自動(dòng)化儀表裝置-6.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本知識課件

—自動(dòng)化儀表與裝置—第二部分 計(jì)算機(jī)控制裝置1上頁下頁目

錄主要內(nèi)容：第六章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本知識第七章 可編程序控制器

*第八章 集散控制系統(tǒng)第九章 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)第十章 工業(yè)以太網(wǎng)*—自動(dòng)化儀表與裝置—進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器前

言進(jìn)料口出料口H玻璃管液位計(jì)第一部分的內(nèi)容現(xiàn)場儀表：主要指安裝在工業(yè)現(xiàn)場的各種變送器、執(zhí)行器及其它測量儀表?？刂剖覂x表：主要指安裝在控制室內(nèi)的各種控制器（調(diào)節(jié)器）、顯示儀表等。2上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—前

言進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制站控制站：數(shù)字調(diào)節(jié)器、IPC、PLC等，它可以廣義地理解為帶有CPU的各種控制設(shè)備。第二部分內(nèi)容3上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—前

言進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制站AI

(A/D):模擬量輸入(模/數(shù)轉(zhuǎn)換)DI:開關(guān)量輸入(數(shù)字量輸入)AO

(D/A):模擬量輸出(數(shù)/模轉(zhuǎn)換)DO:開關(guān)量輸出(數(shù)字量輸出)第二部分內(nèi)容AI、DIAO、DO控制站…………I/O模塊4上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—前

言管理層5上頁下頁目

錄現(xiàn)場設(shè)備層操作站控制站I/O系統(tǒng)高級控制器數(shù)據(jù)服務(wù)器WEB服務(wù)器管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器Internet/IntranetEthernetEthernet/專用總線控制層網(wǎng)關(guān)FF、ProfiBus等現(xiàn)場總線典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—自動(dòng)化儀表與裝置—前

言6上頁下頁目

錄計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征:各種自動(dòng)化儀表和自動(dòng)控制裝置已從模擬時(shí)代逐漸跨入真正數(shù)字時(shí)代。重

要 性:

是實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗生產(chǎn)的基本條件和重要保證，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可替代的神經(jīng)中樞。相關(guān)技術(shù):涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測和傳感技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、智能儀表技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等。發(fā)展過程:直接數(shù)字量控制(DDC)集中型計(jì)算機(jī)控制分布式計(jì)算機(jī)控制(DCS)現(xiàn)場總線(工業(yè)以太網(wǎng))控制功能:實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化和信息管理自動(dòng)化，即計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化?！詣?dòng)化儀表與裝置—第六章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本知識7上頁下頁目

錄主要內(nèi)容：第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述第二節(jié)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)第三節(jié)開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型第四節(jié)TCP/IP協(xié)議—自動(dòng)化儀表與裝置—第一節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述8上頁下頁目

錄主要內(nèi)容：一、什么是計(jì)算機(jī)控制二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想四、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程五、計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展特征—自動(dòng)化儀表與裝置—一、什么是計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)器被控對象測量變送裝置—+SP執(zhí)行器4~20mA4~20mA控制器被控對象測量變送裝置—+SP執(zhí)行器4~20mA4~20mAD/AA/D數(shù)字信號——例如4~20mA信號經(jīng)12位A/D轉(zhuǎn)換以后的結(jié)果為0~40959上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—一、什么是計(jì)算機(jī)控制控制器被控對象測量變送裝置—+SP執(zhí)行器4~20mA4~20mAD/AA/D工作過程：①數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)檢測來自于測量變送裝置的被控變量瞬時(shí)值；②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；如PID運(yùn)算；③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，完成控制任務(wù)。10上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成硬件組成過程輸入輸出設(shè)備主機(jī)系統(tǒng)CPURAMROMCRT通訊接人機(jī)接printer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）測量變送器執(zhí)行器電氣開關(guān)電氣開關(guān)被控生產(chǎn)對象常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)11上頁下頁目

錄I/O系統(tǒng)（模塊或卡件）現(xiàn)場儀表被控對象外部設(shè)備—自動(dòng)化儀表與裝置—二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成軟件組成

