第九章 计算机控制系统 9.1学习要求 1、了解计算机控制系统的组成及其发展历史。 2、掌握集散控制系统(DCS)的结构、特点。 3、 了解PLC组成、工作原理与编程方法。 4、 了解监督控制与数据采集(SCADA)系统组成及其应用。 5、掌握现场总线及现场总线控制系统的相关知识。 6、了解综合自动化的基本知识。 9.2内容简迷述 9.2.1概述 9.2.1.1计算机控制系统的组成 9.2.1.2计算机控制系统的发展 9.2.2集散控制系统 9.2.2.1集散控制系统的特点 9.2.2.2 集散控制系统的发展 9.2.2.3 集散控制系统的硬件和软件 9.2.3可编程控制器 9.2.3.1概述 9.2.3.2PLC基本组成 9.2.3.3PLC的基本工作原理 9.2.3.4PLC的程序设计语言 9.2.4现场总线控制系统 9.2.4.1现场总线控制系统的发展 9.2.42现场总线控制系统的特点与优点 9.2.4.3现场总线国际标准 9.2.4.4几种有影响的现场总线 9.5综合自动化系统 9.3本章知识点 1、计算机控制系统的组成及各部分的作用。 2、DCS的结构和特点。 3、可编程控制器的工作原理及其与DCS的不同。 4、综合自动系统的组成及其功能。 9.4思考题 1、一个典型的计算机控制系统由哪些部分组成，画出其方框图。 提示：该系统包括检测仪表、多路开关、采样保持、模/数转换、数字控制器、执行器 等。 2、与常规模拟仪表相比，分散控制系统有哪些特点？ 提示：采用智能技术：丰富的功能软件包：采用局部网络技术：友好的人机接口：集中 管理、分散控制。 3、DCS通常由哪几部分构成？
第九章 计算机控制系统 9.1 学习要求 1、 了解计算机控制系统的组成及其发展历史。 2、 掌握集散控制系统（DCS）的结构、特点。 3、 了解 PLC 组成、工作原理与编程方法。 4、 了解监督控制与数据采集（SCADA）系统组成及其应用。 5、 掌握现场总线及现场总线控制系统的相关知识。 6、 了解综合自动化的基本知识。 9.2 内容简述 9.2.1 概述 9.2.1.1 计算机控制系统的组成 9.2.1.2 计算机控制系统的发展 9.2.2 集散控制系统 9.2.2.1 集散控制系统的特点 9.2.2.2 集散控制系统的发展 9.2.2.3 集散控制系统的硬件和软件 9.2.3 可编程控制器 9.2.3.1 概述 9.2.3.2 PLC 基本组成 9.2.3.3 PLC 的基本工作原理 9.2.3.4 PLC 的程序设计语言 9.2.4 现场总线控制系统 9.2.4.1 现场总线控制系统的发展 9.2.4.2 现场总线控制系统的特点与优点 9.2.4.3 现场总线国际标准 9.2.4.4 几种有影响的现场总线 9.5 综合自动化系统 9.3 本章知识点 1、 计算机控制系统的组成及各部分的作用。 2、 DCS 的结构和特点。 3、 可编程控制器的工作原理及其与 DCS 的不同。 4、 综合自动系统的组成及其功能。 9.4 思考题 1、 一个典型的计算机控制系统由哪些部分组成，画出其方框图。 提示：该系统包括检测仪表、多路开关、采样保持、模/数转换、数字控制器、执行器 等。 2、 与常规模拟仪表相比，分散控制系统有哪些特点？ 提示：采用智能技术；丰富的功能软件包；采用局部网络技术；友好的人机接口；集中 管理、分散控制。 3、 DCS 通常由哪几部分构成？ 1
4、可编程控制器有哪些功能？与一般计算机控制系统相比，有哪些特点？ 提示：可编程控制器的主要功能包括：开关逻辑和顺序控制功能：模拟控制：信号连锁： 通信与联网功能。与一般的计算机控制系统相比，可编程控制器具有如下特点：可靠性高： 易于操作：灵活性好：机电一体化 5、可编程控制器的工作方式是什么样的？ 提示：可编程控制器的工作方式是周期扫描方式，在系统程序监控下，PLC周而复始 地按照固定顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程是一个不断循环的 顺序扫描过程。 6、可编程控制器编程语言有哪几种？ 提示：梯形图：语句表：功能表图：功能模块图：结构化文本 7、现场总线控制系统有哪些特点？常见的现场总线有哪几种？ 提示：节省硬件数量和投资：节省安装费用和维护费用：用户具有高度的系统集成主动 权：可以实现全分散控制，提高了系统的准确性和可靠性。 现场总线控制系统的基础是现场总线，常用的现场总线有： (1)FF HI:2)Control Net:(3)Profibus:(4)WorldFIP:(5)Interbus-S 8、现场总线控制系统与传统的控制系统在结构上有何不同？ 9、以现场总线为基础的企业信息系统包括哪几个层次？ 9.5例题与习题 1、计算机控制系统的发展特征包括哪些方面？ 答：随着局域网、Internet、.IT技术的迅速发展，计算机控制系统向集成化、网络化、智能 化、信息化发展己成为一种趋势，了解当今计算机控制系统发展主要特征可以从以下三个方 面来理解：系统结构向网络化、网络向扁平化发展，系统功能向综合化方向发展，系统设备 向多样化方向发展。 2、试分析如图9.1所示的某污水处理厂计算机监控系统结构及特点。 