1、 1.1 1.1 概述概述 工业控制计算机的发展大致可分为以下几个阶段：工业控制计算机的发展大致可分为以下几个阶段：1.1.工控机的开创阶段工控机的开创阶段 50-6050-60年代年代 2.2.小型工控机的发展时期小型工控机的发展时期 60-7060-70年代年代 3.3.工业微型计算机测量、控制系统和分散型工工业微型计算机测量、控制系统和分散型工业控制系统发展时期业控制系统发展时期 7070年代中期年代中期 4.4.工业控制总线发展时期工业控制总线发展时期 8080年代中期年代中期 如：如：STDSTD总线；总线；S-100S-100总线总线 5.5.一体化的智能控制发展时期一体化的智能控
2、制发展时期 机机-电一体化电一体化 计控一体化计控一体化 人人-机一体化机一体化 一、电子技术、计算机技术、通讯技术、控制技电子技术、计算机技术、通讯技术、控制技术的发展和完善，促进了术的发展和完善，促进了 1.1.工厂自动化（工厂自动化（FAFA）2.2.农业自动化（农业自动化（BABA）3.3.办公自动化（办公自动化（OAOA）4.4.住宅自动化（住宅自动化（HAHA）“4A4A”技术已经成为国际上的热门话题技术已经成为国际上的热门话题 二、工业控制计算机的应用领域二、工业控制计算机的应用领域 工业过程的测、控自动化工业过程的测、控自动化 工业过程控制是计算机的一个重要的应用领域，也工业过
3、程控制是计算机的一个重要的应用领域，也是一种不同于一般计算机应用的领域。工控机正是为了是一种不同于一般计算机应用的领域。工控机正是为了满足这一满足这一 特定的应用领域而发展起来的。特定的应用领域而发展起来的。工控机工控机现代工业实现自动化不可缺少的工具。现代工业实现自动化不可缺少的工具。包括：航空、航天、核能、包括：航空、航天、核能、电力电力、煤炭、石油、化、煤炭、石油、化工、冶金、机械、电子、交通、轻工、纺织等工、冶金、机械、电子、交通、轻工、纺织等 举例：举例：1 1、电力生产电力生产 2 2、化工过程、化工过程 3 3、航空航天、航空航天 4 4、楼宇综合自动化系统楼宇综合自动化系统 5
4、 5、其他其他 环境考虑环境考虑过程过程 I/O总线总线性能性能应用接口应用接口可靠性可靠性/可用性可用性迁移策略迁移策略多供应商计算机联用多供应商计算机联用网络支持和管理网络支持和管理安全性安全性工业控制计算机的关键技术工业控制计算机的关键技术一、我国工控机的发展概况一、我国工控机的发展概况 我国工控机有我国工控机有30多年的发展历史，可分如下四多年的发展历史，可分如下四个阶段：个阶段：巡回检测与数据采集阶段巡回检测与数据采集阶段集中型（单机）控制阶段集中型（单机）控制阶段分散型（分布式）控制阶段分散型（分布式）控制阶段计算机集成控制与管理阶段计算机集成控制与管理阶段第一阶段第一阶段第二阶段
5、第二阶段第三阶段第三阶段第四阶段第四阶段我国工控机的发展对策为：我国工控机的发展对策为：（1）建立产业）建立产业 （2）发展阶段性原则）发展阶段性原则 （3）以应用促发展）以应用促发展 （4）技术上要突出）技术上要突出 开放系统设计技术开放系统设计技术 可靠性技术可靠性技术 硬件工程硬件工程 工程化技术工程化技术 软件工程软件工程 测试工艺测试工艺 （5）确定发展重点）确定发展重点功能模板、系统产品、实时软件、配套功能模板、系统产品、实时软件、配套 外围产品外围产品a、分散型网络化控制系统、中小型用户同时发展、分散型网络化控制系统、中小型用户同时发展b、实时软件的发展、实时软件的发展软件工程是
6、是今后的重要任务软件工程是是今后的重要任务 c、外部设备是工控机的人、外部设备是工控机的人-机联系设备，要突出重点的发展。机联系设备，要突出重点的发展。（6）加快引进技术的消化吸收，做好国产化工作）加快引进技术的消化吸收，做好国产化工作.测测 控控 对对 象象 传感器传感器 执行机构执行机构信号预处理信号预处理 信号转换信号转换DIA/DDOD/ACPU存储器存储器人人-机接口机接口系统支持功能系统支持功能终端终端 计算机基本系统计算机基本系统过程过程I/O系统系统总线总线现场部分现场部分 工工 控控 机机 系系 统统 部部 分分 2.1 工控机的特点 工控机工控机工业控制机工业控制机工业计算
