现场总线控制系统(第2章)(3)
2023年大学_计算机控制技术第二版(温希东著)课后答案下载
2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载本书全面系统地介绍了计算机控制系统的基本组成和在工业控制中的应用技术，并结合实际深入浅出地介绍了几种典型的控制系统和控制技术。
主要内容包括：计算机控制系统概述、开关量输入/输出通道与人机接口、顺序控制与数字控制、模拟量输入/输出通道、PID调节器的数字化实现、计算机控制系统的抗干扰技术及工业控制微型计算机。
为了帮助读者掌握各部分内容，书中每章后面都附有习题。
本书可作为高职高专院校应用电子技术、自动化、机电一体化、电气工程等专业的计算机控制技术课程的教材，也可作为从事计算机控制工作的工程技术人员的参考书。
计算机控制技术第二版（温希东著）：内容简介点击此处下载计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案计算机控制技术第二版（温希东著）：目录第1章计算机控制系统概述 11.1 计算机控制系统的组成 11.1.1 计算机控制系统的硬件组成 31.1.2 计算机控制系统的软件 41.2 工业控制计算机的特点 41.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 51.3.1 计算机操作指导控制系统 51.3.2 直接数字控制系统 51.3.3 监督计算机控制系统 61.3.4 集散型控制系统 61.3.5 现场总线控制系统 71.3.6 工业过程计算机集成制造系统 81.4 微型计算机控制系统的发展 91.4.1 计算机控制系统的发展过程 91.4.2 近年来计算机控制系统在我国的发展趋势 9 习题 13第2章开关量输入/输出通道与人机接口 142.1 过程通道的分类 142.2 开关量输入/输出通道 152.2.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式 15 2.2.2 开关量输入信号的调理 162.2.3 开关量输出驱动电路 192.2.4 开关量输入/输出通道的设计 21 2.3 人机接口——键盘 222.3.1 非编码键盘 232.3.2 编码键盘 282.4 人机接口——数字显示方法 312.4.1 发光二极管LED显示 312.4.2 LCD显示接口技术 38习题 81第3章顺序控制与数字控制 833.1 顺序控制 833.1.1 顺序控制系统的类型 833.1.2 顺序控制系统的组成 853.1.3 顺序控制系统的应用领域 853.1.4 顺序控制的应用实例 863.2 数字程序控制 883.2.1 数值插补计算方法 883.2.2 逐点比较法直线插补 893.2.3 逐点比较法圆弧插补 943.2.4 步进电机工作原理 993.2.5 步进电机控制系统原理 1013.2.6 步进电机与微型机的接口及程序设计 103 3.2.7 步进电机步数及速度的计算方法 1083.2.8 步进电机的变速控制 109习题 110[1]第4章模拟量输入/输出通道 1124.1 模拟量输入通道 1124.1.1 输入信号的处理 1124.1.2 多路开关 1134.1.3 放大器 1174.1.4 采样保持器(S/H) 1194.1.5 模/数(A/D)转换器及其应用 1204.2 模拟量输出通道 1284.2.1 DAC的工作原理 1284.2.2 多路模拟量输出通道的结构形式 1304.2.3 D/A输出方式 1314.2.4 失电保护和手动/自动无扰动切换 1324.2.5 DAC的主要技术指标 1324.2.6 典型应用例子 133习题 135第5章 PID调节器的数字化实现 1375.1 PID调节器 1385.1.1 PID调节器的优点 1385.1.2 PID调节器的作用 1385.2 数字PID控制器的设计 1415.2.1 PID控制规律的离散化 1425.2.2 PID数字控制器的实现 1435.3 数字PID控制器参数的整定 1455.3.1 采样周期的选择 1455.3.2 PID控制器参数的整定 146习题 150第6章计算机控制系统的抗干扰技术 152 6.1 干扰信号的类型及其传输形式 1526.2 抗干扰技术 1536.2.1 接地技术 1546.2.2 屏蔽技术 1556.2.3 隔离技术 1566.2.4 串模干扰的'抑制 1566.2.5 共模干扰的抑制 1576.2.6 长线传输中的抗干扰问题 157[1] 6.3 电源干扰的抑制 1586.3.1 电源干扰的基本类型 1586.3.2 电源抗干扰的基本方法 1596.4 CPU软件抗干扰技术 1616.4.1 人工复位 1626.4.2 掉电保护 1626.4.3 睡眠抗干扰 1636.4.4 指令冗余 1646.4.5 软件陷阱 1646.4.6 程序运行监视系统(WATCHDOG) 167 6.5 数字信号的软件抗干扰措施 1706.5.1 数字信号的输入方法 1706.5.2 数字信号的输出方法 1716.5.3 数字滤波 172习题 176第7章工业控制微型计算机 1777.1 工业控制计算机的特点 1777.2 总线式工控机的组成结构 1787.3 常用工控总线(STD/VME/IPC工控机) 179 7.3.1 STD总线工控机 1797.3.2 MC6800/MC68000工控机 1797.3.3 IPC总线工控机 1797.4 IPC的主要外部结构形式 1807.4.1 台式IPC 1807.4.2 盘装式IPC 1817.4.3 IPC工作站 1817.4.4 插箱式IPC 1827.4.5 嵌入式IPC 1837.5 IPC总线工控机内部典型构成形式 1847.5.1 工业控制计算机的组成 1847.5.2 工业控制计算机系统的组成 1857.6 IPC总线工业控制计算机常用板卡介绍 186 7.6.1 IPC总线工业控制计算机的概念 1867.6.2 工业控制计算机I/O接口信号板卡 187 习题 192附录 ST7920GB中文字型码表 193参考文献 198。