系統(tǒng)軟件支持軟件應(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：Windows操作系統(tǒng)、Unix操作系統(tǒng)等都屬于系統(tǒng)軟件。運(yùn)行在系統(tǒng)軟件的平臺(tái)上，用于開發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。例如：匯編語言、高級語言、通信網(wǎng)絡(luò)軟件、組態(tài)軟件等。

對于設(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。12上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想可靠性可維護(hù)性實(shí)時(shí)性性能價(jià)格比13上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想14上頁下頁目

錄1.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。它通常用概率來表示。(1)可靠性指標(biāo)

可靠度

平均無故障工作時(shí)間MTBF

平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR—自動(dòng)化儀表與裝置—三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想1.可靠性(1)可靠性指標(biāo)

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。例如

:

在

100 只晶體管中有

95 只在上述規(guī)定條件下使用未出現(xiàn)故障，則其可靠度R

＝0.95，樣本數(shù)量越大，所得可靠度的準(zhǔn)確性就越高。15上頁下頁目

錄系統(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)，還與系統(tǒng)的構(gòu)成方式有關(guān)，串聯(lián)連接和并聯(lián)連接是兩種典型的連接方式?！詣?dòng)化儀表與裝置—三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想R1Rn1.可靠性(1)可靠性指標(biāo)

可靠度n個(gè)串連子系統(tǒng)串連系統(tǒng)如果分析的是斷路失效，則：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。并聯(lián)系統(tǒng)中全部子系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)才出現(xiàn)故障。R1Rnn個(gè)并聯(lián)子系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)假設(shè)：各子系統(tǒng)可靠度均為0.9，子系統(tǒng)數(shù)分別是1、2、3時(shí)，則：串聯(lián)系統(tǒng)：可靠度分別是0.9、0.81、0.729，串聯(lián)子系統(tǒng)越多，系統(tǒng)的可靠度越低。并聯(lián)系統(tǒng)：可靠度分別是0.9、0.99、0.999，并聯(lián)子系統(tǒng)越多，系統(tǒng)的可靠度越高。當(dāng)子系統(tǒng)數(shù)>2時(shí)，并聯(lián)子系統(tǒng)對增加系統(tǒng)可靠度的貢獻(xiàn)并不顯著。實(shí)際工程應(yīng)用以這一理論為冗余技術(shù)的基礎(chǔ)，多選用2個(gè)互為冗余的并聯(lián)子系統(tǒng)。16上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想可靠性可靠性指標(biāo)

可靠度

平均無故障工作時(shí)間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。平均故障修復(fù)時(shí)間MTTRMTTR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。17上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想18上頁下頁目

錄可靠性可靠性指標(biāo)提高控制系統(tǒng)可靠性的主要措施①選用高性能的控制設(shè)備，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下，仍能正常運(yùn)行。②設(shè)計(jì)可靠的控制方案，提供各種安全保護(hù)措施，如報(bào)警、故障預(yù)測和處理等。③采用分散控制思想。④增加后備手操或后備儀表控制系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以把后備裝置切換到控制回路中去，保證生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行。⑤對于可靠性要求更高的特殊控制對象可以設(shè)計(jì)冗余系統(tǒng)。冗余系統(tǒng)的工作方式一般分為備份工作方式和雙工工作方式兩種。⑥采用安全可靠的屏蔽、隔離、接地等抗干擾技術(shù)。另外，系統(tǒng)可靠性不僅取決于計(jì)算機(jī)硬件指標(biāo)，同樣也與應(yīng)用軟件直接相關(guān)。軟件可靠性要求應(yīng)用軟件的結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，具有自診斷功能，并面對任何異常操作不影響系統(tǒng)主要功能的正常運(yùn)行。—自動(dòng)化儀表與裝置—三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想19上頁下頁目

錄2.可維護(hù)性可維護(hù)性是指故障發(fā)生后通過維修使系統(tǒng)恢復(fù)的能力，它主要體現(xiàn)在易于查找故障，易于排除故障。①設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如，采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化結(jié)構(gòu)，可便于

