第9章 基于网络的过程计算机控制系统

(2)软件总体方案还应考虑确定系统的数学模型、 控制策略、控制算法等。
9.2.1 系统总体方案设计
3.系统总体方案 (1)系统的主要功能技术指标、原理性方框图及文字说
明。 (2)控制策略和控制算法。 (3)系统的硬件结构及配置，主要的软件功能、结构及框
图。 (4)方案比较和选择。 (5)保证性能指标要求的技术措施。 (6)抗干扰和可靠性设计。 (7)机柜或机箱的结构设计。
9.1.2 系统设计的步骤
2.工程项目的设 计阶段
组成设计队伍
软件总体设计
软件总体设计
软件总体设计 方案论证与评审
硬件细化设计 硬件调试
软件细化设计 软件调试
软件总体设计
9.1.2 系统设计的步骤
3.离线仿真和调试阶段
离线硬件联调
离线软件联调
离线硬件软件统调 考机
9.1.2 系统设计的步骤
4.在线调试和运行阶段
9.1.1 系统设计的原则
5.经济效益高
一是系统性能价格比要尽可能的高； 二是系统投入产出比要尽可能的低。
9.1.2 系统设计的步骤
1.工程顶目与控制 任务的确定阶段
开始 甲方提供任务委托书
乙方研究委托书
双方对委托书进行确认方案修改
乙方初步进行系统总体方案设计
乙方进行可行性论证
N 可行？
Y 双方签订合同书
9.1 系统设计的原则与步骤
9.1.1 系统设计的原则
9.1.1 系统设计的原则
2.操作维护方便 (1)操作方便表现在操作简单、直观形象、便于掌握
操作工已习惯了PID调节器的面板操作，而就设 计成回路操作显示面板，或在CRT画面上设计成回路 操作显示画面。 (2)维修方便体现在易于查找故障，易于排除故障

Network Optimization Expert Team
9-2 集散型控制系统
一、集散控制系统的基本组成和特点 （一）集散控制系统的基本组成图9-2 集散控制系统基本构成 集散控制系统通常由过程控制单元、过程输入/输出接口单元、CRT 显示操作站、管理计算机和高速数据通路等五个主要部分组成。其 基本结构如图9-2所示。 1．过程输入/输出接口 过程输入/输出接口又称数据采集装置（采集站），主要是为过程非 控变量专门设置的数据采集系统，它不但能完成数据采集和预处理， 而且还可以对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印， 实现开环监视，也可以通过通信系统将所采集到的数据传输到监控 计算机。在有上位机的情况下，它还能以开关量和模拟信号的方式， 向过程终端元件输出计算机控制命令。
Hale Waihona Puke Network Optimization Expert Team
9-2 集散型控制系统
三、集散控制系统的通信网络 集散控制系统的通信网络主要由两部分组成：传输电缆（或其 他媒介）和接口设备。传输电缆有同轴电缆、屏蔽双绞线、光缆等； 接口设备通常称为链路接口单元，或称调制解调器、网络适配器等。 它们的功能是在现场控制单元、可编程控制器等装置或计算机之间 控制数据的交换、传送存取等。在一般情况下，接到网络上的每个 设备都有一个适配器或调制解调器，系统只有通过这些单元、调制 解调器或适配器才能将多个网络设备连接到网络通信线路上。由于 网络必须设计成在恶劣的工业环境中运行，所以，调制解调器都规 定在特定的频率下通信，以便最大限度地减少干扰造成的传送误差。 数据通信控制的典型功能包括误码检验、数据链路控制管理以及与 可编程控制器、控制单元或计算机之间通信协议的处理等。
Network Optimization Expert Team

决，师生
主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现。
互动等 并且通过啤酒发酵过程的控制要求，分析系统总体的设计方案、系统硬件结构和软件程
序的设计。通过计算机控制系统的设计举例，让学生认识计算机控制系统的设计思路和
设计方法，掌握计算机控制系统的设计方案。
作业布置 主要
参考资料
板书设计， 函数，寻求满足该目标函数的控制规律；选择适宜的计算方法和程序设计语言；进行
重点如何 系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。计算机控制系统的工程设计，
突出，难 不仅要求掌握生产过程的工艺要求，以及被控对象的动态和静态特性，而且要通晓自
点如何解 动检测技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、微电子技术等。
序设计语言；进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。计算机控制
系统的工程设计，不仅要掌握生产过程的工艺要求，以及被控对象的动态和静态特性 ，
而且要通晓自动检测技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、微电子技术等。
本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现、