数字控制理论及应用(讲稿)第二章 数字控制系统的组成
第二章 数字控制系统的组成第一节 数字控制系统硬件及软件组成一、 硬件部分计算机控制系统的硬件包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台等。
1、主机它是过程计算机控制系统的核心，由中央处理器（CPU）和内存储器组成。
主机根据输入通道送来的被控对象的状态参数，按照预先制定的控制算法编好的程序，自动进行信息处理、分析、计算，并作出相应的控制决策，然后通过输出通道发出控制命令，使被控对象按照预定的规律工作。
2、接口电路它是主机与外部设备、输入/输出通道进行信息交换的桥梁。
在过程计算机控制系统中，主机接收数据或者向外发布命令和数据都是通过接口电路进行的，接口电路完成主机与其它设备的协调工作，实现信息的传送。
3、过程输入/输出通道过程输入输出（I/O）通道在微机和生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用，它是主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。
模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号转换为数字信号送给微机；模拟量输出通道则把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行设备，实现生产过程的自动控制。
微机通过开关量（脉冲量、数字量）输入通道输入反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按纽等）或脉冲信号；通过开关量（数字量）输出通道控制那些能接受开关（数字）信号的电器设备。
1）、模拟量输入（AI）通道：生产过程中各种连续的物理量(如温度、流量、压力、液位、位移、速度、电流、电压以及气体或液体的PH值、浓度、浊度等），只要由在线仪表将其转换为相应的标准模拟量电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。
2）、模拟量输出（AO）通道：模拟量输出通道一般是输出4～20mA（或1～5V）的连续的直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置（如各种变频调速器）控制各种电机的转速，亦可通过电-气转换器或电-液转换器来控制各种气动或液动执行机构，例如控制气动阀门的开度等等。
网络总线与技术题目与答案
题目与解答第一章现场总线概述1简述FCS的主要技术特点和优点是什么？（FCS名词解释见34背页）（1）现场总线系统(FCS)的技术特点：①系统的开放性。
相关标准的公开、一致性，通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统具备互可操作性与互用性。
不同生产厂家性能类似的设备可实现互换性。
互可操作性：实现互联设备间的信息传输；互用性：不同厂家性能类似设备可实现互换性。
②现场设备的智能化与功能自治性。
仅靠现场总线设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备运行状态。
包括传感测量、补偿计算、数据处理与控制等③系统的实时性与确定性。
测控任务具有严格的时序和实时性要求，否则可能造成控制系统的灾难性后果。
这也要求通信机制能够保证时间发布和数据传输的实时性。
④现场环境的适应性。
现场总线是专为生产现场环境设计的，支持多种传输介质，具有较强的抗干扰能力，满足本质安全防爆等各种环境要求。
⑤采用成熟先进技术、系统结构的高度分散性。
设备描述语言DDL、技术等。
现场总线可构成全分散性控制系统，简化了系统结构，提高了可靠性。
（2）现场总线的优点：由于现场总线具有以上突出的特点，它使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出巨大的优越性。
①节省系统投资、安装费用和维护费用。
②设计、组态、安装、调试简便，系统维护、设备更换和系统扩充方便。
③用户具有高度的系统集成主动权，系统易于重构。
④提高了控制系统的安全性、可靠性和准确性。
⑤完善了企业信息系统，为实现企业综合自动化提供了基础。
2为什么说Fieldbus是底层控制网络Infranet（从Fieldbus的结构特点分析说明）。
（1）•现场总线将单个分散的现场设备变成网络节点，相互之间连接成可以互通信息、共同完成测量控制任务的网络控制系统。
•每个节点实际上是一个智能设备，能够独立完成从控制、检测，到运算、显示、报警等多种任务。
（2）现场总线是低层控制网络Infranet(或者3（3）)• Infranet（Infrastructure Network），使工厂底层网络系统的底层现场设备之间以及生产现场与外界能够实现信息交换，满足企业综合自动化的发展需要。
计算机控制技术王建华主编第二版第三章课后答案
第一章答案1计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。
