计算机过程控制系统 ppt课件

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)
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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
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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。
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同步传送
• 同步通信需要与数据一起传送时钟信息。
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图10.12同步通信格式
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10.2.2面向字符和面向位的传送
• 在异步传送中通常采用ASCII编码。
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BCD
• Binary -Coded Decimal • 二进制编码的十进制
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海明距离
• 长度相同的两个编码的对应数字不同的比 特数
• 我们的简单编码存在的问题是两个有效的 数字（“0”和“1”）之间的海明距离也是1。 这样，一位错误会将一个有效的数字变成 另一个有效的数字…
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10.4的进步，自动控制设备也在 不断地更新进步，已经从传统的继电器控
度很高的计算机也难以满足要求，因此必
须将任务分给多个计算机（或可编程序控 制器，PLC）来协调运行，这就形成了分散 控制系统（DCS）与现场总线控制系统 （FCS），不同地点和不同功能的计算机 （PLC）之间需要交换信息，把它们按照一
定的协议连接起来就构成了计算机网络以 及现场总线。
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本章内容
10计算机过程控制系统
• 随着计算机技术的迅速发展，将计算机用 于过程控制系统，称为计算机过程控制系 统。计算机过程控制系统综合了计算机生 产过程和自动控制理论等方面的知识。数 据通信技术是工业网络的关键技术。
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简介
• 在一个大规模的计算机过程控制系统中， 常常会有很多的测量和控制对象，即使速
• ① 在线实时控制 • ② 分时方式控制 • ③ 灵活和多功能控制
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图10.4直接数字控制系统结构图
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(3) 监督控制系统(SCC)
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(4) 集散控制系统(DCS)
• 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。
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错误检测
• 我们所需要的编码方案是一位错误不会产 生另一个有效数字
无校验位 1000010”B” 1000011”C” 有奇校验位 11000010-”B” 11000011-”A”
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错误检测
• 我们所需要的编码方案是一位错误不会产 生另一个有效数字
• 如果两个数字之间的最小海明距离是D，那 么我们最多可以检测出D-1位错误。
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10.3工业网络技术
• 10.3.1工业网络概述 • 10.3.2网络协议及其层次结构 • 10.3.3IEEE802标准 • 10.3.4工业网络的性能评价和选型
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10.3.1工业网络概述
• 10.3.1.1网络拓扑结构 • 10.3.1.2介质访问控制技术 • 10.3.1.3信息交换技术 • 10.3.1.4差错控制技术
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10.3.1.4差错控制技术
• 在通信线路上传输信息时，往往由于各种 干扰，使接收端收到信息出现错误。提高 传输质量的方法有两种：第一种方法是改 善信道的电性能，使误码率降低；第二种 方法是接收端检验出错误后，自动纠正错 误，或让发送端重新发送，直至接收到正 确的信息为止。通常把第一种方法称为差
• 1000001-01000001
• 奇校验：如果给定一组数据位中1 的个数是 偶数，那么奇校验位就置为1，使得总的1 的个数是奇数。
• 1000001-11000001
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② 循环冗余校验
• 循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)原理是，发送端发出的信息由基本 的信息位和CRC校验位两部分组成
误和纠正错误。
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(1) 检验方法
• ① 奇偶校验 • ② 循环冗余校验
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① 奇偶校验
• 奇偶校验(Parity Check)是一个字符校验一 次，在每个字符的最高位之后附加一个奇 偶校验位。
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奇偶校验位
• 偶校验：如果一组给定数据位中1 的个数是 奇数，那么偶校验位就置为1，从而使得总 的1 的个数是偶数。
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应用软件
• 应用软件是针对某一生产过程，依照控制 系统设计人员的设计思想，为达到控制目 的而设计的程序。应用软件一般包括基本 运算、逻辑运算、数据采集、数据处理、 控制运算、控制输出、打印输出、数据存 储、操作处理、显示管理等程序。
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10.1.3计算机过程控制系统的类型
• 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。
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图10.7二层结构模式的集散控制系 统
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(5) 现场总线(Fieldbus)控制系统
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(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。
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通讯方式
• 并行通信：数据的各位同时传送，可以用 字并行传送，也可以用字节并行传送
• 串行通信：数据一位一位顺序传送
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波特率
• 每秒钟传递二进制数据的位数
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图10.9数据编码
• 不归零码NRZ • 归零码RZ
• 曼彻斯特 (Manchester) 编码
• 差动曼彻斯特 编码
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10.3.1.1网络拓扑结构
• 星形
环形
总线形
树
形
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10.3.1.2介质访问控制技术
