簡(jiǎn)介:工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用IPC(INDUSTRIALPERSONALCOMPUTER),,第一章工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷見參考書三,§11概述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展大致可分為以下幾個(gè)階段1工控機(jī)的開創(chuàng)階段5060年代2小型工控機(jī)的發(fā)展時(shí)期6070年代3工業(yè)微型計(jì)算機(jī)測(cè)量、控制系統(tǒng)和分散型工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展時(shí)期70年代中期4工業(yè)控制總線發(fā)展時(shí)期80年代中期如STD總線;S100總線5一體化的智能控制發(fā)展時(shí)期機(jī)電一體化計(jì)控一體化人機(jī)一體化,§12計(jì)算機(jī)與工業(yè)自動(dòng)化,一、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展和完善,促進(jìn)了1工廠自動(dòng)化(FA)2農(nóng)業(yè)自動(dòng)化(BA)3辦公自動(dòng)化(OA)4住宅自動(dòng)化(HA)“4A”技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)際上的熱門話題,二、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)過程的測(cè)、控自動(dòng)化工業(yè)過程控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域,也是一種不同于一般計(jì)算機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域。工控機(jī)正是為了滿足這一特定的應(yīng)用領(lǐng)域而發(fā)展起來的。工控機(jī)現(xiàn)代工業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化不可缺少的工具。包括航空、航天、核能、電力、煤炭、石油、化工、冶金、機(jī)械、電子、交通、輕工、紡織等舉例1、電力生產(chǎn)2、化工過程3、航空航天4、樓宇綜合自動(dòng)化系統(tǒng)5、其他,三、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)(9個(gè)方面),,,,,,,,,,,,,環(huán)境考慮,過程I/O總線,性能,應(yīng)用接口,可靠性/可用性,遷移策略,多供應(yīng)商計(jì)算機(jī)聯(lián)用,網(wǎng)絡(luò)支持和管理,安全性,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù),,§13我國(guó)工控機(jī)的研制與發(fā)展對(duì)策,一、我國(guó)工控機(jī)的發(fā)展概況我國(guó)工控機(jī)有30多年的發(fā)展歷史,可分如下四個(gè)階段,二、工控機(jī)的發(fā)展對(duì)策,我國(guó)工控機(jī)的發(fā)展對(duì)策為(1)建立產(chǎn)業(yè)(2)發(fā)展階段性原則(3)以應(yīng)用促發(fā)展(4)技術(shù)上要突出開放系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)可靠性技術(shù)硬件工程工程化技術(shù)軟件工程測(cè)試工藝(5)確定發(fā)展重點(diǎn)功能模板、系統(tǒng)產(chǎn)品、實(shí)時(shí)軟件、配套外圍產(chǎn)品A、分散型網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、中小型用戶同時(shí)發(fā)展B、實(shí)時(shí)軟件的發(fā)展軟件工程是是今后的重要任務(wù)C、外部設(shè)備是工控機(jī)的人機(jī)聯(lián)系設(shè)備,要突出重點(diǎn)的發(fā)展。(6)加快引進(jìn)技術(shù)的消化吸收,做好國(guó)產(chǎn)化工作,,,,,,,,,§14工控機(jī)系統(tǒng)的基本組成,,第二章工控機(jī)的體系結(jié)構(gòu)(參考書二),§21工控機(jī)的特點(diǎn)工控機(jī)工業(yè)控制機(jī)工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC用于工業(yè)過程檢測(cè)、過程控制、數(shù)據(jù)采集處理(1)可靠性高要求平均無故障時(shí)間(MTBF)達(dá)到幾萬小時(shí)平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)盡可能低(2)實(shí)時(shí)性好工控機(jī)需要配有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTDOS)(3)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣,表現(xiàn)在▲電磁干擾▲供電系統(tǒng)波動(dòng)▲接“地”系統(tǒng)復(fù)雜▲共模、串模干擾▲溫度/濕度變化大▲另外要求防