答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成。
（2）方块图如下图1.1所示：工业计算机 PIO 设备 生产过程图1.1 计算机控制系统的组成框图1、①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。
其中系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序；②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。
③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。
2.计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。
（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。
4、计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导系统（OIS ）优点：结构简单、控制灵活和安全。
缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。
（2）直接数字控制系统(DDC)优点：实时性好、可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SCC ）优点：生产过程始终处于最有工况。
（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
CPU/MEM 人-机接口 内部总线 系统支持版 磁盘适合器 数字量输出（DO ）通道 数字量输入（DI ）通道模拟量输出（AO ）通道 模拟量输入（AI ）通道 电气开关 电气开关 执行机构 测量变送 被控对象（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。
集散控制系统与现场总线试题习题及答案
本答案仅供参考。
第1章绪论1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。
答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环控制的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。
例如温度控制系统。
1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。
1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大重要组成部分？各部分是如何互相联系的？其中过程通道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？答：计算机控制系统的硬件一般涉及：主机、外部设备、过程输入输出设备。
两个过程通道，一个是输入通道，另一个为输出过程通道。
输入过程通道涉及：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入；DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。
输出过程通道涉及：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出；DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。
1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成？答：直接数字控制系统的硬件重要有计算机（主机）、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。
如下图所示。
1.5 数字PID 控制算法有几种形式？各有什么特点？答：数字PID 控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。
PID 位置式根据偏差计算阀门的位置，PID 增量式根据偏差计算阀门的变化；PID 速度式根据偏差变化限度计算阀门的变化。
1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。
答：模拟PI 控制算法为])(1)([)(0⎰+=tI p dt t e T t e k t u 其中，p k ----比例增益I T ----积分时间常数在采样周期相称短暂时，用矩形法近似代替积分项∑⎰=≈ki ti Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。
CAN-bus现场总线基础教程【第2章】CAN节点设计-MCU与CAN控制器电路的连接(8)
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1 第2章 CAN 节点设计
1.1 MCU 与CAN 控制器电路的连接
前面部分的内容已经单独介绍了CAN 控制器电路和MCU 电路的设计，但是却没有说明这两部分电路的具体引脚连接，于是决定单独使用一个小节来讲解MCU 与CAN 控制器电路的引脚连接关系，希望通过这样的方式可以帮助读者更清楚CAN 控制器和MCU 之间的关系，更好理解以后章节中出现的控制程序。
1.1.1 MCU 和CAN 控制器的引脚连接
