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1、微型计算机限制技术微型计算机限制技术 Microcomputer Control Technology 李李李李 曦曦曦曦华中科技高校限制科学与工程系华中科技高校限制科学与工程系华中科技高校限制科学与工程系华中科技高校限制科学与工程系2010201020102010年年年年9 9 9 9月月月月联系方式联系方式办公地点：东二楼办公地点：东二楼 219E-mail:liximail.hust.edu lixi_wh126 ldarmy126 什么是计算机限制？什么是计算机限制？什么是计算机限制？什么是计算机限制？课程的目的和任务课程的目的和任务课程的目的和任务课程的目的和任务学什么？学什么？学什
2、么？学什么？怎么学？怎么学？怎么学？怎么学？教学支配教学支配教学支配教学支配教材与参考书教材与参考书教材与参考书教材与参考书考核方式考核方式考核方式考核方式引引 言言1 计算机限制计算机限制工业限制是计算机的一个重要应用领域，计工业限制是计算机的一个重要应用领域，计工业限制是计算机的一个重要应用领域，计工业限制是计算机的一个重要应用领域，计算机限制正是为了适应这一领域的须要而发算机限制正是为了适应这一领域的须要而发算机限制正是为了适应这一领域的须要而发算机限制正是为了适应这一领域的须要而发展起来的一门专业技术。展起来的一门专业技术。展起来的一门专业技术。展起来的一门专业技术。它主要探讨如何将计
3、算机技术和限制理论应它主要探讨如何将计算机技术和限制理论应它主要探讨如何将计算机技术和限制理论应它主要探讨如何将计算机技术和限制理论应用于工业生产过程，并设计出所须要的计算用于工业生产过程，并设计出所须要的计算用于工业生产过程，并设计出所须要的计算用于工业生产过程，并设计出所须要的计算机限制系统。机限制系统。机限制系统。机限制系统。2 开课目的和任务开课目的和任务目的在于使学生了解和驾驭以微型机为核心组成目的在于使学生了解和驾驭以微型机为核心组成目的在于使学生了解和驾驭以微型机为核心组成目的在于使学生了解和驾驭以微型机为核心组成的限制系统的硬件、软件基础学问和基本应用技的限制系统的硬件、软件基
4、础学问和基本应用技的限制系统的硬件、软件基础学问和基本应用技的限制系统的硬件、软件基础学问和基本应用技术。术。术。术。典型工程实例作为整个课程教学的典型工程实例作为整个课程教学的典型工程实例作为整个课程教学的典型工程实例作为整个课程教学的“向导向导向导向导”。返回本节3 主要的参考文献和考核方式主要的参考文献和考核方式作者作者作者作者书书书书名名名名 出版社出版社出版社出版社出版年月出版年月出版年月出版年月王建华王建华王建华王建华等等等等计计计计算机控制技算机控制技算机控制技算机控制技术术术术(教材教材教材教材)高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社20032003方康玲等方
5、康玲等方康玲等方康玲等 过程控制系统过程控制系统过程控制系统过程控制系统 武汉理工大学武汉理工大学武汉理工大学武汉理工大学出版社出版社出版社出版社20022002潘新民潘新民潘新民潘新民等等等等微型微型微型微型计计计计算机控制技算机控制技算机控制技算机控制技术术术术高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社20012001阳宪慧等阳宪慧等阳宪慧等阳宪慧等现场总线技术及其应用现场总线技术及其应用现场总线技术及其应用现场总线技术及其应用清清清清华华华华大学出版社大学出版社大学出版社大学出版社19991999邵惠鹤邵惠鹤邵惠鹤邵惠鹤工业过程高级控制工业过程高级控制工业过程高级控制工业过
6、程高级控制 上海交通大学上海交通大学上海交通大学上海交通大学出版社出版社出版社出版社19971997王锦标等王锦标等王锦标等王锦标等过程计算机控制过程计算机控制过程计算机控制过程计算机控制 清清清清华华华华大学出版社大学出版社大学出版社大学出版社19911991考核方式：书面考试平常作业出勤考核方式：书面考试平常作业出勤考核方式：书面考试平常作业出勤考核方式：书面考试平常作业出勤第一章第一章 计算机限制系统概述计算机限制系统概述1.计算机限制系统的概念计算机限制系统的概念计算机限制系统的概念计算机限制系统的概念2.计算机限制系统的组成计算机限制系统的组成计算机限制系统的组成计算机限制系统的组成