更換故障模塊。②選擇系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、一致性好的硬件設(shè)備，可以保證故障設(shè)備更換前后的監(jiān)控程序、運(yùn)行狀態(tài)和精度不受影響。③系統(tǒng)最好能夠帶電插拔維修，降低子系統(tǒng)的故障對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。④軟硬件具有自診斷功能，便于維修人員對故障點(diǎn)的快速定位、分析檢查和排除故障?！詣?dòng)化儀表與裝置—三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想20上頁下頁目

錄3.實(shí)時(shí)性計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是指被控信號的輸入、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)對被控信號的變化具有足夠快的響應(yīng)速度，不丟失信息，不延誤操作。為了滿足實(shí)時(shí)性要求，需要從硬件和軟件兩方面來考慮?！詣?dòng)化儀表與裝置—三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想21上頁下頁目

錄4.性能價(jià)格比一個(gè)良好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在充分考慮系統(tǒng)性能

的同時(shí)，也需要分析系統(tǒng)應(yīng)該帶來的經(jīng)濟(jì)效益，即系統(tǒng)性能和投入之間的關(guān)系以及系統(tǒng)投入與產(chǎn)出之間的關(guān)系。一般要掌握以下兩個(gè)原則：一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能價(jià)格比要盡可能高；二是投入產(chǎn)出比要盡可能低?！詣?dòng)化儀表與裝置—四、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程22上頁下頁目

錄直接數(shù)字量控制（Direct

Digital

Control－DDC）集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)（Distributed

Control

System－DCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus

Control

System－FCS）—自動(dòng)化儀表與裝置—1.直接數(shù)字量控制(DDC)本質(zhì)

——

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)。過程控制計(jì)算機(jī)SPAI、DIAO、DO檢測儀表23上頁下頁目

錄執(zhí)行器被控過程（對象）起始于50年代末期，開辟了一個(gè)轟轟烈烈的計(jì)算機(jī)工業(yè)應(yīng)用時(shí)代優(yōu)點(diǎn)——計(jì)算靈活，精度高，它不僅能實(shí)現(xiàn)典型的PID控制規(guī)律，還可以分時(shí)處理多個(gè)控制回路。此外，此DDC也很快發(fā)展到PID以外的多種復(fù)雜控制。問題

——

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?！詣?dòng)化儀表與裝置—2.集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出發(fā)點(diǎn)：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)儀表控制相競爭，企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制盡可能多的控制回路。CRT、鍵盤……過程控制計(jì)算機(jī)AIDIAODO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)原理圖被控過程（對象）24上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—2.集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)25上頁下頁目

錄優(yōu)越性：從表面上看——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)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。問

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，利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制很多個(gè)回路容易出現(xiàn)負(fù)荷過載，而且控制的集中也直接導(dǎo)致危險(xiǎn)的集中，高度的集中使系統(tǒng)變得十分“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?！詣?dòng)化儀表與裝置—3.集散控制系統(tǒng)(DCS)出發(fā)點(diǎn)（2個(gè)方面）：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；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)。根本特征：控制的分散性

和

管理的集中性26上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—DCS的功能層次DCS的功能層次通常分為：直接控制級、過程管理級、生產(chǎn)管理級、經(jīng)營管理級，各級從“上級”獲取指示，從“下級”獲取信息，產(chǎn)生對“下級”的控制。連續(xù)過程間歇過程離散過程在很多情況下，功能層次和物理層次不一定完全相同，常常將2

個(gè)或多個(gè)功能層上的任務(wù)或部分任務(wù)壓縮到一個(gè)物理層次上去實(shí)現(xiàn)，這使DCS得以大大簡化。直接控制過程管理生產(chǎn)管理經(jīng)營管理經(jīng)營管理級居于工廠自動(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)、商務(wù)、人事以

及其它的工作。如：市場分析、銷售和生產(chǎn)計(jì)劃······生產(chǎn)管理主要完成生產(chǎn)規(guī)劃，生產(chǎn)監(jiān)視，根據(jù)用戶訂單、庫存、能耗約束、能耗需求等指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。在許多DCS中，這級就充當(dāng)最高管理層。過程管理級主要功能包括回路組態(tài)、優(yōu)化控制、性能監(jiān)視、故障監(jiān)測、記錄、報(bào)警……直接控制級主要功能包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、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……27上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—DCS的發(fā)展過程28上頁下頁目

