計算機控制系統(tǒng)定義：計算機控制就是利用計算機實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制。計算機控制系統(tǒng)=自動化技術(shù)+計算機技術(shù)10.3可編程控制器本章主要內(nèi)容：10.1概述10.2集散控制系統(tǒng)10.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)10.5綜合自動化系統(tǒng)10.1概述10.1.1計算機控制系統(tǒng)的組成圖10-1計算機控制系統(tǒng)框圖組成：被控對象、測量變送、控制器及執(zhí)行器圖10-2計算機控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖連續(xù)控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)相似點：組成相同不同點：模擬控制器數(shù)字控制器多路開關(guān)、采樣保持器、A/D、D/A10.1.2計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展圖10-3計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展最初：DDC——直接數(shù)字控制系統(tǒng)（集中控制系統(tǒng)）20世紀(jì)70年代：DCS——集散控制系統(tǒng)（集中管理、分散控制）20世紀(jì)60年代：PLC——可編程邏輯控制器20世紀(jì)末：FCS——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)目前及未來：CIMS——計算機集成制造系統(tǒng)CIPS——計算機集成過程系統(tǒng)10.2集散控制系統(tǒng)10.2.0基本概念定義：集散控制系統(tǒng)又稱為分散型控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）,簡稱為DCS系統(tǒng)，是對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種全新的分布式計算機控制系統(tǒng)。工作原理：該系統(tǒng)將若干臺微機分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，通過CRT裝置、通信總線、鍵盤、打印機等進行集中操作、顯示和報警。10.2.1集散控制系統(tǒng)的特點主要特征：集中管理和分散控制。具體有以下幾個方面：(1)分級遞階結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)從系統(tǒng)工程出發(fā)，考慮功能分散、危險分散、提高可靠性、強化系統(tǒng)應(yīng)用靈活性、減少設(shè)備的復(fù)雜性與投資成本，并且便于維修和技術(shù)更新等優(yōu)化選擇而得出的。圖10-4DCS的結(jié)構(gòu)層次每一級由若干子系統(tǒng)組成，形成金字塔結(jié)構(gòu)。同一級的各決策子系統(tǒng)可同時對下級施加作用，同時又受上級的干預(yù)，子系統(tǒng)可通過上級互相交換信息。過程控制級：根據(jù)上層決策直接控制生產(chǎn)?？刂乒芾砑墸簩ιa(chǎn)過程實現(xiàn)集中操作和統(tǒng)一管理。生產(chǎn)管理級：承擔(dān)最優(yōu)化任務(wù)經(jīng)營管理級：全面的綜合型經(jīng)營管理和決策圖10-4DCS的結(jié)構(gòu)層次(2)采用微機智能技術(shù)DCS采用了以微處理器為基礎(chǔ)的“智能技術(shù)”，成為計算機應(yīng)用最完善、最豐富的領(lǐng)域?，F(xiàn)場控制單元、過程輸入輸出接口、數(shù)據(jù)通信等均采用微處理器，可以實現(xiàn)自適應(yīng)、自診斷和自檢測等“智能”控制過程。

(3)豐富的功能軟件包

DCS具有豐富的功能軟件包，它能提供控制運算、過程監(jiān)視、組態(tài)、報表打印和信息檢索等功能。(4)采用局部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

DCS的數(shù)據(jù)通信采用工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行通信，傳輸實時控制信息，進行全系統(tǒng)信息綜合管理，并對分散的現(xiàn)場控制單元、人機接口進行控制和操作管理。大多采用光纖傳輸媒質(zhì)，通信的可靠性和安全性大大提高。通信協(xié)議已開始向標(biāo)準(zhǔn)化前進，如采用IEEE802.3、IEEE802.4等。(5)友善的人機接口(6)高可靠性

