第10章计算机控制系统介绍.ppt
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1、1,第10章 计算机控制系统介绍,可编程控制器PLC,2,分散控制系统DCS,3,工业控制计算机IPC,1,现场总线控制系统FCS,4,2,10.1 工业控制计算机,依赖某种标准总线,按工业标准化设计,由主板以及各种I/O模板等组成,用于工业控制目的的微型计算机称为工业控制计算机(Industrial Personal Computer),简称工控机或IPC。,3,10.1.1 结构组成 IPC除构成计算机基本系统的主机板、人机接口、系统支持、磁盘系统、通信接口板外,还有AI、AO、DI、DO等数百种工业I/O接口板可供选择。,4,IPC的外形类似普通计算机,如图10-6所示。 不同的是外壳采
2、用全钢标准的工业加固型机架机箱,机箱密封并加压送风散热,机箱内原普通计算机大主板变成通用的底板总线插座系统,将主板分解成几块PC插件,采用工业级抗干扰电源和工业级芯片,并配以相应的工业应用软件。,图10-6 IPC主机箱,5,10.1.2功能特点 IPC是一种专用于工业场合的控制计算机。 工业环境常常处于高温、高湿、腐蚀、振动、冲击、灰尘,以及电磁干扰严重、供电条件不良等恶劣环境中;工业生产因行业、原料、产品的不同,使生产过程、工艺要求也各不相同。这些都构成了自动控制中面临解决的问题。 由于IPC采用了总线技术和模板化结构,再加上采取了多重抗干扰措施,因此IPC系统具有其他微机无法比拟的功能特
3、点。,6,1.可靠性和可维修性好 可靠性和可维修性是生产中两个非常重要的先决因素,决定着系统在控制上的可用程度。可靠性含义是指设备在规定时间内运行不发生故障,可维修性是指IPC发生故障时,维修快速、简单方便。 2通用性和扩展性好 通用性和扩展性关系着系统在控制领域中的使用范围。通用性含义是指适合于各种行业、各种工艺流程或设备的自动化控制;扩展性是指当工艺变化或生产扩大时,IPC能灵活地扩充或增加功能。,7,3软件丰富、编程趋向组态 IPC已配备完整的操作系统、适合生产过程控制的工具软件以及各种控制软件包。 4控制实时性强 IPC配有实时操作系统和中断系统,因而具有时间驱动和事件驱动能力,能对生
4、产过程的工况变化进行实时地监视和控制。 5精度和速度适当 一般生产过程对于精度和运算速度要求并不苛刻。IPC通常字长为832位,速度在每秒几万次至几百万次。,8,1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出第一台控制器。因主要功能是逻辑控制,所以命名为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)PLC。 1975年,以微处理器为核心的PLC出现,其功能已不局限于逻辑量控制,模拟量控制也大量使用,各种数据处理功能进一步完善,可编程序逻辑控制器逐步发展为可编程序控制器(Programmable Controller)PC。 由于人们已习惯了PLC的称谓,且PC与
5、个人计算机等的简称易于混淆,所以,现在工业上仍将可编程控制器简称为PLC。,10.2 可编程控制器 1 可编程控制器的产生与发展,9,目前PLC有两个发展方向: 低档PLC向小型、简易及廉价方向发展; 中、高档PLC向大型、高速、高可靠性、多功能方向发展,且网络系统更加完备,可对大规模、复杂系统进行综合控制。,10,2 可编程控制器PLC的应用场合 PLC可实现开关量控制、模拟量控制,并可提供大量的特殊或专用控制模块,如位置控制、PID控制、温度控制、高速计数等,并具备各种数据处理及网络通信等功能。 应用范围: 1)开关量逻辑控制 PLC均具有“与”、“或”、“非”等逻辑处理指令,以及定时、计
6、数及基本顺序控制等指令,可完成各种逻辑控制、定时控制及顺序控制。开关量控制可用于单台设备的控制,又可用于自动生产线的控制,其应用领域已遍及各种行业。,11,2)过程控制 过程控制通常是指对温度、压力、流量、液位等连续变化的模拟量进行闭环控制。 PLC通过I/O通道,将外部模拟信号转换为内部数字量,并可按各种控制规律(如PID等)对受控对象进行控制,其处理功能已能满足闭环控制系统的需要。 3)运动控制 PLC可提供专门指令或运动控制模块,对直线运动、圆周运动等的位置、速度和加速度进行控制,可将运动控制与顺序控制有机结合。 PLC的运动控制已在加工机械、装配机械、机器人、电梯控制等场合广泛应用。,