7、机工业计算机IPC 用于用于工业过程检测、过程控制、数据采集处理工业过程检测、过程控制、数据采集处理 （1）可靠性高）可靠性高 要求：要求：平均无故障时间（平均无故障时间（MTBF）达到几万小时）达到几万小时 平均故障修复时间（平均故障修复时间（MTTR）尽可能低）尽可能低 （2）实时性好）实时性好 工控机需要配有实时多任务操作系统（工控机需要配有实时多任务操作系统（RTDOS）（3）环境适应性强）环境适应性强 工业现场环境恶劣，表现在：工业现场环境恶劣，表现在：电磁干扰电磁干扰 供电系统波动接供电系统波动接“地地”系统复杂共模、系统复杂共模、串模干扰温度串模干扰温度/湿度变化大另外要求：防尘
8、、防腐蚀、防震动、湿度变化大另外要求：防尘、防腐蚀、防震动、耐冲击耐冲击 （4）过程输入和输出配套较好）过程输入和输出配套较好 l具有丰富的多种功能的具有丰富的多种功能的I/O配套模板配套模板 如：如：模拟量、开关量、脉冲量、频率量的模拟量、开关量、脉冲量、频率量的I/O模板模板l具有多种类型的信号调理功能具有多种类型的信号调理功能 如：如：隔离型、非隔离型信号调理隔离型、非隔离型信号调理 各类热电偶、热电阻信号输入调理各类热电偶、热电阻信号输入调理 电流、电压信号输入电流、电压信号输入/输出信号调理输出信号调理 （5）系统的可扩展性好）系统的可扩展性好 （6）系统开放性好）系统开放性好 便于
9、：主机接口、网络通讯、软件兼容便于：主机接口、网络通讯、软件兼容、升级等方、升级等方面遵守开放性原则，面遵守开放性原则，便于便于:系统扩充、异机种连接、软件的可移植和互换系统扩充、异机种连接、软件的可移植和互换等等 （7）控制软件包功能强）控制软件包功能强 要求：要求：工控软件包工控软件包l 人机交互方便人机交互方便l 画面丰富画面丰富l 具有系统组态和系统生成功能具有系统组态和系统生成功能l 实时和历史趋势记录功能实时和历史趋势记录功能l 实时报警及事故追忆功能实时报警及事故追忆功能l 具有丰富的控制算法：如：具有丰富的控制算法：如：经典经典PID、模糊控制、模糊控制、神经元网络、神经元网络
10、、优化、优化、自适应、自适应、自整定、自整定、在线自诊断等在线自诊断等 （9）后备措施齐全）后备措施齐全 包括：包括：供电后备供电后备 存储器信息保护存储器信息保护 手动手动/自动操作后备自动操作后备 紧急事故切换装置等紧急事故切换装置等 （10）具有冗余性）具有冗余性 例如：例如：双机工作（双双机工作（双CPU）双机系统双机系统 双控制站双控制站 双操作站双操作站 双网通信双网通信 双供电系统双供电系统 双电源双电源 双机切换功能双机切换功能 双机监视软件双机监视软件.CONTEC公司产品 3.1 PC总线工控机的机械结构总线工控机的机械结构 PC总线总线 ISA总线、总线、VESA总线、总
11、线、PCI总线的总线的统称统称工业工业PC（IPC）是以是以PC总线为基础构成的工业计算总线为基础构成的工业计算机机.一、概述一、概述1.ISA总线就是总线就是AT总线，是在总线，是在XT总线基础上扩充设计的总线基础上扩充设计的16位总线，寻址空间最大位总线，寻址空间最大16MB，数据传输率，数据传输率16Mbps2.EISA（extend industrial standard architecture）总线是总线是32位总线，数据传输率位总线，数据传输率32Mbps3.VL-BUSVESA也称也称VESA总线，是总线，是ISA总线的简单扩充，总线的简单扩充，可以与可以与ISA、EISA同时
