并将数据通过各种网络各种外部感知数据汇集和处理，并将数据通过各种网络接口方式传输到互联网中。如果没有他的存在，传感数接口方式传输到互联网中。如果没有他的存在，传感数据将无法送到指定位置，据将无法送到

46、指定位置，“物物”的联网将不复存在。的联网将不复存在。 2021-12-9微机控制技术44项目1 微型计算机控制系统的认识任务3 微型计算机控制系统的发展趋势主要知识点：主要知识点： 1、常用、常用控制装置种类控制装置种类 2、微型计算机控制系统的发展趋势、微型计算机控制系统的发展趋势2021-12-9微机控制技术45项目1 微型计算机控制系统的认识1 1、单片微型计算机、单片微型计算机2 2、可编程逻辑控制器、可编程逻辑控制器3 3、工业、工业PCPC4 4、可编程调节器、可编程调节器1 1、控制装置种类2021-12-9微机控制技术46项目1 微型计算机控制系统的认识 随着微电子技术与超大

47、规模集成技术的发展，随着微电子技术与超大规模集成技术的发展，计算机技术的另一个分支计算机技术的另一个分支超小型化的单片微超小型化的单片微型计算机型计算机(Single Chip Microcomputer)(Single Chip Microcomputer)简称单简称单片机诞生了。它是将片机诞生了。它是将CPUCPU、存储器、串并行、存储器、串并行I/OI/O口、口、定时定时/ /计数器、甚至计数器、甚至A/DA/D转换器、脉宽调制器、转换器、脉宽调制器、 图形控制器等功能部件全都集成在一块大规模集图形控制器等功能部件全都集成在一块大规模集成电路芯片上，构成了一个完整的具有相当控制成电路芯片

48、上，构成了一个完整的具有相当控制功能的微控制器功能的微控制器。1）单片微型计算机 2021-12-9微机控制技术47项目1 微型计算机控制系统的认识单片机的应用单片机的应用软件软件可以采用面向机器的汇编语可以采用面向机器的汇编语言，但这需要较深的计算机软硬件知识，而且汇编言，但这需要较深的计算机软硬件知识，而且汇编语言的通用性与可移植性差。随着高效率结构化语语言的通用性与可移植性差。随着高效率结构化语言的发展，其软件开发环境正在逐步改善。目前，言的发展，其软件开发环境正在逐步改善。目前，市场上已推出面向单片机结构的高级语言，如早期市场上已推出面向单片机结构的高级语言，如早期的的Archimed

49、es CArchimedes C和和Franklin CFranklin C，现在的，现在的KeilKeil C51 C51、DynamicCDynamicC等语言。等语言。由于单片机具有体积小、功耗低、性能可靠、由于单片机具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、功能扩展容易、使用方便灵活、易于产价格低廉、功能扩展容易、使用方便灵活、易于产品化等诸多品化等诸多优点优点，特别是强大的面向控制的能力，特别是强大的面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为广泛的应用。机器人、军事装置等方面得到了极为广泛

50、的应用。单片机的应用从单片机的应用从4 4位机开始，位机开始，历经历经8 8位、位、1616位、位、3232位四种。但在小型测控系统与智能化仪器仪表的位四种。但在小型测控系统与智能化仪器仪表的应用领域里，应用领域里，8 8位单片机因其品种多、功能强、价格位单片机因其品种多、功能强、价格廉，廉， 目前仍然是单片机系列的主流机种。目前仍然是单片机系列的主流机种。2021-12-9微机控制技术48项目1 微型计算机控制系统的认识2）可编程控制器 可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器简称可编程控制器或简称可编程控制器或PLCPLC，是，是计算机技术与继电器逻辑控制概念相结合的产物，其低端计算机技术与继电器

51、逻辑控制概念相结合的产物，其低端为常规继电气控制的替代装置，而高端为一种高性能的工为常规继电气控制的替代装置，而高端为一种高性能的工业控制计算机，主要由业控制计算机，主要由CPUCPU、存储器、输入组件、输出组、存储器、输入组件、输出组件、电源及编程器等组成，外观如下图所示。件、电源及编程器等组成，外观如下图所示。2021-12-9微机控制技术49项目1 微型计算机控制系统的认识可编程控制器（可编程控制器（PLCPLC）特点：）特点：一种数字运算操作的电子系统一种数字运算操作的电子系统, ,专为专为工业环工业环境境下应用而设定下应用而设定; ;采用可编程序的存储器，在其内部存储执行逻采用可编程

52、序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的指辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出；令，并通过数字式、模拟式的输入和输出；应用广泛应用广泛-不仅在不仅在顺序程序控制顺序程序控制领域中具有优领域中具有优势，而且在势，而且在运动控制运动控制、过程控制过程控制、网络通信网络通信领域领域方面也毫不逊色；方面也毫不逊色； PLCPLC具有系统构成灵活，扩展容易，编程简单，具有系统构成灵活，扩展容易，编程简单，调试容易，抗干扰能力强；调试容易，抗干扰能力强； 2021-12-9微机控制技术50项目1 微型计算机控制系统的认识1FPGA的特

53、点的特点 （1）采用）采用FPGA设计设计ASIC电路，用户不需要投片生产，电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。就能得到合用的芯片。 （2）FPGA可做其它全定制或半定制可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试电路的中试样片。样片。 （3）FPGA内部有丰富的触发器和内部有丰富的触发器和IO引脚。引脚。 （4）FPGA是是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。低、风险最小的器件之一。 （5）FPGA采用高速采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。电平兼容。 可以说，可以说，FPGA芯片是

54、小批量系统提高系统集成度、可芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。靠性的最佳选择之一。 2021-12-9微机控制技术51项目1 微型计算机控制系统的认识 总线式工控机，总线式工控机，是基于是基于总线技术总线技术和和模块化结构模块化结构的一的一种专用于工业控制的通用性计算机，一般称为种专用于工业控制的通用性计算机，一般称为工业控制工业控制计算机计算机，简称为，简称为工业控制机工业控制机或或工控机工控机。通常，计算机的。通常，计算机的生产厂家是按照某个总线标准，设计制造出若干符合总生产厂家是按照某个总线标准，设计制造出若干符合总线标准、具有各种功能的各式模板，而控制系统的设计线标准、具有各种功能的各式模板，而控制系统的设计人员则根据不同的生产过程与技术要求，选用相应的功人员则根据不同的生产过程与技术要求，选用相应的功能模板组合成自己所需的计算机控制系统。总线式工控能模板组合成自己所需的计算机控制系统。总线式工控机的外形类似普通计算机，如图所示。机的外形类似普通计算机，如图所示。3）总线式工控机 2