塵、防腐蝕、防震動(dòng)、耐沖擊,(4)過程輸入和輸出配套較好具有豐富的多種功能的I/O配套模板如模擬量、開關(guān)量、脈沖量、頻率量的I/O模板具有多種類型的信號(hào)調(diào)理功能如隔離型、非隔離型信號(hào)調(diào)理各類熱電偶、熱電阻信號(hào)輸入調(diào)理電流、電壓信號(hào)輸入/輸出信號(hào)調(diào)理(5)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好(6)系統(tǒng)開放性好便于主機(jī)接口、網(wǎng)絡(luò)通訊、軟件兼容、升級(jí)等方面遵守開放性原則,便于系統(tǒng)擴(kuò)充、異機(jī)種連接、軟件的可移植和互換等,(7)控制軟件包功能強(qiáng)要求工控軟件包人機(jī)交互方便畫面豐富具有系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)生成功能實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)記錄功能實(shí)時(shí)報(bào)警及事故追憶功能具有豐富的控制算法如經(jīng)典PID、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化、自適應(yīng)、自整定、在線自診斷等,(9)后備措施齊全包括供電后備存儲(chǔ)器信息保護(hù)手動(dòng)/自動(dòng)操作后備緊急事故切換裝置等(10)具有冗余性例如雙機(jī)工作(雙CPU)雙機(jī)系統(tǒng)雙控制站雙操作站雙網(wǎng)通信雙供電系統(tǒng)雙電源雙機(jī)切換功能雙機(jī)監(jiān)視軟件,,工控機(jī)圖片,,CONTEC公司產(chǎn)品,第三章PC總線工業(yè)控制機(jī)(參考書二),§31PC總線工控機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)PC總線ISA總線、VESA總線、PCI總線的統(tǒng)稱工業(yè)PC(IPC)是以PC總線為基礎(chǔ)構(gòu)成的工業(yè)計(jì)算機(jī),工控機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖,§32工控機(jī)的底板例14槽PC/AT總線底板,,§33PC總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,一、概述1ISA總線就是AT總線,是在XT總線基礎(chǔ)上擴(kuò)充設(shè)計(jì)的16位總線,尋址空間最大16MB,數(shù)據(jù)傳輸率16MBPS2EISA(EXTENDINDUSTRIALSTANDARDARCHITECTURE)總線是32位總線,數(shù)據(jù)傳輸率32MBPS3VLBUSVESA也稱VESA總線,是ISA總線的簡(jiǎn)單擴(kuò)充,可以與ISA、EISA同時(shí)使用4PCI總線是1993年INTEL公司主導(dǎo)推出的,它支持并發(fā)CPU和總線主控部件操作,支持64位奔騰(PENTIUM)處理器。這是目前普遍應(yīng)用的總線。,5比較結(jié)論目前在市場(chǎng)上,最成熟的總線ISA總線發(fā)展主流總線PCI總線理由ISA總線結(jié)構(gòu)的I/O接口卡種類多、品種全,已經(jīng)發(fā)展了很多年。ISA總線已被絕大多數(shù)的工控機(jī)工作人員接受和掌握。ISA總線基本能夠滿足多數(shù)工業(yè)控制領(lǐng)域的要求。ISA總線產(chǎn)品價(jià)格便宜。在要求速度高的外設(shè)使用中,可采用PCI總線,一般的總線底板有45個(gè)PCI插槽。結(jié)論總之,目前市場(chǎng)上還是以ISA總線、PCI總線為主。,§33PC總線工控機(jī)主要類型,(參考書一第11頁)一、工控機(jī)的主要類型及功能PC總線工控機(jī)1國(guó)內(nèi)主要工控機(jī)產(chǎn)品STD總線工控機(jī)VME總線工控機(jī)其中PC總線工控機(jī)發(fā)展最快,所以在此介紹PC總線工控機(jī)。影響較大的三家工控機(jī)公司臺(tái)灣研華公司(ADVANDECH)ADVANTECH日本康泰克公司(CONTEC)ICT北京康拓公司CONTROLCHINA深圳研祥EVOC北京中泰ZTIC臺(tái)灣威達(dá)大眾等,,二、工控機(jī)主要類型,BOXPC(盒式工業(yè)控制機(jī))PANEL(盤式工業(yè)控制機(jī))ISA總線IPC機(jī)VESA總線IPC機(jī)PCI總線IPC機(jī)工業(yè)級(jí)工作站新型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)PC104總線工控機(jī),二、工控機(jī)主要類型,,二、工控機(jī)主要類型,,二、工控機(jī)主要類型一體化工控機(jī),,二、工控機(jī)主要類型,。,二、工控機(jī)主要類型,,二、工控機(jī)主要類型,,新型結(jié)構(gòu)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)特點(diǎn)(1)WINDOWS監(jiān)控畫面與實(shí)時(shí)性相結(jié)合問題WINDOWS操作系統(tǒng)的人機(jī)界面是十分友好的,但是實(shí)時(shí)性較差。方法為了提高實(shí)時(shí)性,在體系結(jié)構(gòu)上采用多處理機(jī)結(jié)構(gòu),這些處理機(jī)均掛接在PC總線上。