12、使用同时使用4.PCI总线是总线是1993年年Intel公司主导推出的，它支持并发公司主导推出的，它支持并发CPU和总线主控部件操作，支持和总线主控部件操作，支持64位奔腾（位奔腾（Pentium）处理器。这是目前普遍应用的总线。处理器。这是目前普遍应用的总线。5.比较结论：目前在市场上，最成熟的总线比较结论：目前在市场上，最成熟的总线ISA总线总线 发展主流总线发展主流总线PCI总线总线 理由：理由：lISA总线结构的总线结构的I/O接口卡种类多、品种全，已经发展接口卡种类多、品种全，已经发展了很多年。了很多年。lISA总线已被绝大多数的工控机工作人员接受和掌握。总线已被绝大多数的工控机工作
13、人员接受和掌握。lISA总线基本能够满足多数工业控制领域的要求。总线基本能够满足多数工业控制领域的要求。lISA总线产品价格便宜。总线产品价格便宜。l在要求速度高的外设使用中，可采用在要求速度高的外设使用中，可采用PCI总线，一般总线，一般的总线底板有的总线底板有45个个PCI插槽。插槽。结论：结论：总之，目前市场上还是以总之，目前市场上还是以ISA总线、总线、PCI总线为主。总线为主。（参考书一（参考书一 第第11页）页）一、工控机的主要类型及功能一、工控机的主要类型及功能 PC总线工控机总线工控机 1.国内主要工控机产品国内主要工控机产品 STD总线工控机总线工控机 VME总线工控机总线工
14、控机 其中：其中：PC总线工控机发展最快，所以在此介绍总线工控机发展最快，所以在此介绍PC总线工控机。总线工控机。影响较大的三家工控机公司：影响较大的三家工控机公司：l台湾研华公司（台湾研华公司（ADVANDECH）http:/l日本康泰克公司（日本康泰克公司（CONTEC）http:/l北京康拓公司北京康拓公司 http:/l深圳研祥深圳研祥 http:/www.El北京中泰北京中泰 http:/.l台湾威达台湾威达 大众等大众等lBOX-PC（盒式工业控制机）（盒式工业控制机）lPANEL（盘式工业控制机）（盘式工业控制机）lISA总线总线IPC机机lVESA总线总线IPC机机lPCI总线
15、总线IPC机机l工业级工作站工业级工作站l新型工业控制计算机新型工业控制计算机lPC-104总线工总线工控机 。新型结构工业控制计算机新型结构工业控制计算机特点：特点：（1）WINDOWS监控画面与实时性相结合监控画面与实时性相结合 问题：问题：WINDOWS操作系统的人机界面是十分友好操作系统的人机界面是十分友好的，但是实时性较差。的，但是实时性较差。方法：为了提高实时性，在体系结构上采用多处理机方法：为了提高实时性，在体系结构上采用多处理机结构，这些处理机均挂接在结构，这些处理机均挂接在PC总线上。总线上。主处理机运行主处理机运行WINDOWS操作系统，用于支持人机操作系统，用于支持人机界
16、面，多个从处理机分别执行是市、实时数据采集、顺界面，多个从处理机分别执行是市、实时数据采集、顺序控制功能。序控制功能。IPC-90可支持可支持6个从处理机并行工作，极个从处理机并行工作，极大的提高了整机的实时性。大的提高了整机的实时性。（2）VEM工业结构（直插式结构）与工业结构（直插式结构）与PC总线相结合总线相结合 每一个模块均带有小型的指示面板，便于运行维护每一个模块均带有小型的指示面板，便于运行维护及部件的维修更换。及部件的维修更换。（3）标准化的模块式体系结构）标准化的模块式体系结构 便于故障模块的更换，特别是能够进行模便于故障模块的更换，特别是能够进行模块的带电插拔。块的带电插拔。
17、例如：主控模块、显示模块、网络模块、软盘模例如：主控模块、显示模块、网络模块、软盘模块、硬盘模块、模拟量、数字量输入块、硬盘模块、模拟量、数字量输入/输出模块、输出模块、通用智能通用智能I/O模块等模块等（4）IPC与与PLC接线方式结合接线方式结合（5）标准的通信网络，便于构成）标准的通信网络，便于构成DCS系统。系统。.（参考书一，（参考书一，P18）一、概述一、概述 1、应用计算机对生产现场的设备进行检测，首先要、应用计算机对生产现场的设备进行检测，首先要把各种测量参数送入计算机，计算机对这些采样数据进把各种测量参数送入计算机，计算机对这些采样数据进行一系列的计算机处理后将结果数据输出。