• 在微机局域网中，由于各节点通过公共传 输通路(也称之为信道)传输信息，因此，任 何一个物理信道在某一时间段内只能为一 个节点服务，即被某节点占用来传输信息， 这就产生了如何合理使用信道，合理分配 信道的问题，也就是各节点既充分利用信 道的空间时间传送信息，也不至于发生各 信息间的互相冲突。传输访问控制方式的 功能就是合理解决信道的分配。
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7层网络结构模型
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10.3.3 IEEE802标准
• 电气与电子工程师协会(IEEE)是世界上最大 的专业学会。成立于1980年2月的IEEE802 课题组(IEEE Standards Project 802)于 1981年底提出了IEEE 802局域网标准
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IEEE 802局域网标准与OSI对应 关系
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10.3.4工业网络的性能评价和选型
• 从拓扑结构和介质访问控制方式的角度， 对工业网络的性能进行评价，其评价准则 可归纳为吞吐能力、稳定性、确定性、可 靠性和灵活性五个方面。
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10.4可编程序控制器(PLC)系统
• 10.4.1可编程序控制器概述 • 10.4.2梯形图 • 10.4.3PLC的指令系统 • 10.4.4PLC系统的设计 • 10.4.5PLC控制系统设计实例
• (1) 巡回检测和数据处理系统 • (2) 直接数字控制系统(DDC) • (3) 监督控制系统(SCC) • (4) 集散控制系统(DCS) • (5) 现场总线(Fieldbus)控制系统 • (6) 现场总线集散控制型控制系统
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(1) 巡回检测和数据处理系统
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(2) 直接数字控制系统(DDC)
• RS-232C的电气接口是单端的、双极性电 源供电电路。然而，RS-232C有一系列的 不足，主要有：数据传输速率局限于 20kbps；传输距离局限于15m；该标准没 有规定连接器，因而产生了25插针等设计 方案
• RS-422A和RS-423A是RS-449标准的一个 子集
• RS-485是RS-422A的变形
• 我们可以通过向任意长度的数字中加入一 个挑选的奇偶校验位来增加一位错误检测 功能，以确保任意两个有效数字之间的海 明距离至少是2
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一位错误
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错误纠正
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小结
• 要想检测D位错误：海明距离>= D+1 • 要想纠正D位错误：海明距离> =2D+1
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常用的传输访问控制方式
• (1) 冲突检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD)
• (2) 令牌环(Token Ring) • (3) 令牌总线(Token Passing Bus)
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10.3.1.3信息交换技术
• (1) 线路交换 • (2) 报文交换 • (3) 分组交换
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(3) 分组交换
• 分组交换(Packet Switching)综合了线路交 换和报文交换的优点。首先将前面所说的 报文分成若干个报文段，并在每个报文段 上附加传送时所必需的控制信息，如图 10.24所示。这些报文段经不同的路径分别 传送到目的站后，再拼装成一个完整的报 文。对于这些报文段，称为报文分组，它 是分组交换中的基本单位。
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10.2.3平衡与不平衡传输技术
• 不平衡方式是用单线传输信号，以地线作 为信号的回路，接收器是用单线输入信号 的；
• 平衡方式是用双绞线传输信号，信号在双 绞线中自成回路不通过地线，接收器是用 双端差动方式输入信号的。
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10.2.4RS-422/RS-485接口及应用
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主要特点
• 控制器的核心器件； • 控制规律的实现方法； • 控制功能的灵活性与先进性。
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10.1.1计算机过程控制系统简介
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10.1.2计算机过程控制系统的组成
• 计算机控制系统的最基本特征是一个实时 系统，它由硬件和软件两大部分组成。
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(1) 硬件组成
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生产过程控制系统的发展
• 模拟控制系统 • 直接数字控制系统 • 计算机监督控制系统 • 多级控制系统 • 集散控制系统
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10.2数据通信技术
• 10.2.1异步传送与同步传送 • 10.2.2面向字符和面向位的传送 • 10.2.3平衡与不平衡传输技术 • 10.2.4RS-422/RS-485接口及应用
该标准没有规定连接器因而产生了25插针等设计方案rs422a和rs423a是rs449标准的一个子集rs485是rs422a的变形103工业网络技术1034工业网络的性能评价和选型1031工业网络概述10314差错控制技术10311网络拓扑结构星形环形总线形在微机局域网中由于各节点通过公共传输通路也称之为信道传输信息因此任何一个物理信道在某一时间段内只能为一个节点服务即被某节点占用来传输信息这就产生了如何合理使用信道合理分配信道的问题也就是各节点既充分利用信道的空间时间传送信息也不至于发生各信息间的互相冲突
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(1) 线路交换
• 所谓线路交换(Circuit Switching)，是指通 过网络中的节点在两个站之间建立一条专 用的物理线路进行数据传送，传送结束再 “拆除”线路。
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(2) 报文交换
• 报文交换(Message Switching) 不需要在两 个站之间建立一条专用线路。如果某站想 发送一个报文，它把目的站名附加在报文 上，然后把报文交给节点传送。传送过程 中，节点接收整个报文，并暂存这个报文， 然后发送到下一个节点，直到目的站。
(2) 纠错方式
• ① 重发纠错方式 • ② 自动纠错方式 • ③ 混合纠错方式
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10.3.2网络协议及其层次结构
• 1977年国际标准化组织(International Standard Organization，简称ISO)提出了 开放系统互联参考模型OSI(Open System Interconnection/Reference Model)。
• ① 主机 • ② 测量元件和执行机构。 • ③ 输入输出通道又称过程通道。 • ④ 接口电路。 • ⑤ 控制台。
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图10.2计算机控制系统一般硬件组成
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(2) 软件组成
• ① 系统软件 • ② 应用软件
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系统软件
• 系统软件是主机基本配置的软件，一般包括 操作系统、监视程序、诊断程序、程序设计 系统、数据库系统、通信网络软件等。