工業(yè)控制計算機應(yīng)用高等過程控制第三篇

1、工業(yè)控制計算機及其應(yīng)用——IPC（industrial personal computer）,,第一章工業(yè)控制計算機的發(fā)展歷 (見參考書三),§1.1 概述 工業(yè)控制計算機的發(fā)展大致可分為以下幾個階段： 1.工控機的開創(chuàng)階段 50-60年代 2.小型工控機的發(fā)展時期 60-70年代 3. 工業(yè)微型計算機測量、控制系統(tǒng)和分散型工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展時期

2、70年代中期 4. 工業(yè)控制總線發(fā)展時期 80年代中期 如：STD總線； S-100總線 5.一體化的智能控制發(fā)展時期 機-電一體化 計控一體化 人-機一體化,§1.2 計算機與工業(yè)自動化,一、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展和完善，促進了—— 1.工廠自動化（FA） 2.農(nóng)業(yè)自動化（BA） 3

3、.辦公自動化（OA） 4.住宅自動化（HA） “4A”技術(shù)已經(jīng)成為國際上的熱門話題,二、工業(yè)控制計算機的應(yīng)用領(lǐng)域 ——工業(yè)過程的測、控自動化 工業(yè)過程控制是計算機的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域，也是一種不同于一般計算機應(yīng)用的領(lǐng)域。工控機正是為了滿足這一 特定的應(yīng)用領(lǐng)域而發(fā)展起來的。 工控機——現(xiàn)代工業(yè)實現(xiàn)自動化不可缺少的工具。 包括：航空、航天、核能、電力、煤炭、石油、化工、冶

4、金、機械、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、樓宇綜合自動化系統(tǒng) 5、其他,三、工業(yè)控制計算機的關(guān)鍵技術(shù)（9個方面）,,,,,,,,,,,,,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)商計算機聯(lián)用,網(wǎng)絡(luò)支持和管理,安全性,工業(yè)控制計算機的關(guān)鍵技術(shù),,§1

5、.3 我國工控機的研制與發(fā)展對策,一、我國工控機的發(fā)展概況 我國工控機有30多年的發(fā)展歷史，可分如下四個階段：,二、工控機的發(fā)展對策,我國工控機的發(fā)展對策為： （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)計技術(shù) 可靠性技術(shù) 硬

6、件工程 工程化技術(shù)— 軟件工程 測試工藝 （5）確定發(fā)展重點——功能模板、系統(tǒng)產(chǎn)品、實時軟件、配套 外圍產(chǎn)品a、分散型網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、中小型用戶同時發(fā)展

7、b、實時軟件的發(fā)展——軟件工程是是今后的重要任務(wù) c、外部設(shè)備是工控機的人-機聯(lián)系設(shè)備，要突出重點的發(fā)展。 （6）加快引進技術(shù)的消化吸收，做好國產(chǎn)化工作,,,,,,,,,§1.4 工控機系統(tǒng)的基本組成,.,第二章 工控機的體系結(jié)構(gòu) （ 參考書二）,§ 2.1 工控機的特點 工控機——工業(yè)控制機——工業(yè)計算機——IPC 用于——工業(yè)過程檢測、過

8、程控制、數(shù)據(jù)采集處理 （1）可靠性高 要求： 平均無故障時間（MTBF）達到幾萬小時 平均故障修復(fù)時間（MTTR）盡可能低 （2）實時性好 工控機需要配有實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTDOS） （3）環(huán)境適應(yīng)性強 工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，表現(xiàn)在： ▲ 電磁干擾 ▲

9、供電系統(tǒng)波動▲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、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調(diào)理功能 如： 隔離型、非隔離型信號調(diào)理 各類熱電偶、熱電阻信號輸入調(diào)理 電流、電壓信號

10、輸入/輸出信號調(diào)理 （5）系統(tǒng)的可擴展性好 （6）系統(tǒng)開放性好 便于：主機接口、網(wǎng)絡(luò)通訊、軟件兼容 、升級等方面遵守開放性原則， 便于:系統(tǒng)擴充、異機種連接、軟件的可移植和互換等,（7）控制軟件包功能強 要求： 工控軟件包—— 人機交互方便 畫面豐富

