1、第一章 概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中 的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控 制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。 1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。 2.计算机系统主要包括： A D 转换器 ，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机； DA 转换器 ，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压) 并送给直流 电机的放大部件； 数字计算机(包括硬件及相应软件 )，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑
2、管理，按 给定的算法程序产生相应的控制指令。 3.计算机控制系统的控制过程可以归结为： 实时数据采集，即 A/D 变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入； 实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令； 实时控制，即 D/A 变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。 4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。 5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规 律运行。 6.计算机控制系统的特性 系统规模有大有小 系统类型多种多样 系统造价有高有低 计算机控制系统不断推陈出新 7. 8.计算机控
3、制系统的分类 按功能分类 1) 数据处理系统 2) 直接数字控制（DDC） 3) 监督控制（SCC） 4) 分散型控制 5) 现场总线控制系统 按控制规律分类 1) 程序和顺序控制 2) 比例积分微分控制（PID） 3) 有限拍控制 4) 复杂控制 5) 智能控制 按控制方式分类 1) 开环控制 2) 闭环控制 9.计算机控制系统的结构和组成 10.计算机控制系统的组成 控制算法 软件 网络 硬件 11.硬件平台 运算处理与存储部分： CPU，存储器（RAM，ROM ， EPROM，FLASH-ROM，EEPROM 以及磁盘等） ， 时钟，中断，译码，总线 驱动等。 输入输出接口部分： 各种信
4、号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通 讯等。 人机对话部分： 包括显示（CRT，数码管，液晶等） ，键入（键盘，鼠标，触摸屏等） ，打印记录等。 12.硬件平台的设计、开发或应用选型应着重考虑的几个方面 可靠性 可维护性 成本 精度与外观 13.软件组成 测控软件 网络软件 管理软件 14.常用的编程工具 汇编语言 高级语言 组态语言 15.控制算法 控制算法是闭环控制的核心，是各种控制理论最后应用到工业现场的具体体现。不同的算 法往往适应不同的控制对象，好的算法稳定性好，适用面宽，参数整定方便。 16.网络 大型控制系统必然是计算机网络组成的，而计算机网络
5、的高速发展又为大型控制系统的构 成提供了更好的支持。由于现场总线技术的发展，小型控制系统也逐步网络化，其优点是 系统更可靠、更经济、维护跟方便。 17.计算机控制系统的性能指标 系统的稳定性 能控性和能观测性 动态指标 稳态指标 综合指标 18.计算机控制研究的课题 数学描述和分析方法 离散系统的性能分析 计算机控制系统的结构设计 计算机控制系统的算法设计 控制系统的计算机辅助计算和设计 19.计算机控制的发展方向 最优控制 自适应、自学习和自组织系统 系统辨识 分级控制 集散型控制 现场总线型控制 20.计算机控制系统优点 易实现复杂控制规律 计算机运算速度快、精度高、丰富的逻辑判断和存储能
