計(jì)算機(jī)控制裝置

1、計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置120112011年年4 4月月張光新張光新1335719652787952241Computer Control EquipmentsComputer Control Equipments計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置2自動(dòng)化專業(yè)主要課程體系自動(dòng)化專業(yè)主要課程體系( (部分部分) )示意示意數(shù)理基礎(chǔ)數(shù)理基礎(chǔ)控制原理控制原理控制工程控制工程工程原理工程原理電學(xué)基礎(chǔ)電學(xué)基礎(chǔ)測(cè)控儀表測(cè)控儀表微機(jī)原理微機(jī)原理嵌入式嵌入式/DSP等等計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 人文基礎(chǔ)人文基礎(chǔ) 工業(yè)通信工業(yè)通信軟件技術(shù)軟件技術(shù)計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制過程自動(dòng)化過程自動(dòng)化機(jī)械自動(dòng)化機(jī)械自動(dòng)化電氣自動(dòng)化電

2、氣自動(dòng)化煉油、化工、輕工、食品、電力、環(huán)保煉油、化工、輕工、食品、電力、環(huán)保、機(jī)器人、航空、機(jī)器人、航空 自動(dòng)化自動(dòng)化+ +信息化信息化計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置3 計(jì)算機(jī)控制與哪些知識(shí)內(nèi)容有關(guān)？計(jì)算機(jī)控制與哪些知識(shí)內(nèi)容有關(guān)？或或 做好一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要解決些問題？做好一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要解決些問題？計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置4課程安排：第課程安排：第17周講課周講課 第第8周周成績?cè)u(píng)定：課堂交流、點(diǎn)名、作業(yè)成績?cè)u(píng)定：課堂交流、點(diǎn)名、作業(yè) 15%設(shè)計(jì)作業(yè)占設(shè)計(jì)作業(yè)占25%(整體質(zhì)量占整體質(zhì)量占50%，個(gè)人工作，個(gè)人工作50%，附上每個(gè)成員的照片附上每個(gè)成員的照片生活照生活照)期末考試

3、期末考試60%課件下載：課件下載： 課程資源課程資源/電子課件電子課件計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置5計(jì)算機(jī)控制基本知識(shí)計(jì)算機(jī)控制基本知識(shí)可編程控制器可編程控制器集散控制系統(tǒng)簡介（含總線控制）集散控制系統(tǒng)簡介（含總線控制）系統(tǒng)的接地技術(shù)和防雷技術(shù)簡介系統(tǒng)的接地技術(shù)和防雷技術(shù)簡介計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置6計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)知識(shí)可編程控制器可編程控制器針對(duì)實(shí)際對(duì)象的針對(duì)實(shí)際對(duì)象的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)點(diǎn)評(píng)交流點(diǎn)評(píng)交流25%模擬模擬招標(biāo)招標(biāo)DCS簡介簡介可靠性及防雷設(shè)計(jì)簡介可靠性及防雷設(shè)計(jì)簡介開卷考試，帶一張開卷考試，帶一張A4紙紙60%平平時(shí)時(shí)15%計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置7進(jìn)

4、進(jìn)料料口口變變送送器器進(jìn)進(jìn)料料口口出出料料口口H玻璃管液位計(jì)玻璃管液位計(jì) 執(zhí)執(zhí)行行器器調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器顯示顯示儀表儀表計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置8控制室儀表控制室儀表 現(xiàn)場(chǎng)儀表現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)進(jìn)料料口口變變送送器器執(zhí)執(zhí)行行器器調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器顯示顯示儀表儀表控制器(調(diào)節(jié)器)對(duì)象檢測(cè)儀表+SP執(zhí)行器顯示儀表Optional執(zhí)行器有哪些？執(zhí)行器有哪些？閥閥門門電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)開關(guān)閥（電磁）、氣動(dòng)開關(guān)閥電動(dòng)開關(guān)閥（電磁）、氣動(dòng)開關(guān)閥泵（電機(jī)）泵（電機(jī)）變頻變頻開關(guān)開關(guān)檢測(cè)儀表有哪些？檢測(cè)儀表有哪些？連續(xù)信號(hào)：變送器（連續(xù)信號(hào)：變送器（如如T、P、L、F、A，通常輸出，通常輸出42

5、0mA、15V等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)） 傳感器（傳感器（熱電阻、熱電偶熱電阻、熱電偶）開關(guān)信號(hào)：液位開關(guān)、料位開關(guān)、接近開關(guān)開關(guān)信號(hào)：液位開關(guān)、料位開關(guān)、接近開關(guān) (通常輸出通常輸出on/off信號(hào)信號(hào))計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置9控制室儀表控制室儀表 現(xiàn)場(chǎng)儀表現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)進(jìn)料料口口變變送送器器執(zhí)執(zhí)行行器器調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器顯示顯示儀表儀表控制器(調(diào)節(jié)器)對(duì)象檢測(cè)儀表+SP執(zhí)行器顯示儀表Optional* * * *執(zhí)行器執(zhí)行器* * * *口徑口徑流量特性流量特性安裝方式安裝方式材質(zhì)材質(zhì)( (耐壓耐壓/ /防腐）防腐）供電和防爆供電和防爆信號(hào)類型信號(hào)類型現(xiàn)場(chǎng)儀表選型要注意哪些因素？現(xiàn)場(chǎng)儀表選型要注意