18、行一系列的计算机处理后将结果数据输出。计算机的输出结果是以数字量的形式输出的，还必计算机的输出结果是以数字量的形式输出的，还必须转换成可对生产过程进行控制的量。须转换成可对生产过程进行控制的量。因此，构成一个工业控制系统，除了因此，构成一个工业控制系统，除了IPC主机外，主机外，还需要配备还需要配备各种用途的各种用途的I/O接口产品接口产品。这类产品的性能。这类产品的性能优劣同样对整个系统具有举足轻重的影响，选购时应该优劣同样对整个系统具有举足轻重的影响，选购时应该考虑的问题：质量考虑的问题：质量 软件支持能力软件支持能力 价格价格 后继开发和服务能力后继开发和服务能力 不能选择：过渡性质的试
19、验产品不能选择：过渡性质的试验产品 输入信号：输入信号：被测参数（压力、温度、液面高度等）被测参数（压力、温度、液面高度等）测量一次元测量一次元件件 变送器变送器电信号（电流或电压）电信号（电流或电压）信号转换（如信号转换（如0-5V的电压信号）的电压信号）模拟量输入模板（模模拟量输入模板（模/数转换）数转换）数字量输入模板（整形）数字量输入模板（整形）计算机计算机 输出信号：输出信号：计算机处理后的输出（数字量）计算机处理后的输出（数字量）数字量输出模数字量输出模（标准的电压信号）（标准的电压信号）模拟量输出模板（数模拟量输出模板（数/模转换）模转换）执行机构执行机构1、模、模/数转换技术简
20、述数转换技术简述在当前的数据采集在当前的数据采集/转换系统中，多采用专用的转换系统中，多采用专用的A/D转换芯转换芯片。对应的常用转换方式为：片。对应的常用转换方式为：l 计数比较式计数比较式线路简单，转换速度慢；线路简单，转换速度慢；l 双斜率积分式双斜率积分式精度高，也常被采用；精度高，也常被采用；l逐次逼近式模逐次逼近式模/数转换技术数转换技术兼顾速度和精度，应用最兼顾速度和精度，应用最为普遍。为普遍。逐次逼近式模逐次逼近式模/数转换电路组成：数转换电路组成：逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器 数字数字/电压转换器电压转换器 比较器比较器 时序时序 控制电路等控制电路等l举例：.A/D转换板
21、PC-6330 三、模拟量输出模板 1、数字量输入、数字量输入/输出模板输出模板 开关量信号开关量信号生产现场的各种两态开关信号，即高低电平生产现场的各种两态开关信号，即高低电平信号。数字量模板完成工业现场的各类开关信号的输入信号。数字量模板完成工业现场的各类开关信号的输入/输出控输出控制。是进行顺序控制所必须的。制。是进行顺序控制所必须的。数字量模板数字量模板 非隔离型非隔离型TTL电平电平，抗干扰能力差抗干扰能力差 隔离型隔离型 光电隔离光电隔离、磁电隔离磁电隔离 数字量输入板数字量输入板数字量模板数字量模板 数字量输出板数字量输出板 数字量双向通道板数字量双向通道板 （用于系统中的输入点
22、和输出（用于系统中的输入点和输出 点较少时）点较少时）使用注意：使用注意：“输入共阴输入共阴”信号源的一端与光隔离的某一点相连，另一端接信号源的一端与光隔离的某一点相连，另一端接电源的负极电源的负极“输出共阳输出共阳”将输出的一端与电源的正极相连，另一端将输出的一端与电源的正极相连，另一端与负与负载相连。载相连。l举例：开关量输入卡6405 作用：作用：（1）将现场来的输入信号经过隔离、放大，成为工控）将现场来的输入信号经过隔离、放大，成为工控机所能接受的统一信号电平机所能接受的统一信号电平（2）将计算机的输出信号经过放大、隔离，转换成工）将计算机的输出信号经过放大、隔离，转换成工业现场所需的