答：SCADA系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一，它包 含三个部分：一是分布式的数据采集系统，也就是通常所说的下位机：第二个是过程监控与 管理系统，即上位机：第三个是数据通信网络，包括上位机网络系统、下位机网络以及将上、 下位机系统连接的通信网络。SCADA系统的这三个组成部分的功能不同，但三者的有效集 成则构成了功能强大的SCADA系统，完成对整个过程的有效监控。SCADA系统广泛采用 “管理集中、控制分散的集散控制思想，因此，即使上、下位机通信中断，现场的测控装置 仍然能正常工作，确保系统的安全和可靠运行。 3、试简述现场总线和现场总线控制系统及其特点。 答：现场总线是用于现场智能仪表与控制室系统之间的一种全开放、全数字化、双问、多节 点的互连通信系统，是现场通信网络与控制系统的结合。它是计算机技术、通信技术和控制 技术的综合与集成。 现场总线不单纯是一种通信技术，它的关键在于用新一代的现场总线控制系统FCS代 替传统的集散控制系统DCS,实现现场总线通信网络与控制系统的集成。 现场总线的持点是把通信线（双绞线或同轴电细等）从控制室延伸到生产现场，将现场 的变送器、控制阀等都挂在通信线上，各节点可含有如同DCS中的功能块，如PD算法、 线性化运算、模拟量输入(A)、模拟量输出(AO),可相互换作与组态，用户可自由地集成 FCS,并由通信线直接供电，可实现本质安全防爆，还允许不同制造商的网络互连。 2
4、 可编程控制器有哪些功能？与一般计算机控制系统相比，有哪些特点？ 提示：可编程控制器的主要功能包括：开关逻辑和顺序控制功能；模拟控制；信号连锁； 通信与联网功能。与一般的计算机控制系统相比，可编程控制器具有如下特点：可靠性高； 易于操作；灵活性好；机电一体化 5、 可编程控制器的工作方式是什么样的？ 提示：可编程控制器的工作方式是周期扫描方式，在系统程序监控下，PLC 周而复始 地按照固定顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程是一个不断循环的 顺序扫描过程。 6、 可编程控制器编程语言有哪几种？ 提示：梯形图；语句表；功能表图；功能模块图；结构化文本 7、 现场总线控制系统有哪些特点？常见的现场总线有哪几种？ 提示：节省硬件数量和投资；节省安装费用和维护费用；用户具有高度的系统集成主动 权；可以实现全分散控制，提高了系统的准确性和可靠性。 现场总线控制系统的基础是现场总线，常用的现场总线有： （1）FF H1； 2）Control Net；（3）Profibus； （4）WorldFIP；（5）Interbus-S 8、 现场总线控制系统与传统的控制系统在结构上有何不同？ 9、 以现场总线为基础的企业信息系统包括哪几个层次？ 9.5 例题与习题 1、计算机控制系统的发展特征包括哪些方面？ 答：随着局域网、Internet、IT 技术的迅速发展，计算机控制系统向集成化、网络化、智能 化、信息化发展已成为一种趋势，了解当今计算机控制系统发展主要特征可以从以下三个方 面来理解：系统结构向网络化、网络向扁平化发展，系统功能向综合化方向发展，系统设备 向多样化方向发展。 2、试分析如图 9.1 所示的某污水处理厂计算机监控系统结构及特点。 答：SCADA 系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一，它包 含三个部分：一是分布式的数据采集系统，也就是通常所说的下位机；第二个是过程监控与 管理系统，即上位机；第三个是数据通信网络，包括上位机网络系统、下位机网络以及将上、 下位机系统连接的通信网络。SCADA 系统的这三个组成部分的功能不同，但三者的有效集 成则构成了功能强大的 SCADA 系统，完成对整个过程的有效监控。SCADA 系统广泛采用 “管理集中、控制分散”的集散控制思想，因此，即使上、下位机通信中断，现场的测控装置 仍然能正常工作，确保系统的安全和可靠运行。 3、试简述现场总线和现场总线控制系统及其特点。 答：现场总线是用于现场智能仪表与控制室系统之间的一种全开放、全数字化、双问、多节 点的互连通信系统，是现场通信网络与控制系统的结合。它是计算机技术、通信技术和控制 技术的综合与集成。 现场总线不单纯是一种通信技术，它的关键在于用新一代的现场总线控制系统 FCS 代 替传统的集散控制系统 DCS，实现现场总线通信网络与控制系统的集成。 现场总线的持点是把通信线（双绞线或同轴电细等）从控制室延伸到生产现场，将现场 的变送器、控制阀等都挂在通信线上，各节点可含有如同 DCS 中的功能块，如 PID 算法、 线性化运算、模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO)，可相互换作与组态，用户可自由地集成 FCS，并由通信线直接供电，可实现本质安全防爆，还允许不同制造商的网络互连。 2
工作站 数据服务器 WEB服务器 污水泵站 以太网 SCADA SCADA 电台 最务器 服务器 Profibus 进水泵房 曝气池 污泥处理 配电间 布 现场O 邑 现场人 机界面 见场O 图9.1污水处理厂计算机监控系统结构图 3
图 9.1 污水处理厂计算机监控系统结构图 3