7、3.计算机限制系统的典型形式计算机限制系统的典型形式计算机限制系统的典型形式计算机限制系统的典型形式4.计算机限制系统的特点计算机限制系统的特点计算机限制系统的特点计算机限制系统的特点5.计算机限制系统的发展概况和趋势计算机限制系统的发展概况和趋势计算机限制系统的发展概况和趋势计算机限制系统的发展概况和趋势6.计算机限制系统的应用实例介绍计算机限制系统的应用实例介绍计算机限制系统的应用实例介绍计算机限制系统的应用实例介绍1 1 计算机限制系统的概念计算机限制系统的概念受控对象受控对象受控对象受控对象基本单元结构基本单元结构基本单元结构基本单元结构限制过程的基本步骤限制过程的基本步骤限制过程的基
8、本步骤限制过程的基本步骤常用术语常用术语常用术语常用术语限制目的限制目的限制目的限制目的 连续过程：不间断的生产过程连续过程：不间断的生产过程连续过程：不间断的生产过程连续过程：不间断的生产过程 如如如如：焦焦焦焦炉炉炉炉煤煤煤煤气气气气生生生生产产产产回回回回收收收收过过过过程程程程，火火火火电电电电厂厂厂厂的的的的锅锅锅锅炉燃烧过程炉燃烧过程炉燃烧过程炉燃烧过程;该该该该过过过过程程程程中中中中典典典典型型型型的的的的限限限限制制制制量量量量有有有有:温温温温度度度度、时时时时间间间间、压压压压 力力力力、流流流流量量量量、速速速速度度度度、成成成成分分分分等等等等随随随随时时时时间间间间
9、变变变变更更更更的的的的量量量量。本课程主要讲解并描述该过程的限制技术本课程主要讲解并描述该过程的限制技术本课程主要讲解并描述该过程的限制技术本课程主要讲解并描述该过程的限制技术 离散过程离散过程离散过程离散过程典型工业受控对象典型工业受控对象自动限制自动限制 在没有人干脆参与的状况下，利在没有人干脆参与的状况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自或生产过程的某个工作状态或参数自动地依据预定的规律运行。动地依据预定的规律运行。限制器限制器被控对象的参数被控对象的参数工业对象工业对象图图图图1-1 1-1 闭环限制系统框图闭环限制系
10、统框图闭环限制系统框图闭环限制系统框图 计算机限制系统就是利用计算机来实现生产过程自动限制计算机限制系统就是利用计算机来实现生产过程自动限制计算机限制系统就是利用计算机来实现生产过程自动限制计算机限制系统就是利用计算机来实现生产过程自动限制的系统。的系统。的系统。的系统。图图图图1-2 1-2 计算机限制系统结构框图计算机限制系统结构框图计算机限制系统结构框图计算机限制系统结构框图换句话说：计算机限制系统就是利用计算机来代替原来的换句话说：计算机限制系统就是利用计算机来代替原来的换句话说：计算机限制系统就是利用计算机来代替原来的换句话说：计算机限制系统就是利用计算机来代替原来的常规自控部件或电
11、路，实现对限制对象自动限制的系统。常规自控部件或电路，实现对限制对象自动限制的系统。常规自控部件或电路，实现对限制对象自动限制的系统。常规自控部件或电路，实现对限制对象自动限制的系统。雷达天线位置伺服限制系统雷达天线位置伺服限制系统+-MG+-+-+-信号放大信号放大功率放大功率放大位置检测位置检测指令信号指令信号校正电路校正电路超前校正超前校正环节环节超前校正环节：超前校正环节：改善系统的瞬态性能，提高响应速度和频宽；改善系统的瞬态性能，提高响应速度和频宽；滞后校正滞后校正环节环节滞后校正环节：滞后校正环节：改善系统的稳态性能。改善系统的稳态性能。缺点：缺点：1.当系统困难时，校正电路会很困
12、难当系统困难时，校正电路会很困难,由于校正电路往往是由模拟由于校正电路往往是由模拟电路为主构成，稳定性、抗干扰差；电路为主构成，稳定性、抗干扰差；2.校正电路一旦建立，修改就很困难。校正电路一旦建立，修改就很困难。雷达天线位置计算机限制系统雷达天线位置计算机限制系统MG+-+-+-信号放大信号放大功率放大功率放大位置检测位置检测计算机计算机A/DA/DD/A计算机控制系统计算机控制系统计算机限制系统的工作步骤计算机限制系统的工作步骤实时数据采集：实时数据采集：实时数据采集：实时数据采集：实时限制决策：实时限制决策：实时限制决策：实时限制决策：实时限制输出：实时限制输出：实时限制输出：实时限制输