6、力，容易实现复杂的控制规 律，如各种智能控制等，可以极大地提高系统性能。 计算机控制系统的性价比高 一台计算机可以实现复杂控制规律并可同时控制多个控制回路，因此，它的功能/ 价格比值较高。 适应性强灵活性高 控制算法是由软程序实现，通过修改或执行不同的软件可使系统具有不同性能，适 应性强，灵活性高。计算机是一种可编程的智能元件 。 一套硬件设计用于不同产品生产过程和对象的控制。 系统测量灵敏度高 数字式传感器，可以敏感微弱信号，提高测量灵敏度。 软件可以对传感器特性进行修正与补偿，提高了精度。 控制与管理容易结合实现更高层次的自动化 利用网络结构构成计算机控制与管理系统，实现生产过程与经营的管
7、理控制一体化。 系统可靠性和容错能力高 计算机控制系统实现自动检测和故障诊断较方便，提高了系统的可靠性和容错及维 修能力。 21.计算机控制系统一些缺点与不足 -抗干扰能力较低； -插入数字部件，信号复杂，设计实现有一定困难。 22.计算机控制系统的国外市场概况 可编程序控制器（PLC） 分布式控制系统（DCS） 工业 PC 机 PID 调节器 现场总线控制系统（FCS） 23.注意以下几点： 计算机控制系统中的控制器是用数字计算机和 A/D 及 D/A 转换器来实现的。 计算机控制系统重要的特点.注意计算机控制系统是一个混合信号系统。 计算机控制系统具有许多优点是一种柔性和智能化的系统 。广
8、泛用于国防、国 民经济各个领域中不可替代的各种系统。 计算机控制系统的理论分析和设计具有许多不同的特点 。 第二章 计算机控制系统的数学描述和分析方法，信号的采样及采样定理；差分方程与 z 变 换的关系与相互变换；脉冲传递函数及其应用；频率域描述；计算机控制系统的状态空间 描述；时间域特性与频率域特性分析方法。 1.采样过程 采样器就是不同形式的“开关” 2.采样定理（香农定理） 如果一个连续信号不包含高于频率 max 的频率分量（连续信号中所含频率分量的最高频率 为 max)，那么就完全可以用周期 T 2 max，那么就可以从采样信号中不失真地恢复原连续信号。 3.离散系统脉冲传递函数(z
9、传递函数)定义为： 在初始条件为零时，系统输出量 z 变换与输入量 z 变换之比 4.离散系统频率特性定义 频率特性：在正弦信号作用下，系统或环节的稳态输出与输入的复数之比随输入正弦信号 频率变化的特性。 5.由脉冲传递函数建立离散状态方程 串行法（又称迭代法） 并行法（又称部分分式法） 直接法 6.离散系统状态方程的求解 迭代法 z 变换法 7.计算机控制系统闭环状态方程 闭环系统的状态方程，可通过求取系统数字部分、广义被控对象及反馈部分的状态方程， 整理后得到。 8.系统稳定的充要条件 连续系统-特征根全在 s 左半平面,如有特征根在虚轴上，称作临界稳定，由于响应 不会依据需要收敛，因此，
10、系统也是不稳定的。 离散系统-特征根全部位于 z 平面单位圆内,即每一特征根的模值应小于 1： ()()CzGR()0.5280.5.611().)8YzzzGUA.4()()0.50zUzzz120.58()3.4Yz 9.离散系统稳定性检测 直接求取特征方程根 朱利代数稳定判据 10.采样周期与系统稳定性 离散系统的稳定性比连续系统差 。 采样周期也是影响稳定性的重要参数，一般来说，减小采样周期，稳定性增强。 11. 关于稳态误差，应注意以下几个概念： -系统的稳态误差只能在系统稳定的前提下求得。 -稳态误差为无限大并不等于系统不稳定，它只表明该系统不能跟踪所输入的信号， 或者说，跟踪该信
