1、沈陽化工大學沈陽化工大學信息工程學院信息工程學院主講主講：宗學軍宗學軍Programmable Logical Controller 簡單簡單速度控制速度控制 (簡易的同步操作)M工作臺工作臺截刀截刀CLR 輸出功能輸出功能 OFFMY0Y2脈沖串輸出脈沖串輸出正正轉轉 / 反反轉信號轉信號PLSV 50000 Y0 Y2可可改變改變速度速度脈沖脈沖指令指令M8140伺服放大器伺服放大器伺服放大器伺服放大器綜合自動化系統(tǒng)組成ERP企業(yè)資源計劃系統(tǒng)MES制造執(zhí)行系統(tǒng)PCS生產控制系統(tǒng)故障診斷 現(xiàn)場控制系統(tǒng)（DCS, PLC, FCS）綜合集成軟件平臺關系數(shù)據(jù)庫實時監(jiān)控軟件平臺實時數(shù)據(jù)庫銷售管理工

2、藝計算特定先控軟件模糊控制過程動態(tài)檢測軟測量計劃排產優(yōu)化調度質量監(jiān)控成本管理數(shù)據(jù)校正實時優(yōu)化人力資源財務管理庫存管理企業(yè)信息集成設計建模軟件預測函數(shù)控制設備管理工業(yè)電視監(jiān)測*計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)組成計算機控制系統(tǒng)組成計算機控制系統(tǒng)分類計算機控制系統(tǒng)分類 計算機控制裝置種類計算機控制裝置種類 概 述計算機控制技術及工程應用-是把計算機技術與自動化控制系統(tǒng)融為一體的一門綜合性學科，是以計算機為核心部件的過程控制系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)。從計算機應用的角度出發(fā)，自動化控制工程是其重要的一個應用領域；而從自動化控制工程來看，計算機技術又是一個主要的實現(xiàn)手段。下圖為一個制藥車間的自動化生產流程。控

3、制系統(tǒng)概念 計算機控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來的; 常規(guī)儀表組成的自動控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制要求，一般分成閉環(huán)控制(圖1-1a所示)與開環(huán)控制(圖1-1b所示)兩種結構形式; 計算機控制系統(tǒng)原理組成用控制計算機代替圖1-1的控制器，如圖1-2所示；（1）閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)-閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測量變送器對被控對象進行檢測，把被控量如溫度、壓力等物理量轉換成電信號再反饋到控制器中，控制器將此測量值與給定值進行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產生相應的控制信號驅動執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產生的操縱變量使被控對象的被控量跟蹤趨近給定值，從而實現(xiàn)自動控制穩(wěn)定生產的目的。這種信號傳遞形成了閉合

4、回路，所以稱此為按偏差進行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。euqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象測量變送器測量變送器偏差偏差給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被控量 測量值測量值r+_zf干擾干擾圖圖1-1(a) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（2）開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)-不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被控對象的測量反饋信號，控制器直接根據(jù)給定值驅動執(zhí)行器去控制被控對象，所以這種信號的傳遞是單方向的。環(huán)控制系統(tǒng)不能自動消除被控量與給定值之間的偏差，其控制性能不如閉環(huán)系統(tǒng)。uqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被控量 r(b) (

5、b) 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)（3）計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)原理組成計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理組成-是把圖1-1中的控制器用控制計算機即微型計算機及A/D（模/數(shù)）轉換接口與D/A（數(shù)/模）轉換接口代替，由于計算機采用的是數(shù)字信號傳遞，而一次儀表多采用模擬信號傳遞，因此需要有A/D轉換器將模擬量轉換為數(shù)字量作為其輸入信號，以及D/A轉換器將數(shù)字量轉換為模擬量作為其輸出信號。+re偏偏差差計計算算機機D/A執(zhí)執(zhí)行行器器被被控控對對象象uqyA/D測測量量變變送送器器z測測量量值值給給定定值值控控制制計計算算機機生生產產過過程程控控制制作作用用操操縱縱變變量量被被控控量量圖圖1 1- -3 3 計計算算機

6、機控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理框框圖圖- 圖圖1-2 計算機控制系統(tǒng)原理圖計算機控制系統(tǒng)原理圖 （4）計算機控制系統(tǒng)的監(jiān)控過程步驟a.a.實時數(shù)據(jù)采集實時數(shù)據(jù)采集-對來自測量變送器的被控量的瞬時值進行對來自測量變送器的被控量的瞬時值進行采集和輸入采集和輸入 ；b.b.實時數(shù)據(jù)處理實時數(shù)據(jù)處理-對采集到的被控量進行分析、比較和處理，對采集到的被控量進行分析、比較和處理，按一定的控制規(guī)律運算，進行控制按一定的控制規(guī)律運算，進行控制決策；決策； c.c.實時輸出控制實時輸出控制-根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行器發(fā)出控制根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行器發(fā)出控制信號，完成監(jiān)控任務；信號，完成監(jiān)控任務； 控制系統(tǒng)分類

