第一章 计算机控制系统

1、课程教学安排课程教学安排总学时：总学时：40学时学时理论学时：理论学时：32学时学时实验学时：实验学时：8学时学时考试形式：笔试考试形式：笔试教材教材: 主要参考书目主要参考书目参考教材参考教材微型计算机控制技术实用教程微型计算机控制技术实用教程，潘新民主编，潘新民主编，电子工业出版社，电子工业出版社，2006微型计算机控制技术微型计算机控制技术，赖寿宏主编，机械工，赖寿宏主编，机械工业出版社，业出版社，2005微型计算机控制技术微型计算机控制技术，于海生主编，清华大，于海生主编，清华大学出版社，学出版社，2000微型计算机控制技术及应用微型计算机控制技术及应用，徐大诚主编，徐大诚主编，高等教

2、育出版社，高等教育出版社，2003微型计算机控制技术微型计算机控制技术，曾庆波主编，电子科，曾庆波主编，电子科技大学出版社，技大学出版社，2007前导技术基础课前导技术基础课电类基础课电类基础课微机原理及接口技术微机原理及接口技术C语言程序设计语言程序设计单片机原理及应用单片机原理及应用传感器及测试技术传感器及测试技术电路电路模电模电数电数电计算机控制技术计算机控制技术课程间的关系课程间的关系:自动控制原理自动控制原理课程简介课程简介主要包括计算机控制系统的一般概念、分类和组成；主要包括计算机控制系统的一般概念、分类和组成；I/O接口和接口和I/O通道的构成、工作原理、典型电路与系通道的构成、

3、工作原理、典型电路与系统连接的基本知识和应用举例；统连接的基本知识和应用举例；常用控制程序设计；常用控制程序设计；采用离散化方法进行数字采用离散化方法进行数字PID控制器及其改进算法设控制器及其改进算法设计的原理、参数整定、程序实现和设计举例；计的原理、参数整定、程序实现和设计举例；数字控制器直接设计方法的原理、方法；数字控制器直接设计方法的原理、方法；微机控制系统设计的方法、步骤、硬件、软件设计及微机控制系统设计的方法、步骤、硬件、软件设计及其常用应用程序；其常用应用程序；现场总线的基础知识。现场总线的基础知识。课程基本要求课程基本要求学习本课程后，应达到下列基本要求：学习本课程后，应达到下

4、列基本要求： 1.对控制技术的基本概念和基本组成有明确的认对控制技术的基本概念和基本组成有明确的认识；识； 2.能熟练掌握接口的设计一般要求、能熟练掌握接口的设计一般要求、I/O通道的模通道的模式；式； 3.掌握典型掌握典型D/A、A/D芯片与计算机的接口设计以芯片与计算机的接口设计以及相应的程序设计；及相应的程序设计；4.掌握键盘接口技术与掌握键盘接口技术与LED显示接口技术以及相显示接口技术以及相应的程序设计；应的程序设计； 5.掌握数字程序控制技术的原理与实现技术；掌握数字程序控制技术的原理与实现技术； 6.掌握掌握PID控制中各环节的作用及参数整定的方法；控制中各环节的作用及参数整定的

5、方法； 7.了解微型机控制系统的设计方法与步骤。了解微型机控制系统的设计方法与步骤。 1.1 计算机计算机控制系统的一般概念控制系统的一般概念1.2 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成1.3 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类1.4 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势第一章 第一章第一章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术飞速计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术飞速发展的基础上产生的。发展的基础上产生的。2020世纪世纪5050年代中期年代中期，经典的控制，经典的控制理论已经发展成熟和完备，并在不少工程技术领域中得理

6、论已经发展成熟和完备，并在不少工程技术领域中得到了成功的应用。到了成功的应用。在这个基础上发展起来的在这个基础上发展起来的模拟式自动控制系统模拟式自动控制系统也达到也达到了相当完善的程度，到现在，它仍然在许多工业部门占了相当完善的程度，到现在，它仍然在许多工业部门占有相当重要的地位，许多元件和系统都已经形成标准化有相当重要的地位，许多元件和系统都已经形成标准化和系列化产品。和系列化产品。尽管这种模拟式控制系统对单输入单输尽管这种模拟式控制系统对单输入单输出系统是很有效的出系统是很有效的，对一些较复杂的多输，对一些较复杂的多输入入和多输出的和多输出的参数相互耦合的系统也曾起过积极的作用。参数相互