6、哪些因素？* * * *檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表* * * *量程量程安裝方式安裝方式材質(zhì)材質(zhì)( (耐壓耐壓/ /防腐）防腐）供電和防爆供電和防爆信號(hào)類型信號(hào)類型計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置10進(jìn)進(jìn)料料口口變變送送器器執(zhí)執(zhí)行行器器調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器進(jìn)進(jìn)料料口口變變送送器器執(zhí)執(zhí)行行器器控控制制站站IPC、PLC、數(shù)字調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器可以廣義地理解為帶有可以廣義地理解為帶有CPU的的各種控制設(shè)備各種控制設(shè)備計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置11進(jìn)進(jìn)料料口口變變送送器器執(zhí)執(zhí)行行器器調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器進(jìn)進(jìn)料料口口變變送送器器執(zhí)執(zhí)行行器器控控制制站站控制器(調(diào)節(jié)器)對(duì)象檢測(cè)儀表+SP執(zhí)行器控制站(計(jì)算機(jī))對(duì)象檢測(cè)儀表+SP執(zhí)行

7、器？計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置12最常見的最常見的IOIO接口：接口：AIAI模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換( (模擬量輸入模擬量輸入) )DI DI 開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入( (數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入) )AOAO數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換( (模擬量輸出模擬量輸出) )DO DO 開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出( (數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出) )420mA等信號(hào)等信號(hào)二進(jìn)制信號(hào)二進(jìn)制信號(hào)IO接口接口？現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)儀表儀表計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制站控制站AI(A/D)DIAO(D/A)DO計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置13一體一體輸入、輸出系統(tǒng)輸入、輸出系統(tǒng)輸入輸入子系統(tǒng)子系統(tǒng)輸入輸入子系統(tǒng)子系統(tǒng)Controller/Gateway

8、Fieldbus計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置14網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)FF、ProfiBus等現(xiàn)場(chǎng)總線等現(xiàn)場(chǎng)總線典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖I/O系統(tǒng)系統(tǒng)控制站控制站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層控制層控制層操作站操作站Ethernet/專用總線專用總線數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)服務(wù)器高級(jí)控制器高級(jí)控制器管理層管理層WEB服務(wù)器服務(wù)器管理計(jì)算機(jī)管理計(jì)算機(jī)Ethernet互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器服務(wù)器Internet/Intranet計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置15內(nèi)內(nèi) 涵涵：工業(yè)（自動(dòng)）化工業(yè)（自動(dòng)）化 信息化信息化作作 用用：是實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗生產(chǎn)的前提是實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗生產(chǎn)的前提

9、是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的神經(jīng)中樞神經(jīng)中樞 相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù)：自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)和傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)和傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、智能儀表技術(shù)通信技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、智能儀表技術(shù) 發(fā)展過程發(fā)展過程：直接數(shù)字量控制（直接數(shù)字量控制（DDCDDC） 集中型計(jì)算機(jī)控制集中型計(jì)算機(jī)控制 分布式計(jì)算機(jī)控制（分布式計(jì)算機(jī)控制（DCSDCS） 總線（工業(yè)以太網(wǎng)）控制總線（工業(yè)以太網(wǎng)）控制 ？兩化融合計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置161.1 計(jì)算機(jī)控制概述計(jì)算機(jī)控制概述1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成1.3 計(jì)算機(jī)控制

10、系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程1.5 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1.6 PID離散化和信號(hào)濾波簡介離散化和信號(hào)濾波簡介計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置171.1 計(jì)算機(jī)控制概述計(jì)算機(jī)控制概述測(cè)量變送裝置測(cè)量變送裝置+設(shè)設(shè)定定值值4 420mA20mA4 420mA20mA執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象被被控控變變量量D/AA/D0010101100110000101011001100010101010101100010101010101100工作過程工作過程數(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；實(shí)時(shí)檢測(cè)來

11、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)；如和處理，決定控制行為，產(chǎn)生控制信號(hào)；如PIDPID運(yùn)算運(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)。成控制任務(wù)。 計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置18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

12、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1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置19系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件支持軟件支持軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)用于開發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。例如：匯編語言、高級(jí)語言、用于開發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。例如：匯編語言、高級(jí)語言、組組態(tài)軟件態(tài)軟件等。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

13、支持軟件會(huì)有所不同同系統(tǒng)的支持軟件會(huì)有所不同 針對(duì)特定要求而編制的控制和管理程序。針對(duì)特定要求而編制的控制和管理程序。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。軟件組成軟件組成系統(tǒng)開發(fā)最主要的兩個(gè)方面：系統(tǒng)開發(fā)最主要的兩個(gè)方面：根據(jù)控制要求，開發(fā)硬件系統(tǒng)根據(jù)控制要求，開發(fā)硬件系統(tǒng)基于支持軟件，開發(fā)應(yīng)用軟件基于支持軟件，開發(fā)應(yīng)用軟件1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置201. 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1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主