计算机控制系统的设计举例。
教授思路， 通过前面的学习，我们已经掌握了计算机控制系统各部分的工作原理，硬件和软
采用的教 件技术以及控制算法，因而具备了设计计算机控制系统的条件。
学方法和
计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是一个工程问题。计算机控制系统
辅助手段， 的理论设计包括：建立被控对象的数学模型；确定满足一定技术经济指标的系统目标
计算机控制技术教案
章节 计算机控制系统设计与实现
第 9 章 共 3 学时
讲授主要 1.系统设计的原则与步骤

4
9.1 概述
计算机控制系统的分类 数据采集系统 直接数字控制（DDS） 直接数字控制（DDS）系统 监督计算机控制系统 集散控制（DCS） 集散控制（DCS）系统 现场总线控制（FCS） 现场总线控制（FCS）系统
5
9.2 直接数字控制（DDC）系统 直接数字控制（ ）
9.2.1 DDC系统的特点及组成 系统的特点及组成 1．制（DDC）系统 直接数字控制（ ）
2. DDC系统的组成 系统的组成
8
9.2 直接数字控制（DDC）系统 直接数字控制（ ）
9.2.2 DDC系统的设计原则 系统的设计原则 系统操作性能好 ; 可靠性高； 可靠性高； 通用性强，便于扩充； 通用性强，便于扩充； 实时性好； 实时性好； 设计周期短、价格便宜。 设计周期短、价格便宜。
10
9.3.2 集散控制系统的基本组成与功能化分
集散控制系统的基本结构
11
9.3.3 现场控制站
现场控制站一般分散安装在靠近生产现场的 位置，实现对生产过程数据的采集与实时控制。 位置，实现对生产过程数据的采集与实时控制。 即对过程输入、输出数据进行检测与处理， 即对过程输入、输出数据进行检测与处理，用最 新信息更新数据库；根据最新的数据， 新信息更新数据库；根据最新的数据，按照一定 的控制逻辑与算法形成相应的控制命令， 的控制逻辑与算法形成相应的控制命令，对生产 过程进行控制。同时将相关信息上传到操作站， 过程进行控制。同时将相关信息上传到操作站， 并接受操作站下传的控制指令。 并接受操作站下传的控制指令。通过通信总线实 现现场控制站之间的数据交换。 现现场控制站之间的数据交换。
24
9.3.5 DCS的通信网络 DCS的通信网络
1. DCS的网络形式 的网络形式

2
本章内容
10.1计算机过程控制系统组成与分类 10.2数据通信技术 10.3工业网络技术 10.4可编程序控制器(PLC)系统 10.5集散控制系统(DCS) 10.6现场总线控制系统(FCS)
计算机过程控制系统
3
10.1计算机过程控制系统组成与分类
• 10.1.1计算机过程控制系统简介 • 10.1.2计算机过程控制系统的组成 • 10.1.3计算机过程控制系统的类型
• 差动曼彻斯特 编码
计算机过程控制系统
26
10.2.1异步传送与同步传送
• 在异步通信中，发送的每一个数据字符均 带有起始位、停止位和可选择的奇偶位。
计算机过程控制系统
27
同步传送
• 同步通信需要与数据一起传送时钟信息。
计算机过程控制系统
28
图10.12同步通信格式
计算机过程控制系统
29
10.2.2面向字符和面向位的传送
• 集散控制系统(Distributed Control Systems) 简称DCS，也称分布式控制系统，是由多 台计算机分别控制生产过程中多个控制回 路，同时又可集中获取数据和集中管理的 自动控制系统。
• 集散控制系统通常具有二层结构模式、三 层结构模式和四层结构模式。
计算机过程控制系统
18
图10.7二层结构模式的集散控制系 统
计算机过程控制系统
19
(5) 现场总线(Fieldbus)控制系统
计算机过程控制系统
20
(6) 现场总线集散控制型控制系统
• 随着计算机技术的发展，通用PC机及其系 统软件、工具软件的性能迅速提高，而价 格直趋下跌，这促使技术人员舍弃DCS的 专用计算机体系结构及其独家自成体系的 系统软件，而采用通过PC机及商品化系统 软件，并将先进的现场总线技术融于系统 之中，淘汰DCS的输入输出结构，从而推 出一种面貌全新的现场总线集散控制型控 制系统。