計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社2006年11月計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第1頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社2《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》依<全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材編審委員會>審定的教材大綱編寫。主編人：高金源夏潔出版發(fā)行：清華大學(xué)出版社計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第2頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社39.1集散型控制系統(tǒng)9.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)9.3以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)9.4控制網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)9.5網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其時(shí)間同步9.6閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析9.7閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第3頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社49.1集散型控制系統(tǒng)9.1.1概述9.1.2功能分層體系及基本結(jié)構(gòu)9.1.3集散控制系統(tǒng)的組態(tài)性計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第4頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社59.1.1概述相關(guān)概念集中控制采用單一的計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對工業(yè)大系統(tǒng)的控制。分布式控制將一個(gè)工業(yè)大系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，分別由若干臺控制器去控制。分布式控制承認(rèn)各個(gè)子系統(tǒng)間的聯(lián)系，經(jīng)過通信子網(wǎng)將各個(gè)局部控制器聯(lián)系起來，為了實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)意義上的總體目標(biāo)最優(yōu)，還設(shè)置上級協(xié)調(diào)器，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱為分散型綜合控制系統(tǒng)（TotalDistributedControlSystems，簡稱集散系統(tǒng)DCS）以微處理器為基礎(chǔ)，是應(yīng)用于過程控制的工程化的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。實(shí)際需要——管理要集中，控制要分散計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第5頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社6DCS發(fā)展新趨勢：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能增強(qiáng)，而且朝著開放、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。(2)中小型集散控制系統(tǒng)有較大發(fā)展?，F(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和PLC的發(fā)展更促進(jìn)了各集散控制系統(tǒng)制造商推出中小型集散控制系統(tǒng)。(3)電控、儀表與計(jì)算機(jī)（ElectricalInstrumentationComputer，EIC）“機(jī)電一體化”將導(dǎo)致各公司的兼并，EIC集成已是大勢所趨。(4)軟件與人機(jī)界面更加豐富。集散系統(tǒng)已經(jīng)采用實(shí)時(shí)多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)。配備先進(jìn)控制軟件的新型集散系統(tǒng)將可以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)控制、解耦控制、優(yōu)化控制和智能控制。(5)系統(tǒng)集成化。集散控制系統(tǒng)作為CIMS（計(jì)算機(jī)集成化制造系統(tǒng)）的基礎(chǔ)，是其系統(tǒng)集成的主要組成部分，成為提高企業(yè)綜合效益的重要途徑。(6)以因特網(wǎng)（Internet）、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、控制網(wǎng)或現(xiàn)場總線為通信網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)的一種更開放、更分散、集成度更高的分布式計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)正在迅速發(fā)展，相應(yīng)的控制理論和控制方法也將得到新的發(fā)展。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第6頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社79.1.2功能分層體系及基本結(jié)構(gòu)1.集散控制系統(tǒng)功能分層體系

集散控制系統(tǒng)的本質(zhì)是：采用分散控制和集中管理的設(shè)計(jì)思想、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則、采用層次化體系結(jié)構(gòu)。圖9-2集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的各層功能計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第7頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社82.集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)(1)第一代集散控制系統(tǒng)以1975年由美國霍尼威爾（Honeywell）公司首先推出的集散系統(tǒng)TDC-2000為第一代集散系統(tǒng)的標(biāo)志。這一代集散系統(tǒng)主要解決當(dāng)時(shí)過程工業(yè)控制應(yīng)用中采用模擬電動儀表難以解決的有關(guān)控制問題。

圖9-3第一代集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第8頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社92.集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)(2)第二代集散控制系統(tǒng)20世紀(jì)80年代，由于微機(jī)技術(shù)的成熟和局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)入，使得集散系統(tǒng)得到飛速發(fā)展。第二代集散系統(tǒng)以局部網(wǎng)絡(luò)為主干來統(tǒng)領(lǐng)全系統(tǒng)工作，系統(tǒng)中各單元都可以看作是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作站，局部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)又可以掛接橋和網(wǎng)間連接器，并與同網(wǎng)絡(luò)和異型網(wǎng)絡(luò)相連。特點(diǎn)是系統(tǒng)功能擴(kuò)大及增強(qiáng)。