7、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DASDAS）操作指導控制系統(tǒng)操作指導控制系統(tǒng) (OGC)(OGC)直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDCDDC）監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)(SCC(SCC）分散控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（DCSDCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCSFCS）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）計計 算算 機機工工業(yè)業(yè)對對象象器器換換轉轉D/A采采樣樣器器測測量量元元件件統(tǒng)統(tǒng)系系集集采采據(jù)據(jù)數(shù)數(shù)1 1圖圖5 5- -顯顯 示示 終終 端端打打 印印 機機 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition System)-(Data Acquisition Syste

8、m)-是計算機應用于生產過程控制最早、也是計算機應用于生產過程控制最早、也是最基本的一種類型，如圖是最基本的一種類型，如圖1-51-5所示。生產過程中被控對象的大量參數(shù)經(jīng)測量變送儀表發(fā)所示。生產過程中被控對象的大量參數(shù)經(jīng)測量變送儀表發(fā)送和送和A/DA/D通道或通道或DIDI通道巡回采集后送入計算機，由計算機對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，并通道巡回采集后送入計算機，由計算機對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，并按操作要求進行屏幕顯示、制表打印和越限報警。按操作要求進行屏幕顯示、制表打印和越限報警。 操作指導控制系統(tǒng)(OGC)操作指導控制系統(tǒng)-是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)結構，如圖1-6所示。計算機根據(jù)采集到的

9、數(shù)據(jù)以及工藝要求進行最優(yōu)化計算，計算出的最優(yōu)操作條件，并不直接輸出控制被控對象，而是顯示或打印出來，操作人員據(jù)此去改變各個控制器的給定值或操作執(zhí)行器，以達到操作指導的作用。它相當于模擬儀表控制系統(tǒng)的手動與半自動工作狀態(tài)。OGC系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單，控制靈活和安全。缺點是要由人工操作，速度受到限制，不能同時控制多個回路。計計 算算 機機工工業(yè)業(yè)對對象象器器換換轉轉D/A采采樣樣器器測測量量元元件件顯顯示示終終端端打打印印機機控控制制儀儀表表 圖圖1 1- -6 6 操操作作指指導導控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)操作指導控制系統(tǒng)(OGC)直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）DDC系統(tǒng)-是用一臺計算機不僅完成對多個被控參數(shù)

10、的數(shù)據(jù)采集，而且能按一定的控制規(guī)律進行實時決策，并通過過程輸出通道發(fā)出控制信號，實現(xiàn)對生產過程的閉環(huán)控制，為了操作方便，DDC系統(tǒng)還配置一個包括給定、顯示、報警等功能的操作控制臺。DDC系統(tǒng)中的一臺計算機不僅完全取代了多個模擬調節(jié)器，而且在各個回路的控制方案上，不改變硬件只通過改變程序就能有效地實現(xiàn)各種各樣的復雜控制。計計算算機機生生產產過過程程顯示顯示打印機打印機報警報警操作臺操作臺）ID，D/A（入入輸輸程程過過）ODA/D（出出輸輸程程過過圖圖1-7 1-7 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCC）監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)即SCC-是OGC系統(tǒng)與

11、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)或與DDC系統(tǒng)綜合而成的兩級系統(tǒng)，如圖1-8所示。顯然，這屬于計算機在線最優(yōu)控制的一種形式。當上位機出現(xiàn)故障時，可由下位機獨立完成控制。下位機直接參與生產過程控制，要求其實時性好，可靠性高和抗干擾能力強；而上位機承擔高級控制與管理任務，應配置數(shù)據(jù)處理能力強，存儲容量大的高檔計算機。工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)顯示顯示打印打印報警報警顯示顯示打印打印報警報警機機算算計計CCS機機算算計計CCS測量測量測量測量控制控制控制控制模擬控制器CDD生生產產過過程程生生產產過過程程用用計計算算機機(a)統(tǒng)統(tǒng)系系器器制制控控擬擬模模+ +CCS圖1-8 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)的兩種結構形式圖

12、1-8 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)的兩種結構形式給定值給定值給定值給定值采集采集采集采集統(tǒng)統(tǒng)系系制制控控CDD+CCS (b)分散控制系統(tǒng)（DCS）分散控制系統(tǒng)-是以微處理器為基礎，借助于計算機網(wǎng)絡對生產過程進行集中管理和分散控制的先進計算機控制系統(tǒng)。由于早期開發(fā)的分散控制系統(tǒng)在體系結構上具有分散式系統(tǒng)的特征，因此國外將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國內也有人將其稱為集散型控制系統(tǒng)，或者是分布式控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)簡稱為DCS。DCS 采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調的設計原則。操作站操作站控制站（器）控制站（器）IPCIPC、數(shù)字調節(jié)器、數(shù)字調節(jié)器、PLCPLC、專用控制器、專用

