1、5.1 計(jì)算機(jī)控制概述計(jì)算機(jī)控制概述 調(diào)節(jié)器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+SP執(zhí)行器4 42020mAmA4 42020mAmA控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+SP執(zhí)行器4 42020mAmA4 42020mAmAD/AA/D數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)例如例如 420mA 信號(hào)經(jīng)信號(hào)經(jīng)12位位A/D轉(zhuǎn)換以后的結(jié)果為轉(zhuǎn)換以后的結(jié)果為040954 mA輸入輸入0000 0000 000020mA輸入輸入1111 1111 111112mA輸入輸入？典型單回路控制系統(tǒng)方塊圖典型單回路控制系統(tǒng)方塊圖工作過程工作過程控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+SP執(zhí)行器4 42020mAmA4 42020mAmAD/AA/D工作過程：工作過

2、程：數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)檢測(cè)來自于測(cè)量變送裝置的被控變量瞬時(shí)值； 控制決策：控制決策：根據(jù)采集到的被控變量按一定的控制規(guī)律進(jìn)行分析和處理，決定控制行為，產(chǎn)生控制信號(hào)；如PID運(yùn)算 控制輸出：控制輸出：根據(jù)控制決策實(shí)時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。 過程輸入輸出設(shè)備外部設(shè)備主機(jī)系統(tǒng)CPURAMROMCRT通訊接口人機(jī)接口打印機(jī)其它系統(tǒng)總線模擬量輸入（AI）模擬量輸出（AO）開關(guān)量輸入（DI）開關(guān)量輸入（DO）測(cè)量變送器執(zhí)行器電氣開關(guān)電氣開關(guān)被控生產(chǎn)對(duì)象常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I/O系統(tǒng)系統(tǒng)（模塊或卡件）（模塊或卡件）現(xiàn)場(chǎng)儀表現(xiàn)場(chǎng)儀表被控被控對(duì)象對(duì)象硬件組成硬件組成系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟

3、件支持軟件支持軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序等，它是系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序等，它是支持軟件及各種應(yīng)用軟件的最基礎(chǔ)的運(yùn)行平臺(tái)。支持軟件及各種應(yīng)用軟件的最基礎(chǔ)的運(yùn)行平臺(tái)。如：如：WindowsWindows操作系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、UnixUnix操作系統(tǒng)等都屬于系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)等都屬于系統(tǒng)軟件。 它運(yùn)行在系統(tǒng)軟件的平臺(tái)上，是用于開發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。它運(yùn)行在系統(tǒng)軟件的平臺(tái)上，是用于開發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。例如：匯編語言、高級(jí)語言、通信網(wǎng)絡(luò)軟件、組態(tài)軟件等。例如：匯編語言、高級(jí)語言、通信網(wǎng)絡(luò)軟件、組態(tài)軟件等。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說，需要了解并學(xué)會(huì)使用相應(yīng)的支

4、持軟件，對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說，需要了解并學(xué)會(huì)使用相應(yīng)的支持軟件，能夠根據(jù)系統(tǒng)要求編制開發(fā)所需要應(yīng)用軟件。不同系統(tǒng)的支能夠根據(jù)系統(tǒng)要求編制開發(fā)所需要應(yīng)用軟件。不同系統(tǒng)的支持軟件會(huì)有所不同持軟件會(huì)有所不同 應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)特定要求而編制的控制和管理應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)特定要求而編制的控制和管理程序。程序。不同控制設(shè)備的應(yīng)用軟件所具備的功能是不同的。不同控制設(shè)備的應(yīng)用軟件所具備的功能是不同的。軟件組成軟件組成1. 1. 可靠性可靠性2. 2. 可維護(hù)性可維護(hù)性3. 3. 實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)性4. 4. 性能價(jià)格比性能價(jià)格比 可靠性可靠性 定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

5、定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。它通常用它通常用概率概率來表示來表示 (1)(1)可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)可靠度可靠度單個(gè)零件、設(shè)備的可靠度單個(gè)零件、設(shè)備的可靠度在規(guī)定的環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)和在規(guī)定的環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)和使用方法及維護(hù)措施等條件下，在規(guī)定的工作期限內(nèi)，設(shè)備無故障地發(fā)使用方法及維護(hù)措施等條件下，在規(guī)定的工作期限內(nèi)，設(shè)備無故障地發(fā)揮規(guī)定功能（應(yīng)具備的技術(shù)指標(biāo)）的概率。揮規(guī)定功能（應(yīng)具備的技術(shù)指標(biāo)）的概率。例如：在例如：在100100只晶體管中有只晶體管中有9595只在上述規(guī)定條件下使用未出現(xiàn)故障，只在上述規(guī)定條件下使用未出現(xiàn)故障， 則其可靠度則其可靠度R R

6、0.950.95 樣本越高，所得可靠度的準(zhǔn)確性就越高樣本越高，所得可靠度的準(zhǔn)確性就越高(1)(1)可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)可靠度可靠度系統(tǒng)的可靠度系統(tǒng)的可靠度除了與構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元器件的可靠度有關(guān)，除了與構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元器件的可靠度有關(guān)，還與系統(tǒng)的構(gòu)成方式有關(guān)：還與系統(tǒng)的構(gòu)成方式有關(guān)：串聯(lián)連接串聯(lián)連接和和并聯(lián)連接并聯(lián)連接是兩種典型的連接方式。是兩種典型的連接方式。 R1RnR1Rnn個(gè)串連子系統(tǒng)n個(gè)并聯(lián)子系統(tǒng)a. 串連系統(tǒng) b. 并聯(lián)系統(tǒng)如果分析的是如果分析的是斷路失效斷路失效，則：，則：串聯(lián)系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)中只要有一個(gè)子系統(tǒng)失效，系統(tǒng)就會(huì)失效中只要有一個(gè)子系統(tǒng)失效，系統(tǒng)就會(huì)失效并聯(lián)系統(tǒng)并聯(lián)系

7、統(tǒng)中全部子系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)才出現(xiàn)故障中全部子系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)才出現(xiàn)故障nRRRR21串)1 ()1 ()1 (121nRRRR并R1=R2=0.9， R并0.99R1=R2=0.99，R并0.9999( (1)1)可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)平均無故障工作時(shí)間平均無故障工作時(shí)間MTBFMTBF( (* *) )(mean time between failures)(mean time between failures)MTBFMTBF指設(shè)備在相鄰兩次故障的間隔內(nèi)正常工作的平均時(shí)間指設(shè)備在相鄰兩次故障的間隔內(nèi)正常工作的平均時(shí)間 平均故障修復(fù)時(shí)間平均故障修復(fù)時(shí)間MTTRMTTR(mean time