11、 具有系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)生成功能 實時和歷史趨勢記錄功能 實時報警及事故追憶功能 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、

12、 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 存儲器信息保護 手動/自動操作后備 緊急事故切換裝置等 （10）具有冗余性 例如：

13、 雙機工作（雙CPU） 雙機系統(tǒng) 雙控制站 雙操作站 雙網(wǎng)通信

14、 雙供電系統(tǒng) 雙電源 雙機切換功能 雙機監(jiān)視軟件,,工 控 機 圖 片,.,CONTEC公司產(chǎn)品,第三章 PC總線

15、工業(yè)控制機 （參考書二）,§ 3.1 PC總線工控機的機械結(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)計算機,工控機機械結(jié)構(gòu)圖,§ 3.2 工控機的底板 例:14槽PC/AT總線底板,.,§ 3.3 PC總線標

16、準規(guī)范,一、概述1.ISA總線就是AT總線，是在XT總線基礎(chǔ)上擴充設(shè)計的16位總線，尋址空間最大16MB，數(shù)據(jù)傳輸率16Mbps2.EISA（extend industrial standard architecture） 總線是32位總線，數(shù)據(jù)傳輸率32Mbps3.VL-BUSVESA也稱VESA總線，是ISA總線的簡單擴充，可以與ISA、EISA同時使用4.PCI總線是1993年Intel公司主導(dǎo)推出的，它支持并發(fā)CPU和總

17、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

18、線產(chǎn)品價格便宜。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4—5個PCI插槽。 結(jié)論：總之，目前市場上還是以ISA總線、PCI總線為主。,§ 3.3 PC總線工控機主要類型,（參考書一 第11頁）一、工控機的主要類型及功能 PC總線工控機 1.國內(nèi)主要工控機產(chǎn)品

19、 STD總線工控機 VME總線工控機 其中： PC總線工控機發(fā)展最快，所以在此介紹PC總線工控機。 影響較大的三家工控機公司：臺灣研華公司（ADVANDECH） advantech日本康泰克公司（CONTEC） ict北京康拓公司

20、 controlchina深圳研祥 Evoc北京中泰 ztic. 臺灣威達 大眾等,,二、工控機主要類型,BOX-PC（盒式工業(yè)控制機）PANEL（盤式工業(yè)控制機）ISA總線IPC機VESA總線IPC機PCI總線IPC機工業(yè)級工作站新型工業(yè)控制計算機PC-104總線工控機,二、工控機主要類型,,二、工控機主要類型,,二、工控機主要類型——一體化工控機,,二、工控

21、機主要類型,。,二、工控機主要類型,,二、工控機主要類型,,新型結(jié)構(gòu)工業(yè)控制計算機特點： （1） WINDOWS監(jiān)控畫面與實時性相結(jié)合 問題： WINDOWS操作系統(tǒng)的人機界面是十分友好的，但是實時性較差。 方法：為了提高實時性，在體系結(jié)構(gòu)上采用多處理機結(jié)構(gòu)，這些處理機均掛接在PC總線上。 主處理機運行WINDOWS操作系統(tǒng)，用于支持人機界面，多個從處理機分別執(zhí)行是市、實時

22、數(shù)據(jù)采集、順序控制功能。IPC-90可支持6個從處理機并行工作，極大的提高了整機的實時性。 （2）VEM工業(yè)結(jié)構(gòu)（直插式結(jié)構(gòu)）與PC總線相結(jié)合 每一個模塊均帶有小型的指示面板，便于運行維護及部件的維修更換。,（3）標準化的模塊式體系結(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、

23、通用智能I/O模塊等 （4）IPC與PLC接線方式結(jié)合 （5）標準的通信網(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),.,.,,,,,,§ 3.4 外圍接口產(chǎn)品,（參考書一，P18）一、概述 1、應(yīng)用計算機對生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備進行檢測，首先要把各種測量參數(shù)送入計算機，計算機對這些采樣數(shù)據(jù)進行一系列的計算機處理后將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出。 計算機的輸出結(jié)果是