13、出：对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值进行检测和输入。进行检测和输入。进行检测和输入。进行检测和输入。对采集到的被控变量进行分析和处理，并对采集到的被控变量进行分析和处理，并对采集到的被控变量进行分析和处理，并对采集到的被控变量进行分析和处理，并按预定的限制规律，确定将要实行的限制按预定的限制规律，确定将要实行的限制按预定的限制规律，确定将要实行的限制按预定的限制规律，确定将要实行的限制行为。行为。行为。行为。依据限制决策，适时地对执行机构发出限依据限制决策，适时地对执行机构发出限依据
14、限制决策，适时地对执行机构发出限依据限制决策，适时地对执行机构发出限制信号，完成限制任务。制信号，完成限制任务。制信号，完成限制任务。制信号，完成限制任务。信息的管理、协调和通讯等等信息的管理、协调和通讯等等信息的管理、协调和通讯等等信息的管理、协调和通讯等等上述过程不断重复，使整个系统依据确定的品质指标进行上述过程不断重复，使整个系统依据确定的品质指标进行上述过程不断重复，使整个系统依据确定的品质指标进行上述过程不断重复，使整个系统依据确定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异样现象刚好作出处理。工作，并对被控量和设备本身的异样现象刚好作出处理。工作，并对被控量和设备本身的异样现象刚好
15、作出处理。工作，并对被控量和设备本身的异样现象刚好作出处理。计算机限制系统的常用术语计算机限制系统的常用术语 几个常用术语几个常用术语几个常用术语几个常用术语 在线（在线（在线（在线（OnlineOnline）：计算机限制系统与生产设备干脆相连）：计算机限制系统与生产设备干脆相连）：计算机限制系统与生产设备干脆相连）：计算机限制系统与生产设备干脆相连,并受计算机并受计算机并受计算机并受计算机限制的方式限制的方式限制的方式限制的方式.离线（离线（离线（离线（OfflineOffline）：与在线方式相反）：与在线方式相反）：与在线方式相反）：与在线方式相反.实时（实时（实时（实时（Real ti
16、meReal time）：计算机输入、输出和计算都在规定时间内完成。）：计算机输入、输出和计算都在规定时间内完成。）：计算机输入、输出和计算都在规定时间内完成。）：计算机输入、输出和计算都在规定时间内完成。实时性是指工业限制计算机系统应当具有的能够在限定的时间内对外来事实时性是指工业限制计算机系统应当具有的能够在限定的时间内对外来事实时性是指工业限制计算机系统应当具有的能够在限定的时间内对外来事实时性是指工业限制计算机系统应当具有的能够在限定的时间内对外来事务做出反应的特性。务做出反应的特性。务做出反应的特性。务做出反应的特性。2 2个要素：其一：依据工业生产过程出现的事务能够保持多长的时个要
17、素：其一：依据工业生产过程出现的事务能够保持多长的时个要素：其一：依据工业生产过程出现的事务能够保持多长的时个要素：其一：依据工业生产过程出现的事务能够保持多长的时间；间；间；间；其二：该事务要求计算机在多长的时间以内必需做出反应。其二：该事务要求计算机在多长的时间以内必需做出反应。其二：该事务要求计算机在多长的时间以内必需做出反应。其二：该事务要求计算机在多长的时间以内必需做出反应。在线与实时的关系：一个在线的系统不确定是一个实时系统，但一在线与实时的关系：一个在线的系统不确定是一个实时系统，但一在线与实时的关系：一个在线的系统不确定是一个实时系统，但一在线与实时的关系：一个在线的系统不确定
18、是一个实时系统，但一个实时限制系统必定是在线系统。个实时限制系统必定是在线系统。个实时限制系统必定是在线系统。个实时限制系统必定是在线系统。太阳能路灯限制系统太阳能路灯限制系统计算机限制系统的目的计算机限制系统的目的1：降低原材料的消耗：降低原材料的消耗2：提高产品的质量：提高产品的质量3：提高劳动生产力：提高劳动生产力4：减轻劳动强度：减轻劳动强度5：实现其他要求（如环保）实现其他要求（如环保）返回本节u了解工艺过程入手，依据限制要求，正确制定了解工艺过程入手，依据限制要求，正确制定限制策略限制策略u实现限制，要有恰当的限制算法实现限制，要有恰当的限制算法u要有实现检测与限制的正确手段要有实
19、现检测与限制的正确手段u要选择牢靠有效的计算机限制系统要选择牢靠有效的计算机限制系统从焦炉限制系统得到的启发从焦炉限制系统得到的启发返回本节返回本节返回本节返回本节2 计算机限制系统的组成计算机限制系统的组成 计计计计算算算算机机机机限限限限制制制制系系系系统统统统由由由由计计计计算算算算机机机机硬硬硬硬件件件件设设设设备备备备和和和和限限限限制制制制软软软软件组成。件组成。件组成。件组成。硬硬硬硬件件件件是是是是指指指指计计计计算算算算机机机机本本本本身身身身及及及及其其其其外外外外围围围围设设设设备备备备，是是是是计计计计算算算算机限制系统的基础。机限制系统的基础。机限制系统的基础。机限制