硬件、軟件采用冗余技術(shù)10.3可編程控制器可編程序控制器（ProgrammableController,PC）早期主要用于邏輯控制，習(xí)慣上稱之為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）,簡稱PLC。10.3.1概述(1)可編程序控制器的發(fā)展①初創(chuàng)階段：從1969年DEC公司推出第一臺PLC(PDP-14)到20世紀(jì)70年代中期。該階段產(chǎn)品主要用于邏輯運算、計時、計數(shù)。②擴展階段：20世紀(jì)70年代中期到20世紀(jì)70年代末期。擴展了數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)的比較和運算、模擬量的運算等功能。③通信階段：20世紀(jì)70年代末期到20世紀(jì)80年代中期。PLC在通信方面得到了發(fā)展，形成了分布式的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。缺點是產(chǎn)品互通難。④開放階段：20世紀(jì)80年代中期以后。(2)PLC的分類按結(jié)構(gòu)形式可將PLC分為兩大類：一體化結(jié)構(gòu)、模塊化結(jié)構(gòu)一類（一體化結(jié)構(gòu)）：CPU、電源、I/O接口、通信接口等都集成在一個機殼內(nèi)的一體化結(jié)構(gòu)，如下圖所示，小型及超小型的PLC系統(tǒng)用此結(jié)構(gòu)10-6一體化PLC結(jié)構(gòu)示意圖另一類（模塊化結(jié)構(gòu)）：各種模塊在結(jié)構(gòu)上是相互獨立的，在實際使用的過程中可根據(jù)具體的應(yīng)用要求選擇合適的模塊，安裝在固定的機架或?qū)к壣?，?gòu)成一個完整的PLC應(yīng)用系統(tǒng)，如下圖所示。大、中型PLC系統(tǒng)一般采用此類結(jié)構(gòu)。主要用于復(fù)雜程度較高的自動控制，并在相當(dāng)程度上可以替代DCS以實現(xiàn)更廣泛的自動化功能。10-7模塊化PLC結(jié)構(gòu)示意圖(4)可編程序控制器的主要功能①開關(guān)邏輯和順序控制：最主要功能②模擬控制：過程控制點數(shù)較少，開關(guān)量控制較多時。采用模擬輸入輸出卡件來實現(xiàn)模擬量的控制運算。③信號聯(lián)鎖：信號聯(lián)鎖是安全生產(chǎn)的保證，高可靠性的PLC在信號聯(lián)鎖系統(tǒng)中發(fā)揮了很大作用。④通信：PLC可作為下位機與上位機或同級的PLC進行通信，完成數(shù)據(jù)處理和信息交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理。10.3.2PLC的基本工作原理

PLC的CPU采用分時操作的原理，其工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描過程，即周期掃描方式。PLC的整個掃描過程可以概括地歸納為上電初始化、一般處理掃描、數(shù)據(jù)I/O操作、用戶程序的掃描、外設(shè)端口服務(wù)五個階段。每一次掃描所用的時間稱為一個工作周期（掃描周期）。PLC的掃描周期與PLC的硬件特性和用戶程序的長短有關(guān)。10-8PLC掃描過程示意(1)上電初始化：CPU首先對I/O、繼電器、定時器進行清零或復(fù)位處理(2)一般處理掃描：每個掃描周期前的自檢，如WDT的復(fù)位、I./O總線和用戶存儲器的檢查(3)數(shù)據(jù)I/O操作：(4)掃描用戶程序：基于用戶程序指令，讀入外部數(shù)據(jù)和狀態(tài)、運算、輸出(5)外設(shè)端口服務(wù)：每次執(zhí)行完用戶程序后，開始外設(shè)操作請求服務(wù)，主要完成與外設(shè)端口連接的外部設(shè)備（編程器、通信適配器等）的通信。10.3.3目前較典型的PLC

經(jīng)過30多年的發(fā)展，PLC已經(jīng)形成了一些知名產(chǎn)品，如AB、金鐘、日本三菱、歐姆龍、德國西門子等。1.結(jié)構(gòu)?疊裝式S7-300的組成模塊

PS(可選)CPU

IM(可選)SM:DISM:DOSM:AISM:AO

FM:-計數(shù)-定位-閉環(huán)控制

CP:-點-到-點-PROFIBUS-工業(yè)以太網(wǎng)中央處理單元CPU1.結(jié)構(gòu)?

指示燈SF—系統(tǒng)故障BATE電池故障DC5V指示RUN/STOP

…?

開關(guān)RUN/RUN-P/STOP/MRES?MPI通訊接口DP通訊接口?

電源接線端子?

存儲卡插座?

電池盒電源PS3071總體結(jié)構(gòu)?24VDC指示?

電壓選擇開關(guān)?24V通/斷開關(guān)?

系統(tǒng)電壓接線端子?24VDC輸出端子2電源PS307（5A）?

輸入電壓：120V~230V?

輸入電流：2A~1A?

輸出電壓：24VDC?

輸出電流：5A?

功耗：18W