7、耦合的系统也曾起过积极的作用。但但它的进一它的进一步发展受到了限制步发展受到了限制，在控制规律的实现、系统的优化、，在控制规律的实现、系统的优化、可靠性等方面越来越不能满足更高的要求。可靠性等方面越来越不能满足更高的要求。 现代控制理论现代控制理论的发展为自动控制系统的分析、设计与的发展为自动控制系统的分析、设计与综合增添了理论基础。而综合增添了理论基础。而计算机技术计算机技术的发展为新型控制规的发展为新型控制规律的实现提供了非常有效的手段，计算机技术和现代控制律的实现提供了非常有效的手段，计算机技术和现代控制技术的结合极大地推动了自动控制技术的发展。技术的结合极大地推动了自动控制技术的发展。

8、 1.1.1 计算机控制的发展过程计算机控制的发展过程l世界上第一台电子计算机于世界上第一台电子计算机于1946年在美国问世，在年在美国问世，在生产过生产过程控制中采用数字计算机控制的思想出现在程控制中采用数字计算机控制的思想出现在20世纪世纪50年代年代中期中期，控制理论与计算机技术结合，产生了，控制理论与计算机技术结合，产生了计算机控制系计算机控制系统统，为自动控制系统的应用与发展开辟了新的途径，为自动控制系统的应用与发展开辟了新的途径。经过。经过多年的研究，到多年的研究，到20世纪世纪50年代末，已经将计算机用于过程年代末，已经将计算机用于过程控制。控制。l1962年，英国帝国化学工业公

9、司实现了一个年，英国帝国化学工业公司实现了一个DDC系统，它系统，它的数据采集点为的数据采集点为244点，控制阀为点，控制阀为129个个。这时的计算机控。这时的计算机控制系统逐步由早期的制系统逐步由早期的操作指导系统操作指导系统转变为转变为直接数字控制系直接数字控制系统统。1.1 计算机控制系统的一般概念计算机控制系统的一般概念l随着微型计算机特别是随着微型计算机特别是单片机单片机的出现，使计算机控制由集中式的出现，使计算机控制由集中式的控制结构（一台计算机控制多个回路）转变为的控制结构（一台计算机控制多个回路）转变为分散控制结构分散控制结构，形成形成分散控制、集中操作和分级管理的布局即分散控

10、制、集中操作和分级管理的布局即DCS系统系统。l从从20世纪世纪80年代后期到年代后期到90年代，计算机技术又有了飞速的发展，年代，计算机技术又有了飞速的发展，微处理器已由微处理器已由16位发展到位发展到32位，并且进一步向位，并且进一步向64位过渡。位过渡。l20世纪世纪90年代，随着分散控制系统的广泛使用和工厂综合自动年代，随着分散控制系统的广泛使用和工厂综合自动化的要求，对各种控制设备提出了很强烈的化的要求，对各种控制设备提出了很强烈的通信需求通信需求，要求计，要求计算机控制的核心设备算机控制的核心设备，这种，这种系统在连续生产过程中被称为系统在连续生产过程中被称为计算计算机集成生产过程

11、系统机集成生产过程系统（CIPS: Computer Integrated Production/Process System）。与此相对应，在机械制造行业，）。与此相对应，在机械制造行业，称为称为计算机集成制造系统计算机集成制造系统（CIMS: Computer Integrated Manufacturing System）。）。l劳动密集向技术密集转变的过程劳动密集向技术密集转变的过程 自动控制系统可以按照多种方式组成，但总的归纳起自动控制系统可以按照多种方式组成，但总的归纳起来有两种，即开环控制系统和闭环控制系统。来有两种，即开环控制系统和闭环控制系统。1.1.2 计算机控制系统的基本

12、结构计算机控制系统的基本结构 (a) 闭环控制系统闭环控制系统 u(t) 控制器控制器 执行机构执行机构 被控对象被控对象 r(t) e(t) y (t) 测量机构测量机构 (b) 开开环控制系统环控制系统 u(t) 控制器控制器 执行机构执行机构 被控对象被控对象 r(t) y (t) 图图1-1 控制系统的一般形式控制系统的一般形式 自动控制系统自动控制系统的的基本功能基本功能是进行信号的是进行信号的传递、加工、传递、加工、比较和控制比较和控制。控制器是关键部件，决定了控制系统的控制。控制器是关键部件，决定了控制系统的控制性能和应用范围。性能和应用范围。 将自动控制系统中的控制器的功能用计