主處理機(jī)運(yùn)行WINDOWS操作系統(tǒng),用于支持人機(jī)界面,多個(gè)從處理機(jī)分別執(zhí)行是市、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、順序控制功能。IPC90可支持6個(gè)從處理機(jī)并行工作,極大的提高了整機(jī)的實(shí)時(shí)性。(2)VEM工業(yè)結(jié)構(gòu)(直插式結(jié)構(gòu))與PC總線相結(jié)合每一個(gè)模塊均帶有小型的指示面板,便于運(yùn)行維護(hù)及部件的維修更換。,(3)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊式體系結(jié)構(gòu)便于故障模塊的更換,特別是能夠進(jìn)行模塊的帶電插拔。例如主控模塊、顯示模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、軟盤模塊、硬盤模塊、模擬量、數(shù)字量輸入/輸出模塊、通用智能I/O模塊等(4)IPC與PLC接線方式結(jié)合(5)標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò),便于構(gòu)成DCS系統(tǒng)。,總線型網(wǎng)絡(luò)的DCS系統(tǒng),,環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的DCS系統(tǒng),,,,,,,,§34外圍接口產(chǎn)品,(參考書一,P18)一、概述1、應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè),首先要把各種測(cè)量參數(shù)送入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)對(duì)這些采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的計(jì)算機(jī)處理后將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出。計(jì)算機(jī)的輸出結(jié)果是以數(shù)字量的形式輸出的,還必須轉(zhuǎn)換成可對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的量。因此,構(gòu)成一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng),除了IPC主機(jī)外,還需要配備各種用途的I/O接口產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的性能優(yōu)劣同樣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有舉足輕重的影響,選購時(shí)應(yīng)該考慮的問題質(zhì)量軟件支持能力價(jià)格后繼開發(fā)和服務(wù)能力不能選擇過渡性質(zhì)的試驗(yàn)產(chǎn)品,輸入信號(hào)被測(cè)參數(shù)(壓力、溫度、液面高度等)測(cè)量一次元件變送器電信號(hào)(電流或電壓)信號(hào)轉(zhuǎn)換(如05V的電壓信號(hào))模擬量輸入模板(模/數(shù)轉(zhuǎn)換)數(shù)字量輸入模板(整形)計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)計(jì)算機(jī)處理后的輸出(數(shù)字量)數(shù)字量輸出模(標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào))模擬量輸出模板(數(shù)/模轉(zhuǎn)換)執(zhí)行機(jī)構(gòu),,,二、模擬量輸入模板,1、模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)簡(jiǎn)述在當(dāng)前的數(shù)據(jù)采集/轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中,多采用專用的A/D轉(zhuǎn)換芯片。對(duì)應(yīng)的常用轉(zhuǎn)換方式為計(jì)數(shù)比較式線路簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)換速度慢;雙斜率積分式精度高,也常被采用;逐次逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)兼顧速度和精度,應(yīng)用最為普遍。逐次逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成逐次逼近寄存器數(shù)字/電壓轉(zhuǎn)換器比較器時(shí)序控制電路等,,4.舉例A/D轉(zhuǎn)換板PC-6330PC6330,三、模擬量輸出模板,四、數(shù)字量通道板和其它配套模板,1、數(shù)字量輸入/輸出模板開關(guān)量信號(hào)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種兩態(tài)開關(guān)信號(hào),即高低電平信號(hào)。數(shù)字量模板完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類開關(guān)信號(hào)的輸入/輸出控制。