14、要設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置21產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。衡量可靠性的幾個(gè)指標(biāo)：衡量可靠性的幾個(gè)指標(biāo)：可靠度可靠度平均無故障工作時(shí)間平均無故障工作時(shí)間 (Mean Time Between Failures，簡稱，簡稱MTBF) 平均故障修復(fù)時(shí)間平均故障修復(fù)時(shí)間 (Mean Time To Repair，簡稱，簡稱MTTR ) （本質(zhì)上這是一個(gè)可維護(hù)性指標(biāo)）（本質(zhì)上這是一個(gè)可維護(hù)性指標(biāo)）無維修使用期無維修使用期 (Maintenance Free Operating Period ，簡稱

15、，簡稱MFOP)計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置22可靠度通常用于表示單個(gè)零件、設(shè)備的可靠程度可靠度通常用于表示單個(gè)零件、設(shè)備的可靠程度在規(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)揮規(guī)定功能的概率。工作期限內(nèi)，設(shè)備無故障地發(fā)揮規(guī)定功能的概率。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)，還與系除了與構(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)。統(tǒng)的構(gòu)成方式有關(guān)。 The reliability of every unit of the spec

16、ific equipment is 90%, the The reliability of every unit of the specific equipment is 90%, the reliability of this equipment is 90%reliability of this equipment is 90%。No!誤差、可靠度都是會(huì)傳遞的誤差、可靠度都是會(huì)傳遞的計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置23常規(guī)的可靠性理論：著名的浴盆曲線（本質(zhì)）常規(guī)的可靠性理論：著名的浴盆曲線（本質(zhì)）故故障障率率時(shí)間時(shí)間結(jié)構(gòu)對(duì)可靠度的影響結(jié)構(gòu)對(duì)可靠度的影響R1RnR1Rn一個(gè)失效，系統(tǒng)失效一個(gè)失效

17、，系統(tǒng)失效全部故障，系統(tǒng)故障全部故障，系統(tǒng)故障nRRRR21串)1 ()1 ()1 (121nRRRR并系統(tǒng)冗余的概念系統(tǒng)冗余的概念計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置24串聯(lián)系統(tǒng)中，可靠性最差的單元對(duì)系統(tǒng)可靠性影響最大。并聯(lián)系統(tǒng)中，1:1系統(tǒng)的冗余對(duì)系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)最顯著。R1=R2=0.9， R并0.99R1=R2=0.99，R并0.9999計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置25MTBFMTBF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 ntMTBFnii1無維修使用期無維修使用期MFOPMFOP(Maintenance Free Operating P

18、eriod )1995年國際上開始對(duì)傳統(tǒng)可靠性定義提出了質(zhì)疑，在歐洲開始提出了年國際上開始對(duì)傳統(tǒng)可靠性定義提出了質(zhì)疑，在歐洲開始提出了無維修使用期無維修使用期(MFOP)的概念。的概念。MTBF認(rèn)為隨機(jī)故障是不可避免的，認(rèn)為隨機(jī)故障是不可避免的，只要仍低于許可數(shù)是可接受的。只要仍低于許可數(shù)是可接受的。MFOP認(rèn)為認(rèn)為“要設(shè)計(jì)出不存在隨機(jī)失要設(shè)計(jì)出不存在隨機(jī)失效的產(chǎn)品是有可能效的產(chǎn)品是有可能”。MFOP在本質(zhì)上就是可靠性設(shè)計(jì)思路的改變?cè)诒举|(zhì)上就是可靠性設(shè)計(jì)思路的改變，是指產(chǎn)品能完成所有規(guī)是指產(chǎn)品能完成所有規(guī)定任務(wù)的工作期，在該期間內(nèi)不需要對(duì)其進(jìn)行任何維修。每個(gè)定任務(wù)的工作期，在該期間內(nèi)不需要對(duì)其

19、進(jìn)行任何維修。每個(gè)MFOP之后就有一個(gè)維修修復(fù)期之后就有一個(gè)維修修復(fù)期(Maintenance Recovery Period，MRP)，在，在此期間通過適當(dāng)?shù)挠?jì)劃性或修復(fù)性維修使系統(tǒng)完全恢復(fù)到可使用狀態(tài)此期間通過適當(dāng)?shù)挠?jì)劃性或修復(fù)性維修使系統(tǒng)完全恢復(fù)到可使用狀態(tài)，以使其能完成下一個(gè)，以使其能完成下一個(gè)MFOP期間的工作。期間的工作。(2)(2) MTBFMTBF( (* *) ) 和和 MFOPMFOP計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置26提高系統(tǒng)可靠性的主要措施提高系統(tǒng)可靠性的主要措施計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置27故障發(fā)生后通過維修使系統(tǒng)恢復(fù)的能力。故障發(fā)生后通過維修使系統(tǒng)恢復(fù)的能力。本質(zhì)：本

20、質(zhì)：易于查找故障，易于排除故障易于查找故障，易于排除故障。 平均故障修復(fù)時(shí)間平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR (mean time to repair ) MTTR指設(shè)備出現(xiàn)故障以后經(jīng)過維修恢指設(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)間復(fù)并重新投入運(yùn)行所需要的平均時(shí)間 ntMTTRnii1計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置28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，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)工況的變化進(jìn)行及時(shí)的處理，亦即系統(tǒng)對(duì)被控信號(hào)的并能根據(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)的變化具有足夠快的響應(yīng)速度，不丟失信