錄總結(jié)：早期DCS的重點(diǎn)在于控制，DCS以“分散”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“綜合”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、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)具有柔性的高度自動(dòng)化的管控一體化系統(tǒng)。劃代起始時(shí)間主要特征119751975年Honeywell公司推出了世界上第一套

DCS系統(tǒng)TDC-2000，技術(shù)特征是集散。280年代初技術(shù)特征是引入局域網(wǎng)LAN380年代末90年代初技術(shù)特征是管控一體化490年代中期主要強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的開放性，特別是通信機(jī)制的開放性和標(biāo)準(zhǔn)化。—自動(dòng)化儀表與裝置—4.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)DCS結(jié)構(gòu)FCS結(jié)構(gòu)29上頁下頁目

錄使用一對對電纜傳輸4~20mA電流信號使用通信線路傳輸數(shù)字信號—自動(dòng)化儀表與裝置—4.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)是連接智能現(xiàn)場裝置和自動(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)。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)行的A/D、D/A轉(zhuǎn)換。把控制任務(wù)下移到智能現(xiàn)場設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)測量控制一體化。

已成為全世界范圍自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。

涉及整個(gè)自動(dòng)化和儀表的工業(yè)“革命”。30上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—五、計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展特征隨著局域網(wǎng)、Internet、IT技術(shù)的迅速發(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)展成為一種趨勢。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)扁平化方向發(fā)展現(xiàn)場總線的應(yīng)用將導(dǎo)致控制功能的徹底分散，將測量控制功能分散下放到現(xiàn)場儀表上，使傳統(tǒng)的回路控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性的變化。不同的網(wǎng)絡(luò)層面將從傳統(tǒng)的由計(jì)算機(jī)連接的DCS多層結(jié)構(gòu)改變成由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如網(wǎng)橋)連接的整體扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。改變由于不同層面的信息交換受到連接計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的封閉性所造成的制約，從而使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向信息化方向發(fā)展。系統(tǒng)功能向綜合化方向發(fā)展系統(tǒng)功能將不再局限于傳統(tǒng)意義上的“控制”，而是將過程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化綜合為一體。不再只是設(shè)備集成，更主要的是對“信息流”的控制與分析的信息集成。融入預(yù)測控制、模糊控制、多變量控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、過程最優(yōu)化、智能軟測量、控制回路預(yù)整定、統(tǒng)計(jì)分析和質(zhì)量控制等先進(jìn)控制技術(shù)。31上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—五、計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展特征隨著局域網(wǎng)、Internet、IT技術(shù)的迅速發(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)展成為一種趨勢。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)扁平化方向發(fā)展系統(tǒng)功能向綜合化方向發(fā)展系統(tǒng)設(shè)備向多樣化方向發(fā)展DCS與PLC相互融合，使得實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中連續(xù)控制與邏輯/順序控制能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一。發(fā)展以IPC為基礎(chǔ)(IPC作為控制站或操作站/工程師站)的小型控制系統(tǒng)，發(fā)揮通用PC豐富的軟硬件資源和廣泛應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢。以適應(yīng)小型控制系統(tǒng)的需求?，F(xiàn)場總線及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)將得到推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。32上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—第二節(jié) 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)33上頁下頁目

錄主要內(nèi)容：一、網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念

二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)—自動(dòng)化儀表與裝置—一、網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念34上頁下頁目

錄

什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指在某一特定的協(xié)議規(guī)范的控制下，由若干臺(tái)計(jì)算機(jī)、若干臺(tái)終端設(shè)備、若干臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等組成，能實(shí)現(xiàn)相互間數(shù)據(jù)流動(dòng)的系統(tǒng)的集合。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的作用實(shí)現(xiàn)硬件資源、軟件資源和信息資源的共享。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從作用范圍的角度一般分為局域網(wǎng)(LAN):指小范圍的網(wǎng)絡(luò)(10km)，傳輸速度較高(10~100MBps)。用于自動(dòng)化系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)屬于局域網(wǎng)絡(luò)。城域網(wǎng)(MAN):指覆蓋一個(gè)城市或地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)(WAN):指將更大范圍的各種網(wǎng)絡(luò)連接成的網(wǎng)絡(luò)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的三個(gè)階段第一代:由一個(gè)主機(jī)和若干個(gè)終端設(shè)備組成的單機(jī)系統(tǒng)。第二代:由不分主從的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的多機(jī)互聯(lián)系統(tǒng)(局域網(wǎng))。第三代:具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?！詣?dòng)化儀表與裝置—一、網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念101