圖9-4第二代集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第9頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社102.集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)(3)第三代集散控制系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)的主要變化是局部網(wǎng)絡(luò)采用了MAP或者是與MAP兼容、或者局部網(wǎng)絡(luò)本身就是實(shí)時(shí)MAPLAN。MAP是由美國GM（通用汽車公司）負(fù)責(zé)制定的，它是一種工廠系統(tǒng)公共的通信標(biāo)準(zhǔn)，已逐步成為一種事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。除了局部網(wǎng)絡(luò)的根本進(jìn)步之外，第三代集散控制系統(tǒng)的其它單元無論是硬件還是軟件，都有很大的變化，但系統(tǒng)的基本組成變化不大，其主要特征為開放系統(tǒng)。圖9-5第三代集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第10頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社112.集散控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)(4)第四代集散控制系統(tǒng)20世紀(jì)90年代末期至21世紀(jì)開始，由于電子信息產(chǎn)業(yè)的開放潮流和現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟與應(yīng)用，DCS廠家進(jìn)一步提升了系統(tǒng)功能范圍，將系統(tǒng)開發(fā)的方式由原來完全自主開發(fā)變?yōu)榧砷_發(fā)，推出了第四代DCS。共性：全面支持企業(yè)信息化、系統(tǒng)構(gòu)成集成化、混合控制功能兼容，營建進(jìn)一步分散化、智能化和低成本化，系統(tǒng)平臺開放化、應(yīng)用系統(tǒng)專業(yè)化。主要特征為：信息化和集成化；混合控制系統(tǒng)；融合采用現(xiàn)場總線技術(shù)的進(jìn)一步分散化；I/O處理單元小型化、智能化、低成本；系統(tǒng)平臺開放型與應(yīng)用的專業(yè)化。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第11頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社12圖9-6和利時(shí)第四代集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第12頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社133.集散控制系統(tǒng)特點(diǎn)

分散性和集中性系統(tǒng)控制分散、功能分散，負(fù)荷分散，從而危險(xiǎn)分散。集中性體現(xiàn)：監(jiān)視集中、操作集中、管理集中。自治性和協(xié)調(diào)性各工作站獨(dú)立自主地完成分配給自己任務(wù)，并通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種信息，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。友好性采用實(shí)用而簡潔的人機(jī)會話系統(tǒng)，豐富的畫面顯示。

適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，具有靈活的配置，可以適應(yīng)不同用戶的需要?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)要求，改變系統(tǒng)的大小配置。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第13頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社143.集散控制系統(tǒng)特點(diǎn)（續(xù)）

實(shí)時(shí)性采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理。使得管理與現(xiàn)場分離，管理更能綜合化和系統(tǒng)化。通過人機(jī)接口和I/O接口，可對過程對象進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析、記錄、監(jiān)視、操作控制，并包括對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組態(tài)回路的在線修改、局部故障的在線維護(hù)等，提高了系統(tǒng)的可用性。