是進(jìn)行順序控制所必須的。數(shù)字量模板非隔離型TTL電平,抗干擾能力差隔離型光電隔離、磁電隔離數(shù)字量輸入板數(shù)字量模板數(shù)字量輸出板數(shù)字量雙向通道板(用于系統(tǒng)中的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)較少時(shí))使用注意“輸入共陰”信號(hào)源的一端與光隔離的某一點(diǎn)相連,另一端接電源的負(fù)極“輸出共陽”將輸出的一端與電源的正極相連,另一端與負(fù)載相連。,,,舉例開關(guān)量輸入卡6405,2、信號(hào)調(diào)理(SIGNALCONDITIONING)板,作用(1)將現(xiàn)場(chǎng)來的輸入信號(hào)經(jīng)過隔離、放大,成為工控機(jī)所能接受的統(tǒng)一信號(hào)電平(2)將計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)過放大、隔離,轉(zhuǎn)換成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的信號(hào)電平。進(jìn)行電平的移位。例如開關(guān)型測(cè)量信號(hào)頻率脈沖型測(cè)量信號(hào)調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)05V、01V連續(xù)型信號(hào)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)端口,,,。,3、通信模板,屬于外圍模板作用溝通PC與PC之間、PC與其它設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信分為智能型、非智能型兩種通信方式484/232方式或兩種方式兼而有之通信口416通道不等可供選擇通信波特率7556000BPS不等,5、遠(yuǎn)程I/O模塊,遠(yuǎn)程I/O模塊是近年來新發(fā)展起來的新型模板,它可以直接被放置在現(xiàn)場(chǎng),將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào),然后經(jīng)遠(yuǎn)程通信線路傳送給計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的處理。由于各模塊均是隔離的,因此,可將這些來自不同模塊的信號(hào)成組地與通信網(wǎng)絡(luò)連接,大大減少了現(xiàn)場(chǎng)接線的成本。目前,遠(yuǎn)程I/O模塊的通信網(wǎng)絡(luò)采用RS485標(biāo)準(zhǔn)總線,今后將向現(xiàn)場(chǎng)總線(FIELDBUS)方向發(fā)展。,。,5、遠(yuǎn)程I/O模塊,,,。,。,遠(yuǎn)程I/O模塊連接圖,第四章控制系統(tǒng)中的采集控制軟件§41概述(參考書一),在實(shí)時(shí)工業(yè)控制系統(tǒng)中,高質(zhì)量的硬件體系固然是十分重要的,但是,要完成控制任務(wù),最終還要靠控制軟件的執(zhí)行來完成。因此,應(yīng)用軟件的性能優(yōu)劣與整個(gè)系統(tǒng)關(guān)系是極大的,并在很大程度上決定了整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率和各項(xiàng)性能指標(biāo)的最終實(shí)現(xiàn)。也就是說,為了實(shí)現(xiàn)特定的目標(biāo),需要進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和開發(fā)。過去現(xiàn)在的做法,3、控制軟件包ONSPECCONTROLPACK控制軟件包用來在電腦里直接數(shù)字控制(DIRECTDIQITALCONTROL)。(1)算法包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制1FOR3ANN標(biāo)準(zhǔn)PIDSTANDARDPID誤差平方ERRORSQUAREDPID積分分離INTEGRALTRACKINGPID斜波RAMP積分INTEGRATOR超前滯后LEADLAG二階濾波SECONDORDERFILTER純滯后DEADTIME線性LINEAR比率RATIO,高選(HIGHSLECT)低選(LOWSLECT)中選(MIDDLESLECT)限制(LIMIT)輸入(LOADER)(2)控制結(jié)構(gòu)包括反饋控制(FEEDBACKCONTROL前饋控制FEEDFORWARDCONTROL串級(jí)控制CASCADECONTROL史密斯濾波SMITHPREDICTOR比率控制RATIOCONTROL監(jiān)督控制SUPERVISORYCONTROL設(shè)定值控制SETPOINTCONTROL,4、PID自適應(yīng)調(diào)節(jié)包(ONSPECPIDSELFTUNER)該軟件包括以下功能在線閉環(huán)調(diào)節(jié)ONLINECLOSELOOPTUNING在線開環(huán)調(diào)節(jié)ONLINEOPENLOOPTUNING批量觸發(fā)調(diào)節(jié)BATCHBASEDTUNING過程模型分析PROCESSMODELANALYSIS用戶調(diào)節(jié)指導(dǎo)ADVISORYMODE自動(dòng)熱啟動(dòng)AUTOMATICSTARTUPWARMSTART,§44實(shí)時(shí)工業(yè)控制軟件包FIX,FIXDMACS控制軟件由美國(guó)INTETTUTION公司推出,是一種執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制、報(bào)警圖形數(shù)據(jù)顯示等功能的完整的工業(yè)自動(dòng)化軟件。