20、系统的基础。软软软软件件件件是是是是管管管管理理理理计计计计算算算算机机机机的的的的程程程程序序序序以以以以及及及及过过过过程程程程限限限限制制制制的的的的应应应应用程序，是计算机限制系统的灵魂。用程序，是计算机限制系统的灵魂。用程序，是计算机限制系统的灵魂。用程序，是计算机限制系统的灵魂。计算机限制系统的硬件计算机限制系统的硬件硬件组成硬件组成硬件组成硬件组成计算机限制系统的硬件一般是由计算机、外部计算机限制系统的硬件一般是由计算机、外部计算机限制系统的硬件一般是由计算机、外部计算机限制系统的硬件一般是由计算机、外部设备、输入输出通道和操作台等组成，如图设备、输入输出通道和操作台等组成，如图
21、设备、输入输出通道和操作台等组成，如图设备、输入输出通道和操作台等组成，如图1-31-3所示。所示。所示。所示。主机：主机：主机：主机：CPUCPU、RAM/ROM RAM/ROM 常规外设：输入、输出和存贮设备常规外设：输入、输出和存贮设备常规外设：输入、输出和存贮设备常规外设：输入、输出和存贮设备 输入输出通道：输入输出通道：输入输出通道：输入输出通道：AIAI、AOAO、DIDI、DODO 运行操作台运行操作台运行操作台运行操作台 ：显示屏、功能键、数字键：显示屏、功能键、数字键：显示屏、功能键、数字键：显示屏、功能键、数字键计算机限制系统的硬件计算机限制系统的硬件图图图图1-3 1-3
22、 计算机限制系统硬件组成框图计算机限制系统硬件组成框图计算机限制系统硬件组成框图计算机限制系统硬件组成框图计算机限制系统的软件计算机限制系统的软件系统软件系统软件系统软件系统软件应用软件应用软件应用软件应用软件 （1 1 1 1）数据采集与监视）数据采集与监视）数据采集与监视）数据采集与监视 （2 2 2 2）限制计算与输出）限制计算与输出）限制计算与输出）限制计算与输出 （3 3 3 3）公共服务程序）公共服务程序）公共服务程序）公共服务程序计算机限制系统的构成：计算机限制系统的构成：返回本节返回本节返回本节返回本节3 3 计算机限制系统的形式计算机限制系统的形式操作指导限制系统操作指导限制
23、系统干脆数字限制系统干脆数字限制系统计算机监督限制系统计算机监督限制系统集散限制系统集散限制系统现场总线限制系统现场总线限制系统PLC十上位机系统十上位机系统返回本节操作指导限制系统操作指导限制系统 数据采集和监视系统：计算机不干脆参与限制过程数据采集和监视系统：计算机不干脆参与限制过程数据采集和监视系统：计算机不干脆参与限制过程数据采集和监视系统：计算机不干脆参与限制过程图图图图1-4 1-4 操作指导限制系统组成框图操作指导限制系统组成框图操作指导限制系统组成框图操作指导限制系统组成框图 它主要是侧重数据采集、处理，并为操作人员供应反映生产过程工它主要是侧重数据采集、处理，并为操作人员供应
24、反映生产过程工它主要是侧重数据采集、处理，并为操作人员供应反映生产过程工它主要是侧重数据采集、处理，并为操作人员供应反映生产过程工况的各种数据以及操作指导信息。况的各种数据以及操作指导信息。况的各种数据以及操作指导信息。况的各种数据以及操作指导信息。它主要作用是：它主要作用是：它主要作用是：它主要作用是：集中监视集中监视集中监视集中监视操作指导操作指导操作指导操作指导这种系统主要是完成这种系统主要是完成这种系统主要是完成这种系统主要是完成“数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理”，不，不，不，不须要完成须要完成须要完成须要完成“限制限制限制限制”功能。所以，严格地讲：这种形功
25、能。所以，严格地讲：这种形功能。所以，严格地讲：这种形功能。所以，严格地讲：这种形式的系统不能算是式的系统不能算是式的系统不能算是式的系统不能算是“计算机限制系统计算机限制系统计算机限制系统计算机限制系统”。所以，通常这种系统也称为所以，通常这种系统也称为所以，通常这种系统也称为所以，通常这种系统也称为“数据采集系统数据采集系统数据采集系统数据采集系统DAS”DAS”(Data Acquisition System)(Data Acquisition System)。或称为或称为或称为或称为“计算机协助测试系统计算机协助测试系统计算机协助测试系统计算机协助测试系统CAT”(Computer C