24、以數(shù)字量的形式輸出的，還必須轉(zhuǎn)換成可對生產(chǎn)過程進行控制的量。 因此，構(gòu)成一個工業(yè)控制系統(tǒng)，除了IPC主機外，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)劣同樣對整個系統(tǒng)具有舉足輕重的影響，選購時應(yīng)該考慮的問題：質(zhì)量 軟件支持能力 價格 后繼開發(fā)和服務(wù)能力 不能選擇：過渡性質(zhì)的試驗產(chǎn)品,輸入信號： 被測參數(shù)（壓力、溫

25、度、液面高度等）——測量一次元件—— 變送器——電信號（電流或電壓）——信號轉(zhuǎn)換（如0-5V的電壓信號）——模擬量輸入模板（模/數(shù)轉(zhuǎn)換）——數(shù)字量輸入模板（整形）——計算機 輸出信號： 計算機處理后的輸出（數(shù)字量）——數(shù)字量輸出模（標準的電壓信號）——模擬量輸出模板（數(shù)/模轉(zhuǎn)換） 執(zhí)行機構(gòu),,,二、模擬量輸入模板,1、模

26、/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)簡述在當前的數(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。對應(yīng)的常用轉(zhuǎn)換方式為： 計數(shù)比較式—線路簡單，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

27、 數(shù)字/電壓轉(zhuǎn)換器 比較器 時序 控制電路等,,４．

28、舉例：.A/D轉(zhuǎn)換板ＰＣ－６３３０ PC-6330,三、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——生產(chǎn)現(xiàn)場的各種兩態(tài)開關(guān)信號，即高低電平信號。數(shù)字量模板完成工業(yè)現(xiàn)場的各類開關(guān)信號的輸入/輸出控制。是進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 、

29、 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)中的輸入點和輸出 點較少時）使用注意：“輸入共陰”——信號源的一端與光隔離的某一點相連，另一端接電源的負極

30、“輸出共陽”——將輸出的一端與電源的正極相連，另一端與負載相連。,,,舉例：開關(guān)量輸入卡6405,2、信號調(diào)理（Signal conditioning）板,作用：（1）將現(xiàn)場來的輸入信號經(jīng)過隔離、放大，成為工控機所能接受的統(tǒng)一信號電平（2）將計算機的輸出信號經(jīng)過放大、隔離，轉(zhuǎn)換成工業(yè)現(xiàn)場所需的信號電平。 進行電平的移位。 例如： 開關(guān)型測量信號 頻率脈沖型測量信號 調(diào)理成標準信號0-5V、0

31、-1V 連續(xù)型信號 計算機的數(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 4——16通道不等 可供選擇通信波特率 75~56000bps不等,5、遠程I/O模塊,遠程I/O模塊是近年來新發(fā)展起來的新型模板，它可以直接

32、被放置在現(xiàn)場，將現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，然后經(jīng)遠程通信線路傳送給計算機作進一步的處理。 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成組地與通信網(wǎng)絡(luò)連接，大大減少了現(xiàn)場接線的成本。 目前，遠程I/O模塊的通信網(wǎng)絡(luò)采用RS-485標準總線，今后將向現(xiàn)場總線（Field BUS）方向發(fā)展。,。,5、遠程I/O模塊,,,。,。,遠程I/O模塊連接圖,第四章 控制系統(tǒng)中的采集控制軟件

33、 §4.1 概述（參考書一）,在實時工業(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)劣與整個系統(tǒng)關(guān)系是極大的，并在很大程度上決定了整個控制系統(tǒng)的運行效率和各項性能指標的最終實現(xiàn)。 也就是說，為了實現(xiàn)特定的目標，需要進行應(yīng)用程序的設(shè)計和開發(fā)。 過去……