由于在电路设计时已经把SJA1000当成了MCU 的外部RAM ，那么在电路连接的时候SJA1000的引脚也必须符合MCU 外扩RAM 的连接要求，具体的连接方法就是将错误!未找到引用源。
中接头CZ1和错误!未找到引用源。
中的接头CN1及CN2按表2.1所示的引脚对应关系连接。
表2.1 SJA1000模块和MCU 引脚的连接关系
INTCAN 是SJA1000的中断输出脚，所以将其接MCU 的外部中断输入引脚P3.2，这样可以让MCU 及时检测和响应SJA1000发生的各种中断异常，而RSTCAN （RSTCAN 与SJA1000的RST 脚相连）接单片机的P1.2则是为了方便MCU 控制SJA1000的复位信号。
WR 、RD 、和ALE 分别是写使能信号、读使能信号和地址锁存信号，在访问SJA1000的过程中主控制器会自动输出这些控制信号，SJA1000在接收这些信号后就会在其接口管理逻辑的控制下完成MCU 请求的各种功能。
DCS习题及答案
本答案仅供参考。
第1章绪论1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。
答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环控制的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。
例如温度控制系统。
1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。
1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各部分是怎样互相联系的？其中过程通道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。
两个过程通道，一个是输入通道，另一个为输出过程通道。
输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入；DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。
输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出；DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。
1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成？答：直接数字控制系统的硬件主要有计算机（主机）、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。
如下图所示。
1.5 数字PID 控制算法有几种形式？各有什么特点？答：数字PID 控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。
PID 位置式根据偏差计算阀门的位置，PID 增量式根据偏差计算阀门的变化；PID 速度式根据偏差变化程度计算阀门的变化。
1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。
答：模拟PI 控制算法为])(1)([)(0⎰+=tI p dt t e T t e k t u 其中，p k ----比例增益I T ----积分时间常数在采样周期相当短暂时，用矩形法近似代替积分项∑⎰=≈ki t i Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。
第二章-基金会现场总线1PPT课件
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2.1.2一个典型的工程实例
3.辅助设备及电缆
（1）接线箱： 涂料厂：接线箱使用刀式开关终端 公用工程厂：Relcom的Mega-block接线箱 聚脂厂：带有P+F网段保护和现场隔离的接线箱 （2）现场总线辅助部件，包括电源模块和诊断模块、网段 保护器和保护现场设备短路的现场安全栅由P+F Powerhubs 提供。
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2．通信系统的主要组成部分及其相互关系
➢通信实体贯穿从物理层到用户层的所有各层。由各层协议与 网络管理代理共同组成。 ➢通信实体的任务是生成报文与提供报文传送服务，是实现现 场总线信号数字通信的核心部分。 ➢层协议的基本目标是要构成虚拟通信关系。 ➢网络管理代理则是要借助各层及其层管理实体，支持组态管 理、运行管理、出错管理的功能。 ➢各种组态、运行、故障信息保持在网络管理信息库NMIB中 ，并由对象字典DD来描述。对象字典为设备的网络可视对象 提供定义与描述。
该项目已使用了6套艾默生的DeltaV系统，其中涂料厂、 公用工程厂、聚脂厂近期使用了DeltaV7.4版本和大量的FF设 备；涂料厂为600台(全部模拟量设备)；公用工程厂为300台( 另外有HART设备在单元包中)；聚脂厂为2200台。 2.网段设计 塑料厂网段布局中，在1个H1例段上接两个子网段，聚酯厂 网段布局为FF设备最大安装数量为8台，每个网段的最大阀门 安装数为2台(阀门定位器为2个)，每个网段的备用的分支数为 2个，每个分支上的FF设备为1台，也就是8：2：2：1模式。
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2.1.3技术分析
(3)设备描述DD与设备描述语言DDL