13、控制器管理層計算機管理層計算機操作站操作站控制站（器）控制站（器）IPCIPC、數(shù)字調節(jié)器、數(shù)字調節(jié)器、PLCPLC、專用控制器、專用控制器操作站操作站控制站（器）控制站（器）IPCIPC、數(shù)字調節(jié)器、數(shù)字調節(jié)器、PLCPLC、專用控制器、專用控制器功能：監(jiān)控（功能：監(jiān)控（ 工藝流程顯示、表格顯示、趨勢顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報警工藝流程顯示、表格顯示、趨勢顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報警信息的記錄、手自動切換信息的記錄、手自動切換/ /手動操作、參數(shù)設置、其它功能）手動操作、參數(shù)設置、其它功能）操作員站：一般操作功能（往往不包括系統(tǒng)中重要參數(shù)的設置）操作員站：一般操作功能（往往不包括系統(tǒng)中重要參數(shù)的設置

14、）工程師站：全部功能工程師站：全部功能可以通過硬件區(qū)分（設置不同的計算機系統(tǒng)、設置不同的鍵盤等等）可以通過硬件區(qū)分（設置不同的計算機系統(tǒng)、設置不同的鍵盤等等）通過操作人員所擁有通過操作人員所擁有 的密碼區(qū)分，硬件系統(tǒng)完全相同的密碼區(qū)分，硬件系統(tǒng)完全相同功能：信號的采集、運算（決策）、控制信號的輸出、報警功能：信號的采集、運算（決策）、控制信號的輸出、報警處理、網(wǎng)絡通信（與其它控制站或者與操作站）處理、網(wǎng)絡通信（與其它控制站或者與操作站）DCSDCS工程實例一：工程實例一：DCSDCS工程實例二：工程實例二：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)即FCS-是新一代分布式控制結構。該系統(tǒng)改進了

15、DCS成本高和由于各廠商的產品通信標準不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點，采用集管理控制功能于一身的工作站與現(xiàn)場總線智能儀表的二層結構模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場儀表中去，形成一個徹底的分散控制模式。每個現(xiàn)場儀表(例如變送器、執(zhí)行器)都作為一個智能節(jié)點，都帶CPU單元，可分別獨立完成測量、校正、調節(jié)、診斷等功能，靠網(wǎng)絡協(xié)議把它們連接在一起統(tǒng)籌工作。控制裝置種類可編程控制器可編程調節(jié)器總線式工控機單片微型計算機其他控制裝置第1章 可編程控制器概述可編程序控制器的歷史可編程序控制器的特點與應用領域可編程序控制器的發(fā)展趨勢可編程序控制器的分類PLC的性能指標PLC的主要功能可編程序控制器簡

16、稱v Programmable Controller PC Personal Computer PCv Programmable Logic Controller PLC1.產生 一 可編程控制器的歷史一 可編程序控制器的歷史（續(xù)）1.發(fā)展l性能提高：4位機8位機16位機32位機 ；l邏輯運算 計時，計數(shù)等順序控制，均屬開關量控制+；l支持圖形編程；l數(shù)據(jù)處理；l各種功能控制模塊；l聯(lián)網(wǎng)通信功能。2.主要生產商 大中型：A-B、GE、Siemens 中小型：OMRON, Mitsubushi一 可編程序控制器的歷史（續(xù)）3.定義1985年1月，國際電工委員會（IEC）定義： 可編程序控制器是：

17、一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。1.可編程序控制器的特點二 可編程序控制器的特點與應用領域 無觸電免配線，可靠性高，抗干擾能力強 通用性強，控制程序可變，使用方便 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強 編程簡單，容易掌握 系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 維修工作量小，維護方便 體積小，能耗低.2.可編程序控制器的應用領域

18、二 可編程序控制器的特點與應用領域開關量邏輯控制開關量邏輯控制自動生產線、機床電氣控制、沖壓機械、鑄造機械、運輸帶、包裝機、飛剪等控制運動控制運動控制金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機器人、電梯等。閉環(huán)過程控制閉環(huán)過程控制溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳輸、轉換、排序、查表、位操作。通信聯(lián)網(wǎng)通信聯(lián)網(wǎng)PLC與遠程I/O、PLC之間、PL與其它智能控制器之間。3.可編程序控制器的分類四 可編程序控制器的發(fā)展趨勢 早期早期 邏輯控制為主邏輯控制為主 Programmable Logical Controller Programmable Controller 本義本義 v高性能、高速度、大容量發(fā)展四 可編程序控制器的發(fā)展趨勢l多CPU結構l高性能、高穩(wěn)定性(32、64位機)l增加智能控制功能l支持組態(tài)設計v大力發(fā)展微型PLC,不斷增強微型PLC的功能l掌上PLCl高性能l支持多種編程方式vPLC編程語言標準化四 可編程序控制器的發(fā)展趨勢IEC1131-3 (IEC 1994年5月公布)l順序功能圖（SFC）l梯形圖l功能塊圖l指令表l結構文本vPLC與其它工業(yè)控制器產品相互融合四 可編程序控制器的發(fā)展趨勢l與個人計算機PCl集散控制系統(tǒng)DCSl計算機數(shù)控CNC四可編程序控制器的發(fā)展趨勢v大力開發(fā)智能I/O模塊模擬量I/O、高速計數(shù)輸入