26、AT”(Computer Assistant Testing)Assistant Testing)这种系统特点是原系统不需作大的改造，只需这种系统特点是原系统不需作大的改造，只需这种系统特点是原系统不需作大的改造，只需这种系统特点是原系统不需作大的改造，只需在原系统上独立地加一套测试系统即可。在原系统上独立地加一套测试系统即可。在原系统上独立地加一套测试系统即可。在原系统上独立地加一套测试系统即可。因此，结构简洁、实施便利。因此，结构简洁、实施便利。因此，结构简洁、实施便利。因此，结构简洁、实施便利。返回本节干脆数字限制系统干脆数字限制系统干脆数字限制（干脆数字限制（干脆数字限制（干脆数字限制
27、（Direct Digital Control,DDCDirect Digital Control,DDC）计算机参与闭环限制过程计算机参与闭环限制过程计算机参与闭环限制过程计算机参与闭环限制过程图图图图1-5 1-5 干脆数字限制系统组成框图干脆数字限制系统组成框图干脆数字限制系统组成框图干脆数字限制系统组成框图计算机首先通过模拟量输入通道计算机首先通过模拟量输入通道计算机首先通过模拟量输入通道计算机首先通过模拟量输入通道(AI)(AI)和开关和开关和开关和开关量输入通道量输入通道量输入通道量输入通道(DI)(DI)实时采集数据，然后依据确定的实时采集数据，然后依据确定的实时采集数据，然后依
28、据确定的实时采集数据，然后依据确定的限制规律进行计算，最终发出限制信息，并通过限制规律进行计算，最终发出限制信息，并通过限制规律进行计算，最终发出限制信息，并通过限制规律进行计算，最终发出限制信息，并通过模拟量输出通道模拟量输出通道模拟量输出通道模拟量输出通道(AO)(AO)和开关量输出通道和开关量输出通道和开关量输出通道和开关量输出通道(DO)(DO)干脆干脆干脆干脆限制生产过程。限制生产过程。限制生产过程。限制生产过程。在该系统中计算机参与了对数据的采集、限在该系统中计算机参与了对数据的采集、限制决策、限制输出三个基本功能，同时还负责报制决策、限制输出三个基本功能，同时还负责报警、打印、显
29、示和接收操作指令。警、打印、显示和接收操作指令。DDC系统属于计算机闭环限制系统，是计算系统属于计算机闭环限制系统，是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式由于由于由于由于DDCDDC系统中的计算机干脆担当限制任务，系统中的计算机干脆担当限制任务，系统中的计算机干脆担当限制任务，系统中的计算机干脆担当限制任务，所以要求实时性好、牢靠性高和适应性强。所以要求实时性好、牢靠性高和适应性强。所以要求实时性好、牢靠性高和适应性强。所以要求实时性好、牢靠性高和适应性强。为了充分发挥计算机的利用率，一台计算机为了充分发挥计算机的利用率，一台计算机为了充分发挥计算机
30、的利用率，一台计算机为了充分发挥计算机的利用率，一台计算机通常要限制几个或几十个回路，那就要合理地设通常要限制几个或几十个回路，那就要合理地设通常要限制几个或几十个回路，那就要合理地设通常要限制几个或几十个回路，那就要合理地设计应用软件，使之不失时机地完成全部功能。计应用软件，使之不失时机地完成全部功能。计应用软件，使之不失时机地完成全部功能。计应用软件，使之不失时机地完成全部功能。须要留意的是：对一些关键的限制回路，往须要留意的是：对一些关键的限制回路，往须要留意的是：对一些关键的限制回路，往须要留意的是：对一些关键的限制回路，往往设计为计算机限制与仪表限制相结合的形式，往设计为计算机限制与
31、仪表限制相结合的形式，往设计为计算机限制与仪表限制相结合的形式，往设计为计算机限制与仪表限制相结合的形式，以提高整个系统的牢靠性。以提高整个系统的牢靠性。以提高整个系统的牢靠性。以提高整个系统的牢靠性。返回本节计算机监督限制系统计算机监督限制系统监督限制系统（监督限制系统（监督限制系统（监督限制系统（Supervisory Computer Control,SCCSupervisory Computer Control,SCC）给定值限制，效果取决于数学模型的精度给定值限制，效果取决于数学模型的精度给定值限制，效果取决于数学模型的精度给定值限制，效果取决于数学模型的精度 两种不同的结构：两种不