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为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能块
操作，基金会现场总线采用了设备描述技术。
现场总线郭琼习题答案
《现场总线及其应用第2版主编郭琼课后习题答案》安徽机电职业技术学院电气工程系作者：卡尔二毛第一章：1.过程控制系统的发展经历了那几代控制系统？答：共5代。
1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC）4.集散控制系统（DCS）5.现场总线控制系统（FCS）2.阐述DDC控制系统的结构及工作过程？答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、输出设备组成。
工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合系统要求性能指标。
3.计算机在DDC控制系统中起什么作用？答：完成对生产过程的自动控制、运行参数监视等。
4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。
输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。
5.计算机的软件包括哪两大类？各起什么作用？答：用户软件和系统软件。
用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。
6.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？答：集散控制系统：由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机控制系统。
核心思想：集中管理、分散控制。
7.简述集散控制系统的层次结构及各层次所起的作用？答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级；分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。
集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。
综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。
8.生产过程包括哪些装置？答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。
(完整版)《计算机控制技术》教材习题解答1
《计算机控制技术》习题解答第一章1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统由哪几部分组成？答：计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。
计算机控制系统的组成：计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。
1.2、微型计算机控制系统的特点是什么？微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：a.控制规律灵活多样，改动方便b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度1.3 计算机控制系统结构有哪些分类？指出这些分类的结构特点和主要应用场合。
答：（1）操作指导控制系统优点：结构简单，控制灵活，安全。
缺点：由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
（2）直接数字控制系统（DDS）优点：实时性好，可靠性高，适应性强。
（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最优工况。
（4）分散控制系统（DCS）优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
（5）现场总线控制系统（FCS）优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。
国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。
1.4.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
1.5.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？答：所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
DCS及现场总线技术_第2章
3．监控级（层）的功能
1)操作员工作站的主要功能是用于监视和控制整个生 产过程（装置）。
2)工程师工作站的主要功能是为控制工程师对DCS控 制系统进行配置、组态、调试和维护提供的一个工作 平台，实现系统优化和先进控制策略的实施，以及对 各种设计文件进行归类和管理，形成相应的设计文档 等。
网络）：
现场级、对应现场网络（Field Network） 过程控制级、对应控制网络（Control Network） 操作监控级、对应监控网络（Supervision Network） 信息管理级、对应管理网络（Management Network）
精品课件