有單機(jī)及分布式版本,可對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行全面的控制。FIXDMACSWINDOWS是在WINDOWS環(huán)境中運(yùn)行的版本。1、主要功能(1)數(shù)據(jù)采集和控制功能FIXDMACS提供了一個(gè)幫助監(jiān)控生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)可以以文本、模擬量或數(shù)字量的形式從控制現(xiàn)場(chǎng)采集到,通過對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的操作實(shí)現(xiàn)監(jiān)視或控制功能。,(2)統(tǒng)計(jì)過程控制統(tǒng)計(jì)選項(xiàng)提供圖表和基于實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的報(bào)警功能,操作員可以監(jiān)視和調(diào)整生產(chǎn)過程。(3)圖象化組態(tài)FIXDMACS允許使用圖象化的組態(tài)方式進(jìn)行系統(tǒng)控制配置而不需編程,容易開發(fā)和維護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)。(4)報(bào)警和報(bào)警管理FIXDMACS對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)視并對(duì)潛在的問題環(huán)節(jié)進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。使用者可通過報(bào)警組態(tài)定義所需的報(bào)警上下限值。報(bào)警信息可由畫面或打印機(jī)輸出,并形成報(bào)警文件予以存儲(chǔ),并自動(dòng)記錄操作信息。FIXDMACS的操作員畫面為生產(chǎn)過程提供了快速的、直觀的分析工具。,,據(jù)此,操作員可以很快進(jìn)行確認(rèn),分析和判斷報(bào)警,進(jìn)行需要的過程調(diào)整操作,并可直接從計(jì)算機(jī)上根據(jù)圖象監(jiān)視調(diào)整結(jié)果。(5)歷史趨勢(shì)FIXDMACS提供的歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)顯示功能可供進(jìn)行離線分析過程數(shù)據(jù)之用。歷史趨勢(shì)顯示功能可用曲線方式表示各種趨勢(shì),并可表現(xiàn)不同變量之間動(dòng)態(tài)關(guān)系。由歷史數(shù)據(jù)形成的歷史文件也可被輸出到其他的管理程序中,以便進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)分析。(6)安全保護(hù)FIXDMACS提供了用戶操作的安全功能,使之能夠控制對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用和數(shù)據(jù)的訪問。用戶可被定義為獨(dú)立特權(quán)和組特權(quán),系統(tǒng)同時(shí)自動(dòng)生成跟蹤文件。,(7)交叉平臺(tái)集成功能FIXDMACSFORWINDOWS可以很容易地與FIXDMACS的DOS,OS/2,VMS版本連接在一起,由FIXDMACS采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可被連接到同一網(wǎng)絡(luò)中的所有平臺(tái)共享這種靈活性使用戶可兼顧考慮不同的操作系統(tǒng)的成本和相應(yīng)的功能,選擇其中所需功能進(jìn)行最優(yōu)化混合組態(tài),取得最佳效果。FIXDMACSGUI上生成的數(shù)據(jù)庫、操作員畫面和歷史文件能夠在不同的操作平臺(tái)(WINDOWS,OS/2,VMS)之間實(shí)現(xiàn)傳遞和共享,從而大大簡(jiǎn)化了多個(gè)操作系統(tǒng)共存時(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。(8)分布式數(shù)據(jù)庫管理FIXDMACS可根據(jù)應(yīng)用需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到需要這些數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)機(jī)上。這樣,在網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上,不需要數(shù)據(jù)庫的拷貝,使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量減至最少,并確保當(dāng)前數(shù)據(jù)就是用于決策分析的所需數(shù)據(jù)。FIXDMACS的分布式結(jié)構(gòu)還允許在不停機(jī)的情況下方便地?cái)U(kuò)充系統(tǒng)配置。