11、号时将产生无限大的跟踪误差。 -上述稳态误差是由系统的构造（如放大系数和积分环节等）及外界输入作用所决定 的原理误差。 -系统元部件精度仍可能引入稳态误差，计算机控制系统，由于 A/D 及 D/A 字长有限， 会带来附加的稳态误差。 第三章 计算机控制系统的经典设计，连续域 离散化的数字化设计基本原理及步骤；连 续控制器的离散化方法：一阶前向、后向差分近似法、Tustin 变换法、匹配 z 变换法；数 字 PID 控制、时滞补偿控制等。 1.连续域离散化设计的步骤如下： 第 1 步：根据系统的性能选择采样频率，设计抗混叠前置滤波器。 第 2 步：考虑 ZOH 的相位滞后，根据性能指标和连续域设
12、计方法，设计数字控制算法的等 效传递函数 Ddc(s) 。 -如所取采样频率较高，可略去 ZOH 的影响。 第 3 步：选择合适的离散化方法，将 Ddc(s)离散化，获得脉冲传递函数 D(z)，使两者性能尽 量等效。 第 4 步：检验计算机控制系统的闭环性能。如满足指标要求，进行下一步；否则，重新设 计。改进设计的途径有： -选择更合适的离散化方法。 -提高采样频率。 -修正连续域设计，如增加稳定裕度指标等。 第 5 步：将 D(z)变为数字算法，在计算机上编程实现。 2.离散化方法很多 数值积分法（置换法） -一阶向后差法 -一阶向前差法 -双线性变换法 -修正双线性变换法 零极点匹配法 保
13、持器等价法 z 变换法 (脉冲响应不变法) 3.数字 PID 的增量式算法 1)较为安全。一旦计算机出现故障，输出控制指令为零，执行机构的位置（如阀门的开度） 仍可保持前一步的位置，不会给被控对象带来较大的扰动。 2)计算时不需进行累加，仅需最近几次误差的采样值。 增量式算法的实质，就是根据误差三个时刻采样值，适当加权计算求得的，调整加 权值 A、 B、 C 即可获得不同的控制品质和精度。 4.数字 PID 控制算法改进 积分分离法 遇限削弱积分法 饱和停止积分法 反馈抑制积分饱和法 5.微分算法的改进 不完全微分的 PID 算式 微分先行 PID 第四章 计算机控制系统的状态空间设计，离散系
14、统的可控性与可达性；可观性与可重构性； 采样系统的可控可观性与采样周期的关系；状态反馈设计；状态观测器设计；调节器设计。 第五章 计算机控制系统的构建，计算机控制系统的硬件组成与输入/输出接口；测试信号 处理与实时软件编程；控制器算法的结构编排；控制器算法的程序实现。 1. 单板机、单片机、STD 工控机、PC 工控机和 PLC 构成的计算机控制系统，称它们为 单机控制系统并不表示它们不能连成网络，而是因为它们最初的应用都是以单机方式对生 产过程实施控制，并且作为单机控制系统更能体现它们在计算机控制领域的优势。 2.什么是总线式计算机控制系统 将各功能部分分别制做成独立的模板，通过总线完成 C
15、PU 对各模板的控制，这就是现今计 算机控制系统广泛采用的总线方案。 3.计算机控制系统使用标准总线后有如下好处 （1 ）使用标准总线的计算机控制系统必然是模板结构，系统构成灵活，可以根据工艺要求 方便地组成所需的控制系统。且维护十分方便。 （2 ）各生产厂家生产的产品 100%相互兼容，这样在一个系统中可以将同一总线标准的不 同厂家的模板安装在一个机箱中（一个母槽中）,同样可以在众多厂家的产品中选择最经济 的、最合适的模板。 （3 ）基于某种标准总线的模板总是类型繁多，用户的选择余地很大 4.控制系统总线标准 STD 总线标准、PC 总线标准、VME 总线标准等 5.一种总线标准包含四部分内
16、容 电气特性、机械特性、功能特性、规程特性。 6.STD 工控机系统的构成 7. 数据格式： 数据传送的常用格式有两种：二进制码和 ASCII 码。 8. 数据长度的确定： 数据长度确定大致有三种方法： 其一，按固定数据长度进行通讯，通讯时接收方和发送方各自独立计数，此方法最简单， 但灵活性太差。 其二，发送方在数据发送的结尾处发送特定字符，接收方受到该字符后，得知数据已发送 完毕。 其三，发送方在数据发送前先发送数据长度给接收方，接收方根据这一长度接收相应长度 的数据。 9. 数据校验： 尽管几乎所有的串行通讯通道都有奇偶校验功能，但仅靠字节的奇偶校验通讯的可靠性是 不能保证的，一般还加上异