21、息，不延誤操作。變化具有足夠快的響應(yīng)速度，不丟失信息，不延誤操作。計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置29傳統(tǒng)傳統(tǒng)DCSDCSPLC Based DCSPLC Based DCSIPC Based DCSIPC Based DCS1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的簡要發(fā)展過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的簡要發(fā)展過程 DDC控制始于始于5050末期末期里程碑意義里程碑意義集中型計(jì)算機(jī)控制控制集中控制集中信息集中信息集中危險(xiǎn)集中危險(xiǎn)集中DCS控制始于始于7070年代年代控制分散控制分散信息集中信息集中半數(shù)字，半分散半數(shù)字，半分散全數(shù)字全數(shù)字通訊全分散全分散控制FCS工業(yè)以太網(wǎng)分布式IO DCS現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與IO站點(diǎn)模擬信

22、號(hào)一站點(diǎn)模擬信號(hào)一對(duì)一連接，站站對(duì)一連接，站站之間總線連接。之間總線連接。過渡型結(jié)構(gòu)過渡型結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置30價(jià)格昂貴，功能極其有限，可靠性低價(jià)格昂貴，功能極其有限，可靠性低1.直接數(shù)字量控制直接數(shù)字量控制（Direct Digital ControlDDC）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)字控制技術(shù)簡單地取代模擬控制技術(shù)。用數(shù)字控制技術(shù)簡單地取代模擬控制技術(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，可分時(shí)處理多個(gè)控制回路，計(jì)算靈活，精度高，可分時(shí)處理多

23、個(gè)控制回路，DDCDDC也很快也很快發(fā)展到發(fā)展到PIDPID以外的多種復(fù)雜控制。以外的多種復(fù)雜控制。計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置31外外 設(shè)設(shè)過程控制過程控制計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)AI/DI輸入子系統(tǒng)輸入子系統(tǒng)優(yōu)越性：優(yōu)越性：問問 題：題：被控過程（對(duì)象）被控過程（對(duì)象）被控變量操作變量AO/DO輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)（從表面上看）（從表面上看）信息集中，便于實(shí)現(xiàn)各種更復(fù)雜控制、優(yōu)化控制功能信息集中，便于實(shí)現(xiàn)各種更復(fù)雜控制、優(yōu)化控制功能由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)總體性能低，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)總體性能低，容易出現(xiàn)負(fù)荷過載容易出現(xiàn)負(fù)荷過載，控制集中直接導(dǎo)，控制集中直接導(dǎo)致致危險(xiǎn)集中危險(xiǎn)集中，高度集中使系統(tǒng)變得十分，高度集中使

24、系統(tǒng)變得十分“脆弱脆弱”。2.集中型計(jì)算機(jī)控制集中型計(jì)算機(jī)控制企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制盡可能多的回路企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制盡可能多的回路昂貴昂貴和儀表系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)和儀表系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置323.集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System, DCS）(1)(1) 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；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；(2)(2) 各控制系統(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)。各控制系統(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)。根本特征根本特征: :和和DCS的兩種含義：的兩種含義：

25、是一種分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種具有分布式結(jié)構(gòu)的特定計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一種具有分布式結(jié)構(gòu)的特定計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置33 被控過程（對(duì)象）被控過程（對(duì)象）控制站控制站2控制站控制站1控制站控制站n控制站控制站Part 1Part 2Part n操作站操作站/管理計(jì)算機(jī)管理計(jì)算機(jī)控制分散、危險(xiǎn)分散控制分散、危險(xiǎn)分散信息集中、管理集中信息集中、管理集中計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置34Internet管理層網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)Web服務(wù)器服務(wù)器現(xiàn)場(chǎng)控制層現(xiàn)場(chǎng)控制層控制管理層控制管理層網(wǎng)絡(luò)冗余網(wǎng)絡(luò)冗余計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置35直接控制

26、直接控制經(jīng)營經(jīng)營管理管理生產(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從從“上級(jí)上級(jí)”獲取指示，從獲取指示，從“下級(jí)下級(jí)”獲取信息，產(chǎn)生對(duì)獲取信息，產(chǎn)生對(duì)“下級(jí)下級(jí)”的控制。的控制。 居于系統(tǒng)最高層，負(fù)責(zé)廣居于系統(tǒng)最高層，負(fù)責(zé)廣泛的工程、經(jīng)濟(jì)、商務(wù)、泛的工程、經(jīng)濟(jì)、商務(wù)、人事以及其它工作。人事以及其它工作。主要包括回路組態(tài)、主要包括回路組態(tài)、優(yōu)化、監(jiān)控、故障診優(yōu)化、監(jiān)控、故障診斷、記錄、報(bào)警斷、記錄、報(bào)警根據(jù)訂單、庫存、能耗根據(jù)訂單、庫存、能耗約束等進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃、約束等進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃、調(diào)度。通常為最高層。調(diào)度。通常為最高層?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、控制現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、控制、