32、同的结构：两种不同的结构：两种不同的结构：SCC SCC模拟调整器模拟调整器模拟调整器模拟调整器 SCC SCCDDCDDC图图图图1-6(a)1-6(a)监督限制系统的结构形式框图监督限制系统的结构形式框图监督限制系统的结构形式框图监督限制系统的结构形式框图 模拟模拟/数字数字 调节器调节器生生 产产 过过 程程 SCC计算机计算机 记录记录.显示显示.打印打印工艺数据工艺数据调节调节设定值设定值(a)SCC+(a)SCC+模模模模拟拟拟拟/数字数字数字数字调调调调整器系整器系整器系整器系统统统统该系统是由计算机系统对各物理量进行巡回该系统是由计算机系统对各物理量进行巡回该系统是由计算机系统
33、对各物理量进行巡回该系统是由计算机系统对各物理量进行巡回检测，并按确定的数学模型对生产工况进行分析、检测，并按确定的数学模型对生产工况进行分析、检测，并按确定的数学模型对生产工况进行分析、检测，并按确定的数学模型对生产工况进行分析、计算后得出限制对象各参数最优给定值（如保持计算后得出限制对象各参数最优给定值（如保持计算后得出限制对象各参数最优给定值（如保持计算后得出限制对象各参数最优给定值（如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等等）送给调高质量、高效率、低消耗、低成本等等）送给调高质量、高效率、低消耗、低成本等等）送给调高质量、高效率、低消耗、低成本等等）送给调整器，使工况保持在最优状态。整器
34、，使工况保持在最优状态。整器，使工况保持在最优状态。整器，使工况保持在最优状态。当当当当SCCSCC计算机出现故障时，可由模拟数字计算机出现故障时，可由模拟数字计算机出现故障时，可由模拟数字计算机出现故障时，可由模拟数字调整器独立完成操作。调整器独立完成操作。调整器独立完成操作。调整器独立完成操作。该系统与该系统与该系统与该系统与“操作指导限制系统操作指导限制系统操作指导限制系统操作指导限制系统OISOIS的的的的”区分是：区分是：区分是：区分是：后者计算机系统主要完成后者计算机系统主要完成后者计算机系统主要完成后者计算机系统主要完成 数据采集与处理，数据采集与处理，数据采集与处理，数据采集与
35、处理，一般不须要对数据进行困难的工艺分析与计算。一般不须要对数据进行困难的工艺分析与计算。一般不须要对数据进行困难的工艺分析与计算。一般不须要对数据进行困难的工艺分析与计算。而前者主要完成工艺分析与计算，并给出给定值。而前者主要完成工艺分析与计算，并给出给定值。而前者主要完成工艺分析与计算，并给出给定值。而前者主要完成工艺分析与计算，并给出给定值。生生 产产 过过 程程 SCC计算机计算机 DDC计算机计算机 记录记录.显示显示.打印打印工艺数据工艺数据测量测量调节调节设定值设定值(b)SCC+DDC(b)SCC+DDC系系系系统统统统图图图图1-6(b)1-6(b)监督限制系统的结构形式框图
36、监督限制系统的结构形式框图监督限制系统的结构形式框图监督限制系统的结构形式框图这这这这事事事事实实实实上上上上是是是是一一一一个个个个二二二二级级级级限限限限制制制制系系系系统统统统，SCCSCC可可可可接接接接受受受受高高高高档档档档计计计计算算算算机机机机，它它它它与与与与DDCDDC之之之之间间间间通通通通过过过过通通通通信信信信接接接接口口口口进进进进行行行行通通通通信信信信联联联联系系系系。SCCSCC计计计计算算算算机机机机可可可可完完完完成成成成工工工工段段段段、车车车车间间间间高高高高一一一一级级级级的的的的最最最最优优优优化化化化分分分分析析析析和和和和计计计计算算算算，并并
37、并并给给给给出出出出最最最最优优优优给给给给定定定定值值值值，送送送送给给给给DDCDDC级执行过程限制。级执行过程限制。级执行过程限制。级执行过程限制。当当当当DDCDDC级级级级计计计计算算算算机机机机出出出出现现现现故故故故障障障障时时时时，可可可可由由由由SCCSCC计计计计算算算算机完成机完成机完成机完成DDCDDC的限制功能，使系统牢靠性得到提高。的限制功能，使系统牢靠性得到提高。的限制功能，使系统牢靠性得到提高。的限制功能，使系统牢靠性得到提高。作作作作为为为为SCCSCC的的的的计计计计算算算算机机机机一一一一般般般般均均均均接接接接受受受受高高高高档档档档计计计计算算算算机机
