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29054计算机控制技术及应用素材包第1章.ppt

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29054计算机控制技术及应用素材包第1章

1.8 计算机控制技术的发展 1.8.1 现代计算机技术对控制技术 1.8.2 计算机控制技术的发展动向 1.8.1 现代计算机技术对控制技术的影响 1)集中控制:以单片机、PLC、工控机为核心,总线采用S—100、STD等。 2)分级(集散)控制:多台微处理器分散在现场进行控制,采用总线作为高速数据通道。 3)分布式控制系统:开放性、网络化的控制系统。 1.8.1 现代计算机技术对控制技术的影响 图1-20 计算机技术与控制技术的发展历程比较 1.8.2 计算机控制技术的发展动向 1.结构网络化 2.控制分散化 3.节点智能化 4.系统集成化 1.8.2 计算机控制技术的发展动向 图1-21 未来工业控制系统的体系结构 1.结构网络化 以网络为依托,采取纵向分层、横向分散的策略,将控制区域内的各种设备连接在一起,使各组成部分协调工作,共同完成控制、管理和决策功能。 2.控制分散化 将控制功能下放到现场设备,现场进行数据的处理和管理,大大提高了系统的实时性和可靠性。同时,通过网络将各个现场设备连接成一个有机的整体,又保证了上层决策系统可以得到大量丰富的现场信息,便于进行适当而及时的决策,提高了系统的有效性和效率。 3.节点智能化 控制器、传感器、变送器、执行器等现场设备成为具有误差补偿、故障诊断、功能自治等特征的网络化智能节点,使控制系统具备远程系统调试、在线设备管理、实时生产监控、故障自动修复等能力,以适应降低控制系统使用和维护成本、提高系统可靠性和易用性的要求。 4.系统集成化 每种现场总线往往有自己的技术特点与应用领域。2007年10月各国IEC委员会投票通过的现场总线国际标准IEC 61158第四版中纳入了18种总线类型,多种总线共存已经成为不争的事实。从系统结构来看,实际应用中经常集成多种现场总线和工业无线技术共同构建控制系统。从系统组成来看,经常采用集成生产过程控制系统、生产制造执行系统、企业资源计划系统的多层次递阶控制系统。 (2)MES生产执行系统  6)控制接口与信息界面:与过程控制层的各个软硬件相连接,调用PLC、DCS、FCS、EPA或其他过程控制装备中的过程信息,并发出MES层根据生产计划和生产过程的实际状况作出的控制策略。 7)实时调度:包括基于模型、基于数据和基于知识的多种动态调度算法,利用流程模拟模型,针对供需变动、工艺切换、资源波动、设备故障变化等装置状况,实时地作出生产方案、工艺路线和资源分配,进行生产作业计划的优化调度,以最少的能耗、最高的安全性或最大的产品效益,确定各个生产装置的负荷。 8)质量管理:管理生产过程中所有与质量有关的信息,包括从过程控制系统获取的实时过程信息和质检部门的化验质检信息,对生产过程的全程进行质量监测、预报。 9)安全控制与管理:提供基于数据、模型和知识的生产过程故障诊断和预报、过程故障状态下运行模式的调整组态以及基于远程网络支持的安全事故处理等支持。 (2)MES生产执行系统  10)运行操作支持。 11)设备维护管理:提供重要设备的实时状态监控、设备故障预测、基于远程网络的设备技术咨询和备品采购等支持,实现对生产设备备件的库存管理。 12)生产流程模拟:以生产过程各类模块化模型为基础,提供MES中各个功能模块运行的可视化流程模拟支持。 13)资产动态管理:与企业资源管理中静态的资产管理相连接,对生产过程的中间库存和中间产品动态信息进行管理,提供动态成本和物流控制与管理的信息支持。 (3) PCS过程控制系统  PCS过程控制系统处理的对象是与生产过程有关的局部系统,包括生产装置、生产过程的控制和优化、生产系统的调度等,其目标是在总体指标的约束下,使某局部生产过程处于最优运行状态。 1.4.2 按控制规律分类 1.程序和顺序控制 2.比例积分微分控制(简称PID控制) 3.最少拍控制 4.复杂规律的控制 5.智能控制 1.程序和顺序控制 在程序控制中,被控制量是时间的函数,即被控制量按照预先规定的时间函数变化,如单晶炉的温度控制。 顺序控制可以看作是程序控制的扩展,在各个时期所给出的设定值可以是不同的物理量,而且每次设定值的给出,不仅取决于时间,还取决于对以前的控制结果的逻辑判断。 2.比例积分微分控制(简称PID控制) 控制器的输出是控制器输入的比例、积分、微分函数的组合。PID控制是现在应用最广、最为广大工程技术人员熟悉的技术。PID控制结构简单、参数容易调整,因此,无论模拟控制器或者数字控制器,多数使用PID控制规律。 3.最少拍控制 最少拍控制是要求设计的控制系统在尽可能短的时间里完成调节过程,达到稳定状态。最少拍控制通常用在数字随动系统的设计中。 4.复杂规律的控制 生产实践中控制系统除了给定值的输入外,还存在大量的随机扰动。对于存在随机扰动的系统,

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