工業(yè)過程控制工程

<工業(yè)過程控制>

鄭州科技學院王曉冬1:23514723電氣學院二樓電氣教研室期末成果=期末考試*0.7+平常成果*0.3平常成果：出勤+作業(yè)2第一章：消費過程自動化的開展消費過程自動化，狹義的可以定義為控制實際在消費過程中的運用。廣義上講還應(yīng)包括自動化工具，如參數(shù)檢測、控制執(zhí)行及調(diào)理器(計算機系統(tǒng))等。更完善地定義還應(yīng)包括保證消費平安的越限報警、聯(lián)鎖維護以及缺點診斷、容錯控制等等。更廣的意義上講還包括操作優(yōu)化、最優(yōu)調(diào)度與消費管理等內(nèi)容，也就是常講的管理控制綜合系統(tǒng)。消費過程自動化所包含的內(nèi)容非常豐富。3本課程的內(nèi)容本課程只討論消費過程自動化技術(shù)課程根底：模擬電路傳感器與檢測技術(shù)；數(shù)字電路微機原理與接口技術(shù)；自動控制原理；編程言語〔匯編、C〕；4什么是過程控制？☆工業(yè)消費過程指原資料經(jīng)過假設(shè)干加工步驟轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品并具有一定生產(chǎn)規(guī)模的過程。工業(yè)消費過程可分為：▲延續(xù)消費過程和離散消費過程；▲延續(xù)消費過程、離散消費過程和間歇消費過程〔批量消費過程〕。工業(yè)消費過程控制概述5☆工業(yè)消費過程的目的在能夠獲得的原料和能源條件下，以最經(jīng)濟的途徑將原資料加工成預(yù)期的合格產(chǎn)品。原資料合格產(chǎn)品理想條件干擾產(chǎn)品？控制過程控制過程控制主要是指延續(xù)過程工業(yè)的過程控制圖1.1-1工業(yè)消費過程表示圖6一座以煤作燃料的發(fā)電廠，如圖1.1-2所示。在這一工業(yè)消費過程中，原料是煤和水，產(chǎn)品是電能，整個消費過程由儲倉、鍋爐、汽輪機、發(fā)電機、水冷凝器和循環(huán)水泵、相應(yīng)的管道以及控制系統(tǒng)等組成。煤經(jīng)過在爐膛中熄滅產(chǎn)生熱能從而加熱水使之變成高壓蒸汽用以推進汽輪機。汽輪機經(jīng)過銜接軸帶動發(fā)電機發(fā)出電能。所產(chǎn)生的電能送給電網(wǎng)再供應(yīng)各種各樣的用戶，如有的用于照明，有的用于驅(qū)動馬達，有的用作家電產(chǎn)品的電源等。圖1.1-2發(fā)電廠表示圖7對發(fā)電廠來說，它的任務(wù)目的是：平安消費鍋爐、汽輪機等必需絕對平安運作；單位電能的煤耗要求煤耗小，能量轉(zhuǎn)換效率高；排出煙氣對環(huán)境污染煙氣中灰塵及硫化物含量要低。上述目的，只需經(jīng)過良好的自動控制系統(tǒng)才干實現(xiàn)。

8圖1.1-3工業(yè)消費過程控制與其它學科的關(guān)系9消費過程自動化的開展歷史工業(yè)革命時發(fā)明的瓦特節(jié)速器開創(chuàng)了自動調(diào)理的先例。19世紀中(1868年)，物理學家J．C．Maxwell作出關(guān)于蒸汽機調(diào)速器穩(wěn)定性分析的著名論文，人類歷史上第一篇有關(guān)控制實際的論文。20世紀30年代以來，自動化技術(shù)首先在電子通訊工程中獲得了驚人的成就，對自動控制實際產(chǎn)生了極大的推進作用。40年代以Nyquist的任務(wù)所開創(chuàng)的基于反響回路的經(jīng)典控制實際，以傳送函數(shù)為根底，適用于單輸入單輸出(SISO)線性定常系統(tǒng)的分析與綜合問題。10消費過程自動化的開展歷史系統(tǒng)分析方法有時間域方法、頻率呼應(yīng)法和根軌跡法等，這些方法中尤以頻率呼應(yīng)法最主要。自動控制實際作為一門獨立的學科那么是從20世紀40年代末(1948年)開場，由N．Wiener發(fā)表的著名著作“控制論〞為標志，迅速開展起來。20世紀60年代開場的現(xiàn)代控制實際作為更科學的實際獲得很大的開展。