27、安全性能和冗余性、安全性能和冗余性能的實(shí)施能的實(shí)施計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置36劃分劃分起始時(shí)間起始時(shí)間主要特征主要特征11975Honeywell推出首套推出首套DCS TDC-2000，技術(shù)特征是，技術(shù)特征是集散集散 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)LAN 380年代末期年代末期技術(shù)特征是技術(shù)特征是管控一體化管控一體化 490年代中期年代中期強(qiáng)調(diào)開放性，特別是通信機(jī)制的強(qiáng)調(diào)開放性，特別是通信機(jī)制的開放性和標(biāo)準(zhǔn)化開放性和標(biāo)準(zhǔn)化。 總結(jié)：總結(jié)：早期早期DCSDCS重點(diǎn)在于控制，以重點(diǎn)在于控制，以“分散分散”作為關(guān)鍵字。作為關(guān)鍵字。 現(xiàn)代現(xiàn)代DCSDCS重于信息管理，

28、重于信息管理，“綜合綜合”為其關(guān)鍵字。為其關(guān)鍵字。 向?qū)崿F(xiàn)控制、計(jì)劃體系、管理體系的綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，實(shí)施從向?qū)崿F(xiàn)控制、計(jì)劃體系、管理體系的綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，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)營管理，以至最高最底層的實(shí)時(shí)控制、優(yōu)化控制上升到生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營管理，以至最高層的戰(zhàn)略決策，形成一個(gè)具有高度自動(dòng)化的管控一體化系統(tǒng)。層的戰(zhàn)略決策，形成一個(gè)具有高度自動(dòng)化的管控一體化系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置374.總線控制系統(tǒng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control SystemFCS）樸素意義上的樸素意義上的 FCSFCS結(jié)構(gòu)示意圖結(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

29、意圖傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖輸入子輸入子系統(tǒng)系統(tǒng)控制站控制站n輸出子系輸出子系統(tǒng)統(tǒng)輸入子輸入子系統(tǒng)系統(tǒng)控制站控制站1輸出子系輸出子系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置381.5 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1. 網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念 模擬信號(hào)是一個(gè)連續(xù)的物理量模擬信號(hào)是一個(gè)連續(xù)的物理量 數(shù)字信號(hào)是利用不連續(xù)的物理狀數(shù)字信號(hào)是利用不連續(xù)的物理狀態(tài)來表示，例如：通過高態(tài)來表示，例如：通過高/ /低電平低電平來表示二進(jìn)制數(shù)來表示二進(jìn)制數(shù)“1 1”和和“0 0”。 Tc101100時(shí)時(shí)鐘鐘數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)TcI/V t 計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置39并行傳輸：以并行傳輸：以字字或或字節(jié)字節(jié)為

30、單位一起傳輸（多個(gè)位同時(shí)傳輸）為單位一起傳輸（多個(gè)位同時(shí)傳輸） 速度快、通信線多、成本高，不宜遠(yuǎn)距離通信速度快、通信線多、成本高，不宜遠(yuǎn)距離通信串行傳輸：數(shù)據(jù)串行傳輸：數(shù)據(jù)逐位逐位傳輸傳輸 速度較并行傳輸慢、通信線少（一般速度較并行傳輸慢、通信線少（一般2 24 4根）、成本低根）、成本低 適宜遠(yuǎn)距離通信適宜遠(yuǎn)距離通信 1. 網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置40單工通信：只向一個(gè)方向傳輸，沒有反方向交互（如鍵盤通信）單工通信：只向一個(gè)方向傳輸，沒有反方向交互（如鍵盤通信） 控制系統(tǒng)中控制系統(tǒng)中應(yīng)用極少應(yīng)用極少半雙工通信：雙方可以交互數(shù)據(jù)，但不在同時(shí)半雙工通信：雙

31、方可以交互數(shù)據(jù)，但不在同時(shí) 控制簡單、可靠、成本低，控制簡單、可靠、成本低，應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛(只需只需2根通信線根通信線)全雙工通信：雙方可以在同時(shí)交互數(shù)據(jù)全雙工通信：雙方可以在同時(shí)交互數(shù)據(jù) 控制相對(duì)復(fù)雜、效率高、成本較高，需要控制相對(duì)復(fù)雜、效率高、成本較高，需要2個(gè)信道個(gè)信道 應(yīng)用較廣泛，應(yīng)用較廣泛，至少至少3根通信線根通信線(1根為共用地根為共用地)，或，或4根根1. 網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置41波特率：波特率： 指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚瑔挝煌ǔＳ弥竼挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，單位通常用“位?秒秒”表示表示 例如：例如：ProfibusPA的波特率位

32、的波特率位31.25kbps ProfibusDP的最大波特率位的最大波特率位12Mbps誤碼率：錯(cuò)誤碼元（誤碼率：錯(cuò)誤碼元（1個(gè)二進(jìn)制位）數(shù)與傳送碼元數(shù)之比個(gè)二進(jìn)制位）數(shù)與傳送碼元數(shù)之比 工業(yè)用通信網(wǎng)絡(luò)一般要求誤碼率在工業(yè)用通信網(wǎng)絡(luò)一般要求誤碼率在105109，甚至更小，甚至更小計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置42基帶傳輸基帶傳輸：按數(shù)字：按數(shù)字波形原樣波形原樣、以、以“位位”流流為基本形式直接在信道上傳輸為基本形式直接在信道上傳輸基帶網(wǎng)介質(zhì)便宜（雙絞線、同軸電纜、光線等），速度較高，距基帶網(wǎng)介質(zhì)便宜（雙絞線、同軸電纜、光線等），速度較高，距離不宜過遠(yuǎn)（容易因信號(hào)衰減發(fā)生畸變）。離不宜過遠(yuǎn)（容易