8、to repair )(mean time to repair ) ntMTBFnii1MTTRMTTR指設(shè)備出現(xiàn)故障以后經(jīng)過維修恢復(fù)并重新投入運(yùn)行所需要的平均時(shí)間指設(shè)備出現(xiàn)故障以后經(jīng)過維修恢復(fù)并重新投入運(yùn)行所需要的平均時(shí)間 ntMTTRnii1(2)(2)提高可靠性的主要措施提高可靠性的主要措施 可維護(hù)性可維護(hù)性 實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)性性 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是指被控信號(hào)的輸入、運(yùn)算和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是指被控信號(hào)的輸入、運(yùn)算和輸出都要在一定的時(shí)間內(nèi)完成，并能根據(jù)生產(chǎn)工況的變輸出都要在一定的時(shí)間內(nèi)完成，并能根據(jù)生產(chǎn)工況的變化進(jìn)行及時(shí)的處理，亦即系統(tǒng)對(duì)被控信號(hào)的變化具有足化進(jìn)行及時(shí)的處理，亦即系統(tǒng)對(duì)

9、被控信號(hào)的變化具有足夠快的響應(yīng)速度，不丟失信息，不延誤操作。夠快的響應(yīng)速度，不丟失信息，不延誤操作。 性能價(jià)格比性能價(jià)格比 1. 直接數(shù)字量控制直接數(shù)字量控制（Direct Digital ControlDDC）2. 集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)3. 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)（Distributed Control SystemDCS）4. 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control SystemFCS） 直接數(shù)字量控制直接數(shù)字量控制用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路，用數(shù)字器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路，用數(shù)字控制技術(shù)簡(jiǎn)單地

10、取代模擬控制技控制技術(shù)簡(jiǎn)單地取代模擬控制技術(shù)。術(shù)。過程控制計(jì)算機(jī)SPAI、DIAO、DO 檢測(cè)儀表 執(zhí)行器 被控過程（對(duì)象） 計(jì)算靈活，精度高，它不僅能實(shí)現(xiàn)典型的計(jì)算靈活，精度高，它不僅能實(shí)現(xiàn)典型的PIDPID控制規(guī)律，還可控制規(guī)律，還可以分時(shí)處理多個(gè)控制回路。此外，此以分時(shí)處理多個(gè)控制回路。此外，此DDCDDC也很快發(fā)展到也很快發(fā)展到PIDPID以以外的多種復(fù)雜控制。外的多種復(fù)雜控制。當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格昂貴，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度不能滿足快速當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格昂貴，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度不能滿足快速過程實(shí)時(shí)控制的需求。過程實(shí)時(shí)控制的需求。 集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

11、的體積龐大，價(jià)格非常昂貴，為了使計(jì)由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體積龐大，價(jià)格非常昂貴，為了使計(jì)算機(jī)控制能與常規(guī)儀表控制相競(jìng)爭(zhēng)，企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制算機(jī)控制能與常規(guī)儀表控制相競(jìng)爭(zhēng)，企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制盡可能多的控制回路。盡可能多的控制回路。CRT、鍵盤過程控制計(jì)算機(jī)AIDIAODO 被控過程（對(duì)象）被控變量操作變量輸入子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖優(yōu)越性：優(yōu)越性： 從表面上看從表面上看信息集中，集中型計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)信息集中，集中型計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制、聯(lián)鎖控制等各種更復(fù)雜控制功能；便于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制、聯(lián)鎖控制等各種更復(fù)雜控制功能；便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。

12、問問 題：題：由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)總體性能低，運(yùn)算速度慢，容量小，利由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)總體性能低，運(yùn)算速度慢，容量小，利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制成很多個(gè)回路用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制成很多個(gè)回路容易出現(xiàn)負(fù)荷過載容易出現(xiàn)負(fù)荷過載，而，而且控制的集中也直接導(dǎo)致且控制的集中也直接導(dǎo)致危險(xiǎn)的集中危險(xiǎn)的集中，高度的集中使系，高度的集中使系統(tǒng)變得十分統(tǒng)變得十分“脆弱脆弱”。在當(dāng)時(shí)，集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不僅沒有給工業(yè)生產(chǎn)帶來明顯的在當(dāng)時(shí)，集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不僅沒有給工業(yè)生產(chǎn)帶來明顯的好處，反而可能嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，因此這種危險(xiǎn)集中的系統(tǒng)結(jié)好處，反而可能嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，因此這種危險(xiǎn)集中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很難為生產(chǎn)過程所接受，曾一度陷入困境。

13、構(gòu)很難為生產(chǎn)過程所接受，曾一度陷入困境。 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(1)(1)不能采取控制回路高度集中的設(shè)計(jì)思想，需要把控制功能分不能采取控制回路高度集中的設(shè)計(jì)思想，需要把控制功能分散到若干個(gè)控制站實(shí)現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；散到若干個(gè)控制站實(shí)現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；(2)(2)考慮到整個(gè)生產(chǎn)過程的整體性，各個(gè)控制系統(tǒng)（回路）的運(yùn)考慮到整個(gè)生產(chǎn)過程的整體性，各個(gè)控制系統(tǒng)（回路）的運(yùn)行應(yīng)當(dāng)服從工業(yè)生產(chǎn)管理的總體目標(biāo)。行應(yīng)當(dāng)服從工業(yè)生產(chǎn)管理的總體目標(biāo)。根本特征根本特征: :和和DCSDCS的功能層次的功能層次通常分為：通常分為：各級(jí)從各級(jí)從“上級(jí)上級(jí)”獲取指獲取指示，從示，從“下級(jí)下級(jí)”獲取信息，產(chǎn)

14、生對(duì)獲取信息，產(chǎn)生對(duì)“下級(jí)下級(jí)”的控制。的控制。 直接控制直接控制經(jīng)營(yíng)經(jīng)營(yíng)管理管理生產(chǎn)管理生產(chǎn)管理過程管理過程管理連續(xù)過程連續(xù)過程 間歇過程間歇過程 離散過程離散過程經(jīng)營(yíng)管理級(jí)居于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最經(jīng)營(yíng)管理級(jí)居于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層，負(fù)責(zé)全廠廣泛的工程、經(jīng)濟(jì)高一層，負(fù)責(zé)全廠廣泛的工程、經(jīng)濟(jì)、商務(wù)、人事以及其它的工作。如：、商務(wù)、人事以及其它的工作。如：市場(chǎng)分析、銷售和生產(chǎn)計(jì)劃市場(chǎng)分析、銷售和生產(chǎn)計(jì)劃過程管理級(jí)主要功能包括回路過程管理級(jí)主要功能包括回路組態(tài)、優(yōu)化控制、性能監(jiān)視、組態(tài)、優(yōu)化控制、性能監(jiān)視、故障監(jiān)測(cè)、記錄、報(bào)警故障監(jiān)測(cè)、記錄、報(bào)警生產(chǎn)管理主要完成生產(chǎn)規(guī)劃，生產(chǎn)監(jiān)生產(chǎn)管理主要完成生