11現(xiàn)代控制實際以形狀空間為根底的現(xiàn)代控制實際：Bellman的動態(tài)規(guī)劃實際〔1957年〕Kalman等的最優(yōu)濾波實際〔1961年〕Pontryagin等的極大值原理〔1962年〕建立在以現(xiàn)代控制實際為根底的控制器設(shè)計方法規(guī)范，實際明晰，可以有效地處置很多復(fù)雜的系統(tǒng)控制問題。航空、航天領(lǐng)域、機械控制領(lǐng)域。12消費過程自動化的開展歷史由于流程工業(yè)消費過程的復(fù)雜性，和人類目前的知識程度，建模過程〔包括機理建模與辨識〕中必要的假設(shè)與簡化不可防止。在這樣的根底上建立的工業(yè)過程被控對象模型中總包含有被稱為“未建模〞動態(tài)部分。由于它的存在，使基于現(xiàn)代控制實際設(shè)計的控制系統(tǒng)的質(zhì)量大大惡化，甚至無法穩(wěn)定。除了被控對象模型的不確定性以外，工業(yè)消費過程中的干擾非常復(fù)雜，它們的統(tǒng)計特性往往未知，有時甚至干擾本身就是不確定的。因此，現(xiàn)代控制實際在消費過程自動化中還很難見到勝利運用的實例。致命的缺乏是系統(tǒng)的形狀空間模型不知。13消費過程自動化的開展歷史大多數(shù)工業(yè)過程運轉(zhuǎn)工況都不會偏離額定工況太遠，許多工業(yè)過程參數(shù)可以簡化為用一階或二階帶純滯后的、具有自平衡才干的集中參數(shù)特性來描畫。20世紀40~60年代，經(jīng)典控制實際為消費過程控制系統(tǒng)的設(shè)計提供了強有力的實際支持。以此為根底的單變量控制系統(tǒng)得到了廣泛的運用，并到達了相當完善的程度。在這個時期，自動化的技術(shù)工具是氣動或電動模擬儀表〔稱為調(diào)理器〕。14消費過程自動化的開展歷史經(jīng)典控制實際的系統(tǒng)設(shè)計方法建立在試探方法根底之上，通常得不到最優(yōu)控制目的。20世紀60年代，航天航空事業(yè)的開展，促進了現(xiàn)代控制實際的開展。系統(tǒng)的復(fù)雜性在實際上表達為對象是多輸入多輸出(MIMO)、時變、非線性。這就對控制實際和工程提出了新的要求——能否將在空間技術(shù)中獲得運用的現(xiàn)代控制實際運用到工業(yè)過程控制中去。實際證明，直到如今進展不大。15工業(yè)過程自動化目的：使消費過程到達平安、平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)、高效(高產(chǎn)出、低耗費)、綠色環(huán)保。自動化的初級階段主要目的是使消費過程平安(僅限于越限報警和聯(lián)鎖)與平穩(wěn)地進展。在過程工業(yè)中，絕大部分的控制系統(tǒng)是對諸如溫度、壓力、流量、物位〔液位、界面〕等工藝變量的定值控制系統(tǒng)。控制對象往往可用一個低階模型來描畫。并且根據(jù)這樣的模型，就足以滿足平穩(wěn)消費要求。這就是為什么經(jīng)典控制方法至今不衰的重要緣由。16工業(yè)過程自動化據(jù)有關(guān)文獻報道，目前在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，90％以上還是采用PID控制，及一些簡單的多回路控制系統(tǒng)(它們往往在根底控制級DCS上實現(xiàn))。所以對于經(jīng)典控制實際的學習與認識是必要的，也是學習與了解現(xiàn)代控制實際的分析與設(shè)計方法的非常重要根底。更是工程實施的需求。17現(xiàn)代控制實際與經(jīng)典控制實際現(xiàn)代控制實際從實際上處理了許多難以控制的問題。相對經(jīng)典控制實際來說是一大提高。但現(xiàn)代控制實際在運用中出現(xiàn)了問題：嚴厲地依賴于控制對象的數(shù)學模型。而過程工業(yè)消費中要得到被控對象準確的數(shù)學模型是非常困難的。經(jīng)典控制實際根據(jù)系統(tǒng)的丈量值進展控制：反響控制〔閉環(huán)〕?，F(xiàn)代控制實際根據(jù)系統(tǒng)形狀控制〔開環(huán)〕。雖然現(xiàn)代控制實際在實際上講是更系統(tǒng)、更規(guī)范、更強有力，但是其分析與設(shè)計方法的物理意義卻遠沒有經(jīng)典控制實際明晰。18現(xiàn)代控制實際系統(tǒng)建模與辨識。