13、算机来实将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就构成了计算机控制系统。现，就构成了计算机控制系统。 图 1-2 计算机控制系统基本框图 计算机 执行机构 被控对象 r(t) y (t) D/A A/D 实时时钟 测量机构 控制器控制器 (a) 闭环控制系统 u(t) 控制器 执行机构 被控对象 r(t) e(t) y (t) 测量机构 在计算机控制系统中，计算机的作用主要有三个方面：在计算机控制系统中，计算机的作用主要有三个方面：对于复杂控制系统的控制规律的对于复杂控制系统的控制规律的计算工作量很大计算工作量很大，采，采用模拟解算装置难以实现，因而需要采用计算机进行用模拟解算装置难以实

14、现，因而需要采用计算机进行处理。处理。用计算机的用计算机的软件程序软件程序实现对控制系统的校正以保证控实现对控制系统的校正以保证控制系统具有所要求的动态特性。制系统具有所要求的动态特性。由于计算机具有由于计算机具有快速完成复杂工程计算的能力快速完成复杂工程计算的能力，因而，因而可以实现对系统的最优控制、自适应控制等高级控制可以实现对系统的最优控制、自适应控制等高级控制功能及多功能计算调节。功能及多功能计算调节。计算机控制系统的控制过程可以归结为计算机控制系统的控制过程可以归结为以下三以下三个步骤：个步骤：实时数据采集实时数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测并输入。：对被控参数的瞬时值进行检测并

15、输入。实时决策实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，：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，决定进一步的控制过程。并按已定的控制规律，决定进一步的控制过程。实时控制实时控制：根据决策，适时地对控制机构发出控制信号。：根据决策，适时地对控制机构发出控制信号。 实时实时:指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，内完成，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内做出反应或进行控制，超出这个时间，并在一定的时间内做出反应或进行控制，超出这个时间，就失去了控

16、制的时机，控制也就失去了意义。就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 . .实时的概念不能脱离具体过程。例如温度控制过程实时的概念不能脱离具体过程。例如温度控制过程. .影响系统实时性的因素：一次仪表的延迟、过程输入量的影响系统实时性的因素：一次仪表的延迟、过程输入量的延迟、计算和逻辑判断的延迟、控制量输出的延迟和数据延迟、计算和逻辑判断的延迟、控制量输出的延迟和数据传输的延迟等等。传输的延迟等等。一个联机系统不一定是实时系统，但实时系统必是联机系统。一个联机系统不一定是实时系统，但实时系统必是联机系统。生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制

17、的方式称为为在线方式或联机方式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作相应操作的方式称为人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方离线方式或脱机方式。式。由于计算机的由于计算机的运算速度快运算速度快，精度高精度高，含丰富的，含丰富的逻辑判断逻辑判断 功能功能和和大容量的存储单元大容量的存储单元，因此能实现，因此能实现复杂的控制规律复杂的控制规律，从而达到从而达到较高的控制质量较高的控制质量。由于计算机具有由于计算机具有分时操作的功能分时操作的功能，所以一台计算机能代替，所以一台计算机能代替多台控制仪

18、器，实现群控。对于计算机控制系统来说，增多台控制仪器，实现群控。对于计算机控制系统来说，增加一个控制回路的费用是很少的，控制规律的改变和复杂加一个控制回路的费用是很少的，控制规律的改变和复杂程度的提高由编制程序实现，不需改变硬件而增加成本，程度的提高由编制程序实现，不需改变硬件而增加成本，有很高的性能价格比。有很高的性能价格比。1.1.3 计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点由于软件功能丰富，编程方便和硬件体积小，重量由于软件功能丰富，编程方便和硬件体积小，重量轻以及轻以及结构设计上的模块化、标准化，使计算机控制系统结构设计上的模块化、标准化，使计算机控制系统有很强有很强的灵活性的灵活性。

19、硬件配置上可装配性，可扩允性好。硬件配置上可装配性，可扩允性好。由于采取有效的抗干扰、抗噪声办法，并采用各种冗余、由于采取有效的抗干扰、抗噪声办法，并采用各种冗余、容错等技术，使计算机控制系统容错等技术，使计算机控制系统有很高的可靠性有很高的可靠性。 由于计算机由于计算机有监控、报警、自诊断功能，使计算机控制系有监控、报警、自诊断功能，使计算机控制系统统有很强的可维护性有很强的可维护性。如有的工控机一旦出现故障，能迅。如有的工控机一旦出现故障，能迅速指出故障点和处理办法，便于立即修复。速指出故障点和处理办法，便于立即修复。技术更新快、信息综合性强、操作便利等也都是计算机控技术更新快、信息综合性