33、因信號(hào)衰減發(fā)生畸變）。絕大多數(shù)局域網(wǎng)（包括控制局域網(wǎng)）都采用基帶傳輸。絕大多數(shù)局域網(wǎng)（包括控制局域網(wǎng)）都采用基帶傳輸。 基帶傳輸需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，常用的數(shù)據(jù)編碼手段有：基帶傳輸需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，常用的數(shù)據(jù)編碼手段有： 非歸零碼非歸零碼NRZNRZ、曼徹斯特編碼、差動(dòng)曼徹斯特編碼、曼徹斯特編碼、差動(dòng)曼徹斯特編碼頻帶傳輸頻帶傳輸：也稱為載波傳輸，采用：也稱為載波傳輸，采用調(diào)制、解調(diào)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)。技術(shù)。在發(fā)送端，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)，調(diào)制變換成一定頻帶范圍的模擬信號(hào)；在發(fā)送端，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)，調(diào)制變換成一定頻帶范圍的模擬信號(hào)；在接收方，通過解調(diào)進(jìn)行反變換。采用模擬信號(hào)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，通在接收方，通過

34、解調(diào)進(jìn)行反變換。采用模擬信號(hào)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，通常只占有限的頻帶寬度。數(shù)字信號(hào)調(diào)制稱為常只占有限的頻帶寬度。數(shù)字信號(hào)調(diào)制稱為“鍵控鍵控” 調(diào)制方式主要有：幅度鍵控調(diào)制方式主要有：幅度鍵控(ASK)(ASK)、頻移鍵控、頻移鍵控(FSK)(FSK)、相移鍵控、相移鍵控(PSK)(PSK)寬帶傳輸寬帶傳輸：適用于傳輸影像、語音信息：適用于傳輸影像、語音信息( (一般不用于工控網(wǎng)絡(luò)一般不用于工控網(wǎng)絡(luò)) )數(shù)字信號(hào)的數(shù)字傳輸數(shù)字信號(hào)的模擬傳輸（如正弦信號(hào)）計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置43各為什么調(diào)制方式？各為什么調(diào)制方式？計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置44載載波波“1”“1”“0”“0”“0”“0”“1”“1

35、”ASK相當(dāng)于模擬信號(hào)的調(diào)幅相當(dāng)于模擬信號(hào)的調(diào)幅“1”：傳輸載波：傳輸載波“0”：不傳輸載波：不傳輸載波計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置45FSK載波載波1-1載波載波2-0“1”“0”“0”“1”“0”“0”“1”應(yīng)用最早的調(diào)制方式，容易實(shí)現(xiàn)，抗噪、抗干擾性能好，中低速傳輸應(yīng)用最早的調(diào)制方式，容易實(shí)現(xiàn)，抗噪、抗干擾性能好，中低速傳輸上圖是上圖是2FSK，還有，還有MFSK，即，即M個(gè)頻率代表個(gè)頻率代表M的信號(hào)的信號(hào)計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置46“1”“1”“0”“0”“0”PSK載波載波1-1載波載波2-0有很好的抗干擾性，適于中高速數(shù)傳有很好的抗干擾性，適于中高速數(shù)傳上圖為二進(jìn)制上圖為二進(jìn)制

36、PSK，還有多進(jìn)制，還有多進(jìn)制PSK，如四相位、八相位等，如四相位、八相位等計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置47項(xiàng)目RS232RS422RS485接口電路單端差動(dòng)差動(dòng)抗干擾能力弱強(qiáng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)最大傳輸距離15m1200m1200m通信雙方交互方式全雙工全雙工半雙工標(biāo)準(zhǔn)最大傳輸速率19200bps10Mbps10Mbps本質(zhì)上是相同的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的首選標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的首選標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置482. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線型總線型環(huán)型環(huán)型HUB星型星型樹型樹型計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置493. 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是指通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)發(fā)送方與接收方之

37、間的物理通路，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是指通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)發(fā)送方與接收方之間的物理通路，常用的傳輸介質(zhì)有：常用的傳輸介質(zhì)有：雙絞線雙絞線、同軸電纜、同軸電纜、光纖光纖和無線傳輸介質(zhì)等。和無線傳輸介質(zhì)等。 控制系統(tǒng)多用：控制系統(tǒng)多用： 計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置504. 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型 pen ystem nterconnection/ eference odel 目的是建立標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，目的是建立標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，19831983年年 層次編號(hào)層次編號(hào) 名稱名稱 英文名稱英文名稱 7654321 用戶層用戶層應(yīng)用層應(yīng)用層表示層表示層會(huì)話層會(huì)話層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路