近年來控制實際界研討的熱點，如魯棒控制、非線性控制、自順應(yīng)控制、預(yù)測控制等不斷長盛不衰。與此同時一些所謂無模型控制方法如模糊控制、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等也應(yīng)運而生并且蓬勃開展。在控制實際界構(gòu)成一個多角度、多方位的研討勢態(tài)。種種景象表達出了實際上的熱烈，工程上的欠缺。1991年IFAC控制年會重新開場注重經(jīng)典控制19工業(yè)過程綜合自動化集管理與控制于一體的計算機集成綜合自動化系統(tǒng)。〔CIMS，CIPS〕從更大的范圍來研討綜合自動化問題，這使得控制實際從系統(tǒng)的總體特征上遇到了前所未有的困難。處理這類問題的重要途徑可以是將控制實際、運籌學與智能控制三者相結(jié)合。而這些問題的處理能夠意味著新一代控制實際或復(fù)雜系統(tǒng)控制實際的產(chǎn)生。自動化是一個涉及范圍廣、包含內(nèi)容極豐富的領(lǐng)域。每一種控制實際的提出都有其相應(yīng)的背景。20過程工業(yè)控制器過程工業(yè)控制器習慣上稱調(diào)理器、檢測儀表稱變送器。規(guī)范儀表信號〔0.02~0.1MPa氣壓信號，4~20mA直流電流〕?！?~5V直流電壓〕調(diào)理器電源電壓在24V以下，屬于弱電控制系統(tǒng)。調(diào)理器分電動、氣動兩種類型。延續(xù)消費過程，發(fā)電、化工、石化工業(yè)，特點：易燃易爆。21自動化儀表開展最近50年，工業(yè)自動化儀表閱歷了從氣動儀表到電動儀表，從現(xiàn)場控制到中央控制室控制，從在儀表屏上操作到用計算機操作站〔CRT〕操作，從模擬信號到數(shù)字信號等階段。并且重新回到現(xiàn)場控制。20世紀50年代主要是氣動儀表和真空電子管儀表，60年代以DDZⅡ電動單元組合儀表〔分立元件〕和DQZⅡ氣動單元組合儀表為代表，70年代以DDZⅢ型儀表〔集成電路〕為代表電動單元儀表，到80年代，由于微處置器的開展，開場了智能化儀表時代。目前控制儀表已完全數(shù)字化了。22計算機工業(yè)控制的開展世界上第一臺成熟的電子數(shù)字計算機是1946年出現(xiàn)的。將數(shù)字計算機作為控制系統(tǒng)的部件的思想萌生于1950年前后。在當時的結(jié)論是“將已有的通用數(shù)字計算機用于控制系統(tǒng)沒有什么潛力〞。最重要的任務(wù)開場于1956年3月，當時湯姆森·拉莫·伍爾里奇(ThomsonRamoWoolrige—TRW)航空公司與得克薩柯(Texaco)公司結(jié)合提出了一個可行性研討報告。決議針對得克薩斯州(Texas)的波特·阿瑟(PortArthur)煉油廠的一臺聚合安裝進展研討。23計算機工業(yè)控制的開展設(shè)計出采用RW-300計算機的聚合安裝計算機控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)于1959年3月12日在線運轉(zhuǎn)。“控制〞26個流量、72個溫度、3個壓力和3個成分。系統(tǒng)的根本功能是使反響器的壓力最小、確定對5個反響器供料的最正確分配、根據(jù)對催化劑活性丈量的結(jié)果來控制熱水的流入量、以及確定最正確循環(huán)。這里的“控制〞意義是計算機檢測上述變量，并根據(jù)工藝計算、打印出控制命令，由操作人員手動調(diào)理設(shè)定點，模擬儀表才是真正的控制器。這種控制稱為計算機監(jiān)控〔監(jiān)視控制〕。24計算機工業(yè)控制的開展TRW公司的這項開創(chuàng)性任務(wù)，導致了計算機工業(yè)控制蓬勃開展的局面。到如今大致分6個開展階段：開創(chuàng)期——約1955年直接數(shù)字控制期——約1962年小型計算機控制期——約1972年微型計算機控制期——約1972年數(shù)字技術(shù)普遍運用期——約1980年集散型控制期——約1990年25計算機控制的開創(chuàng)時期早期計算機控制系統(tǒng)采用真空管。在1958年前后，計算機加法時間的典型值是l毫秒，乘法時間是20毫秒，一臺中央處置器的平均無缺點時間(MTBF)為50~l00小時。