,§45實(shí)時(shí)工業(yè)控制軟件包__組態(tài)王,制作一個(gè)工程的一般過程建立新組態(tài)王工程的一般過程是1設(shè)計(jì)圖形界面(定義畫面)2定義設(shè)備3構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(定義變量)4建立動(dòng)畫連接5運(yùn)行和調(diào)試需要說明的是,這五個(gè)步驟并不是完全獨(dú)立的,事實(shí)上,這四個(gè)部分常常是交錯(cuò)進(jìn)行的。在用組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)編制工程時(shí),要依照此過程考慮三個(gè)方面圖形用戶希望怎樣的圖形畫面也就是怎樣用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。數(shù)據(jù)怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對(duì)象的各種屬性也就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫,此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對(duì)象的各種屬性,比如溫度,壓力等。連接數(shù)據(jù)和圖形畫面中的圖素的連接關(guān)系是什么也就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫來模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。,§55工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟,一、確定系統(tǒng)任務(wù)必須針對(duì)控制對(duì)象的工作過程和工藝流程進(jìn)行分析歸納,明確具體要求,確定系統(tǒng)所要完成的任務(wù)形成說明書。二、選擇工控機(jī)主機(jī)和外圍設(shè)備主機(jī)考慮運(yùn)算速度、尋址范圍、環(huán)境適應(yīng)性等都滿足要求;外形涉及到安裝方式。三、確定總體方案1、確定主要的控制算法,確定控制對(duì)象的各種控制量,并描述好與其對(duì)應(yīng)的輸出量間的數(shù)學(xué)關(guān)系,這就是控制量的數(shù)學(xué)形式,也稱為控制算法。軟件產(chǎn)品中帶有算法庫可供調(diào)用,用戶也可以添加一些特殊的算法進(jìn)去。2、根據(jù)控制要求和算法需要進(jìn)行存儲(chǔ)器容量、主要是內(nèi)存區(qū)域分配。,3、確定過程輸入輸出通道,是總體設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。應(yīng)根據(jù)控制對(duì)象的要求確定I/O通道點(diǎn)數(shù)和類型。包括I/O通道中的位數(shù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸速率,數(shù)據(jù)采集和傳輸所需的I/O通道的數(shù)量等。4、中斷方式和優(yōu)先級(jí)別的確定程序處理中斷靈活,但速度慢用硬件處理中斷響應(yīng)速度快,但要配備中斷控制部件用中斷處理的專用模板來解決5、系統(tǒng)總線的選擇,第六章其它工控機(jī)應(yīng)用,§61計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)一、計(jì)算機(jī)集成制造或計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的含義計(jì)算機(jī)集成制造和計(jì)算機(jī)綜合制造(CIMCOMPUTERINTEGRATEDMANNUFACTURING)是在1973年由美國(guó)JOSEPHHARRINGTON博士首先提出的。20多年來,CIM的概念不斷豐富,但是至今尚無權(quán)威性的定義。計(jì)算機(jī)集成制造是一種組織、管理與運(yùn)行企業(yè)生產(chǎn)的新哲理。它借助計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù),綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)、將企業(yè)生產(chǎn)全過程中人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三大要素及其信息與物流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行,以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高質(zhì)量、地消耗,從而使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持不敗。圖61是計(jì)算機(jī)集成制造的三要素示意圖。,,圖61計(jì)算機(jī)集成制造的三要素示意圖,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMSCOMPUTERINTEGRATEDMANNUFACTURINGSYSTEMS)是基于CIM組成的系統(tǒng)。