38、層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層 Users LayerApplication LayerPresentation LayerSession LayerTransport LayerNetwork LayerDatalink LayerPhysical Layer 計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置51OSI/RM信息流動(dòng)過程信息流動(dòng)過程 應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層用戶主機(jī)主機(jī)HA數(shù)據(jù)H7H6H5H4H3H2T2H7H6H5H7H6H7報(bào)文報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組幀bit報(bào)文報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組幀bit應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議表示層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議會(huì)話層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層中繼環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

39、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)主機(jī)主機(jī)HB應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層用戶通信線路通信線路H7H6H5H4H3H7H6H5H4計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置52A A公司公司A A收發(fā)員收發(fā)員( () )A A經(jīng)理經(jīng)理( ( ) )A A秘書秘書( () )B B公司公司B B收發(fā)員收發(fā)員( () )B B經(jīng)理經(jīng)理B B秘書秘書( () )郵政系統(tǒng)郵政系統(tǒng)( () )計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置53最低一層，也是唯一在二臺(tái)設(shè)備同級(jí)層之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交最低一層，也是唯一在二臺(tái)設(shè)備同級(jí)層之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一層換的一層, ,負(fù)責(zé)傳輸負(fù)責(zé)傳輸bitbit位流。位流。 界定：數(shù)字信號(hào)界定：數(shù)字信號(hào)(0

40、/1)(0/1)的表示電壓、傳輸速率、最大傳輸距離、通信的表示電壓、傳輸速率、最大傳輸距離、通信方式（單、半、全）、連接插頭，各針作用的定義方式（單、半、全）、連接插頭，各針作用的定義 部分層主要功能部分層主要功能(1) 把一條可能出錯(cuò)的物理鏈路，轉(zhuǎn)變成讓網(wǎng)絡(luò)層（高層）把一條可能出錯(cuò)的物理鏈路，轉(zhuǎn)變成讓網(wǎng)絡(luò)層（高層）看起來就像是一條不出差錯(cuò)的理想鏈路?？雌饋砭拖袷且粭l不出差錯(cuò)的理想鏈路。 為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)/ /幀化處理幀化處理/ /差錯(cuò)檢測(cè)和流量控制差錯(cuò)檢測(cè)和流量控制 來自來自高層高層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 加工加工成幀成幀 物理通道物理通道 檢查檢查校驗(yàn)信校驗(yàn)信息息和和頭尾控頭尾控制信息制

41、信息 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)送往送往高層高層 確認(rèn)確認(rèn)無誤無誤 計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置54從理論上講，從理論上講，OSI/RMOSI/RM是開放特性網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的典是開放特性網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的典范，它嚴(yán)格遵循層次化的描述方法把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通范，它嚴(yán)格遵循層次化的描述方法把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信體系劃分為七個(gè)層次，各層協(xié)議的內(nèi)容也考慮得信體系劃分為七個(gè)層次，各層協(xié)議的內(nèi)容也考慮得十分周全。由于十分周全。由于OSIOSI模型本身并沒有對(duì)每層的數(shù)據(jù)模型本身并沒有對(duì)每層的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)作出嚴(yán)格的規(guī)定，因而它只是一種提供了傳輸標(biāo)準(zhǔn)作出嚴(yán)格的規(guī)定，因而它只是一種提供了概念性和功能性的網(wǎng)絡(luò)體系框架或藍(lán)本，對(duì)計(jì)算機(jī)概念性和功能性的網(wǎng)

42、絡(luò)體系框架或藍(lán)本，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起到了規(guī)范和指導(dǎo)作用。網(wǎng)絡(luò)起到了規(guī)范和指導(dǎo)作用。 計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置555. TCP/IP協(xié)議簡介協(xié)議簡介 TCP/IP體系是涉及面最廣、影響最大的網(wǎng)絡(luò)體系。體系是涉及面最廣、影響最大的網(wǎng)絡(luò)體系。 TCP/IP這個(gè)術(shù)語并不是單指一個(gè)協(xié)議，而是由這個(gè)術(shù)語并不是單指一個(gè)協(xié)議，而是由100多個(gè)與之相多個(gè)與之相關(guān)的協(xié)議和應(yīng)用程序組成的一個(gè)協(xié)議族，關(guān)的協(xié)議和應(yīng)用程序組成的一個(gè)協(xié)議族， 其中包括其中包括3個(gè)核心協(xié)個(gè)核心協(xié)議：議：IP、TCP、UDP各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的(高高各各)各各層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)有著向有著向Ethernet 統(tǒng)一統(tǒng)一的趨勢(shì)發(fā)展。的

43、趨勢(shì)發(fā)展。 三句話：三句話：應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層*傳輸層互聯(lián)網(wǎng)層網(wǎng)絡(luò)接口層*各種應(yīng)用層協(xié)議例如：HTTP、TELNET、FTP等TCP、UDPIP網(wǎng)絡(luò)接口層OSI/RMTCP/IPSMTPFTPTELNET HTTPTFTPTCPUDPIPHardware InterfaceMAILWWW計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置56網(wǎng)間協(xié)議網(wǎng)間協(xié)議IP 它的功能是使主機(jī)可以把分組數(shù)據(jù)包發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)，并使數(shù)據(jù)包獨(dú)立地它的功能是使主機(jī)可以把分組數(shù)據(jù)包發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)，并使數(shù)據(jù)包獨(dú)立地傳向目標(biāo)，也就是傳向目標(biāo)，也就是IPIP數(shù)據(jù)報(bào)傳送及數(shù)據(jù)報(bào)傳送及IPIP路由選擇。路由選擇。 IPI