15、產(chǎn)規(guī)劃，生產(chǎn)監(jiān)視，根據(jù)用戶訂單、庫(kù)存、能耗約束視，根據(jù)用戶訂單、庫(kù)存、能耗約束、能耗需求等指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。在、能耗需求等指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。在許多許多DCSDCS中，這級(jí)就充當(dāng)最高管理層中，這級(jí)就充當(dāng)最高管理層。直接控制級(jí)主要功能包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采直接控制級(jí)主要功能包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)視、故障診斷，控制輸出集、過程監(jiān)視、故障診斷，控制輸出、安全性能和冗余性能的實(shí)施、安全性能和冗余性能的實(shí)施 DCS的發(fā)展過程的發(fā)展過程劃分劃分起始時(shí)間起始時(shí)間主要特征主要特征119751975年年Honeywell公司推出了世界上第一套公司推出了世界上第一套DCS系系統(tǒng)統(tǒng)TDC-2000，技術(shù)特征是，技術(shù)特征是集

16、散集散。 280年代初年代初技術(shù)特征是引入局域網(wǎng)技術(shù)特征是引入局域網(wǎng)LANLAN 380年代末期年代末期90年代初年代初技術(shù)特征是技術(shù)特征是管控一體化管控一體化 490年代中期年代中期主要強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的開放性，特別是通信機(jī)制的主要強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的開放性，特別是通信機(jī)制的開放性開放性和標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化。 總結(jié)：早期總結(jié)：早期DCS的重點(diǎn)在于控制，的重點(diǎn)在于控制，DCS以以“分散分散”作為關(guān)鍵字，但現(xiàn)代作為關(guān)鍵字，但現(xiàn)代發(fā)展更著重于系統(tǒng)信息綜合管理，今后發(fā)展更著重于系統(tǒng)信息綜合管理，今后“綜合綜合”又將成為其關(guān)鍵又將成為其關(guān)鍵字，向?qū)崿F(xiàn)控制體系、運(yùn)行體系、計(jì)劃體系、管理體系的綜合自字，向?qū)崿F(xiàn)控制體系、運(yùn)行體系

17、、計(jì)劃體系、管理體系的綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，通過由網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)）或者串、并行通動(dòng)化方向發(fā)展，通過由網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)）或者串、并行通信實(shí)現(xiàn)設(shè)備互連和資源網(wǎng)絡(luò)化共享，實(shí)施從最底層的實(shí)時(shí)控制、信實(shí)現(xiàn)設(shè)備互連和資源網(wǎng)絡(luò)化共享，實(shí)施從最底層的實(shí)時(shí)控制、優(yōu)化控制上升到生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理，以至最高層的戰(zhàn)略決策，優(yōu)化控制上升到生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理，以至最高層的戰(zhàn)略決策，形成一個(gè)具有柔性的高度自動(dòng)化的管控一體化系統(tǒng)。形成一個(gè)具有柔性的高度自動(dòng)化的管控一體化系統(tǒng)。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖樸素意義上的樸素意義上的 FCSFCS結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)

18、構(gòu)示意圖 是連接智能現(xiàn)場(chǎng)裝置和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支是連接智能現(xiàn)場(chǎng)裝置和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。 支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復(fù)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復(fù)進(jìn)行A/DA/D、D/AD/A的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 把控制任務(wù)下移到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制一體化把控制任務(wù)下移到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制一體化 已成為全世界范圍自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)已成為全世界范圍自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)涉及整個(gè)自動(dòng)化和儀表的工業(yè)涉及整個(gè)自動(dòng)化和儀表的工業(yè)“革命革命” ” 隨著局域網(wǎng)、隨著局域網(wǎng)、Intern

19、etInternet、ITIT技術(shù)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化發(fā)控制系統(tǒng)向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化發(fā)展成為一種趨勢(shì)展成為一種趨勢(shì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)扁平化方向發(fā)展向網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)扁平化方向發(fā)展 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能向綜合化方向發(fā)展向綜合化方向發(fā)展 系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備向多樣化方向發(fā)展向多樣化方向發(fā)展 模擬調(diào)節(jié)器：模擬調(diào)節(jié)器： 信號(hào)本身是連續(xù)的，信號(hào)在時(shí)間域內(nèi)也是連續(xù)的信號(hào)本身是連續(xù)的，信號(hào)在時(shí)間域內(nèi)也是連續(xù)的各部分功能由不同的硬件獨(dú)立完成各部分功能由不同的硬件獨(dú)立完成數(shù)字控制器、計(jì)算機(jī)控制裝置：數(shù)字控制器、計(jì)算機(jī)控制裝置：信號(hào)本身是離散的

20、，信號(hào)在時(shí)間域內(nèi)也是離散的信號(hào)本身是離散的，信號(hào)在時(shí)間域內(nèi)也是離散的各部分功能由一個(gè)各部分功能由一個(gè)CPUCPU分時(shí)、周期性地計(jì)算完成分時(shí)、周期性地計(jì)算完成由此可見，由于數(shù)字控制器和計(jì)算機(jī)控制裝置的由此可見，由于數(shù)字控制器和計(jì)算機(jī)控制裝置的PIDPID控制算法也不能控制算法也不能是連續(xù)的，需要對(duì)是連續(xù)的，需要對(duì)PIDPID進(jìn)行離散化的處理。進(jìn)行離散化的處理。模擬模擬PIDPID調(diào)節(jié)規(guī)律的表達(dá)式調(diào)節(jié)規(guī)律的表達(dá)式 01( )( ) ( )( )tPdide tu tKe te t dtTTdt0e1e2e3e4e5e在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，必須把在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了便于計(jì)算機(jī)實(shí)

21、現(xiàn)，必須把PID控制規(guī)律的模擬表達(dá)式變換成差分控制規(guī)律的模擬表達(dá)式變換成差分方程。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，積分可以用方程。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，積分可以用“求和求和” 來近似、微分可以用來近似、微分可以用“后向差分后向差分”來代來代替替: sstnTT， 為采樣周期把上式代入模擬把上式代入模擬PID表達(dá)式，即可實(shí)現(xiàn)離散化。共由兩種離散化表達(dá)式，即可實(shí)現(xiàn)離散化。共由兩種離散化PID表示形式表示形式 Ts( ) ( )( )( )( )()se te nr ny ne ne nT 相當(dāng)于的簡(jiǎn)寫( )( )(1) sde te ne ndtT00( ) ( )ntsie t dtTe i01( )( )

22、( )( )tPdide tu tKe te t dtTTdt00( )( )( )( )( )( )(1)( )( )ssntsitnTe te nr ny nde te ne ndtTe t dtTe i)1()()()()(0neneTTieTTneKnusdniisp上式的計(jì)算結(jié)果即等于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，如閥門的開度，因此稱為位置式上式的計(jì)算結(jié)果即等于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，如閥門的開度，因此稱為位置式PID控制算法控制算法但要生成一個(gè)但要生成一個(gè), ,需要保存需要保存?zhèn)€偏差信息個(gè)偏差信息隨著隨著 的增大，計(jì)算量也隨之增大的增大，計(jì)算量也隨之增大而且一旦發(fā)生故障，閥位可能發(fā)生急劇的變化而且一旦發(fā)