它是通過計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù),并綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)、將企業(yè)生產(chǎn)全過程中人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三大要素及其信息與物流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。圖62是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)及其信息與物流組成的系統(tǒng)示意圖。,,圖62計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)及其信息與物流組成的系統(tǒng)示意圖,值得注意的是,根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況,各企業(yè)中實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在規(guī)模、組成、實(shí)現(xiàn)途徑及運(yùn)行模式等方面將各有差異。目前,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)有多種分類方法。按設(shè)計(jì)時(shí)間相對(duì)產(chǎn)品發(fā)送周期可分為庫存生產(chǎn)型(PRODUCTIONTOSTOCK)、成批生產(chǎn)型(VARIANTMASSPRODUCTION)和作業(yè)定單生產(chǎn)型(JOBORDERPRODUCTION)。按企業(yè)生產(chǎn)方式可分為連續(xù)型、離散型和混合型。按包含的企業(yè)生產(chǎn)過程中環(huán)節(jié)的范圍又可分為局部計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、全面計(jì)算機(jī)繼承制造系統(tǒng)等。,二、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的組成、功能和結(jié)構(gòu)1、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的功能如圖63所示,一般,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)可分為四個(gè)子系統(tǒng)管理經(jīng)營(yíng)子系統(tǒng)、工程分析/設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息管理、與通訊子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)皆由人、硬件、軟件組成。各子系統(tǒng)間有信息流交換與集成。在制造子系統(tǒng)中還有物料(原材料、外購器件、零部件、自制件、外購部件、半成品、產(chǎn)品)及工具的流動(dòng)。經(jīng)營(yíng)管理子系統(tǒng)包括(1)經(jīng)營(yíng)分析決策(企業(yè)規(guī)劃、年度生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃等);(2)銷售管理(市場(chǎng)、定單、合同執(zhí)行、銷售分析等);(3)物料管理(采購、庫存、物料供應(yīng)等);(4)生產(chǎn)管理(生產(chǎn)計(jì)劃、能力平衡、計(jì)劃執(zhí)行和評(píng)估等);(5)人事管理(工時(shí)定額、勞資、勞資、勞動(dòng)力、培訓(xùn)計(jì)劃等);,(6)財(cái)務(wù)管理(成本、資金、帳目、收支、財(cái)務(wù)計(jì)劃等);(7)資源管理(物資、設(shè)備等);(8)質(zhì)量管理(質(zhì)量保證體系、質(zhì)量信息、質(zhì)量法規(guī)控制執(zhí)行)等工程分析與設(shè)計(jì)子系統(tǒng)包括工程分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、工具設(shè)計(jì)、數(shù)控編程等。對(duì)離散型制造業(yè),制造子系統(tǒng)包括車間、單元、工作站作業(yè)調(diào)度與監(jiān)控;工具、加工設(shè)備、倉庫、物料傳遞、測(cè)量設(shè)備等的管理與控制;物流系統(tǒng)的調(diào)度與監(jiān)控等。數(shù)據(jù)信息管理與通訊子系統(tǒng)包括基于計(jì)算機(jī)硬件、系統(tǒng)軟件和支撐軟件的開發(fā)環(huán)境,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)通訊調(diào)度協(xié)議與硬件等。,2、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)遞階控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng),通常采用遞階控制體系結(jié)構(gòu)。圖64所示的是AMRF五層遞階控制結(jié)構(gòu)。,五層遞階控制結(jié)構(gòu)示意圖,§62智能機(jī)器人,機(jī)器人ROBOT是一種能夠模仿和執(zhí)行人類四肢操作與運(yùn)功能動(dòng)的機(jī)電計(jì)控一體化的多功能機(jī)器。機(jī)電計(jì)控機(jī)械、電子、儀器、計(jì)算機(jī)、控制智能機(jī)器人是一種能夠在各種環(huán)境下自主地或交互地執(zhí)行各種擬人任務(wù)的機(jī)器人。