自动控制系统

定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家 中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益 增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟 阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发
展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，
24
在美国通用汽车自动配线上试用，获得成功。
这种新型的工业控制装臵及其简单易懂、操作方便、 可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点， 很快在美国其他工业领域推广使用。到1971年，已经成功 应用于食品、饮料、冶金等工业。
1971年，日本研制出第一台DCS-8。
1973年，德国西门子公司（SIEMENS）研制出欧洲第一
分布式控制系统采用微处理机分别控制各个回路，而
用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级 的控制 。 各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。 分布式控制系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互 以及监控和管理等功能。 分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字
5
控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是 生产过程的一种比较完善的控与管理系统。 在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测量 装臵与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理
用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、
计数与运算操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式 输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的 核心部分。 PLC的起源和发展
在60年代，汽车工业的自动控制系统基本上都是由继
电器控制装臵构成的。为了改变继电器系统更费时、费工、
20
费料的缺点，美国通用汽车公司在1969年公开招标。要求 用新的控制装臵取代继电器控制装臵，并提出了十项招标 要求，即： 1、编程方便，现场可修改程序；
现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通 讯为主的网络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操 作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的
网络。
现场总线是安装在制造或过程区域的现场装臵与控制 室内的自动装臵之间的数字式、串行、多点通信的数据总 线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通 信网络。 简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA 模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备
气动控制
气动简单来说，是通过压缩空气来带动气缸做直线或 旋转运动，气动控制就是通过电磁阀调压，通过传感器信 号控制位移量。
3
模拟信号控制
模拟信号主要是与离散的数字信号相对的连续信号。 模拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化。 而数字信号是人为抽象出来的在时间上的不连续信号。
集中控制
集中控制是指在组织中建立一个相对稳定的控制中心，
2、维修方便，采用模块化结构；
3、可靠性高于继电器控制装臵； 4、体积小于继电器控制装臵； 5、数据可直接送入管理计算机； 6、成本可与继电器控制装臵竞争；
7、输入可以是交流115V；
8、输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器
21
等； 9、在扩展时，原系统只要很小变更； 10、用户程序存储器至少能扩展到4K。 1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，
是界面制作向导。提供用户丰富的作图工具，可随心所
欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人
16
员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式， 如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。 （2）良好的开放性 社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬件不可能
出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特
7
和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解 决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场 设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统 之间的信息传递问题，从而实现高性能化、高可靠化、保
养简便化、节省配线（配线的共享）。
如下图。
8
9
2.计算机监控系统
监视 计算机屏幕页面能显示现场设备状态及相关数据参数。 控制
培训资料
自动控制系统
2014-09
0
目
录
1.自动控制介绍 2.计算机监控系统
3.软、硬件设备
1
1.1 自动控制系统
自动控制系统（automatic control systems ）是在无 人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定 程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要
手段，简称自控系统。
优点：
1.能在人工无法作业的条件下工作运行，方便、安全； 2.科学、精确 3.高效率
2
1.2 自动控制领域经历的五个发展过程
1、第一代过程控制体系：气动控制 2、第二代过程控制体系：模拟信号控制 3、第三代过程控制体系：集中控制
4、第三代过程控制体系：分布式数字控制
5、第三代过程控制体系：现场总线控制
4、I/O模块
5、功能模块 6、通信模块 1、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要
的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正
通过操作计算机相关控制页面，实现对现场设备按照
设定好的流程进行有规律的运行。
2.1计算机监控系统包括哪些设备
（1）计算机主机 （2）数据采集设备
10
（3）流程控制设备 （4）数据通信交换设备 （5）其他
2.2 计算机监控系统网络结构
在很多行业和企业用户里，对网络都有实时性的要求，
他们的网络是不允许出现故障的，一旦出现故障， 那将带 来非常巨大的经济损失；但网络涉及到的环节非常多，比 如说线路、基带Modem、 电信的设备等，这些都有可能出 现问题，任何一个环节出现问题，都会导致整个网络传输 运行的停止。 所以应该给用户提供冗余的网络，作为重要 的网络设备―路由器，就是通过备份来实现网络的冗余，
利用总线技术配备远程I/O从站的方法来得到想要的I/O数
量。
27
PLC在实现各种数量的I/O控制的同时，还具备输出模 拟电压和数字脉冲的能力，使得它可以控制各种能接收这 些信号的电机，加上触摸屏的人机界面支持，PLC可以满足 过程控制中任何层次上的需求。
28
3.4 PLC的基本结构 1、电源 2、CPU（中央处理器） 3、存储器
13
模式，减少了二次连接电缆，也减少了控制室的面积， 降低了工程造价； （5）通过采用计算机网络技术，可以将生产信息远方传输 至调度中心，达到统一调度、优化系统运行效果。
3.软、硬件设备
3.1 计算机后台软件 组态软件，又称组态监控系统软件。数据采集与过程 控制的专用软件，处在自动控制系统监控层一级的软件平 台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户 开发界面和简捷的使用方法。
22
台PLC，型号为SIMATIC S4； 1974年，中国研发出第一台PLC，1977年开始工业应用。 发展 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入
可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数
据传送及处理等功能。完成了真正具有计算机特征的工业 控制装臵。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器 常规控制概念相结合的产物。 个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制
功能相对集中 。
这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不会由 于计算机的故障而使整个系统失去控制。当管理级发生故 障时，过程控制级（控制回路）仍具有独立控制能力，个 别控制回路发生故障时也不致影响全局。
与计算机多级控制系统相比 ，分布式控制系统在结构
上更加灵活、布局更为合理和成本更低。
6
现场总线控制
14
常用的组态软件有哪些？ 国外：WINCC（西门子自动化与驱动集团）、 RSVIEW32 （AB 罗克韦尔）等
15
国内：组态王（北京压控科技）、 三维力控 （北京 三维力控科技）等 3.2 计算机后台软件功能 （1）强大的界面显示组态功能
目前，工控组态软件大都运行于Windows环境下，充分
利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的风 格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进入开发状态， 节省时间。 丰富的图形控件和工况图库，既提供所需的组件，又
PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网 络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程 控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治 地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适
应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、 诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单 元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备 的配套更加容易。
对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系
统的安全可靠运行。 （7）仿真功能 提供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发 周期。
19
3.3 PLC（Programmable Logic Controller） 定义 可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境应用而设计。采用一类可编程的寄存器，
由控制中心对组织内外的各种信息进行统一的加工处理，
发现问题并提出问题的解决方案。 这种形式的特点是所有的信息 ( 包括内部、外部 ) 都流 入中心，由控制中心集中加工处理，且所有的控制指令也 全部由控制中心统一下达。
4
分布式数字控制
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、集中管理和集中控制的自动控制系 统 。
点之一。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支 持多种硬件设备。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要 指标。 组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上
能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。