23、生故障，閥位可能發(fā)生急劇的變化 第第 n n 次的計(jì)算結(jié)果：次的計(jì)算結(jié)果：)1()()()()(0neneTTieTTneKnusdniisp第第n n1 1次的計(jì)算結(jié)果：次的計(jì)算結(jié)果：10(1) (1)( ) (1)(2)nsdpiisTTu nKe ne ie ne nTT二者相減：二者相減：) 1()()(nununu100 ( )(1)( )( ) ( )(1) (1)(2)nnsddpiiissTTTKe ne ne ie ie ne ne ne nTTT( ) ( )(1)( ) ( )2 (1)(2)( )( )(1)sdpisTTu nKe ne ne ne ne ne nTT

24、u nu nu n ( ) ( )(1)( ) ( )2 (1)(2)( )( )(1)sdpisTTu nKe ne ne ne ne ne nTTu nu nu n 增量式增量式PIDPID控制算法：控制算法：增量式增量式PID控制算法的特點(diǎn)：控制算法的特點(diǎn)： 增量型算法不需要做累加計(jì)算，控制量的增量增量型算法不需要做累加計(jì)算，控制量的增量u(n)u(n)僅與最近幾次偏差值僅與最近幾次偏差值e(n)e(n)、e(n-1)e(n-1)、e(n-2)e(n-2)有關(guān)。有關(guān)。 增量型算法得出的是控制量的增量，例如在閥門控制中只輸出閥門開度的變化量，增量型算法得出的是控制量的增量，例如在閥門控制中

25、只輸出閥門開度的變化量，誤動(dòng)作和必要的限制輸出，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。誤動(dòng)作和必要的限制輸出，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。 采用增量型采用增量型PIDPID控制算法便于實(shí)現(xiàn)手、自動(dòng)的無擾動(dòng)切換?？刂扑惴ū阌趯?shí)現(xiàn)手、自動(dòng)的無擾動(dòng)切換。 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最常用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最常用 測(cè)量誤差是模擬輸入信號(hào)在信號(hào)測(cè)量和傳輸過程中，由引入的干擾和隨機(jī)噪聲引起的測(cè)量誤差是模擬輸入信號(hào)在信號(hào)測(cè)量和傳輸過程中，由引入的干擾和隨機(jī)噪聲引起的它們可能來自測(cè)量?jī)x表本身、傳感器、外界干擾等它們可能來自測(cè)量?jī)x表本身、傳感器、外界干擾等測(cè)量誤差有二大類：一類是測(cè)量誤差有二大類：一類是，典型代表為，典型代表為50Hz50Hz的工頻干擾

26、；另一類是的工頻干擾；另一類是，這類干擾是指在相同條件下測(cè)量同一量時(shí)，其大小和符號(hào)作無規(guī)則的變化而，這類干擾是指在相同條件下測(cè)量同一量時(shí)，其大小和符號(hào)作無規(guī)則的變化而無法預(yù)測(cè)，但在多次測(cè)量中它是符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的。無法預(yù)測(cè)，但在多次測(cè)量中它是符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的。 可以采用可以采用方法，也可以采用方法，也可以采用方法來抑制和濾除有效信號(hào)中的干擾成分方法來抑制和濾除有效信號(hào)中的干擾成分但是為了提高工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性，正確地采用數(shù)字濾波技術(shù)與硬件抗干擾措施構(gòu)成但是為了提高工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性，正確地采用數(shù)字濾波技術(shù)與硬件抗干擾措施構(gòu)成的雙道抗干擾防線，將大大提高工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性。的雙道抗干擾防線，將大

27、大提高工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性。 所謂所謂，就是按統(tǒng)計(jì)規(guī)律通過一定的計(jì)算或判斷程序，來減少干擾在有效信號(hào)中，就是按統(tǒng)計(jì)規(guī)律通過一定的計(jì)算或判斷程序，來減少干擾在有效信號(hào)中的比重，其實(shí)質(zhì)是一種程序?yàn)V波。的比重，其實(shí)質(zhì)是一種程序?yàn)V波。 中位值濾波的原理是對(duì)被測(cè)信號(hào)連續(xù)采樣中位值濾波的原理是對(duì)被測(cè)信號(hào)連續(xù)采樣n n次（次（n n一般取大于一般取大于3 3的奇數(shù)）的奇數(shù)）然后將采樣結(jié)果從大到小排列然后將采樣結(jié)果從大到小排列取其中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)取其中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)這種濾波方法十分簡(jiǎn)單，主要用以克服偶然因素引起的干擾這種濾波方法十分簡(jiǎn)單，主要用以克服偶然因素引起的干擾對(duì)于溫度、液位等緩

28、慢變化的參數(shù)，其濾波效果較好對(duì)于溫度、液位等緩慢變化的參數(shù)，其濾波效果較好但不適用于流量、壓力等快速變化的參數(shù)。但不適用于流量、壓力等快速變化的參數(shù)。 算術(shù)平均濾波的原理是根據(jù)輸入的算術(shù)平均濾波的原理是根據(jù)輸入的n n的采樣數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)x xi i（i=1i=1n n），尋找一），尋找一個(gè)個(gè) ，使，使 與與n n個(gè)樣本的偏差的平方和最?。簜€(gè)樣本的偏差的平方和最?。?yy1minniiEyx11niiyxn濾波結(jié)果的平滑濾波程度取決于每次濾波的樣本數(shù)濾波結(jié)果的平滑濾波程度取決于每次濾波的樣本數(shù)n n當(dāng)當(dāng)n n較大時(shí)，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號(hào)的變化對(duì)測(cè)量計(jì)算結(jié)果較大時(shí)，平滑度高，但靈敏度

29、低，即外界信號(hào)的變化對(duì)測(cè)量計(jì)算結(jié)果y y的影響小的影響小當(dāng)當(dāng)n n較小時(shí)，平滑度較低，但靈敏度高較小時(shí)，平滑度較低，但靈敏度高如如: : 對(duì)一般流量測(cè)量，對(duì)一般流量測(cè)量，n(8n(816)16)； 對(duì)壓力等測(cè)量，對(duì)壓力等測(cè)量，n n可取可取4 4。 11niiyxn1niiiyc x12121nnccccccsTsxsyf11)()()()() 1()(nxnyTnynyTsf( )( )(1)fsfsfsTTy nx ny nTTTT( )(1) ( )(1)y nx ny n操作站操作站控制站（器）控制站（器）IPCIPC、數(shù)字調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLCPLC、專用控制器、專用控制器管理層