17、或校验或和校验，异或校验就是发送方在发送数据的同时将所 有数据进行异或处理，并将异或结果在通讯结束前发送给接收方，接收方将所收到的数据 也做异或处理，然后与发送方送来的异或结果比较，确定通讯是否正确。和校验与异或校 验相似，只是数据做累加处理。这两种校验方式的好处就是编程简单，如果要追求更可靠 的校验方式，可选择 CRC ，一般在电厂控制系统和某些危险的化工控制场合中应用 10. 通讯中断处理： 由于串行通讯的速度较慢，如果在通讯过程中每向发送寄存器发送一个字节的数据，CPU 都循环等待该字节数据发送完毕，再发送下一字节，直到全部数据发送完毕，那么串行通 讯就会占用大量的 CPU 时间， CP
18、U 将无法完成实时控制的工作。 因此，通常下位机向上位机的定时通讯采用中断方式，即每次发送寄存器中的数据发送完 后，都向 CPU 发出中断请求， CPU 在串行中断服务程序中将下一字节的数据送到发送寄存 器。此外，下位机 CPU 也可以采用一种查询方式， CPU 在进行完一轮控制运算后，查询一 下发送寄存器是否空，如空，向发送寄存器送下一字节数据，如不空，则进行下一轮控制 运算。这种查询方式的缺点是上位机将花费大量的等待时间，或者上位机使用硬中断，加 大上位机的编程难度。 由于上位机向下位机的随机通讯不是经常进行，为了降低串行中断服务程序设计的复杂程 度，在工艺要求允许的情况下，此类通讯通常采
19、用查询方式 11.通讯缓冲区 一定要建立专门的接收缓冲区和发送缓冲区，不要把接收的数据直接送到目标单元。再内 存允许的情况下，缓冲区尽量大一些。 12.工业 PC 机的基本结构 13.工业 PC 机用于工业控制的优点 可抗冲击、振动，耐高温。 软件编程方便。 控制与管理充分集中。 成本低廉、维护方便。 模板种类众多。 操作简单、易学。 开放性好。 14.工业 PC 机的缺点和问题 难于构成大型控制系统。 现场接线不方便。 扩展性不好。 可靠性不是很高。 硬盘和电源易发生故障。 通常需要系统集成商支持。 15. 工业 PC 机与 STD 工业控制机相比不同之处在于 工业 PC 机用硬盘存放程序，
20、STD 工业控制 机一般使用 EPROM 存储器。 工业 PC 机应用时一般都使用彩色显示器，STD 工业控制机应用时一般不使用显示器。 工业 PC 机采用最通用的、功能很强的 DOS 操作系统和 Windows 环境，STD 工业控制机使 用的监控程序随 CPU 的不同而不同。 16.怎样建立一个 PC 控制系统？ 确定系统任务 提出系统的功能描述 在系统的功能描述中，应明确规定目标系统要干些什么 ，一般应包括如下内 容： (1) 信号的处理功能。信号的等级、类别、性质等。 (2) 控制功能。各个控制回路的组成、品质、参数。 (3) 管理功能。明确采用何种输出方式、格式。 (4) 报警功能。
21、信号越限报警（声、光） 。 设备选型及安装设计 开发用户控制程序 系统测试 功能修改和优化 17.单片机的特点 1 单片机片内存储器容量较小。一般 ROM 小于 4/8K 字节， RAM 小于 256 字节。 2 由于单片机是按工业标准来设计的，所以具有较高的可靠性。 3 系统易于扩展。 4 控制功能强。如转移指令，I/O 口的逻辑操作指令，位处理操作指令等。 5 一般单片机内无监控程序或操作系统，只存放用户调试好的用户程序，但近年来开始 出现了在片内固化有 BASIC，解释程序及 FORTH 操作系统的单片机。 6 一般单片机不具有自开发的能力，要借助于开发工具进行用户程序开发和系统调试。