20、强、操作便利等也都是计算机控制系统的一些特点。制系统的一些特点。 计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输人人入入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。以及相应的软件组成。1.2 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成外部设外部设备备操作台操作台计计算算机机输出通输出通道道执行机执行机构构输入通输入通道道检测装检测装置置被被控控对对象象图图1-3 1-3 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成1.1.计算机计算机 计算机是计算机控制系统的核心，通过接口可以发计算机是计算机控

21、制系统的核心，通过接口可以发出各种命令，同时对被控对象进行实时检测及处理。具出各种命令，同时对被控对象进行实时检测及处理。具体功能是完成程序存储、程序执行、数值计算、逻辑判体功能是完成程序存储、程序执行、数值计算、逻辑判断和断和数据数据处理等工作。处理等工作。2.2.过程输入输出通道过程输入输出通道 该部分是计算机和被控对象（或生产过程）之间设该部分是计算机和被控对象（或生产过程）之间设置的信息传送和转换的连接通道。过程输入输出通道一置的信息传送和转换的连接通道。过程输入输出通道一般分为：模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输般分为：模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入入通道、开关量输

22、出通道。通道、开关量输出通道。3.3.外部设备外部设备 实现计算机和外界交换价息的设备称为外部设备（简实现计算机和外界交换价息的设备称为外部设备（简称外设），外部设备包括人称外设），外部设备包括人机通信设备、输入输出设备机通信设备、输入输出设备和外存储器等。和外存储器等。4.4.操作台操作台 操作台是操作人员与计算机控制系统进行操作台是操作人员与计算机控制系统进行“对话对话”的的装置，主要包括如下几部分：显示装置、功能键、数字键。装置，主要包括如下几部分：显示装置、功能键、数字键。5 .5 .软件软件软件是指能够完成各种功能的计算机控制的程序系统，软件是指能够完成各种功能的计算机控制的程序系统

23、，它是计算机系统的神经中枢。整个系统的动作，都是在软它是计算机系统的神经中枢。整个系统的动作，都是在软件的指挥下进行协调动作的。它由件的指挥下进行协调动作的。它由系统软件系统软件和和应用软件应用软件组组成。成。系统软件是指为提高计算机使用效率，扩大功能，为系统软件是指为提高计算机使用效率，扩大功能，为用户使用、维护和管理计算机提供方便的程序的总称。用户使用、维护和管理计算机提供方便的程序的总称。应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序，应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序，在计算机控制系统中则是指完成系统内各种任务的程序。在计算机控制系统中则是指完成系统内各种任务的程序

24、。 计算机控制系统的分类方法很多，根据计算机在控计算机控制系统的分类方法很多，根据计算机在控制系统中的控制功能和控制目的，可将计算机控制系统制系统中的控制功能和控制目的，可将计算机控制系统分为以下几种类型：分为以下几种类型： 数据采集系统（数据采集系统（DAS） 计算机操作指导控制系统计算机操作指导控制系统（OGC） 直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDC） 监督计算机控制系统（监督计算机控制系统（SCC） 计算机分级控制系统计算机分级控制系统 集散控制系统（集散控制系统（DCS） 现场总线控制系统现场总线控制系统( (FCS) ) 计算机集成制造系统计算机集成制造系统( (CIMS) )

25、1.3 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 数据采集系统数据采集系统(Data Acquisition System)-是计算机应用于生是计算机应用于生产过程控制最早、也是最基本的一种类型，如图产过程控制最早、也是最基本的一种类型，如图1-5所示。生产所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发送和过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发送和A/D通道或通道或DI通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分析通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分析和处理，并按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警。和处理，并按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警。 1.3.

26、1 数据采集系统（数据采集系统（DAS）计计 算算 机机工工业业对对象象器器换换转转D/A采采样样器器测测量量元元件件统统系系集集采采据据数数显示终端显示终端打印机打印机计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理、然后输出对系统过程参数进行收集、加工处理、然后输出数据。操作人员根据这些数据进行必要的操作数据。操作人员根据这些数据进行必要的操作 1.3.2 计算机操作指导控制系统计算机操作指导控制系统 (OGC)计计算算机机执行机构执行机构输入通道输入通道显示、打印、报警显示、打印、报警检测装置检测装置被被控控对对象象操作