可靠性廣泛采用了冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)。各單元都具備自診斷、自檢查、自修理功能，故障出現(xiàn)時(shí)還可自動報(bào)警。使集散系統(tǒng)的可靠性和安全性得到大大提高。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第14頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社154.集散控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信(1)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)雙絞線、光釬、同軸電纜等。(2)數(shù)據(jù)傳輸方式基帶傳輸方式頻帶傳輸方式(3)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型、環(huán)型和總線/樹型等常見幾種(4)網(wǎng)絡(luò)的訪問控制方法集散控制系統(tǒng)采用的信息存取控制方式主要為：CSMA／CD（帶有沖突檢測的載波偵聽多路存取）令牌環(huán)法令牌總線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第15頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社169.1.3集散控制系統(tǒng)的組態(tài)性集散控制系統(tǒng)的組態(tài)類型系統(tǒng)組態(tài)完成組成系統(tǒng)的各設(shè)備間的連接；畫面組態(tài)完成操作站的各種畫面、畫面間的連接；控制組態(tài)完成各控制器、過程控制裝置的控制結(jié)構(gòu)連接、參數(shù)設(shè)置等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第16頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社172.集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件指一些包括數(shù)據(jù)采集與工程控制的專用軟件，屬于自動控制監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，可以非常容易實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和I/O設(shè)備，向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)的集成。組態(tài)軟件的分類：國外專業(yè)軟件廠商提供的產(chǎn)品，如美國Wonderware公司的INTOUCH、美國Intellution公司的FIX以及西門子公司的WINCC國內(nèi)自行開發(fā)的國產(chǎn)化產(chǎn)品有Synall、組態(tài)王、力控、MAGS、Controlx等。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第17頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社18(1)組態(tài)軟件需要解決的問題：如何與采集、控制設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。使來自設(shè)備的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)圖形畫面上的各元素關(guān)聯(lián)起來。處理數(shù)據(jù)報(bào)警及系統(tǒng)報(bào)警。存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢。各類報(bào)表的生成和打印輸出。為使用者提供靈活、多變的組態(tài)工具，可以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。具有與第3方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第18頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社19某工廠集散控制系統(tǒng)的組態(tài)畫面計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第19頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社20(2)許多組態(tài)軟件具有的突出特性：①組態(tài)向?qū)Вㄜ浖郑┙M態(tài)向?qū)峁╊A(yù)定義的參數(shù)，組態(tài)工程師可借鑒它來進(jìn)行或修改組態(tài)過程。②庫和模塊已建立的對象可儲存在一個(gè)庫內(nèi)，也可將它們從庫中調(diào)出。這樣使用戶可以開發(fā)公司、技術(shù)或部門專用的標(biāo)準(zhǔn)，有助于快速建立項(xiàng)目。③交叉引用組態(tài)可以通過交叉索引列表的畫面，提供處理大量數(shù)據(jù)的組態(tài)工具，具有數(shù)據(jù)的導(dǎo)入/導(dǎo)出功能，可以導(dǎo)入和導(dǎo)出變量、導(dǎo)入和導(dǎo)出消息、導(dǎo)入和導(dǎo)出文本。④測試、試運(yùn)行和維護(hù)只需應(yīng)用仿真器就可對一個(gè)組態(tài)進(jìn)行測試。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第20頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社219.1集散型控制系統(tǒng)9.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

9.3以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)9.4控制網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)9.5網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其時(shí)間同步9.6閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析9.7閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第21頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社229.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)9.2.1概述9.2.2現(xiàn)場總線類型9.2.3典型應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第22頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社239.2.1概述現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（fieldbuscontrolsystem）

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第23頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社242.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)FCS的體系結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面。(1)現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線將通信一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場或生產(chǎn)設(shè)備。(2)現(xiàn)場設(shè)備互連現(xiàn)場設(shè)備通過一對傳輸線（如雙絞線、同軸電纜、光纖和電源線等）互連。(3)控制功能分散輸入/輸出單元和控制站的部分功能分散給現(xiàn)場智能儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站。(4)通信線供電允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上獲取能量。(5)開放式互連網(wǎng)絡(luò)既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互連，又可以與不同層的網(wǎng)絡(luò)互連，同時(shí)還體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享，通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備和功能塊統(tǒng)一組態(tài)，使不同廠商的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備融為一體，構(gòu)成統(tǒng)一的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第24頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社253.現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)(1)可靠性高、有較強(qiáng)的抗干擾能力(2)具有高度的控制功能分散性(3)現(xiàn)場儀表或設(shè)備具有高度的智能化與功能自主性，可完成控制的基本功能。(4)開放性