1Tc

Tc時(shí)鐘數(shù)據(jù)

0

0

模擬信號是一個(gè)連續(xù)的物理量

數(shù)字通信的信號數(shù)字信號是利用不連續(xù)的物理狀態(tài)來表示數(shù)據(jù)，通過高/低電平來表示二進(jìn)制數(shù)“1”和“0”。35上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—一、網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念36上頁下頁目

錄

數(shù)字通信的信號

基帶傳輸與頻帶傳輸采用數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)字信號幾乎要占有整個(gè)頻帶，終端設(shè)備把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號時(shí)，這個(gè)原始的電信號所固有的頻帶稱為基本頻帶（baseband），基帶傳輸也就是指在信道中直接傳送基帶信號。采用模擬信號傳送數(shù)據(jù)時(shí)，通常只占有限的頻帶寬度，因此稱為頻帶傳輸?！詣?dòng)化儀表與裝置—一、網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念

數(shù)字通信的信號

基帶傳輸與頻帶傳輸

同步通信與異步通信同步通信就是使接收端接收的每一位數(shù)據(jù)信息都要和發(fā)送端準(zhǔn)確地保持同步，中間沒有間斷時(shí)間，多用于連續(xù)位流的傳輸。異步通信多用于字符的傳輸，一個(gè)典型的異步通信過程是:***

* *******

*若校若起干驗(yàn)干始停位數(shù)位止據(jù)位位37上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型

**環(huán)型HUB中心節(jié)點(diǎn)星型*樹型網(wǎng)狀拓?fù)浯笮途W(wǎng)絡(luò)多采用工控網(wǎng)絡(luò)多采用局域網(wǎng)絡(luò)多采用38上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—三、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)39上頁下頁目

錄網(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：雙絞線(UTP、STP)、同軸電纜、光纖和無線傳輸介質(zhì)等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)多用：帶屏蔽的雙絞線STP和光纖?！詣?dòng)化儀表與裝置—第三節(jié) 開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型40上頁下頁目

錄主要內(nèi)容：一、OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)二、OSI/RM中的信息流動(dòng)過程三、OSI/RM各層的主要功能—自動(dòng)化儀表與裝置—開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不同制造商的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品眾多Open

System

Interconnection/Reference

Model

——

OSI/RM需要建立標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制國際標(biāo)準(zhǔn)化組織1983年正式頒布OSI/RM國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7498OSI/RM是一種中立、不受任何廠家約束與限制的理想模型。41上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—一、OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)A公司A經(jīng)理(寫信)A秘書(蓋章/寫地址)A收發(fā)員(到郵局投遞)B公司B收發(fā)員(分發(fā))B經(jīng)理(收信)B秘書(核對)郵政系統(tǒng)(按地址投遞信件)42上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—一、OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)43上頁下頁目

錄OSI參考模型的層次層次編號名稱英文名稱7應(yīng)用層Application

Layer6表示層Presentation

Layer5會(huì)話層Session

Layer4傳輸層Transport

Layer3網(wǎng)絡(luò)層NetworkLayer2數(shù)據(jù)鏈路層Datalink

Layer1物理層Physical

Layer—自動(dòng)化儀表與裝置—網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層數(shù)據(jù)鏈路層物理層報(bào)文報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組幀bit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)層物理層用戶 用戶二、OSI/RM信息流動(dòng)過程主機(jī)HA

主機(jī)HB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層H2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)T2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)H4H5H6H7數(shù)據(jù)H5H6H7數(shù)據(jù)H6H7數(shù)據(jù)H7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)議中繼環(huán)節(jié)44上頁下頁目