44、P協(xié)議采用無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制，即只管對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議采用無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制，即只管對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“盡力傳遞盡力傳遞”，將分組數(shù)據(jù)包傳往目的地，不保證分組的正確順序，一切可靠性工作將分組數(shù)據(jù)包傳往目的地，不保證分組的正確順序，一切可靠性工作均交由上層協(xié)議負(fù)責(zé)，如驗(yàn)證、確認(rèn)等都由均交由上層協(xié)議負(fù)責(zé)，如驗(yàn)證、確認(rèn)等都由TCPTCP協(xié)議處理。協(xié)議處理。用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDPUDPUDP建立在建立在IPIP協(xié)議之上協(xié)議之上 提供提供無連接無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)傳輸 是一個(gè)不可是一個(gè)不可靠的傳輸層協(xié)議。除可通過校驗(yàn)和來判斷數(shù)據(jù)的完整性之外，它不進(jìn)行任靠的傳輸層協(xié)議。除可通過校驗(yàn)和來判斷

45、數(shù)據(jù)的完整性之外，它不進(jìn)行任何其它檢查，甚至不能保證數(shù)據(jù)包是否全部到達(dá)，基于何其它檢查，甚至不能保證數(shù)據(jù)包是否全部到達(dá)，基于UDPUDP的通信進(jìn)程必的通信進(jìn)程必須自己解決諸如報(bào)文丟失、報(bào)文重復(fù)、報(bào)文失序、流量控制等可靠性問題。須自己解決諸如報(bào)文丟失、報(bào)文重復(fù)、報(bào)文失序、流量控制等可靠性問題。 UDPUDP適用于傳輸報(bào)文較少的交互式服務(wù)。如果為此建立面向連接的數(shù)據(jù)傳適用于傳輸報(bào)文較少的交互式服務(wù)。如果為此建立面向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，則網(wǎng)絡(luò)資源的開銷太大，利用不可靠的輸服務(wù)，則網(wǎng)絡(luò)資源的開銷太大，利用不可靠的UDPUDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即使進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即使因報(bào)文出錯(cuò)而重傳一次，也比面向連接的數(shù)據(jù)傳

46、輸更為有效。因報(bào)文出錯(cuò)而重傳一次，也比面向連接的數(shù)據(jù)傳輸更為有效。 計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置57傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議 TCP傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議TCPTCP是一種面向連接的、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的、高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸是一種面向連接的、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的、高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸層協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃酝耆蓪訁f(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃酝耆蒚CPTCP自己保證。自己保證。 我們可以把我們可以把TCPTCP和和IPIP形象地理解為有兩個(gè)信封，要傳遞的信息被劃分成形象地理解為有兩個(gè)信封，要傳遞的信息被劃分成若干段，每一段塞入一個(gè)若干段，每一段塞入一個(gè)TCPTCP信封，并在該信封面上記錄有分段號(hào)的信信封，并在該信封面上記

47、錄有分段號(hào)的信息，外層再套上息，外層再套上IPIP大信封，發(fā)送上網(wǎng)。在接收端，大信封，發(fā)送上網(wǎng)。在接收端，TCPTCP軟件包收集信封，軟件包收集信封，抽出數(shù)據(jù)，按發(fā)送前的順序還原，并加以校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，抽出數(shù)據(jù)，按發(fā)送前的順序還原，并加以校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，TCPTCP將會(huì)將會(huì)要求重發(fā)。因此，要求重發(fā)。因此，TCP/IPTCP/IP幾乎可以無差錯(cuò)地傳送數(shù)據(jù)。幾乎可以無差錯(cuò)地傳送數(shù)據(jù)。 思考：思考：TCP和和UDP傳輸在控制系統(tǒng)中各有什么作用？傳輸在控制系統(tǒng)中各有什么作用？計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置58討論討論控制系統(tǒng)中通常使用無連接還是有連接的數(shù)據(jù)傳輸方式？控制系統(tǒng)中通常使用無連接還是有連接

48、的數(shù)據(jù)傳輸方式？操作站操作站控制站控制站通過通過UDP發(fā)送發(fā)送計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置591.6離散化離散化PID控制算法和數(shù)字濾波算法控制算法和數(shù)字濾波算法計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置60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為便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，必須把為便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，必須把PID模擬表達(dá)式變換成差分方程。當(dāng)采樣周期相模擬表達(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”來代替來代替

49、: 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)離散化表達(dá)式，即可實(shí)現(xiàn)離散化Ts( ) ( )( )( )( )()se te nr ny ne ne nT 相當(dāng)于的簡寫( )( )(1) sde te ne ndtT00( ) ( )ntsie t dtTe i計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制裝置6101( )( ) ( )( )tPdide tu tKe te t dtTTdt00( )( )( )( )( )( )(1)( )( )ssntsitnTe te nr ny nde te ne ndtTe t dtTe i)1()()()()(0neneTTieTTneKnusdniisp上式計(jì)算結(jié)果即等于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，如閥門位，稱為位置式上式計(jì)算結(jié)果即等于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，如閥門位，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