FCS對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具有一致性、公開性，強(qiáng)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識與遵從。通信協(xié)議一致公開，各不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換，通過現(xiàn)場總線可構(gòu)筑自動化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)。(5)互操作性和互用性互操作性指互連設(shè)備間、系統(tǒng)間信息傳送與溝通。互用則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第25頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社264.現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)(1)節(jié)省硬件數(shù)量與投資(2)節(jié)省安裝費(fèi)用(3)節(jié)省系統(tǒng)維護(hù)開銷(4)用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)(5)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第26頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社279.2.2現(xiàn)場總線類型幾種較流行的現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）LonWorks（局部操作網(wǎng)絡(luò)）PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線）PROFIBUS—FMS（現(xiàn)場信息規(guī)范）PROFIBUS—PA（ProcessFieldBus）PROFIBUS—DP（DistributedPeriphery）

HART總線可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放協(xié)議計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第27頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社289.2.3典型應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成1.汽車總線控制系統(tǒng)圖9-19目前國產(chǎn)轎車上的網(wǎng)絡(luò)連接方式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第28頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社29(2)汽車CAN總線節(jié)點(diǎn)ECU的設(shè)計(jì)圖9-20由51單片機(jī)開發(fā)的CAN節(jié)點(diǎn)的原理圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第29頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社302.陶瓷窯現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第30頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社31(1)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)圖9-22控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第31頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社32(2)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖9-23驅(qū)動模塊硬件結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第32頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社339.1集散型控制系統(tǒng)9.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)9.3以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)9.4控制網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)9.5網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其時(shí)間同步9.6閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析9.7閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第33頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社349.3以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)是指用于工業(yè)控制系統(tǒng)中的以太網(wǎng)技術(shù)，最初是為辦公自動化發(fā)展起來的，因此這種商用主流的通信技術(shù)發(fā)展至今已有應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉、傳輸速率高、軟硬件資源豐富等技術(shù)優(yōu)勢。相比之下，一般的以太網(wǎng)技術(shù)除了通信的吞吐量要求較高外，對其他性能沒有特殊要求；而工業(yè)控制現(xiàn)場由于其環(huán)境的特殊性，對工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性、可靠性、網(wǎng)絡(luò)生存性、安全性等均有很高的要求。

9.3.1控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)

9.3.2以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)

9.3.3以太網(wǎng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第34頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社359.3.1控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)1.控制網(wǎng)絡(luò)的局域網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)LAN（LocalAreaNetwork）的概念產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代末。IEEE于1980年成立的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會制定了802標(biāo)準(zhǔn)。到20世紀(jì)80年代，局域網(wǎng)的產(chǎn)品已經(jīng)大量涌現(xiàn)，其典型代表就是以太網(wǎng)。