計算機控制的主要義務(wù)是尋覓最正確運轉(zhuǎn)條件，完成調(diào)度和消費方案，報告產(chǎn)量和原資料的耗費等。在這里可以把尋覓最好運轉(zhuǎn)條件的問題看作是一個靜態(tài)最優(yōu)化問題。26計算機控制的開創(chuàng)時期計算機控制由于缺乏過程知識而遭到妨礙。在這個時期，可行性研討的很大一部分努力都是花在建模上。由于缺乏有效的建模方法學，建模相當費時。過程控制向計算機系統(tǒng)提出了許多特殊的要求，作為過程控制系統(tǒng)，需求對過程中的不測變化做出迅速呼應(yīng)，從而產(chǎn)生了計算機中斷系統(tǒng)概念。作為控制用計算機系統(tǒng)，要直接面向工業(yè)過程的各種參數(shù)，就必需求各種各樣的傳感器。過程參數(shù)為非電量信號，要轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量信號。電量信號的規(guī)范化和數(shù)字化。數(shù)字控制實際和適宜于數(shù)字計算機的控制算法〔程序〕等。一系列的實際和實際研討課題。27計算機控制的開創(chuàng)時期TRW公司和得克薩柯公司的任務(wù)，在工業(yè)界、計算機制造商和各種研討組織中間喚起了對過程工業(yè)控制的極大的興趣。工業(yè)界看到的是一種提高自動化程度的潛在手段，計算機工業(yè)界看到了新的市場，大學那么看到了新的研討領(lǐng)域。28計算機控制的開創(chuàng)時期到1961年3月為止，全世界安裝了37套計算機控制系統(tǒng)。一年之后，系統(tǒng)臺數(shù)增長到159套。運用領(lǐng)域涉及到鋼鐵、化工和電力工業(yè)的控制。不同的工業(yè)領(lǐng)域，以不同的速度推進了這種技術(shù)的開展。可行性研討貫穿了整個20世紀60年代和70年代。計算機控制的開創(chuàng)時期是計算機監(jiān)視控制階段。29直接數(shù)字控制時期1962年，英國的帝國化學工業(yè)公司〔ICI〕制造出了一套全新的控制安裝，過程控制中的全部模擬儀表由一臺名為費倫蒂·阿格斯〔FerrantiArgus〕的計算機來替代。一臺計算機直接丈量224個變量和控制129個閥門。開創(chuàng)了過程控制的新紀元，即模擬技術(shù)直接被數(shù)字技術(shù)所替代，而系統(tǒng)的功能堅持不變。直接數(shù)字控制〔DDC〕這個名字就是為了強調(diào)計算機直接控制消費過程這一特征。1962年，一臺典型的過程控制計算機，完成兩數(shù)相加所花的時間為100微秒，相乘所花的時間為1毫秒。平均無缺點時間大約為1000小時。30直接數(shù)字控制時期控制系統(tǒng)的價錢問題是DDC技術(shù)得以開展的主要理由。模擬系統(tǒng)的價錢隨著控制回路數(shù)目的添加成線性增長，而一臺數(shù)字計算機系統(tǒng)的最初投資雖然很大，但添加一個回路的費用卻很小。因此，對于大型安裝來說，數(shù)字系統(tǒng)是廉價的。數(shù)字控制系統(tǒng)的另一個突出的優(yōu)點是操作方式的變卦，一塊操作員通訊板可替代一大片墻壁的模擬儀表。用在ICI系統(tǒng)的通訊板非常簡單，僅僅包含一臺數(shù)字顯示器和少數(shù)按鈕。31直接數(shù)字控制時期靈敏性是DDC系統(tǒng)的又一個優(yōu)點。模擬系統(tǒng)要經(jīng)過重新接線來改動控制系統(tǒng)的構(gòu)造；而計算機控制系統(tǒng)那么只需經(jīng)過重編程序，改動控制邏輯，即可改動控制系統(tǒng)的構(gòu)造。計算機控制還有更多的優(yōu)點，比如，它容易實現(xiàn)幾個回路之間的相互作用；可以使控制環(huán)節(jié)的參數(shù)成為運轉(zhuǎn)條件的函數(shù)。采用公用的DDC言語可以簡化編程任務(wù)。在運用者看來，DDC系統(tǒng)仿佛是用常規(guī)調(diào)理器連成的。32小型計算機時期20世紀60年代，由于集成電路技術(shù)的發(fā)明與開展，計算機變得體積更小，速度更快，可靠性更高，并且越來越廉價。小型計算機一詞指的是新出現(xiàn)的這類計算機。