22、18.单片机在控制领域的应用: 1 应用于智能化仪器、仪表及执行器，这类应用一般比较简单，主要实现信号采集，信 号处理，显示，以及信号输出等功能，充分利用单片机体积小和成本低的优点。开发此类 产品的关键点是如何解决现场供电问题，现场防水、防尘、抗振、抗电磁干扰问题，以及 尽可能缩小体积降低成本的问题。而硬件线路设计与软件编程往往要简单多了。 2 应用于中大型控制系统的智能接口板中。有很多集散控制系统，它们的 I/O 接口模板 均通过使用单片机设计成智能 I/O 板，优点是： 降低控制器主 CPU 的负担。 提高系统自检能力和故障报警能力。 降低软件开发难度。 3 构成单回路或多回路控制器，此时
23、的单片机从控制的角度来看才算是真正成为了主角。 在一个回路控制器中，必然有输入通道和输出通道，有控制算法，这一切都是由单片机控 制完成，最常见的是单回路温度控制器。 19.PLC 的特点： 可靠性高，抗干扰能力强。 接口模块功能强、品种多。 适应性强，使用面广。 编程方法简单、直观。 体积小、重量轻、功耗低。 20.PLC 的功能： 开关量控制 替代传统的继电器； 模拟量控制 可利用各种 A/D 和 D/A 转换模块实现； 定时控制与计数控制； 高级控制 可实现各种运动控制； 数据处理 具备整数运算指令，某些 PLC 还具备实数运算指令； 自诊断功能 PLC 能对电源、各模块、程序语法、运行状
24、态等进行自诊断并显 示，在发生异常时能自动终止运行； 通信联网功能 可将多台 PLC 连接起来，也可将 PLC 与其它计算机构成多级分 布式控制系统； 其它功能 可通过相应模块实现显示和打印功能。 21.PLC 的应用： PLC 已经广泛应用于汽车、钢铁、矿山、石油、电力、化工、建材、机械制造、轻纺工业、 交通运输、环境保护等各行各业。随着 PLC 性能价格比的不断提高，一些使用其他计算机 控制的场合，也渐渐地转向使用 PLC，PLC 的应用范围在不断扩大。 22. PLC 各组成部分的作用 1. 中央处理器模块（简称 CPU 或 CPU 单元） 作为整个 PLC 的核心，起着总指挥的作用。具
25、体功能是: (l) CPU 接收从编程器键入的用户程序和数据并送人存储器存储; (2)监视电源、PLC 内部电路的工作状态等; (3)诊断编程过程中的语法错误，对用户程序指令进行编译; (4)PLC 进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并执行该指令; (5)采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存人指定的寄存器中; (6)按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志值的状态和输出状态或数据寄存器的内 容; (7)根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口; (8)响应各种外围设备(如编程器、键盘、显示器、打印机等) 的请求。 2. 存储器 CMOS-SRAM EPROM
26、EEPROM 3. 输入/输出模块 4. 网络通信接口模块 5. 电源模块 6. 编程器 23. PLC 的技术指标 l输入/输出点数 是指 PLC 外接输入/输出的最大端子路数。由于 PLC 是可装配式结构，因此，同一 型号的输入/输出点数可大可小，输入点数与输出点数可以不同。这是最重要的一项技术指 标。 2扫描速度 一般以执行 1000 步所需时间作为一个单位，记 ms/kstep，有时也以执行一步的时 间来计算，记 s/step。 3内存容量 这是 PLC 能存放多少用户程序的一项指标。在 PLC 中，用户程序是按“步”( 一般 一条指令会包含若干步)来存放的，一 “步”占用一个地址单元
27、，而一个地址单元为两个字 节。如一个内存容量为 30k 步的 PLC，那么其内存容量为 60KB。 4 内部寄存器配置及容量 PLC 的内部有大量一般的和特殊的寄存器，用以分别存放变量状态、中间结果、 定时计数、链接、索引等数据。它可给用户提供许多特殊功能，以简化整个系统的设计。 因此， 内部寄存器的配置及容量也是衡量 PLC 硬件功能的一个指标。 5. 指令种类及条数 这是衡量 PLC 软件功能强弱的主要指标。PLC 具有的指令种类及条数越多，则其软 件功能越强，具体编程越灵活、越方便。 24. PLC 的分类 PLC 一般可按 I/O 点数和结构形式来分类。 按 I/O 总点数可分为超小型