38、机机或或或或工工工工作作作作站站站站，要要要要求求求求数数数数据据据据处处处处理理理理功功功功能能能能强强强强、存存存存储储储储容容容容量量量量大大大大，对对对对工业现场的抗干扰实力倒不确定很强。工业现场的抗干扰实力倒不确定很强。工业现场的抗干扰实力倒不确定很强。工业现场的抗干扰实力倒不确定很强。返回本节集散限制系统集散限制系统分分分分布布布布式式式式限限限限制制制制系系系系统统统统（Distributed Distributed Control Control System,System,DCSDCS）是是是是一一一一个个个个四四四四级级级级系系系系统统统统，各各各各级级级级计计计计算算算算
39、机机机机的的的的功功功功能能能能如如如如图图图图1-71-7所示。所示。所示。所示。装置限制级（装置限制级（装置限制级（装置限制级（DDCDDC级）级）级）级）车间监督级（车间监督级（车间监督级（车间监督级（SCCSCC级）级）级）级）工厂集中限制级（工厂集中限制级（工厂集中限制级（工厂集中限制级（MISMIS）企业管理级（企业管理级（企业管理级（企业管理级（MISMIS）分布式限制系统（分布式限制系统（分布式限制系统（分布式限制系统（Distributed Control System,DCSDistributed Control System,DCS）图图图图1-7 1-7 分布式限制系统
40、分布式限制系统分布式限制系统分布式限制系统系统分为三个层次进行限制：系统分为三个层次进行限制：系统分为三个层次进行限制：系统分为三个层次进行限制：过程控制级过程控制级过程控制级过程控制级集中操作监控级集中操作监控级集中操作监控级集中操作监控级综合信息管理级综合信息管理级综合信息管理级综合信息管理级系统的设计原则：系统的设计原则：系统的设计原则：系统的设计原则：分散控制分散控制分散控制分散控制集中操作集中操作集中操作集中操作分级管理分级管理分级管理分级管理分而自治分而自治分而自治分而自治综合协调综合协调综合协调综合协调特点：功能强大、性能优越、技术成熟，软件支持广泛。但特点：功能强大、性能优越、
41、技术成熟，软件支持广泛。但特点：功能强大、性能优越、技术成熟，软件支持广泛。但特点：功能强大、性能优越、技术成熟，软件支持广泛。但系统困难，成本高，一般适合于大型测控系统。系统困难，成本高，一般适合于大型测控系统。系统困难，成本高，一般适合于大型测控系统。系统困难，成本高，一般适合于大型测控系统。DCS系统的实物系统的实物DCSDCS集计算机技术、限制技术、通讯网络技集计算机技术、限制技术、通讯网络技集计算机技术、限制技术、通讯网络技集计算机技术、限制技术、通讯网络技术、生产工艺为一体，是综合技术集成。从某种术、生产工艺为一体，是综合技术集成。从某种术、生产工艺为一体，是综合技术集成。从某种术
42、、生产工艺为一体，是综合技术集成。从某种意义上说，已不是单纯的计算机限制技术，或者意义上说，已不是单纯的计算机限制技术，或者意义上说，已不是单纯的计算机限制技术，或者意义上说，已不是单纯的计算机限制技术，或者说是广义的计算机限制技术。说是广义的计算机限制技术。说是广义的计算机限制技术。说是广义的计算机限制技术。DCSDCS最明显的最明显的最明显的最明显的特征特征特征特征是：是：是：是：DCSDCS计算机系统；计算机系统；计算机系统；计算机系统；网络分级结构；网络分级结构；网络分级结构；网络分级结构；专用软件平台。专用软件平台。专用软件平台。专用软件平台。返回本节现场总线限制系统现场总线限制系统
43、现场总线限制系统（现场总线限制系统（现场总线限制系统（现场总线限制系统（Fieldbus Control System,Fieldbus Control System,Fieldbus Control System,Fieldbus Control System,FCS FCS FCS FCS）新一代分布式限制结构新一代分布式限制结构新一代分布式限制结构新一代分布式限制结构 以以以以“工作站现场总线仪表工作站现场总线仪表工作站现场总线仪表工作站现场总线仪表”的二层结构的二层结构的二层结构的二层结构完成完成完成完成DCSDCSDCSDCS三层结构的功能三层结构的功能三层结构的功能三层结构的功能
44、可以降低成本，提高牢靠性，实现真正的开可以降低成本，提高牢靠性，实现真正的开可以降低成本，提高牢靠性，实现真正的开可以降低成本，提高牢靠性，实现真正的开放式互连系统结构放式互连系统结构放式互连系统结构放式互连系统结构Branch TopologyTree TopologyDaisy ChainDCS AOAI PIDControl Application AOAI PIDControl ApplicationFCSXFCS系统的实物系统的实物FCS系统出现的理由：系统出现的理由：1 1）虽然）虽然）虽然）虽然DCSDCS系统功能强大，但由于分散过程级仍系统功能强大，但由于分散过程级仍系统功能强