7、12,4)数据处理 PLC具有数据传送、数据转换、四则运算、字逻辑运算、取反、循环、移位等处理功能,许多PLC还具有浮点运算、矩阵运算、函数运算、排序、查表等功能,可以完成数据的采集、分析和处理。 5)分布式控制 PLC的通信联网功能日益增强,可实现PLC与远程I/O之间的通信、PLC与PLC之间的通信、PLC与其它数字设备(如计算机、DCS等)之间的通信,可以组成各种结构的分布式控制系统。,13,3 可编程控制器的构成 1) 可编程控制器的构成 可编程序控制器的构成与一般的计算机控制系统基本相同。以小型PLC为例,其构成框图如图所示。,14,从构成框图可以看出,PLC由输入、输出和控制等部分
8、组成。 外部各种开关量、模拟量信号等经各种输入接口电路采集到PLC内,然后控制部分根据用户程序对其进行各种处理,并将处理结果输出至输出接口,实现对各种执行部件的控制,从而完成对各种受控对象的控制。,15,2)可编程控制器的分类 按I/O(输入/输出)点数分类: 依其可以处理的输入/输出点数分为微型、小型、中型和大型等。 小于64点的为微型PLC 64256点的为小型PLC 2562048点的为中型PLC 2048点以上的为大型PLC,16,小型机:在256点之内。 日本OMRON公司 CQM1 处理速度 0.510ms/ 1k字 存贮器 3.27.2k 数字量192点,模拟量44路 德国SIE
9、MENS S7-200 处理速度 0.81.2ms 存贮器 2k 数字量248点,模拟量35路,17,按结构形式分类:有整体式PLC和模块式PLC 整体式PLC 整体式PLC也称为I/O一体化PLC,它是把PLC的各个组成部分(I/O接口、CPU、存储器、电源、编程/通信接口等)安装在一个机壳内,形成一个具有一定I/O处理能力的整体,其本身就是一台具备控制能力的完整的控制器,可独立完成一些较小规模的控制任务。 具有结构简单、体积小、重量轻、基本功能完备、价格低等特点。一般微型PLC以及部分小型PLC采用此种结构。,18,模块式PLC 模块式PLC是把PLC的各个组成部分做成相对独立的模块,如电
10、源模块、CPU模块、输入模块、输出模块、通信模块以及各种智能模块等。用户可根据系统需要选择相应的模块,然后以类似搭积木的方式将各种模块组装在特制的机架上,各模块之间通过总线连接,从而构成一个完整的系统。 具有功能完备、配置灵活、组装方便、可扩展性强、维护方便等特点。通常大、中型PLC以及部分小型PLC采用此种结构。,19,模块式PLC,20,4 可编程控制器的工作过程 PLC的工作过程可分为三个阶段: 输入刷新、程序执行和输出刷新,从而构成一个工作周期,并如此循环往复地运行,因此也称为循环扫描工作方式。,21,22,10.3分散控制系统 分散控制系统(DCS,Distributed Contr
11、ol System)是以微处理器为基础,借助于计算机网络对生产过程进行分散控制和集中管理的先进计算机控制系统。 国外将该类系统取名为Distributed Control System ,简称DCS,分散控制系统国内也有人将其称为集散型控制系统,或者是分布式控制系统。,23,10.3.1结构组成 典型的DCS结构分为三层: 第一层为分散过程控制级; 第二层为集中操作监控级; 第三层为综合信息管理级。 层间由高速数据通路HW和局域网络LAN两级通信线路相连,级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。,24,图10-7分散控制系统结构组成,25,1.分散过程控制级 分散过程控制级是DCS的基础层
12、。 功能: 向下直接面向工业对象,输入信号来自生产过程现场的传感器、变送器、电气开关,输出信号驱动执行器,完成生产过程数据采集、闭环控制、顺序控制等功能; 向上与集中操作监控级进行数据通信,接收操作站下传参数和操作命令,将现场信息上传。 构成装置有:现场控制站,智能调节器,可编程控制器及其他测控装置。,26,(集散控制系统 DCS):分散过程控制级,27,28,(1)现场控制站 现场控制站具有多种功能:连续控制、顺序控制、批量控制及数据采集功能等。 现场控制站一般是标准的机柜式机构,柜内由电源、总线、I/O模件、处理器模件、通信模件等部分组成。 机柜内部设若干层模件安装单元,上层安装处理器模件
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