28、、小型、中型、大型、超大型五类。一般超小型 PLC 仅含几十个 I/O 点，小型的含 256 点以下，如 FX2，FP1，GE-1，S5-100U 等，中型的 I/O 点数在 2562048 之间，FP3， GE-，S5-115U 等，大型的 I/O 点数在 20284096 之间，如 FP5，GE-，S5-135U/150U 等，超大型的 I/O 点数则在 4096 点以上，如 FP10/10SH。 按结构形式可分为： 整体式 模块式 叠装式 第六章 集散控制系统（ DCS） ，内容包括集散系统的体系结构，分布式系统的特点与递阶 层次。介绍几种典型的集散控制系统产品，TDC-3000，S90
29、00，CENTUM-XL 系统以及国产 HS-2000 系统。以一种典型系统为例介绍组态软件的功能和使用方法。 1.计算机控制系统 集中式控制计算机系统 分散式计算机控制系统 递阶控制系统 分布式计算机控制系统 集散控制系统 2. DCS 的产生过程 1. 仪表分散控制 2. 仪表集中控制 3. 计算机集中控制 4. 计算机集散控制 3. 控制三要素 传感器 控制器 执行器 4. 仪表分散控制 特点： 分散于生产现场，自成体系， 实现自治式的彻底分散控制。 优点： 危险分散， 一台仪表故障只影响一个控制点。 缺点： 简单的单回路控制； 操作工奔跑于生产现场巡回检查， 不便于集中操作管理； 只适
30、用于几个控制回路的小型系统。 5. 仪表类型 气动单元组合仪表 电动单元组合仪表 型仪表信号：010mADC 型仪表信号：420mADC 组件组装式仪表 6.仪表集中控制的 优点： 便于集中控制、监视、操作和管理， 危险分散， 一台仪表故障 只影响一个控制回路。 缺点： 安装成本高，消耗大量的管线和电线， 调试麻烦， 维护困难， 只适用于中、小型系统。 7. 计算机集中控制 优点： 便于集中监视、操作和管理， 既可以实现简单控制和复杂控制， 也可以实现优化控制， 适用于现代化生产过程的控制。 缺点： 危险集中，一旦计算机发生故障，影响面比较广， 轻者波及 1 台或几台生产设备， 重者使全厂瘫痪
31、。 如果采用双机冗余，则可提高可靠性， 但成本太高，难以推广应用。 8. DCS 的产生过程 分散型控制的危险分散，安全性好， 不便于集中监视、操作和管理； 集中型控制的危险集中，安全性差， 便于集中监视、操作和管理； 模拟仪表仅实现简单控制， 各控制回路之间无法协调， 难以实现中、大型系统的集中监视、操作和管理； 计算机可实现简单及复杂控制， 各控制回路之间统一协调， 便于集中监视、操作和管理。 9. 设计思想 分散控制 集中管理 10. 设计原则 分而自治 综合协调 11. DCS 构成 CS : 控制站 OS : 操作员站 ES : 工程师站 CNET：控制网络 SCS : 监控计算机站
32、 CG : 计算机网关 12. 4C 技术： 计算机(Computer) 通信(Communication) 屏幕显示(CRT) 控制(Control ) 13. DCS 功能 控制站： 信号输入输出 运算控制 实现 DDC 功能 操作员站： 供工艺操作员 对生产过程进行 监视、操作和管理， 实现 MMI 功能。 工程师站： 供控制工程师进行组态， 构成 DCS 系统， 生成控制回路和人机界面， 对 DCS 硬件和软件 进行维护和管理。 监控计算机站： 实现优化控制 实现自适应控制 实现预测控制 等等，先进控制算法 完成 SCC 功能。 计算机网关： 实现 DCS 网络 与其它网络的连接， 实