一、機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)1、組成任務(wù)四部分環(huán)境控制器執(zhí)行裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)高速機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu),,,智能機(jī)器人系統(tǒng)的典型框圖,二、機(jī)器人的分類,1、30年來,機(jī)器人經(jīng)歷了3代的發(fā)展。第一代示教再現(xiàn)型機(jī)器人第二代感覺型機(jī)器人第三代智能型機(jī)器人機(jī)器人的迅速發(fā)展是在1980年以后才開始的。此后,機(jī)器人的產(chǎn)量和產(chǎn)值都以平均每年2030的速度增長(zhǎng),世界機(jī)器人的需求每?jī)赡攴瓋煞?、機(jī)器人的分類操作機(jī)器人操作機(jī)器人是指具有移動(dòng)、操作的控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu),由操作人員遙控的機(jī)器人;,順序控制機(jī)器人順序控制機(jī)器人是指按照給出的信息順序操作的機(jī)器人;示教再現(xiàn)機(jī)器人示教再現(xiàn)機(jī)器人是指在操作控制下對(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)示教,然后可進(jìn)行重復(fù)操作的機(jī)器人;數(shù)控機(jī)器人數(shù)控機(jī)器人是指依照輸入的數(shù)字信息或程序來操作的機(jī)器人;智能機(jī)器人智能機(jī)器人是指通過人工智能決定自己動(dòng)作的機(jī)器人。后三類機(jī)器人越來越受到人們的歡迎。,三、機(jī)器人的研究領(lǐng)域,,機(jī)器人研究領(lǐng)域,傳感與感知系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)建??刂?自動(dòng)規(guī)劃與調(diào)度,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),其他領(lǐng)域,應(yīng)用研究,,,,,,,,,1、傳感器與感知系統(tǒng)傳感器與感知系統(tǒng)的研究包括各種新型傳感器的開發(fā),包括視覺、觸覺、聽覺、接近感、力覺、臨場(chǎng)感等;多傳感系統(tǒng)與傳感器融合;惡劣工況下的傳感技術(shù)傳感器數(shù)據(jù)集成連續(xù)語言理解與處理主動(dòng)視覺與高速運(yùn)動(dòng)視覺傳感系統(tǒng)軟化傳感器硬件模塊化,2、驅(qū)動(dòng)、建模與控制驅(qū)動(dòng)、建模與控制的研究包括超低慣性驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與交流驅(qū)動(dòng)離散事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的建模、控制與性能評(píng)價(jià)控制機(jī)理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制器接口控制算法在線控制和實(shí)時(shí)控制分組協(xié)調(diào)控制與群控自主操作與自主控制控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析聲音控制與語言控制,3、自動(dòng)規(guī)劃與調(diào)度環(huán)境模型的描述協(xié)調(diào)操作規(guī)則控制知識(shí)的表示裝配規(guī)則路徑規(guī)則基于傳感信息的規(guī)則任務(wù)規(guī)則任務(wù)協(xié)商與調(diào)度非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的調(diào)度制造系統(tǒng)中機(jī)器人的調(diào)度含有不確定性時(shí)的規(guī)劃,4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)智能機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)神經(jīng)計(jì)算機(jī)與并行計(jì)算機(jī)通用與專用計(jì)算機(jī)語言人機(jī)通訊標(biāo)準(zhǔn)化接口5、智能機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑和醫(yī)療中的應(yīng)用機(jī)器人在核能、高空、水下和其他危險(xiǎn)環(huán)境中的應(yīng)用采礦機(jī)器人,康復(fù)機(jī)器人軍用機(jī)器人排險(xiǎn)機(jī)器人和抗暴機(jī)器人災(zāi)難救援機(jī)器人機(jī)器人在CIMS和FMS中的應(yīng)用微電子機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與超微型機(jī)器人產(chǎn)品及其自動(dòng)加工的協(xié)同設(shè)計(jì)機(jī)器人,
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上傳時(shí)間:2024-01-06
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