30、計(jì)算機(jī)管理層計(jì)算機(jī)操作站操作站控制站（器）控制站（器）IPCIPC、數(shù)字調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLCPLC、專用控制器、專用控制器操作站操作站控制站（器）控制站（器）IPCIPC、數(shù)字調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLCPLC、專用控制器、專用控制器功能：監(jiān)控（ 工藝流程顯示、表格顯示、趨勢(shì)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警信息的記錄、手自動(dòng)切換/手動(dòng)操作、參數(shù)設(shè)置、其它功能）操作員站：一般操作功能（往往不包括系統(tǒng)中重要參數(shù)的設(shè)置）工程師站：全部功能可以通過硬件區(qū)分（設(shè)置不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、設(shè)置不同的鍵盤等等）通過操作人員所擁有 的密碼區(qū)分，硬件系統(tǒng)完全相同功能：信號(hào)的采集、運(yùn)算（決策）、控制信號(hào)的輸出、報(bào)警處理、網(wǎng)

31、絡(luò)通信（與其它控制站或者與操作站） 早期早期 邏輯控制為主邏輯控制為主 Programmable Logical Controller Programmable Controller 本義本義 6060年代末期，美國(guó)的汽車工業(yè)的迅速發(fā)展年代末期，美國(guó)的汽車工業(yè)的迅速發(fā)展在在PLCPLC問世以前，問世以前，在順序控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位，但由在順序控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位，但由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)工藝多變化的系統(tǒng)適應(yīng)性極差：繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)工藝多變化的系統(tǒng)適應(yīng)性極差： 需要使用大量的繼電器需要使用大量的繼電器 繼電器間通過硬接線相連接繼電器間通過硬接線相連接 一旦工藝發(fā)生或控制要求變

32、化，需要改變控制柜內(nèi)繼電器系一旦工藝發(fā)生或控制要求變化，需要改變控制柜內(nèi)繼電器系 統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，甚至需要重新設(shè)計(jì)新系統(tǒng)統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，甚至需要重新設(shè)計(jì)新系統(tǒng) 開發(fā)新的可編程序的控制設(shè)備取代繼電器控制系統(tǒng)開發(fā)新的可編程序的控制設(shè)備取代繼電器控制系統(tǒng)早期的早期的PLCPLC雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上它只能完成順序雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上它只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能控制，僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能在經(jīng)歷了在經(jīng)歷了3030年的發(fā)展，現(xiàn)代年的發(fā)展，現(xiàn)代PLCPLC產(chǎn)品已經(jīng)成為了名符其實(shí)的多功能產(chǎn)品已經(jīng)成為了名符其實(shí)的多功能控制器，如邏輯控制、

33、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理等功能都得控制器，如邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理等功能都得到了很大的加強(qiáng)和完善。到了很大的加強(qiáng)和完善。與此同時(shí)，與此同時(shí)，PLCPLC的網(wǎng)絡(luò)通信功能也得到飛速發(fā)展，的網(wǎng)絡(luò)通信功能也得到飛速發(fā)展，PLCPLC及及PLCPLC網(wǎng)絡(luò)成網(wǎng)絡(luò)成為了工廠企業(yè)中不可或缺的一類工業(yè)控制裝置。為了工廠企業(yè)中不可或缺的一類工業(yè)控制裝置。 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 功能完善，通用靈活功能完善，通用靈活 編程簡(jiǎn)單、使用方便編程簡(jiǎn)單、使用方便 此外，此外，PLCPLC還具有接線簡(jiǎn)單、系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、體積小、重量輕、易于還具有接線簡(jiǎn)單、系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、體積小、重量

34、輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化等特點(diǎn)，使得實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化等特點(diǎn)，使得PLCPLC在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)上具有其它許多控制器在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)上具有其它許多控制器所無法相比的優(yōu)越性。所無法相比的優(yōu)越性。 按地域范圍按地域范圍 按按I/O點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù) 按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu) 一體化一體化模塊化模塊化通 信 接 口I/O 接 口ROMRAM電池CPU上位機(jī)電源AODOAIDI執(zhí)行器測(cè)量?jī)x表其它外設(shè)總線連接器電源模塊CPU模塊通信模塊I/O模塊DIN導(dǎo)軌模塊DIN導(dǎo)軌在我國(guó)占有較大市場(chǎng)份額、較有影響的公司和在我國(guó)占有較大市場(chǎng)份額、較有影響的公司和PLCPLC有：有：2.OMRON公司公司 80年代初，主要有年代初，主要有C系列系列PLC，

35、如，如C2000、C1000、C500、C20 隨后出現(xiàn)隨后出現(xiàn)C系列系列P型機(jī)，如型機(jī)，如C20P，普通型號(hào)尾部加字母，普通型號(hào)尾部加字母“P” 80年代后期推出年代后期推出H型機(jī)，如型機(jī)，如C20H、C2000H，尾部加字母，尾部加字母“H” 還有還有SP系列超小型系列超小型PLC，如，如SP20/SP16/SP10，點(diǎn)數(shù)小，點(diǎn)數(shù)小/價(jià)格低價(jià)格低/速度極快速度極快/體積小體積小 90年代初期，推出大型機(jī)年代初期，推出大型機(jī)CV系列和小型機(jī)系列和小型機(jī)CQM1，前者性能比大型，前者性能比大型H機(jī)更高，后者為無機(jī)更高，后者為無底板、模塊式結(jié)構(gòu)，執(zhí)行速度比中型機(jī)底板、模塊式結(jié)構(gòu)，執(zhí)行速度比中型機(jī)

36、C200H還快還快 90年代后期，中型機(jī)年代后期，中型機(jī)C200H發(fā)展到發(fā)展到C200HS(96年年)、C200H(97年年)，后者組網(wǎng)能力更強(qiáng)，后者組網(wǎng)能力更強(qiáng) 97年推出來年推出來P型機(jī)的升級(jí)產(chǎn)品，即型機(jī)的升級(jí)產(chǎn)品，即CPM1A，體積小、通信功能加強(qiáng)，體積小、通信功能加強(qiáng) 99年推出功能比年推出功能比機(jī)更完美的機(jī)更完美的CS1系列系列PLC（代表來當(dāng)今（代表來當(dāng)今PLC發(fā)展動(dòng)向）發(fā)展動(dòng)向） 與此同時(shí)，還有與此同時(shí)，還有CPM2A、CPM2C、CPM2AE等小型機(jī)等小型機(jī) 總之，有總之，有CPM1A，P型機(jī)，型機(jī)，H型機(jī)，型機(jī)，CQM1、CV、CV型機(jī)，型機(jī)，型等型等 大、中、小、微均有，特

37、別在中、小、微方面更具特長(zhǎng)大、中、小、微均有，特別在中、小、微方面更具特長(zhǎng) 在中國(guó)及世界市場(chǎng)，都占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。在中國(guó)及世界市場(chǎng)，都占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。 美國(guó)美國(guó)GE公司、日本公司、日本FANAC合資的合資的GEFANAC美國(guó)美國(guó)Modicon 公司公司(被施奈德兼并被施奈德兼并)美國(guó)美國(guó)AB（AlienBradley）日本三菱公司日本三菱公司日本日立公司日本日立公司日本東芝公司日本東芝公司日本松下公司日本松下公司日本富士公司等都生產(chǎn)日本富士公司等都生產(chǎn)PLC，并有一定的地位。，并有一定的地位。國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)PLC廠家規(guī)模多不大。例如廠家規(guī)模多不大。例如無錫華光電子工業(yè)有限公司生產(chǎn)的無錫華光電子工業(yè)有限