45、大，但由于分散过程级仍系统功能强大，但由于分散过程级仍运用传统的模拟量运用传统的模拟量运用传统的模拟量运用传统的模拟量 （420mA420mA电流或电流或电流或电流或05V05V电压）电压）电压）电压）传送，抗干扰实力差；传送，抗干扰实力差；传送，抗干扰实力差；传送，抗干扰实力差；2 2）全部的变送器均要将信号集中到限制器或限制）全部的变送器均要将信号集中到限制器或限制）全部的变送器均要将信号集中到限制器或限制）全部的变送器均要将信号集中到限制器或限制站，当限制采样点较多时，接线工作量很大，站，当限制采样点较多时，接线工作量很大，站，当限制采样点较多时，接线工作量很大，站，当限制采样点较多时，
46、接线工作量很大，而且不利于检修和调试；而且不利于检修和调试；而且不利于检修和调试；而且不利于检修和调试；3 3）DCSDCS系统接受三层结构，系统成本较高，且系统接受三层结构，系统成本较高，且系统接受三层结构，系统成本较高，且系统接受三层结构，系统成本较高，且各厂商的各厂商的各厂商的各厂商的DCSDCS有各自的标准，不能互联。有各自的标准，不能互联。有各自的标准，不能互联。有各自的标准，不能互联。FCS系统的特点：系统的特点：1 1）一对通信线可连接多台仪表，安装调试便利，）一对通信线可连接多台仪表，安装调试便利，）一对通信线可连接多台仪表，安装调试便利，）一对通信线可连接多台仪表，安装调试便
47、利，而且电缆本身供电；而且电缆本身供电；而且电缆本身供电；而且电缆本身供电；2 2）从根本上突破了传统的）从根本上突破了传统的“点对点点对点”式的模拟信号式的模拟信号或数字一模拟信号限制的局限性，构成一种全分或数字一模拟信号限制的局限性，构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多接点的通信与限制系统接点的通信与限制系统 牢靠性高；牢靠性高；3 3）现场设备的高度智能化）现场设备的高度智能化 现场总线限制系统则将现场总线限制系统则将DCSDCS的限制站功能彻底分的限制站功能彻底分散到现场限制设备，仅靠现场总线设备就可以实散到现场限制设备，仅靠
48、现场总线设备就可以实现自动限制的基本功能，如数据采集与补偿、现自动限制的基本功能，如数据采集与补偿、PIDPID运算和限制、设备自校验和自诊断等功能运算和限制、设备自校验和自诊断等功能 。5 5）对环境的高度适应性）对环境的高度适应性）对环境的高度适应性）对环境的高度适应性 现场总线是专为工业现场设计的，它可以运用现场总线是专为工业现场设计的，它可以运用现场总线是专为工业现场设计的，它可以运用现场总线是专为工业现场设计的，它可以运用双绞线、同轴电缆、光缆、电力线和无线的方双绞线、同轴电缆、光缆、电力线和无线的方双绞线、同轴电缆、光缆、电力线和无线的方双绞线、同轴电缆、光缆、电力线和无线的方式来
49、传送数据，具有很强的抗干扰实力。式来传送数据，具有很强的抗干扰实力。式来传送数据，具有很强的抗干扰实力。式来传送数据，具有很强的抗干扰实力。7 7）很强的扩展性很强的扩展性很强的扩展性很强的扩展性；8 8）传输速度高传输速度高传输速度高传输速度高可达可达可达可达1MbPs1MbPs；9 9）传输距离长传输距离长传输距离长传输距离长可达几公里；可达几公里；可达几公里；可达几公里；1010）节点数多节点数多节点数多节点数多可达几万个；可达几万个；可达几万个；可达几万个；6 6）互换性很强互换性很强互换性很强互换性很强同一标准的仪表均可以在系统同一标准的仪表均可以在系统同一标准的仪表均可以在系统同一
50、标准的仪表均可以在系统中实现中实现中实现中实现“即接即用即接即用即接即用即接即用”；4 4）各仪表、功能模块可以）各仪表、功能模块可以）各仪表、功能模块可以）各仪表、功能模块可以分散安装，统一组态分散安装，统一组态分散安装，统一组态分散安装，统一组态 功能模块的功能模块的功能模块的功能模块的参数参数参数参数也可以通过软件进行调整；也可以通过软件进行调整；也可以通过软件进行调整；也可以通过软件进行调整；FCS常用标准：常用标准：1 1）FFFF现场总线基金标准现场总线基金标准现场总线基金标准现场总线基金标准2 2）CANCAN限制器局域网络（德国）限制器局域网络（德国）限制器局域网络（德国）限制