34、現(xiàn)在的做法……,3、控制軟件包 (ONSPEC control pack) 控制軟件包用來在電腦里直接數(shù)字控制（DIRECT DIQITAL CONTROL）。（1）算法包括：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 1 FOR 3 ANN標準PID Standard PID誤差平方 Error-sq

35、uared PID積分分離 Integral-tracking PID斜波 Ramp積分 Integrator超前滯后 Lead-Lag二階濾波

36、 Second order filter純滯后 Dead time線性 Linear比率 Ratio,高選 （High Slect）低選 （ Low Slect）中選

37、 （Middle Slect）限制 （Limit）輸入 （ Loader） （2）控制結(jié)構(gòu)包括：反饋控制 （Feedback Control)前饋控制 (Feedforward Control)串級控制 (Cascade Control)史密斯濾波 (Smith Predictor)比率控制

38、 (Ratio Control)監(jiān)督控制 (Supervisory Control)設(shè)定值控制 (Setpoint Control),4、PID自適應(yīng)調(diào)節(jié)包 （ONSPEC PID Self-Tuner）該軟件包括以下功能：在線閉環(huán)調(diào)節(jié) (Online Close-LOOP Tuning)在線開環(huán)調(diào)節(jié) (Online Open-LOOP Tuni

39、ng)批量觸發(fā)調(diào)節(jié) (Batch Based Tuning)過程模型分析 (Process Model Analysis)用戶調(diào)節(jié)指導(dǎo) (Advisory MODE)自動熱啟動 (Automatic Startup Warm Start),§4.4 實時工業(yè)控制軟件包FIX,FIX DMACS 控制軟件由美國Intettution公司推出，是一種執(zhí)

40、行數(shù)據(jù)采集和控制、報警圖形數(shù)據(jù)顯示等功能的完整的工業(yè)自動化軟件。有單機及分布式版本，可對生產(chǎn)過程進行全面的控制。 FIX DMACS Windows是在Windows環(huán)境中運行的版本。 1、主要功能（1） 數(shù)據(jù)采集和控制功能：FIX DMACS提供了一個幫助監(jiān)控生產(chǎn)過程的實時數(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)場采集到，通過對實時數(shù)據(jù)的操作實現(xiàn)監(jiān)視或控制功

41、能。,（2） 統(tǒng)計過程控制：統(tǒng)計選項提供圖表和基于實時處理數(shù)據(jù)的報警功能，操作員可以監(jiān)視和調(diào)整生產(chǎn)過程。（3）圖象化組態(tài)：FIX DMACS允許使用圖象化的組態(tài)方式進行系統(tǒng)控制配置而不需編程，容易開發(fā)和維護應(yīng)用系統(tǒng)。（4） 報警和報警管理：FIX DMACS 對生產(chǎn)過程進行持續(xù)的監(jiān)視并對潛在的問題環(huán)節(jié)進行及時報警。 使用者可通過報警組態(tài)定義所需的報警上下限值。報警信息可由畫面或打印機輸出，并形成報警文件予以存

42、儲，并自動記錄操作信息。 FIX DMACS 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，操作員可以很快進行確認，分析和判斷報警，進行需要的過程調(diào)整操作，并可直接從計算機上根據(jù)圖象監(jiān)視調(diào)整結(jié)果。（5）歷史趨勢： FIX DMACS 提供的歷史數(shù)據(jù)和趨勢顯示功能可供進行離線分析過程數(shù)據(jù)之用。 歷史趨勢顯示功能可用曲線方式表示各種趨勢，并可表現(xiàn)不同變量之間動態(tài)關(guān)系。

43、 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，以便進行進一步的詳細分析。（6）安全保護：FIX DMACS 提供了用戶操作的安全功能，使之能夠控制對系統(tǒng)應(yīng)用和數(shù)據(jù)的訪問。用戶可被定義為獨立特權(quán)和組特權(quán)，系統(tǒng)同時自動生成跟蹤文件。,（7）交叉平臺集成功能：FIX DMACS For Windows可以很容易地與FIX DMACS的DOS，OS/2，VMS版本連接在一起，由FIX DMACS采集的實時數(shù)據(jù)可被連接到同