38、公司生產(chǎn)的SR系系列列PLC、和利時(shí)公司于和利時(shí)公司于2004年推出完全自主生產(chǎn)的小型一體化年推出完全自主生產(chǎn)的小型一體化PLCHOLLiAS-LEC等等等等，一般國(guó)產(chǎn)，一般國(guó)產(chǎn)PLC在價(jià)格上很有優(yōu)勢(shì)。相信會(huì)在世界在價(jià)格上很有優(yōu)勢(shì)。相信會(huì)在世界PLC之林中一定有其位置的。之林中一定有其位置的。向大型網(wǎng)絡(luò)化、綜合化方向發(fā)展向大型網(wǎng)絡(luò)化、綜合化方向發(fā)展 向體積小、速度快、功能強(qiáng)、價(jià)格低的小型化方向發(fā)展向體積小、速度快、功能強(qiáng)、價(jià)格低的小型化方向發(fā)展 編程器、編程器、 PLC、IPC、OP系統(tǒng)總線CPU主機(jī)RAMEPROME2PROM通信接口外設(shè)接口PIO接口PLC、IPC、OP編程器、打印機(jī)變送器

39、、執(zhí)行器等現(xiàn)場(chǎng)儀表電源模塊CPU模塊通信接口模塊I/O模塊I/O模塊智能I/O模塊系統(tǒng)總線電源線中央處理單元中央處理單元CPU 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 I/O接口接口 智能模塊智能模塊 接口和擴(kuò)展接口模塊接口和擴(kuò)展接口模塊 電源模塊電源模塊 編程工具編程工具 基本功能基本功能 通過輸入裝置讀入通過輸入裝置讀入的信號(hào)和狀態(tài)，用戶程序根據(jù)輸?shù)男盘?hào)和狀態(tài)，用戶程序根據(jù)輸入信號(hào)、狀態(tài)進(jìn)行處理，處理結(jié)果通過輸出裝置去控制入信號(hào)、狀態(tài)進(jìn)行處理，處理結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。外設(shè)。 外設(shè)包括：外設(shè)包括：I/O模塊、模塊、OP、編程器、編程器例如：例如： 早期的早期的TI545串口串口(19.2kbps、38.4kb

40、ps)臺(tái)灣的臺(tái)灣的FAMA串口、串口、EtherNetSIEMENS S7 CPU31xMPI(187.5kbps)SIEMENS S7 CPU31x2MPI(187.5kbps) Profibus-DP(12Mbps)其它功能其它功能 網(wǎng)絡(luò)功能網(wǎng)絡(luò)功能*PLC常用的存儲(chǔ)器主要有常用的存儲(chǔ)器主要有PROM、EPROM、E2PROM、RAM等幾種，等幾種，多數(shù)都直接集成在多數(shù)都直接集成在CPU單元內(nèi)部。單元內(nèi)部。 用于存放：用于存放：、和和CRT、鍵盤過程控制計(jì)算機(jī)A/DDID/ADO 被控過程（對(duì)象）被控變量操作變量I/O模塊的主要類型包括模塊的主要類型包括：模擬量輸入模塊模擬量輸入模塊（AI

41、） 模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊（AO） 開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入模塊（DI） 開關(guān)量輸出模塊開關(guān)量輸出模塊（DO） A/DA/D作用作用：將現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出的（標(biāo)準(zhǔn)）模擬量信號(hào)：將現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出的（標(biāo)準(zhǔn)）模擬量信號(hào)010mA、420mA、15VDC等等轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)變送器：變送器： 溫度變送器溫度變送器 壓力變送器壓力變送器 流量變送器流量變送器 液位變送器液位變送器 成分分析儀成分分析儀傳感器：傳感器： Pt100 Cu50 熱電偶熱電偶 現(xiàn)場(chǎng)儀表模擬信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)儀表模擬信號(hào)420mA010mA15VDCmV、模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D、AI)端口端口(地

42、址地址)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023CPU數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023工程化轉(zhuǎn)換工程化轉(zhuǎn)換工程量工程量0100?kPa軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表硬件濾波硬件濾波如：如：RC濾波濾波軟件濾波軟件濾波如：中值濾波如：中值濾波 軟件軟件RC濾波濾波 A/D接口變化一個(gè)接口變化一個(gè)LSB（二進(jìn)制最低有效位）時(shí)輸入模擬量的最小變化量（二進(jìn)制最低有效位）時(shí)輸入模擬量的最小變化量 例：例：12位位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入范圍轉(zhuǎn)換器，輸入范圍010VDC，分辨力，分辨力10/2122.44mV （）實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲

43、線之間的最大偏差 包括偏移誤差（包括偏移誤差（0輸入非輸入非0輸出）、非線性誤差等。輸出）、非線性誤差等。 線性誤差通常以線性誤差通常以LSB的分?jǐn)?shù)表示：如的分?jǐn)?shù)表示：如 等等從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束完成一次從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間 模塊包含的模塊包含的A/D單極性、雙極性、信號(hào)范圍、信號(hào)制單極性、雙極性、信號(hào)范圍、信號(hào)制 型號(hào)通道數(shù) 分辨率 轉(zhuǎn)換時(shí)間 輸入信號(hào)范圍 PCL816 8(差) 16(單) 16位8.5s 010V、05V、02.5V、01.25V（單）10V、5V、2.5V、1.25V（差） PCL818 8(差) 16(單) 12位8s 0

44、10V、05V、02V、01V（單） 10V、5V、2.5V、1V、0.5V（差） SM331 7KF010AB084（ ）12位20ms 80mV/10M、250mV、500mV、1V、 2.5V、5V、15V、10V、10 mA /25、 3.2 mA、20mA、020mA、420mA、E、 N、J、K型熱電偶、Pt100等 SM331 7KB010AB021（ ）12位20ms 現(xiàn)有一塊現(xiàn)有一塊2通道的通道的A/D輸入轉(zhuǎn)換卡輸入轉(zhuǎn)換卡 2臺(tái)臺(tái)DDZIII型二線制變送器型二線制變送器 每臺(tái)變送器對(duì)應(yīng)一個(gè)每臺(tái)變送器對(duì)應(yīng)一個(gè)A/D輸入通道。輸入通道。 A/D卡通道1通道224VDC電源變送器一

45、變送器二D/AD/A作用作用：將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)儀表可以接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)儀表可以接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)420mA等等 如：如： 12位數(shù)字量（位數(shù)字量（04095） 420mA 2047 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果：對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果： 12mA調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥變頻器變頻器執(zhí)行器控制信號(hào)執(zhí)行器控制信號(hào)420mA010mA15VDC010VDC數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A、AO)端口端口(地址地址)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023CPU工程量工程量0100軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023工程化反變換工程化反變換二進(jìn)制變化一個(gè)二進(jìn)制變化一個(gè)LS