圖9-26IEEE802參考模型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第35頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社362.交換式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(1)交換式控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)（與共享式控制網(wǎng)絡(luò)相比）具有很高的傳輸帶寬，且利用網(wǎng)絡(luò)分段，增加每個(gè)端口的可用帶寬，還可進(jìn)一步緩解共享式控制網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況。容量大，可支持幾十至幾百個(gè)接入設(shè)備，并具有組網(wǎng)方便的優(yōu)點(diǎn)。一般可以提供無擁塞的服務(wù)與多對端口之間的同時(shí)通信，且交換設(shè)備具有低交換傳輸延時(shí)，一般可以滿足實(shí)時(shí)控制要求。支持虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；可靠性高。(2)網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的工作方式直通方式存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第36頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社373.分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖9-30分布式控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第37頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社384.虛擬局域網(wǎng)(VirtualLAN，VLAN)技術(shù)圖9-31虛擬局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第38頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社39采用虛擬局域網(wǎng)在工業(yè)以太網(wǎng)的開放平臺上做邏輯分割的作用：分割功能層VLAN可以有效將管理層與控制層、不同功能單元在邏輯上分割開，使底層控制域的過程控制可以免受管理層的廣播數(shù)據(jù)報(bào)的影響，以保證帶寬。分割部門通過VLAN劃分功能單元，各自的單元子網(wǎng)不受其他網(wǎng)段的影響，可以保證本部門之間的網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。提高網(wǎng)絡(luò)的整體安全性不同VLAN之間的通信必須經(jīng)過第三層路由，可以在核心層交換機(jī)配置路由訪問列表，控制用戶訪問權(quán)限和數(shù)據(jù)流向，達(dá)到安全目的。簡化網(wǎng)絡(luò)管理如果對某些終端重新進(jìn)行網(wǎng)段分配，在采用VLAN技術(shù)后，只需網(wǎng)絡(luò)管理人員在網(wǎng)管中心進(jìn)行VLAN網(wǎng)段的重新分配即可。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第39頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社409.3.2以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第40頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社41以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)：以交換式集線器或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心，采用星型結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器。以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)有多種帶寬接口，以滿足工業(yè)PC、PLC、嵌入式控制器、工作站等頻繁訪問服務(wù)器時(shí)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求。(2)監(jiān)視工作站用于監(jiān)視控制網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)。(3)控制設(shè)備可以是一般的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)、PLC、嵌入式控制系統(tǒng)等。(4)當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，可采用分段結(jié)構(gòu)，連成更大的網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)交換式集線器及控制設(shè)備構(gòu)成相對獨(dú)立的控制子網(wǎng)。若干個(gè)控制子網(wǎng)互聯(lián)組成規(guī)模較大的控制網(wǎng)絡(luò)。(5)以太控制網(wǎng)絡(luò)的底層協(xié)議為IEEE802.3、基本通信協(xié)議采用TCP/IP，高級應(yīng)用協(xié)議為CORBA或DCOM，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為Windows、Linux或Unix。(6)實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)軟件是集實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)處理、信息傳輸、信息共享、網(wǎng)絡(luò)管理于一體的龐大而復(fù)雜的軟件工程。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第41頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社429.3.3以太網(wǎng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)時(shí)性通過限制總線上的站點(diǎn)數(shù)目、控制網(wǎng)絡(luò)流量，使總線保持在輕負(fù)荷工作條件；通過全雙工以太網(wǎng)交換技術(shù)可以完全避免CSMA／CD碰撞，通過半雙工以太網(wǎng)交換技術(shù)可以極大降低碰撞的可能性，并提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率和實(shí)時(shí)性。

工業(yè)以太網(wǎng)質(zhì)量服務(wù)(QoS)目的是向用戶提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。

網(wǎng)絡(luò)生存性包括：可靠性、可恢復(fù)性和可管理性

網(wǎng)絡(luò)安全性總線供電與安全防暴技術(shù)可互操作性和遠(yuǎn)距離傳輸計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第42頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社439.1集散型控制系統(tǒng)9.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)9.3以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)9.4控制網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)9.5網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其時(shí)間同步9.6閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析9.7閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第43頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社449.4控制網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享。圖9-33控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的主要集成技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第44頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社459.4.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，是指將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備相連接，構(gòu)成更大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)要解決的兩個(gè)問題：物理互聯(lián)邏輯互聯(lián)（即互聯(lián)軟件）網(wǎng)絡(luò)連接方式：對于同構(gòu)的控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)，可以通過網(wǎng)橋進(jìn)行連接；對于異構(gòu)的控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)，則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的兩種主要部件為路由器和網(wǎng)關(guān)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第45頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社469.4.2動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）協(xié)議使用共享內(nèi)存在應(yīng)用程序之間傳輸數(shù)據(jù)，完成應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換。圖9-34應(yīng)用DDE實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)集成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第46頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社479.4.3遠(yuǎn)程通信技術(shù)當(dāng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)在地理上相距較遠(yuǎn)時(shí)，可應(yīng)用遠(yuǎn)程通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成。遠(yuǎn)程通信技術(shù)：1.利用調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)通信技術(shù)2.基于TCP/IP通信技術(shù)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第47頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社489.4.4數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)一般的信息網(wǎng)絡(luò)采用開放式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這樣可以通過數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)來方便地實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成。常用的訪問數(shù)據(jù)庫應(yīng)用編程接口API：ODBC（OpenDatabaseConnectivity）API固有連接APIJDBC（JavaDatabaseConnectivity）API計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第48頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社499.1集散型控制系統(tǒng)9.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)9.3以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)9.4控制網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)9.5網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其時(shí)間同步9.6閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析9.7閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第49頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社509.5網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其時(shí)間同步9.5.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)定義及存在問題9.5.2傳輸延遲的分析9.5.3網(wǎng)絡(luò)控制的時(shí)鐘同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第50頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社519.5.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)定義及存在問題1.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的定義通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)而形成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)。