27、者操作者图图1-4 1-4 计算机操作指导控制系统计算机操作指导控制系统计计 算算 机机工工业业对对象象器器换换转转D/A采采样样器器测测量量元元件件显示终端显示终端打印机打印机控控制制仪仪表表 图图1-4 1-4 操作指导控制系统操作指导控制系统 计算机通过测量元件对一个或多个物理量进行巡回检计算机通过测量元件对一个或多个物理量进行巡回检测，经采样、测，经采样、A/D 转换等过程把模拟量转换为数字量，并转换等过程把模拟量转换为数字量，并根据规定的控制规律进行运算，然后发出控制信号直接去根据规定的控制规律进行运算，然后发出控制信号直接去控制执行机构，使各个被控制量达到预定的要求。控制执行机构，

28、使各个被控制量达到预定的要求。1.3.3 直接数字控制系统直接数字控制系统（DDC） Direct Digital Control外部设备外部设备操作台操作台D/A转换转换计计算算机机执行机构执行机构A/D转换转换被被控控对对象象检测装置检测装置图图1-5 1-5 直接数字控制系统直接数字控制系统1.3.4 监督计算机控制系统监督计算机控制系统( (SCC) ) Supervisory Computer Control计算机根据工艺参数和过程参量检测值，按照所设计算机根据工艺参数和过程参量检测值，按照所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值直接传计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值直接传给

29、常规模拟调节器或者给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟计算机，最后由模拟调节器或调节器或DDC计算机控制生产过程。计算机控制生产过程。 SCC系统的结构有两种：系统的结构有两种： 1、SCC+模拟控制器控制系统模拟控制器控制系统 2、SCC+DDC控制系统控制系统 （SPC） Set Point Control检测装置检测装置SCC计算计算机机模拟控制器模拟控制器A/D转换转换被被控控对对象象执行机构执行机构D/A转换转换图图1-6 SCC+ +模拟控制器控制系统模拟控制器控制系统检测装置检测装置S CC计计 算算机机A/D转换转换被被控控对对象象执行机构执行机构D/A转换转换DDC计

30、算计算机机图图1-7 SCC+DDC控制系统控制系统 计算机分级控制系统的结构如图计算机分级控制系统的结构如图1-8所示。其中所示。其中DDC级直接用于控制生产过程，包括数据采集、监督级直接用于控制生产过程，包括数据采集、监督报警等工作报警等工作。SCC级既要实现一些高级控制又要向上级既要实现一些高级控制又要向上级反馈信息，以便上一级的管理工作。级反馈信息，以便上一级的管理工作。 这种分级这种分级( (或分布式或分布式) )计算机控制系统计算机控制系统的特点是将的特点是将控制任务分散，用多台计算机分别执行不同的任务，控制任务分散，用多台计算机分别执行不同的任务，既能进行控制又能实现管理既能进行

31、控制又能实现管理。 1.3.5 计算机计算机分级控制系统分级控制系统管理计算机管理计算机SSC计算机计算机SSC计算机计算机DDC计算机计算机生产过程生产过程DDC计算机计算机生产过程生产过程DDC计算机计算机生产过程生产过程DDC计算机计算机生产过程生产过程图图1-8 1-8 计算机分级控制系统计算机分级控制系统 集散控制系统是由多台计算机分别控制生产过程集散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。集散控制系统是的自动控制系统。集散控制系统是控制、计算机、数控制、计算机、数据通信据通信和

32、和屏幕显示技术屏幕显示技术的综合应用，通常也将集散控的综合应用，通常也将集散控制称为制称为4C技术。技术。 集散控制系统对企业经营管理和生产过程控制分集散控制系统对企业经营管理和生产过程控制分别由几级计算机进行控制，实现别由几级计算机进行控制，实现集散控制、集中管理集散控制、集中管理的系统。这种的系统。这种系统每一级都有自己的功能，基本上是系统每一级都有自己的功能，基本上是独立的，但级与级之间或同级的计算机之间又有一定独立的，但级与级之间或同级的计算机之间又有一定的联系，相互之间可以实现通信的联系，相互之间可以实现通信。1.3.6 集散控制系统集散控制系统(DCS) Distributed C

33、ontrol System决策管理决策管理计算机计算机决策管理网络决策管理网络决策管理决策管理计算机计算机决策管理决策管理计算机计算机计算机计算机网关网关生产管理生产管理计算机计算机生产管理网络生产管理网络生产管理生产管理计算机计算机生产管理生产管理计算机计算机计算机计算机网关网关决策管理层决策管理层操作员站操作员站控制网络控制网络工程师站工程师站监控监控计算机站计算机站计算机计算机网关网关过程过程控制站控制站生产过程生产过程过程过程控制站控制站过程过程控制站控制站过程过程控制站控制站生产管理层生产管理层操作监控层操作监控层直接控制层直接控制层图图1-9 1-9 分布式计算机控制系统结构图分布