這個時期，典型的過程控制計算機的字長為16位，內(nèi)存儲器為8~124K字，磁盤作為輔助存儲器，加法時間為2微秒，乘法時間為7微秒，中央處置單元的平均無缺點時間為20000小時。DDC期間，經(jīng)過工程實際獲得了越來越多的計算機過程控制的知識。過程控制計算機的臺數(shù)從1970年的5000臺左右增長到1975年的50000臺左右。33微型計算機時期和計算機控制的普遍運用微型機與小型機時代幾乎是同時開場的。90年代，微處置器的價錢降到僅為幾美圓。出現(xiàn)了稱為微控制器的特殊用途計算機。在微控制器中，一塊規(guī)范的處置器芯片上增添了存放器、存儲器〔包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器〕、中斷邏輯、定時器/計數(shù)器、串行通訊口，以及A/D和D/A變換器等其它的功能部件和通用接口等。使微控制器只需少量的外部電路就可以成為一完好的計算機控制系統(tǒng)。并且可靠性大幅度提高。34集散型控制微處置器對于計算機控制系統(tǒng)構(gòu)造產(chǎn)生了深遠的影響，極大的提高了控制系統(tǒng)的可靠性。計算機控制系統(tǒng)通常包括實現(xiàn)控制功能的過程站，具有操作監(jiān)視作用的操作站和各種輔助的站點。控制系統(tǒng)中一切的相互作用都經(jīng)過通訊網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。這種將不同的功能分散在不同的站點的控制系統(tǒng)稱為集散控制系統(tǒng)。第一臺集散控制系統(tǒng)是1975年由Honeywell公司推出的TDC2000系統(tǒng)。操作員運用一臺計算機〔操作站〕就能完成對整個消費過程的監(jiān)視和控制。35全廠監(jiān)視和控制工業(yè)過程控制系統(tǒng)的進一步開展是將工廠中的一切計算機和計算機系統(tǒng)集成為一個整體，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)交換。這樣的相互作用就使得一切部門各得其所。最高主管能隨時了解運轉(zhuǎn)的全貌；消費主管可以在現(xiàn)有信息的根底上規(guī)劃和調(diào)度消費及時了解產(chǎn)品消費、庫存、銷售信息，消費本錢賬目和質(zhì)量記錄等。集成的根底是數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。3637我國計算機控制技術(shù)的開展我國計算機控制技術(shù)在早期與世界先進程度比并不落后。在20世紀60年代初，我國大學就開場了在不同行業(yè)中的計算機運用研討，及工業(yè)控制計算機研討。南京工學院〔如今的東南大學〕在化工、電力行業(yè)開場計算機控制技術(shù)和工程運用的研討。并且在70年代初已有在石油化工、電廠、造船等行業(yè)勝利運用的實例。38現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)控制系統(tǒng)粗略的分為三層，其中，下面兩層是消費過程的控制和監(jiān)視。上面一層實現(xiàn)消費管理功能。對信息的要求也不同。消費過程的控制和監(jiān)視過程，面對的是過程實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的時效性高〔比如周期性的檢測數(shù)據(jù)。每次的傳送數(shù)據(jù)量普通不大。屬于時效性強的小批量數(shù)據(jù)。39現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)消費管理面對的是消費方案、市場統(tǒng)計、財務(wù)、庫存等信息，以及消費過程分析等?！财渲邢M過程分析數(shù)據(jù)來源雖然同樣來自自動化系統(tǒng)〕，普通是來自過程自動化層的實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的信息?！膊⑶遥M分析普通是離線分析，對數(shù)據(jù)傳輸時間要求不強。作為消費過程的診斷分析，要求的數(shù)據(jù)不但要求多，還往往要有一定的時間跨度〕。