44、一網(wǎng)絡(luò)中的所有平臺共享 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行最優(yōu)化混合組態(tài)，取得最佳效果。 FIX DMACS GUI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（Windows，OS/2，VMS）之間實現(xiàn)傳遞和共享，從而大大簡化了多個操作系統(tǒng)共存時的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。（8）分布式數(shù)據(jù)庫管理：FIX DMACS可根據(jù)應(yīng)用需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到需要

45、這些數(shù)據(jù)的節(jié)點機上。 這樣，在網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點上，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，并確保當前數(shù)據(jù)就是用于決策分析的所需數(shù)據(jù)。 FIX DMACS的分布式結(jié)構(gòu)還允許在不停機的情況下方便地擴充系統(tǒng)配置。,§4.5 實時工業(yè)控制軟件包__組態(tài)王,制作一個工程的一般過程 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）

46、4.建立動畫連接5.運行和調(diào)試需要說明的是，這五個步驟并不是完全獨立的，事實上，這四個部分常常是交錯進行的。在用組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)編制工程時，要依照此過程考慮三個方面：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際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。數(shù)據(jù) 怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對象的各種屬性？也就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對象的各種屬性，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

47、是什么？也就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運行，以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。,§5.5 工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟,一、 確定系統(tǒng)任務(wù)必須針對控制對象的工作過程和工藝流程進行分析歸納，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、選擇工控機主機和外圍設(shè)備主機——考慮運算速度、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

48、主要的控制算法，確定控制對象的各種控制量，并描述好與其對應(yīng)的輸出量間的數(shù)學關(guān)系，這就是控制量的數(shù)學形式，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去。2、根據(jù)控制要求和算法需要進行存儲器容量、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)計的重要內(nèi)容。應(yīng)根據(jù)控制對象的要求確定I/O通道點數(shù)和類型。 包括I/O通道中的位數(shù)長度、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸速率，數(shù)據(jù)采集和

49、傳輸所需的I/O通道的數(shù)量等。4、中斷方式和優(yōu)先級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 其它工控機應(yīng)用,§6.1 計算機集成制造系統(tǒng)一、計算機集成制造或計算機集成制造系統(tǒng)的含義 計算機集成制造和計算機綜合制造（CIM—computer Integrated Mannufacturi

50、ng）是在1973年由美國Joseph Harrington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。 計算機集成制造是一種組織、管理與運行企業(yè)生產(chǎn)的新哲理。 它借助計算機硬、軟件技術(shù)，綜合運用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(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)營管理三大要素及其信息與物流有機集成并優(yōu)化運行，

51、 以實現(xiàn)產(chǎn)品的高質(zhì)量、地消耗，從而使企業(yè)在激烈的市場競爭中保持不敗。圖6-1是計算機集成制造的三要素示意圖。,,圖6.1 計算機集成制造的三要素示意圖,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS—computer Integrated Mannufacturing Systems）是基于CIM組成的系統(tǒng)。 它是通過計算機硬、軟件技術(shù)，并綜合運用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)、將企

52、業(yè)生產(chǎn)全過程中人、技術(shù)、經(jīng)營管理三大要素及其信息與物流有機集成并優(yōu)化運行的綜合自動化系統(tǒng)。 圖6-2是計算機集成制造系統(tǒng)及其信息與物流組成的系統(tǒng)示意圖。,,圖6-2 計算機集成制造系統(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)實際情況，各企業(yè)中實現(xiàn)的計算機集成制造系統(tǒng)在規(guī)模、組成、實現(xiàn)途徑及運行模式等方面將各有差異。 目前，計算機集成制造系統(tǒng)有多種分類方法。 按設(shè)計時間相

53、對產(chǎn)品發(fā)送周期可分為： 庫存生產(chǎn)型（Production Tostock）、成批生產(chǎn)型（Variant Mass Production）和作業(yè)定單生產(chǎn)型（Job Order Production）。 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： 局部計算機集成制造系統(tǒng)、全面計算機繼承制造系統(tǒng)等。,二、計算機集成制造系統(tǒng)的組成、功能和結(jié)構(gòu)1、計