34、式计算机控制系统结构图 分散控制、集中操作、分散控制、集中操作、分级管理、分而治之、分级管理、分而治之、综合协调。综合协调。1.3.7 现场总线控制系统现场总线控制系统（FCS) Fieldbus Control System 现场总线是连接现场智能设备与控制室之间的现场总线是连接现场智能设备与控制室之间的全数字式、开放的、双向的通信网络。全数字式、开放的、双向的通信网络。 现场总线的节点是现场设备或现场仪表，如传现场总线的节点是现场设备或现场仪表，如传感器等。但不是传统的单功能现场仪表，而是具有感器等。但不是传统的单功能现场仪表，而是具有综合功能的智能仪表。综合功能的智能仪表。现场设备具有互

35、换性和互操现场设备具有互换性和互操作性，采用总线供电，具有本质安全性作性，采用总线供电，具有本质安全性。 现 在 国 际 上 流 行 的 设 备 级 的 通 信 网 络现 在 国 际 上 流 行 的 设 备 级 的 通 信 网 络 , 如如CANBUS、LONWORKS、PROFIBUS、HART、FF 等等 现场总线控制系统即现场总线控制系统即FCS-是新一代分布式控制是新一代分布式控制结构。该系统改进了结构。该系统改进了DCS成本高和由于各厂商的产成本高和由于各厂商的产品通信标准不统一而造成的不能互联等弱点，采用品通信标准不统一而造成的不能互联等弱点，采用集管理控制功能于一身的集管理控制功

36、能于一身的工作站与现场总线智能仪工作站与现场总线智能仪表的二层结构模式表的二层结构模式，把原把原DCS控制站的功能分散到控制站的功能分散到智能型现场仪表中去，形成一个智能型现场仪表中去，形成一个彻底的分散控制模彻底的分散控制模式。式。FCS与与DCS相比具有以下特点：相比具有以下特点：1、信号传输实现了全数字化，从最底层逐层向最高层均、信号传输实现了全数字化，从最底层逐层向最高层均采用通信网互连采用通信网互连2、系统结构采用全分散化，废弃了、系统结构采用全分散化，废弃了DCS的输入的输入/输出单元输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取代。和控制站，由现场设备或现场仪表取代。3、现场设备具有互

37、操作性，改变了、现场设备具有互操作性，改变了DCS控制层的封闭性控制层的封闭性和专用性，不同厂家的现场设备既可互连也可互换，并可和专用性，不同厂家的现场设备既可互连也可互换，并可以统一组态。以统一组态。4、通讯网络为开放式互连网络，可极为方便地实现数据、通讯网络为开放式互连网络，可极为方便地实现数据共享。共享。5、技术和标准实现了全开放，面向任何一个制造商和用户、技术和标准实现了全开放，面向任何一个制造商和用户1.3.8 计算机集成制造系统计算机集成制造系统 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMS：Computer Integrated Manufacturing System）是计

38、算机技术、）是计算机技术、网络技术、自动化技术、信号处理技术、管理技网络技术、自动化技术、信号处理技术、管理技术和系统工程技术等新技术发展的结果术和系统工程技术等新技术发展的结果，将企业将企业的生产、经营、管理、计划、产品设计、加工制的生产、经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售及服务等环节和人力、财力、设备等生造、销售及服务等环节和人力、财力、设备等生产要素集成起来，进行统一控制，求得生产活动产要素集成起来，进行统一控制，求得生产活动的最优化。的最优化。 CIM的理念包括两个基本出发点的理念包括两个基本出发点第一点是企业的各个生产环节不可分割的，第一点是企业的各个生产环节不可分割的，需要统一考虑；需要统一考虑；第二点整个制造生产过程实质上是信息的第二点整个制造生产过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。采集、传递和加工处理的过程。 主要应包括工程设计自动化、产品加工自主要应包括工程设计自动化、产品加工自动化和生产管理信息化等三个方面。动化和生产管理信息化等三个方面。 1综合自动化综合自动化 综合自动化包括计算机集成制造系统综合自动化包括计算机集成制造系统(CIMS)和计算机集和计算机集成过程系统成过程系统(CIPS)，是过程控制业中的，是过程控制业中的CIMS。 CIM是基于制造技术是基于制造技术(使用数控机床、机器人等加工使用数控机床、机器人等加工)、信、信