因此在消費管理層，每次傳送的數(shù)據(jù)量很大。不定時。管理自動化系統(tǒng)還能夠進一步經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成更大的管理網(wǎng)絡(luò)，直到與因特網(wǎng)相連。40現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)以太網(wǎng)采用載波監(jiān)聽多路訪問的控制方式，其通訊的不確定性使人們不斷以為它不適于在控制網(wǎng)絡(luò)中運用〔在網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點多或通訊量添加時，通訊過程中發(fā)生沖突的概率將明顯增大，數(shù)據(jù)傳送的實時性無法保證〕。控制系統(tǒng)內(nèi)的通訊協(xié)議都由各控制系統(tǒng)消費公司本人設(shè)計，并且各不一樣。給控制系統(tǒng)的運用帶來不方便。41工業(yè)以太網(wǎng)不同的控制系統(tǒng)有不同的組成、構(gòu)造，與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。屬于不同的企業(yè)集團控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)集成，綜合自動化。一致信息規(guī)范。以太網(wǎng)隨著因特網(wǎng)的開展已成為最廣泛的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，工業(yè)以太網(wǎng)能夠是一致網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的一種道路。42集散控制系統(tǒng)儀表控制系統(tǒng)集中安裝在控制室，計算機監(jiān)視控制系統(tǒng)集中安裝在控制室，計算機直接控制系統(tǒng)集中安裝在控制室，一個CPU對一切回路進展檢測控制?？刂萍?，風險集中。集散控制系統(tǒng)集中安裝在控制室，控制功能分散在各部件。分散風險。上述控制系統(tǒng)與現(xiàn)場檢測點采用電纜銜接，接線多，復(fù)雜。43現(xiàn)場儀表控制系統(tǒng)將控制功能分散到現(xiàn)場智能儀表，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。與中央控制室之間的銜接僅是數(shù)據(jù)線，極大減少了銜接電纜數(shù)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)總線是系統(tǒng)的關(guān)鍵。分布式控制系統(tǒng)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線不僅是通訊線，更是控制系統(tǒng)的組成部分。安裝分散，風險分散?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)新一代控制系統(tǒng)。44現(xiàn)場總線定義國際電工委員會IEC/TC65擔任丈量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊國際規(guī)范化任務(wù)的SC65C/WG6于1984年就開場著手規(guī)范的制定，并努力于推出世界上單一的現(xiàn)場總線規(guī)范。根據(jù)國際電工委員會IEC61158規(guī)范定義：現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場安裝與控制室內(nèi)的自動安裝之間的數(shù)字式、串行、多點通訊的數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場總線技術(shù)根本內(nèi)容包括：以串行通訊方式取代傳統(tǒng)的4~20mA的模擬信號；一條現(xiàn)場總線可為眾多的可尋址現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)多點銜接、支持底層的現(xiàn)場智能設(shè)備與高層的系統(tǒng)利用公用傳播介質(zhì)交換信息。