46、B（最低有效位）時(shí)（最低有效位）時(shí)D/A輸出模擬量的最小變化量輸出模擬量的最小變化量 （）實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差 包括偏移誤差（包括偏移誤差（0輸入非輸入非0輸出）、非線性誤差等。輸出）、非線性誤差等。 線性誤差通常以線性誤差通常以LSB的分?jǐn)?shù)表示：如的分?jǐn)?shù)表示：如 等等當(dāng)輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出的模擬信號(hào)穩(wěn)定在相應(yīng)的數(shù)值范圍之內(nèi)當(dāng)輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出的模擬信號(hào)穩(wěn)定在相應(yīng)的數(shù)值范圍之內(nèi) （ 0.5x LSB）所經(jīng)歷的時(shí)間）所經(jīng)歷的時(shí)間 模塊包含的模塊包含的D/A 電流、電壓及輸出范圍電流、電壓及輸出范圍 型號(hào)型號(hào)通道數(shù)通

47、道數(shù) 分辨率分辨率 建立時(shí)間建立時(shí)間 非線性誤差非線性誤差輸出信號(hào)范圍輸出信號(hào)范圍 PCL726 612位位70 s 0.5LSB 010V、05V（單）（單） 10V、 5V（差）（差） PCL727 1212位位40 s 1LSB SM3325HD010AB0 412位單位單11位雙位雙0.8ms 電壓：電壓： 0.5電流：電流： 0.6 15V、 10V、010V、 20mA、020mA、420mA SM3325HB010AB0212位單位單11位雙位雙0.8ms 接口接口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線總線D/A輸出信號(hào)輸出信號(hào)1輸出信號(hào)輸出信號(hào)nD/A單通路單通路DA輸出形式：輸出形式： 微處理器和通路

48、之間通過獨(dú)立的接口緩沖器傳送信息微處理器和通路之間通過獨(dú)立的接口緩沖器傳送信息 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，該缺點(diǎn)正在逐步得到克服。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，該缺點(diǎn)正在逐步得到克服。計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)D/AV/I15V電壓輸出電壓輸出420mA電流電流計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)D/A不要求！不要求！DIDI作用作用：將現(xiàn)場(chǎng)過程來的數(shù)字量信號(hào)（：將現(xiàn)場(chǎng)過程來的數(shù)字量信號(hào)（“1”/“0”）轉(zhuǎn)換成）轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部的內(nèi)部的Vi直流電壓直流電壓Vi無源觸點(diǎn)無源觸點(diǎn)數(shù)字量信號(hào)類型數(shù)字量信號(hào)類型：、等等3種類型種類型轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換過程： V+()DI輸輸入入總線總線信號(hào)信號(hào)1V+()信號(hào)信號(hào)2繼電器等繼電器等DODO作用

49、作用：將：將PLC（CPU）內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過程所需要的外部信號(hào)電平）內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過程所需要的外部信號(hào)電平 驅(qū)動(dòng)電磁閥、繼電器、接觸器、指示燈、小型電機(jī)等各種負(fù)載設(shè)備驅(qū)動(dòng)電磁閥、繼電器、接觸器、指示燈、小型電機(jī)等各種負(fù)載設(shè)備。 輸出信號(hào)類型輸出信號(hào)類型：晶體管輸出晶體管輸出（直流直流） 晶閘管輸出（晶閘管輸出（交流交流） 繼電器輸出（繼電器輸出（無源接點(diǎn)無源接點(diǎn)）轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換過程： 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 電平和格式的轉(zhuǎn)換電平和格式的轉(zhuǎn)換 光電隔離光電隔離 輸出緩沖區(qū)（映像區(qū)）輸出緩沖區(qū)（映像區(qū)） V+()DO輸輸出出總線總線信號(hào)信號(hào)1V+()信號(hào)信號(hào)2繼電器等繼電器等智能模塊智能模塊 接口

50、模塊接口模塊 ：根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，可選用不同型號(hào)和數(shù)量的：根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，可選用不同型號(hào)和數(shù)量的I/O模塊，并把這模塊，并把這些模塊安裝在一個(gè)或多個(gè)機(jī)架上些模塊安裝在一個(gè)或多個(gè)機(jī)架上：把中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架連接起來構(gòu)成一個(gè)完整的把中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架連接起來構(gòu)成一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)。系統(tǒng)。ET200MIM153-1ET200MIM361IM360CPUI/O模塊模塊CR中央機(jī)架中央機(jī)架ER擴(kuò)展機(jī)架擴(kuò)展機(jī)架本地連接接口模塊：連接本地機(jī)架本地連接接口模塊：連接本地機(jī)架擴(kuò)展連接接口模塊：連接擴(kuò)展機(jī)架（分布式擴(kuò)展連接接口模塊：連接擴(kuò)展機(jī)架（分布式I/O站點(diǎn)）站點(diǎn)）分布式分布式I/O站點(diǎn)站點(diǎn)分布式分布

51、式I/O站點(diǎn)站點(diǎn)I/O模塊模塊PROFIBUS-DP總線總線 電源模塊電源模塊 ：PLC一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源（一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源（24VDC）供內(nèi)部電路使用。）供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比：開關(guān)電源的輸入電壓范圍寬、穩(wěn)定性好、體積小，重量與普通電源相比：開關(guān)電源的輸入電壓范圍寬、穩(wěn)定性好、體積小，重量輕，效率高，抗干擾能力強(qiáng)。輕，效率高，抗干擾能力強(qiáng)。編程工具編程工具 ：編制和調(diào)試應(yīng)用程序、設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境、在線監(jiān)視或修改運(yùn)編制和調(diào)試應(yīng)用程序、設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境、在線監(jiān)視或修改運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。主要有：行狀態(tài)和參數(shù)。主要有：和和由由PLC生產(chǎn)廠家提供，只能適用于特定生產(chǎn)廠家提供，只能適用于特定PL

52、C的軟件編程裝置。的軟件編程裝置。 專用編程器一般有專用編程器一般有 和和 二種二種 一般只能編輯語句表指令程序，不能直接編輯梯形圖程序，多用于小型一般只能編輯語句表指令程序，不能直接編輯梯形圖程序，多用于小型PLC的編程的編程或者用于或者用于PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維修控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維修 。本質(zhì)上是一臺(tái)便攜式專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以編制多種指令程序，功能強(qiáng)。本質(zhì)上是一臺(tái)便攜式專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以編制多種指令程序，功能強(qiáng)。世界上各主要世界上各主要PLC生產(chǎn)廠家都提供了在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行生產(chǎn)廠家都提供了在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的，借助于相應(yīng)的通信接口裝置，用戶可以在個(gè)人計(jì)算機(jī)的，借助于相應(yīng)的通信接