DCS的典型体系结构
精品课件
DCS系统四级（层）内容介绍：
1．现场级（层）
此层。它们能够完成对生产装置（过程）的
信号转换、检测和控制量的输出等。现场控制站（过程控
制计算机）通过现场网络直接与这级（层）设备连接。
2．控制级（层）
此层有现场控制站（包括各种控制器、智能调节器）
和现场数据采集站等。它们通过控制网直接与现场各类装
精品课件
精品课件
1.现场控制站
现场控制站（Scene Control Station，SCS），又叫过 程控制单元（Process Control Unit，PCU），是DCS的核心，系统 主要的控制功能是由它来完成的。
现场控制站通过现场仪表直接与生产过程相连接，采集 过程变量信息，并进行转换和运算等处理，产生控制信号以驱动现 场的执行机构，实现对生产过程的控制。
单（多）回路控制器＋通信系统＋操作管理站。这是一 种适用于小型企业的DCS结构，具有较大的灵活性和较高 性价比。
可编程控制器（PLC）＋通信系统＋操作管理站。这是一 种在制造业广泛采用的DCS结构，尤其对生产过程顺序控 制系统特别有效。
dcsfcs课程设计
dcsfcs课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握数据通信与网络基础知识，理解DCS与FCS的基本概念及其区别。
2. 学生能够描述分布式控制系统的结构、工作原理及其在工业中的应用。
3. 学生能够阐述现场总线控制系统的特点、分类及其在自动化领域的应用。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析和解决实际DCS与FCS系统中的简单问题。
2. 学生通过案例学习，掌握DCS与FCS的配置、调试与优化方法。
3. 学生能够运用相关软件工具，设计简单的DCS与FCS系统，提高实际操作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动化技术及DCS与FCS的兴趣，激发学生主动学习和探究精神。
2. 增强学生的团队合作意识，培养学生在实际工程问题中沟通、协作解决问题的能力。
3. 提高学生的信息安全意识，培养学生对自动化系统安全、可靠性的重视。
本课程针对高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
课程内容与教材紧密关联，注重实用性，旨在帮助学生掌握数据通信与网络、分布式控制系统和现场总线控制系统的基本知识，提高解决实际问题的能力，同时培养积极的学习态度和价值观。
二、教学内容1. 数据通信与网络基础：包括数据通信原理、网络拓扑结构、协议标准等，对应教材第1章内容。
2. 分布式控制系统（DCS）：介绍DCS的基本概念、结构组成、工作原理及其在工业中的应用案例，对应教材第2章内容。
3. 现场总线控制系统（FCS）：阐述FCS的基本概念、分类、特点以及在自动化领域的应用，对应教材第3章内容。
4. DCS与FCS的对比：分析DCS与FCS的区别与联系，探讨在不同场景下的应用选择，对应教材第4章内容。
5. 系统设计与实践：结合实际案例，讲解DCS与FCS的配置、调试与优化方法，以及相关软件工具的使用，对应教材第5章内容。
教学内容安排和进度：第1周：数据通信与网络基础第2周：分布式控制系统（DCS）概念及结构第3周：DCS在工业中的应用案例第4周：现场总线控制系统（FCS）概念及分类第5周：FCS在自动化领域的应用第6周：DCS与FCS的对比分析第7周：系统设计与实践（上）第8周：系统设计与实践（下）教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节和实际案例，使学生能够循序渐进地掌握DCS与FCS相关知识，提高实际应用能力。
can技术规范
50
20
10
5
/kbps
最大距 40 离/m
130 270 530 620 1300 3300 6700 10000
¾ 如果采用树形拓扑结构（有时称为干线和支线）。在各级“分 支”节点上采用“网关”（文中称“网控器”或“网桥”）实际上就是由
多个CAN控制器或外加其它协议（如RS232,RS485,TCP/IP）的 接口芯片组成一个设备，这样不受通信距离限制。又有“网关” 或“路由”的作用。
（2）物理层（Physical Layer）
链路层和逻辑层的作用
（1）逻辑链路控制子层（LLC）的作用范围如下； • 为远程数据请求以及数据传输提供服务； • 确定LLC子层接收的报文中哪些报文实际实际上被验收。 • 为恢复管理和过载通知提供手段。
（2）介质访问挖制予层（MAC）的作用主要是传送的规则，也就是 控制帧的结构、执行仲裁、错误检恻、错误的标定、故障的界定。 总线上什么时候开始发送新报文及什么时侯开始接收报文。均在 MAC子层里确定。位定时的一般功能也可以看做是MAC子层的一部 分．自然，对于MAC子层是不允许修改的。
二、can总线的位数值表示与通信距离
Can总线上用显性和隐性表示逻辑值。 显性——0 隐性—— 1
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现场总线控制系统
2.5 PROFIBUS总线
1. 2. 3. 4.
总线终端器
根据EIA RS-485标准，在数据线A和B两端均加接总线终端器 终端器包括1个下拉电阻和1个上拉电阻 空闲状态（idle)：终端电阻保证了总线上确定的空闲电位 可以由跳接器或开关来启动
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2.5 PROFIBUS总线
2.