45現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線技術(shù)的中心是它的通訊協(xié)議。它是工業(yè)控制領(lǐng)域中計算機通訊系統(tǒng)的最底層的低本錢網(wǎng)絡(luò)〕。自1993年經(jīng)過了IEC61158現(xiàn)場總線物理層規(guī)范之后，由于種種經(jīng)濟、社會與技術(shù)緣由，使現(xiàn)場總線規(guī)范的制定不斷處于混亂形狀。2000年初宣布8種現(xiàn)場總線規(guī)范為IEC現(xiàn)場總線國際規(guī)范子集：46現(xiàn)場總線規(guī)范IEC61158[技術(shù)規(guī)范〔即FF-H1〕]ControlNET〔美國羅克韋爾自動化公司RockwellAutomation,1995〕、Profibus(德國西門子公司支持，1989；1996年它博得了43％的德國市場，在歐洲市場也占首位)、P-Net(丹麥PROCES-DATA，1984年)、FoundationFieldbusFF-HSE(美國FisherRosemount公司支持)、NetcomerSwiftNet〔SHIPSTAR協(xié)會應(yīng)波音公司的要求開發(fā)的一種現(xiàn)場總線〕、WorldFIP〔法國Alstom支持〕、Interbus-S(德國的PhoenixContact公司，1984)，47其它控制總線規(guī)范Lonworks(美國ECHELON)CC-Link(三菱電機，1996〕CAN〔德國Bosch,1994)DeviceNet(開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供貨商協(xié)會)AS-I(11家公司結(jié)合資助和規(guī)劃的，并得到德國科技部的支持)一切控制總線產(chǎn)品相互之間不兼容。48工業(yè)以太網(wǎng)當現(xiàn)場總線規(guī)范爭論不斷的時候，以太網(wǎng)規(guī)范隨Internet的開展，獲得了長足的開展，從10M→100M→1000M。許多公司開場工業(yè)以太網(wǎng)研討，并獲得了很大的進展。工業(yè)以太網(wǎng)能夠是可以一致未來現(xiàn)場總線規(guī)范。工業(yè)以太網(wǎng)是一種實時網(wǎng)絡(luò)。49分布式工業(yè)控制系統(tǒng)自從采用數(shù)字計算機技術(shù)后，工業(yè)控制系統(tǒng)的開展，有兩個分布式的過程。DCS的出現(xiàn)，使控制系統(tǒng)從單個處置器的集中控制方式，轉(zhuǎn)向多處置器的分散控制方式。早期的DCS控制系統(tǒng)，還是集中在中央控制室。智能儀表和現(xiàn)場總線通訊技術(shù)，使得控制系統(tǒng)從集中在總控制室，轉(zhuǎn)向真正分布到工業(yè)控制現(xiàn)場50嵌入式系統(tǒng)隨著IC〔集成電路〕技術(shù)和IT〔信息〕技術(shù)的開展，控制系統(tǒng)又將面臨新的變化，這就是嵌入式系統(tǒng)。我們這里所說的嵌入式系統(tǒng)有兩層含義，一是控制系統(tǒng)嵌入到控制對象中〔即被控對象與控制系統(tǒng)結(jié)合成新的智能化設(shè)備〕，二是系統(tǒng)軟件嵌入到IC〔SOC〕芯片中去。51智能化設(shè)備控制系統(tǒng)嵌入到控制對象：嵌入式控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)與被控對象成為一體，成為新的系統(tǒng)：機電一體化系統(tǒng)。典型的機器人。嵌入式系統(tǒng)具有完善的網(wǎng)絡(luò)通訊接口、人機接口和完善的檢測控制功能，它是一個獨立的控制系統(tǒng)，又是設(shè)備的一個組成部分，是在設(shè)備的制造過程中，量身定做的控制系統(tǒng)，不再需求進展二次開發(fā)。52芯上系統(tǒng)

〔SOC：SystemOnchip〕控制軟件嵌