2.將傳輸網(wǎng)絡(luò)引入閉環(huán)控制系統(tǒng)所帶來的問題(1)大大增加系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。(2)網(wǎng)絡(luò)傳輸存在傳輸延遲且是時(shí)變的。(3)網(wǎng)絡(luò)傳輸中有數(shù)據(jù)包丟失等現(xiàn)象發(fā)生。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第51頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社529.5.2傳輸延遲的分析傳輸延遲又可分為：處理延遲排隊(duì)延遲傳送延遲傳播延遲圖9-38交換網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第52頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社539.5.3網(wǎng)絡(luò)控制的時(shí)鐘同步時(shí)鐘同步的提出建立公共時(shí)鐘基的過程就稱為時(shí)鐘同步。時(shí)鐘同步的解決方法硬件同步利用時(shí)鐘硬件設(shè)備（如GPS接收機(jī)等）進(jìn)行局部時(shí)鐘間的同步，其操作對象往往是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的或外接的硬件時(shí)鐘。軟件同步指利用軟件同步算法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)局部時(shí)鐘的同步。混合同步是硬件和軟件相結(jié)合的同步方法。主要思路是：在軟件同步無法獲得滿意的同步精度的節(jié)點(diǎn)中引入硬件同步，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的同步精度。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第53頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社549.1集散型控制系統(tǒng)9.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)9.3以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)9.4控制網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)9.5網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其時(shí)間同步9.6閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析9.7閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第54頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社559.6閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析執(zhí)行器的工作方式可以分為:時(shí)間驅(qū)動__執(zhí)行器在采樣時(shí)鐘的作用下等周期對控制信號采樣，然后施加到被控制對象上。事件驅(qū)動__控制信號到達(dá)執(zhí)行器后，執(zhí)行器立刻將控制信號施加到被控對象上。9.6.1基于事件驅(qū)動的穩(wěn)定性分析9.6.2基于時(shí)間驅(qū)動的穩(wěn)定性分析圖9-39閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第55頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社569.6.1基于事件驅(qū)動的穩(wěn)定性分析基于事件驅(qū)動的被控對象離散模型基于事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析考察每一采樣延遲小于一個(gè)采樣周期的簡單系統(tǒng)模型周期為T的采樣系統(tǒng)：

擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)為針對最簡單一階系統(tǒng)：

根據(jù)離散系統(tǒng)穩(wěn)定性要求，有圖9-41積分控制的穩(wěn)定區(qū)域計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第56頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社579.6.2基于時(shí)間驅(qū)動的穩(wěn)定性分析基于時(shí)間驅(qū)動的被控對象離散模型基于時(shí)間驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析k時(shí)刻控制信號的傳輸延遲假設(shè)：采樣周期恒定為T、實(shí)際傳輸延遲整數(shù)化、省略周期T的書寫。被控對象方程控制器方程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第57頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社58其中：系統(tǒng)的穩(wěn)定性由★決定矩陣集合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第58頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社599.1集散型控制系統(tǒng)9.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)9.3以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)9.4控制網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)9.5網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其時(shí)間同步9.6閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析9.7閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為第59頁。北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)出版社609.7.1確定性控制設(shè)計(jì)方法基本思想：將隨機(jī)延遲轉(zhuǎn)化為固定延遲，然后針對轉(zhuǎn)化后的固定延遲設(shè)計(jì)時(shí)延網(wǎng)絡(luò)控制器，也就是將一個(gè)不確定性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)定常系統(tǒng)。方法步驟：對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的幾點(diǎn)假設(shè)：控制器和執(zhí)行器都采用時(shí)間驅(qū)動各部分延遲都有確定的上界執(zhí)行器、被控對象和傳感器在同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，并統(tǒng)稱為被控對象。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)詳解全文共67頁，當(dāng)前為