D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头端与总线电缆
相连接。
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2.5 PROFIBUS总线
1. 总线站与总线的连接采用9针D型连接器。
针脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 信号 Shield M24 RxD/TxD-P * CNTR-P DGND * VP * P24 RxD/TxD-N * CNTR-N 功能 屏蔽/保护地 24 V 输出电压的地 接收数据/传输数据正极 (+) 中继器控制+ 数字地（0V） 终端电阻供电端 (P5V) 输出电压 ＋ 24V 接收数据／传输数据负极（-） 中继器控制-
通信关系结构
每个独立的、局部的信道可以分别定义，一个信道的所 有参数列于通信关系表（ＣＲＬ）中。
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2.5 PROFIBUS总线
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2.5 PROFIBUS总线
二、PROFIBUS的数据传输和拓扑结构
RS485
PROFIBUS 物理层协议 提供三种数 据传输标准
用于DP和FMS
B导线 二进制信号 A导线 1 0 1 1 0 1 0
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1.
2. 3.
传输电缆
最大长度与波特率有关，速率越高，距离越短
总线上的所有设备（站点）都要采用相同的传输速率 A型电缆（0.34mm )和B型电缆(0.22mm )
1.
总线连接
国际性的PROFIBUS标准EN50170推荐使用9针D型连接器用于总线站与 总线的相互连接（9针头）。
2.5 PROFIBUS总线
RS-485总线段的结构
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2.5 PROFIBUS总线
1. 2. 3. 4. 5. 6. 传输序列 半双工、异步、无间隙同步 NRZ（不归零）编码 1个字符祯 = 1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位、1个停止位 二进制 “1” 对应于RXD/TXD-P线上的正电位，而在RXD/TXD-N线上为 负电位 各报文之间的空闲（idle）状态对应于二进制的 “1”信号 A号线对应于RXD/TXD-N信号，而B号线对应于RXD/TXD-P信号
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用一根串行的数字总线替代传统的并行24V 信号
和 4...20 mA 模拟信号
通过一根双芯屏蔽电缆连接中央控制器和现场设备 同样适用于防爆环境和有安全要求的应用：
一个系统适合于不同的应用
数据和电源通过同一根电缆传输（PA） 对于所有的设备，只需要一个通用的组态和工程工具 连接不同厂商的设备 开放的、不依赖于厂商的现场总线，
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2.5 PROFIBUS总线
欧洲标准
1993年CENELEC成立了一个工作组，来制定和发展欧洲的现 场总线标准。工作组进行了充分的技术论证和市场调研，经 过1995年和1996年的两轮投票，在1996年12月发布了欧洲 现场总线的标准EN50170。当时EN50170包括PROFIBUS （FMS、DP）、P-NET和WorldFIP。在1998年PROFIBUSPA也纳入了EN50170中。
2.5 PROFIBUS总线
一、概述
一项研究课题
PROFIBUS是PROcess FIeld Bus（过程现场总线）的缩写。 PROFIBUS的标准规范作为一个研究课题（1987—1990）得到 了德国政府的大力支持和资助，由12家组织（公司）和5家德国 研究所共同开发研究。这12家公司是：ABB、AEG、Bosch、 Honeywell、Kloechner-Moeller、Landis-Gyr、Phonenix Contact、Rheinmetall、RMP、Sauter-Cumulus、 Schleicher、Siemens。
控制室
现场 现场设备 控制器 PROFIBUSDP/ PA耦 DP 合器 （Exi） PROFIBUSPA 终端电阻 现场设备 供电设备 （Exi） 终端电阻 现场设备 现场设备 现场设备
并符合IEC 61158国际标准
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三、PROFIBUS组成部分
PROFIBUS-DP:用于传感器和执行器级的高速数据传输，它以DIN19245
的第一部分为基础，根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充， DP的传输速率最高可达12Mbit/s，一般构成单主站系统，主站、从站
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PROFIBUS-FMS:解决车间一级通用性通信任务，FMS提供大量的通信服 务，用以完成以中等传输速率进行的循环和非循环的通信任务。由于 它是完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交 换，因此它考虑的主要是系统的功能而不是系统响应时间，应用过程 通常要求的是随机的信息交换 (如改变设定参数等)。可用于大范围和 复杂的通信系统。
间采用循环数据传输方式工作。
PROFIBUS-PA具有本质安全特性，它实现了IEC61158-2规定的通信规 程。 PROFIBUS-PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案，PA将自动 化系统和过程控制系统与现场设备，如压力、温度和液位变送器等连 接起来，代替了4-20mA模拟信号传输技术。因此，PA尤其适用于石 油、化工、冶金等行业的过程自动化控制系统。
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1. 传输电缆 采用屏蔽/非屏蔽双绞线
2.