53、口裝置，用戶可以在個(gè)人計(jì)算機(jī)上通過專用編程軟件進(jìn)行程序編輯、調(diào)試等各種功能，而上通過專用編程軟件進(jìn)行程序編輯、調(diào)試等各種功能，而且專用編程軟件一般可適用于一系列的且專用編程軟件一般可適用于一系列的PLC系統(tǒng)，專用編系統(tǒng)，專用編程軟件是多數(shù)用戶首選的編程裝置。程軟件是多數(shù)用戶首選的編程裝置。M13M23M13M23KM1SB1KM1KTKM2SB2KT10SKM1SB1SB2KM1KT10SKTKM2PLC(CPM1A)SB200001SB100000COM24VDCKM1KM2COM220VAC0100002000SB200001SB100000COM24VDCKM1KM2COM220VAC0

54、100002000輸入繼電器線圈輸出觸點(diǎn)內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)000000000101000TIM00TIM000100001001內(nèi)部輸出繼電器線圈PLC控制程序（梯形圖）接收操作指令(啟動(dòng)、停止按鈕等)，或被控對(duì)象的各種狀態(tài)信息(由行程開關(guān)、接近開關(guān)等提供)。PLC的每一個(gè)輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)部輸入繼電器，當(dāng)輸入點(diǎn)與輸入COM端接通時(shí)，輸入繼電器線圈通電，它的常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開這一部分是用戶編制的控制程序，通常用梯形圖的形式表示。控制程序放在PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PLC依次讀取用戶程序存儲(chǔ)器中的程序語句，對(duì)它們的內(nèi)容進(jìn)行解釋并加以執(zhí)行，有需要輸出的結(jié)果則送到PLC的輸出端子，以

55、控制外部負(fù)載的工作。根據(jù)程序執(zhí)行的結(jié)果直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。在PLC內(nèi)部有多個(gè)輸出繼電器，每個(gè)輸出繼電器對(duì)應(yīng)輸出端的一個(gè)硬觸點(diǎn)，當(dāng)程序執(zhí)行的結(jié)果使輸出繼電器線圈通電時(shí)，對(duì)應(yīng)的硬輸出觸點(diǎn)閉合，控制負(fù)載的動(dòng)作。是從繼電器控制電路的原理圖演變而來的。PLCPLC內(nèi)部的繼電器內(nèi)部的繼電器 并不是實(shí)際的硬繼電器，每個(gè)繼電器是PLC內(nèi)部存儲(chǔ)單元的一位，因此稱為“軟繼電器軟繼電器”。梯形圖是由這些“軟繼電器”組成的控制線路，但它們并不是真正的物理連接，而是邏輯關(guān)系上的連接，稱為“軟接線軟接線”。當(dāng)存儲(chǔ)單元的某位狀態(tài)為1時(shí)，相當(dāng)于某個(gè)繼電器線圈得電； 當(dāng)狀態(tài)為0時(shí)，相當(dāng)于該繼電器線圈斷電。軟繼電器的常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)

56、可以在程序中使用無數(shù)多次。PLC為用戶提供的繼電器一般有：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、特殊功能繼電器、移位寄存器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。其中，輸入、輸出繼電器一般與外部輸入、輸出設(shè)備相連接，而其它繼電器與外部設(shè)備沒有直接聯(lián)系。CPU從首條指令開始順序逐條地執(zhí)行，到用從首條指令開始順序逐條地執(zhí)行，到用戶程序結(jié)束，然后開始新一輪掃描戶程序結(jié)束，然后開始新一輪掃描： ：PLC掃描周期與掃描周期與PLC的硬件特性和用戶程序的硬件特性和用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)，典型值一般為幾十長(zhǎng)短有關(guān)，典型值一般為幾十ms 復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器元件狀態(tài)的清零或復(fù)位、檢查I/O單元的連接等上電初始化檢查存儲(chǔ)器、硬件單元正確？Y執(zhí)行

57、用戶程序數(shù)據(jù)I/O操作置位故障標(biāo)志、顯示故障指示燈性質(zhì)？N報(bào)警錯(cuò)誤外設(shè)端口服務(wù) 故障原因：硬件故障（損壞）、軟件故障（死循環(huán)）故障原因：硬件故障（損壞）、軟件故障（死循環(huán)）輸入端子現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)輸入調(diào)理電路輸入緩沖器輸入映像存儲(chǔ)器掃描用戶程序A I 0.0A I 0.1輸出映像存儲(chǔ)器輸出緩沖器輸出調(diào)理電路輸出端子受控輸出裝置輸入信號(hào)采樣輸入信號(hào)采樣掃描用戶程序掃描用戶程序輸出信號(hào)更新輸出信號(hào)更新CSB1SB2SB3C（A）電氣控制梯形圖電源線（Ladder Diagram，LAD）是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種圖形編程語言，沿用了繼電是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種

58、圖形編程語言，沿用了繼電器、接點(diǎn)、串并聯(lián)等術(shù)語和類似的圖形符號(hào)，是多數(shù)器、接點(diǎn)、串并聯(lián)等術(shù)語和類似的圖形符號(hào)，是多數(shù)PLC的第一用戶語言。的第一用戶語言。PLC梯形圖的編程元素主要有：梯形圖的編程元素主要有： 、 、 等，等， 分別表示分別表示: 常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、繼電器線圈等常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、繼電器線圈等 PLC梯形圖按從左到右、自上而下的順序排列，左起起始母線，右至結(jié)束母線。梯形圖按從左到右、自上而下的順序排列，左起起始母線，右至結(jié)束母線。 CSB1SB2SB3C（A）電氣控制梯形圖）電氣控制梯形圖電源線電源線I0.0Q0.0Q0.0I0.1I0.2并聯(lián)并聯(lián)串聯(lián)串聯(lián)（B）PLC梯形圖梯

59、形圖起始母線起始母線結(jié)束母線結(jié)束母線語句表是一種類似于匯編語言的助語句表是一種類似于匯編語言的助記符編程語言記符編程語言 CSB1SB2SB3C（A）電氣控制梯形圖）電氣控制梯形圖電源線電源線I0.0Q0.0Q0.0I0.1I0.2并聯(lián)并聯(lián)串聯(lián)串聯(lián)（B）PLC梯形圖梯形圖起始母線起始母線結(jié)束母線結(jié)束母線A(OI0.0OQ0.0)ANI0.1ANI0.2=Q0.00000000005010000100310點(diǎn)IO6入，4出00000000011010000100720點(diǎn)IO12入，8出000000001100100001050100001007011000110330點(diǎn)IO18入，12出0020

60、000211012000120720點(diǎn)擴(kuò)展IO12入，8出0030000311013000130700400004110140001407000000001100100001110100001007011000110740點(diǎn)IO24入，16出002000021101200012070030000311013000130700400004110140001407返回返回S7-300 PLC的硬件構(gòu)成的硬件構(gòu)成 ：總線連接總線連接器器電源模塊電源模塊CPU模塊模塊通信模塊通信模塊I/O模塊模塊DIN導(dǎo)軌導(dǎo)軌模塊模塊DIN導(dǎo)軌導(dǎo)軌SIMATIC S7-300有多種性能級(jí)別的有多種性能級(jí)別的CPU：C