33、现网络互连与开放。 14.集散控制系统 集散控制系统(Total Distributed Control System)是分布控制系统的一种类型，是综合“集” 中监控、操作管理和分“散”测量控制系统的简称，在体系结构上与分布控制系统类似。 1975 年 Honeywell 公司首推的系统 TDC-2000，因其集中监视与分散控制相结合的特点而采 用集散控制系统这个名称，因此在多数商品化的分布控制系统也常统称集散控制系统。 集散控制系统是专门为大型过程控制系统设计的，功能强、造价高，十分可靠。其主要特 征是集中管理和分散控制。 15.集散控制系统的基本结构 控制 网络 管理 16.集散系统最基本
34、的结构形式 17.集散系统的特点与递阶层次 (1)集散控制系统都是由操作站、控制站和数据通信总线等构成的，用户可依据被控系统的 大小和需要，选用或配置不同规模的集散控制系统。 (2)集散控制系统都采用分布式结构形式，控制和故障相对分散，从根本上提高了系统长期 连续运行的能力和抗故障的能力。 (3)通过高速数据通信总线或局域网络，把检测、操作、监视、管理等部分，有机地连接成 一个整体，可以进行集中显示和操作，从而使系统组态和操作更为方便，并且大大提高了 排除系统故障及调整操作的速度。 (4)集散控制系统的处理器、内部总线、电源、控制用输入输出插件等多采用双重配置，系 统内部有很强的自诊断功能。在
35、集散控制系统的现场接口、人机接口、控制器等环节，采 用了冗余技术，在某些重要的控制回路中还采用手动作为备用，提高了系统的可靠性，这 对要求长期连续正常工作的石油化工过程等控制来说，是十分重要的。 (5)在体系结构上，一般采用递阶结构。不同的应用对象(如石化、电力、冶金等) 将集散控 制系统和通用计算机一起组成管理控制集成系统，即将计算机管理与控制系统集成在一起， 并划分成不同的层次，通常分成四层结构：直接控制级、过程监控级、生产管理级和经营 决策级。 18.计算机控制集成系统的分层结构 19.软件系统 集散系统的软件以组态软件为标志，不配备组态软件的集散控制系统是无法销售的。组态 软件可以划分
36、成三个部分：控制组态软件、管理组态软件、和操作监控软件。 20. 控制站处在集散控制系统的最底层，直接完成系统的现场控制任务，这里所说的控 制包含： 信号采集 信号处理 顺序控制 逻辑控制 闭环控制 批量控制 安全保护 故障报警 各种复杂控制 输出驱动等等 。 21.一个好的控制站应该具有以下特性 1 高可靠性 2 灵活性 3 易维护性 4 安装方便 22. 一个完整的控制站应该由以下几部分组成 控制器 电源系统 信号调理和接线 机柜和散热 23. 组态软件 一般可划分为三个组成部分：控制组态软件，管理组态软件，和管理操作软件。前两部分 通常由应用工程师使用，后一部分由现场操作员使用 第七章
37、现场总线控制系统，介绍现场总线构成特点，几种典型的现场总线如 FF 总线（协 议分析，系统构成） ，LONWORKS 总线（原理介绍） ，系统构成，应用实例） ，PROFIBUS 和 CAN 总线。 1. 现场总线简介 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它 的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影 响 2. 什么是现场总线 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。 3. 现场总线系统的技术特点 系统的开放性 互可操作性与互用性 现场设备的智能化与功能自治性 系统结构的高度分散性 对现场环境的适应性 4. 现场总线的优点 节省硬件数量与投资 节省安装费用 节省维护开销 用户具有高度的系统集成主动权 提高了系统的准确性与可靠性 5. 现场总线从根本上解决了三个问题 1 ) 信号的传递从模拟信号变为数字信号 2）控制系统彻底分散。 （故障风险彻底分散） 3）现场接线变得异常简单。 第八章 计算机控制系统工程设计的某些问题，介绍计算机控制系统的抗干扰措施和可靠性 设计（隔离抗干扰技术，信号线屏蔽，A/D 抗干扰设计，可靠性分析） 。