3.
4种电缆类型
总线长度：200-1900米
PA的总线连接
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拓扑结构
树型结构是典型的现场安装技术，现场分配器负责连接现场设备与主干总 线，所有连接在现场总线上的设备通过现场分配器进行并行切换。 控制室
IEC61158-2 用于PA
光纤
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用于DP和FMS
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1 用于DP和FMS的RS-485传输技术
1. Profibus最常用的传输技术 2. 采用屏蔽双绞电缆连接（符合EIA RS-485标准)
3. 总线段的两端各有一个终端器
4. 传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选（与传输距离有关 ） 5. 每段32个站（无中继器）或127个站（带中继器） 6. 采用9针D型插头连接器 现场总线控制系统
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最成功的现场总线 到目前为止，超过50万个PROFIBUS网络，近 1600万个各种PROFIBUS设备稳定运行在工业现场； 250多个制造和供应商提供2000多种PROFIBUS产 品。同时，PROFIBUS形成了世界范围内的支持网 络，1989年在德国成立了PROFIBUS用户组织 （PNO），目前在23个国家有地区性的RPAs （Regional PROFIBUS Associations），在15个国 家有近30个PCCs（PROFIBUS Competency Centres），所有这些机构都可以为广大的用户提 供技术培训、咨询和交流等方面的技术支持。
控制器
PROFIBUSDP/ PA耦 DP 合器（Exi）
现场
现场设备
PROFIBUSPA
终端电阻
多路分 配器
PROFIBUSPA
现场设备 现场设备 现场设备
供电设备 （Exi） 终端电阻
树型结构 现场总线控制系统
2.5 PROFIBUS总线
现场总线控制系统
2.5 PROFIBUS总线
1. 总线型结构：提供了与供电电路安装类似的沿现场总线电 缆的连接点，现场总线电缆可通过现场设备连接成回路， 其分支线也可连接一个或多个现场设备。
德国国家标准
1989年发布了第一个PROFIBUS的草案，作为德国国家标准 DIN19245的第1部分和第2部分，它被定义为PROFIBUS-FMS （Fieldbus Message Specification）。1993年发布了被定义 为PROFIBUS-DP（Decentralized Peripherials）的第3部分。
国际标准
现场总线IEC61158标准更是个经过激烈战斗后的产物。在 IEC61158中，PROFIBUS（包括DP和PA，没有FMS）成为第3 种标准现场总线。后来又对IEC61158进行的补充中，PROFIBUS 补充得最多，主要是对DP在原有的V0的基础上增加了DP-V1和 DP-V2，更重要的是PROFINET成为了第10种现场总线标准。
现场总线控制系统
湖南大学 电气与信息工程学院
王 辉
现场总线控制系统
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第2章
现场总线技术
现场总线控制系统
第2章 现场总线技术
2.1
2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
网络通信基础
开放式系统互连参考模型 现场总线通信模型 基金会现场总线 PROFIBUS现场总线 CAN总线
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2.5 PROFIBUS总线
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2.5 PROFIBUS总线
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2.5 PROFIBUS总线
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Profibus信道：逻辑信道与物理信道
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