錄通信線路通信線路—自動(dòng)化儀表與裝置—物理層的主要功能物理層是OSI參考模型的最低一層，也是唯一在二臺(tái)設(shè)備同級層之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一層，負(fù)責(zé)傳輸bit流。DTEDCEDCE

DTE接口接口 傳輸介質(zhì)物理層的界定：數(shù)字信號(0/1)的表示電壓、數(shù)據(jù)傳輸速率、最大傳輸距離；支持單工、半雙工還是全雙工通信；連接插頭要多少針，每個(gè)針的作用是什么……形象地說，物理層的設(shè)計(jì)就是要確保在一側(cè)發(fā)出的一個(gè)邏輯“l(fā)”，另一側(cè)收到的也是一個(gè)邏輯“1”，而不是

“0”。具有數(shù)據(jù)處理能力的計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)通信或電路連接設(shè)備(如調(diào)制解調(diào)器等)45上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能把一條可能出錯(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。來自高層數(shù)據(jù)加工成幀物理通道檢查校驗(yàn)信息和頭尾控制信息數(shù)據(jù)部分送往高層確認(rèn)無誤46上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能把一條可能出錯(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。

為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)無確認(rèn)的無連接服務(wù)(不預(yù)先建立連接,也不對收到的數(shù)據(jù)幀確認(rèn)答復(fù),用于誤碼率低或?qū)崟r(shí)要求高、數(shù)據(jù)延誤比數(shù)據(jù)損壞影響更嚴(yán)重的場合)有確認(rèn)的無連接服務(wù)(不預(yù)先建立連接,若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無數(shù)據(jù)幀到達(dá)的確認(rèn)答復(fù),就重發(fā),適用于無線傳送等不可靠信道)有確認(rèn)的有連接服務(wù)

(

預(yù)先建立連接

,

對每一數(shù)據(jù)幀都確認(rèn)答復(fù)

,

提供可靠的“位流”傳輸服務(wù))

傳輸數(shù)據(jù)的幀化處理將數(shù)據(jù)加上幀編碼及幀控制信息,打包成幀。

差錯(cuò)檢測和流量控制協(xié)調(diào)收/發(fā)端不同速度下的數(shù)據(jù)損壞、丟失、重份,進(jìn)行信息流量調(diào)節(jié),“檢錯(cuò)重發(fā)”。鏈路產(chǎn)品有：網(wǎng)卡、網(wǎng)橋等47上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—網(wǎng)絡(luò)層的作用48上頁下頁目

錄網(wǎng)絡(luò)層是OSI七層協(xié)議模型中的第三層，亦稱為“通信子網(wǎng)層”，是通信子網(wǎng)與高層的邊界。它以數(shù)據(jù)鏈路層提供的無差錯(cuò)傳輸為基礎(chǔ)，向高層（傳輸層）提供兩個(gè)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：對高層(傳輸層)來說，所提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)與通信子網(wǎng)無關(guān)，即對傳輸層隱蔽通信子網(wǎng)的數(shù)量、類型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。—自動(dòng)化儀表與裝置—報(bào)源報(bào)宿中繼中繼中繼數(shù)據(jù)交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)交換方式按照傳輸過程中數(shù)據(jù)流在中繼節(jié)點(diǎn)上的轉(zhuǎn)接方式不同,分為“線路交換”和“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”兩種方式,線路資源的利用率很低，為此線路交換方式只適合多媒體、語音、傳真等數(shù)據(jù)量大的報(bào)文交換或?qū)崟r(shí)、交互式報(bào)文交換，不適于一

般的計(jì)算機(jī)通信。線路交換在數(shù)據(jù)交換之前，通過呼叫建立一條連接源節(jié)點(diǎn)(報(bào)源)和目的節(jié)點(diǎn)(報(bào)宿)的專用線路，通路上所有的鏈路被報(bào)源和報(bào)宿的DTE獨(dú)占，直到這條線路被拆除為止。49上頁下頁目