54、算機集成制造系統(tǒng)的功能 計算機集成制造系統(tǒng)的功能如圖6-3所示,一般，計算機集成制造系統(tǒng)可分為四個子系統(tǒng)： 管理經(jīng)營子系統(tǒng)、工程分析/設(shè)計子系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)信息管理、 與通訊子系統(tǒng)。 每個子系統(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

55、的流動。經(jīng)營管理子系統(tǒng)包括—— （1）經(jīng)營分析決策（企業(yè)規(guī)劃、年度生產(chǎn)經(jīng)營計劃等）； （2）銷售管理（市場、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)計劃、能力平衡、計劃執(zhí)行和評估等）； （5）人事管理（工時定額、勞資、勞資、勞動力、培訓(xùn)計劃等）；,（6）財務(wù)管理（成本、資金、帳目、收支、財務(wù)計劃等）；（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

56、信息、質(zhì)量法規(guī)控制執(zhí)行）等 工程分析與設(shè)計子系統(tǒng)包括—— 工程分析、產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、工具設(shè)計、數(shù)控編程等。 對離散型制造業(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—— 基于計算機硬件、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)

57、絡(luò)通訊調(diào)度協(xié)議與硬件等。,2、計算機集成制造系統(tǒng)遞階控制系統(tǒng) 計算機集成制造系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，通常采用遞階控制體系結(jié)構(gòu)。圖6-4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,§6.2 智能機器人,機器人——Robot是一種能夠模仿和執(zhí)行人類四肢操作與運功能動的機電計控一體化的多功能機器。 機電計控——機械、電子、儀器、計算機、控制智能機器人——是一種能夠在各種環(huán)境下自主地或交互地執(zhí)

58、行各種擬人任務(wù)的機器人。一、機器人的體系結(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)行機構(gòu) 高速機構(gòu)

59、 關(guān)節(jié)機構(gòu),,,智能機器人系統(tǒng)的典型框圖,二、機器人的分類,1、30年來，機器人經(jīng)歷了3代的發(fā)展。 第一代：示教再現(xiàn)型機器人第二代：感覺型機器人第三代：智能型機器人 機器人的迅速發(fā)展是在1980年以后才開始的。此后，機器人的產(chǎn)量和產(chǎn)值都以平均每年20%~30%的速度增長，世界機器人的需求每兩年翻兩翻。2、機器人的分類操作機器人 操作機器人是指具有

60、移動、操作的控制器和執(zhí)行機構(gòu)，由操作人員遙控的機器人；,順序控制機器人 順序控制機器人是指按照給出的信息順序操作的機器人；示教再現(xiàn)機器人 示教再現(xiàn)機器人是指在操作控制下對機器人進行運動示教，然后可進行重復(fù)操作的機器人；數(shù)控機器人 數(shù)控機器人是指依照輸入的數(shù)字信息或程序來操作的機器人；智能機器人 智能機器人是指通過人工智能決定自己動作的機器人。 后三類機器人越來越受

61、到人們的歡迎。,三、機器人的研究領(lǐng)域,,機器人研究領(lǐng)域,傳感與感知系統(tǒng),驅(qū)動建模控制,自動規(guī)劃與調(diào)度,計算機系統(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視覺與高速運動視覺傳感系統(tǒng)軟化傳感器硬件模塊化,2、驅(qū)動、建模與

62、控制驅(qū)動、建模與控制的研究包括：超低慣性驅(qū)動電機直接驅(qū)動與交流驅(qū)動離散事件驅(qū)動系統(tǒng)的建模、控制與性能評價控制機理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制器接口控制算法在線控制和實時控制分組協(xié)調(diào)控制與群控自主操作與自主控制控制系統(tǒng)動力學分析聲音控制與語言控制,3、自動規(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)中機器人的調(diào)度含有