錄—自動(dòng)化儀表與裝置—報(bào)宿中繼中繼中繼數(shù)據(jù)交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)交換方式按照傳輸過程中數(shù)據(jù)流在中繼節(jié)點(diǎn)上的轉(zhuǎn)接方式不同,分為“線路交換”和“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”兩種方式,報(bào)文交換分組交換轉(zhuǎn)尋存找路由轉(zhuǎn)尋存找路由存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式提高了鏈路的利用率，一份數(shù)據(jù)報(bào)在任何時(shí)刻都只占用一條鏈路的資源。目前國際上流行的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)都采用分組交換的方式。發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)50上頁下頁目

錄轉(zhuǎn)存尋找路由報(bào)源尋找發(fā)送路數(shù)據(jù)由轉(zhuǎn)存—自動(dòng)化儀表與裝置—網(wǎng)絡(luò)層的主要功能51上頁下頁目

錄

報(bào)文分組將來自上層的報(bào)文分為一定長度的分組，每一個(gè)分組中包括一個(gè)分組頭，在其中標(biāo)識源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)的地址、分組的順序號和其它控制信息，以保證在接收端能夠?qū)⒎纸M還原為完整的報(bào)文。

路由選擇根據(jù)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的地址信息，使用路由選擇算法獲得傳輸路徑。路由選擇算法有：最短路徑選擇、基于流量的路由選擇、距離矢量路由選擇等。

擁塞控制用流量控制解決網(wǎng)絡(luò)擁塞，以保證通信網(wǎng)絡(luò)性能。根據(jù)交換網(wǎng)的狀態(tài)，為每個(gè)分組選擇不同的空閑路由（分組交換）。—自動(dòng)化儀表與裝置—傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層52上頁下頁目

錄

傳輸層傳輸層起承上啟下的作用，負(fù)責(zé)建立和維護(hù)端端之間的邏輯連接，以通信子網(wǎng)為基礎(chǔ)，為會(huì)話層提供隱蔽了通信細(xì)節(jié)的界面端口。

會(huì)話層向會(huì)話進(jìn)程提供會(huì)話組織和同步服務(wù)，負(fù)責(zé)在兩個(gè)通信的實(shí)體(可以發(fā)送或接收信息的軟件或設(shè)備，如終端、數(shù)據(jù)庫管理程序、電子郵件系統(tǒng)等)之間建立、組織、協(xié)調(diào)及交互，對數(shù)據(jù)的傳送提供控制和管理。

表示層為兩個(gè)應(yīng)用層實(shí)體提供抽象語法交換報(bào)文的途徑。解決如何描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并使之與機(jī)器無關(guān)；如何將發(fā)送方的bit序列轉(zhuǎn)換成符合接收方的bit序列等。

應(yīng)用層提供完成特定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能所需的各種應(yīng)用協(xié)議，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與最終用戶間的界面?！詣?dòng)化儀表與裝置—OSI/RM總結(jié)53上頁下頁目

錄從理論上講，OSI/RM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OSI模型本身并沒有對每層的數(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概念性和功能性的網(wǎng)絡(luò)體系框架或藍(lán)本，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起到了規(guī)范和指導(dǎo)作用。—自動(dòng)化儀表與裝置—第四節(jié)TCP/IP協(xié)議54上頁下頁目

錄主要內(nèi)容：一、TCP/IP的基本情況二、TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)三、網(wǎng)間協(xié)議IP四、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP五、傳輸控制協(xié)議TCP—自動(dòng)化儀表與裝置—一、TCP/IP的基本情況55上頁下頁目

錄TCP/IP體系是涉及面最廣、影響最大的網(wǎng)絡(luò)體系。

TCP/IP是Internet的核心協(xié)議。TCP/IP協(xié)議不是國際標(biāo)準(zhǔn)，但由于TCP/IP協(xié)議的簡單、實(shí)用、高效和成熟，更由于Internet的流行，使得TCP/IP成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP這個(gè)術(shù)語并不是單指一個(gè)協(xié)議，而是由100多個(gè)與之相關(guān)的協(xié)議和應(yīng)用程序組成的一個(gè)協(xié)議族，以下是3

個(gè)最主要的基本協(xié)議：網(wǎng)間協(xié)議IP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP傳輸控制協(xié)議TCP目前，各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的高層網(wǎng)絡(luò)有向

EthernetTCP/IP統(tǒng)一的趨勢發(fā)展。—自動(dòng)化儀表與裝置—二、TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)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**