23、信号电平。业现场所需的信号电平。进行电平的移位。进行电平的移位。例如：例如：开关型测量信号开关型测量信号 频率脉冲型测量信号频率脉冲型测量信号 调理成标准信号调理成标准信号0-5V、0-1V 连续型信号连续型信号 计算机的数据端口计算机的数据端口。1)属于外围模板属于外围模板2)作用：沟通作用：沟通PC与与PC之间、之间、PC与其它设备之间与其它设备之间的数据通信的数据通信3)分为：智能型、非智能型两种分为：智能型、非智能型两种4)通信方式通信方式 484/232方式或两种方式兼而有之方式或两种方式兼而有之5)通信口通信口 416通道不等通道不等 可供选择可供选择6)通信波特率通信波特率 75
24、56000bps不等不等 远程远程I/O模块是近年来新发展起来的新型模板，模块是近年来新发展起来的新型模板，它可以直接被放置在现场，将现场信号转换成数它可以直接被放置在现场，将现场信号转换成数据信号，然后经远程通信线路传送给计算机作进据信号，然后经远程通信线路传送给计算机作进一步的处理。一步的处理。由于各模块均是隔离的，因此，可将这些来自由于各模块均是隔离的，因此，可将这些来自不同模块的信号成组地与通信网络连接，大大减不同模块的信号成组地与通信网络连接，大大减少了现场接线的成本。少了现场接线的成本。目前，远程目前，远程I/O模块的通信网络采用模块的通信网络采用RS-485标标准总线，今后将向现
25、场总线（准总线，今后将向现场总线（Field BUS）方向）方向发展。发展。远程I/O模块连接图 在实时工业控制系统中，高质量的硬件体系在实时工业控制系统中，高质量的硬件体系固然是十分重要的，但是，要完成控制任务，最固然是十分重要的，但是，要完成控制任务，最终还要靠控制软件的执行来完成。终还要靠控制软件的执行来完成。因此，应用软件的性能优劣与整个系统关系因此，应用软件的性能优劣与整个系统关系是极大的，并在很大程度上决定了整个控制系统是极大的，并在很大程度上决定了整个控制系统的运行效率和各项性能指标的最终实现。的运行效率和各项性能指标的最终实现。也就是说，为了实现特定的目标，需要进行也就是说，为
26、了实现特定的目标，需要进行应用程序的设计和开发。应用程序的设计和开发。过去过去 现在的做法现在的做法 3、控制软件包、控制软件包(ONSPEC control pack)控制软件包用来在电脑里直接数字控制（控制软件包用来在电脑里直接数字控制（DIRECT DIQITAL CONTROL）。）。（1）算法包括：）算法包括：l人工神经网络控制人工神经网络控制 1 FOR 3 ANNl标准标准PID Standard PIDl误差平方误差平方 Error-squared PIDl积分分离积分分离 Integral-tracking PIDl斜波斜波 Rampl积分积分 Integratorl超前滞后
27、超前滞后 Lead-Lagl二阶滤波二阶滤波 Second order filterl纯滞后纯滞后 Dead timel线性线性 Linearl比率比率 Ratio高选高选 （High Slect）低选低选 （Low Slect）中选中选 （Middle Slect）限制限制 （Limit）输入输入 （Loader）（2）控制结构包括：）控制结构包括：反馈控制反馈控制 （Feedback Control)前馈控制前馈控制 (Feedforward Control)串级控制串级控制 (Cascade Control)史密斯滤波史密斯滤波 (Smith Predictor)比率控制比率控制 (Ra
28、tio Control)监督控制监督控制 (Supervisory Control)设定值控制设定值控制 (Setpoint Control)4、PID自适应调节包自适应调节包 （ONSPEC PID Self-Tuner）该软件包括以下功能：该软件包括以下功能：l在线闭环调节在线闭环调节 (Online Close-LOOP Tuning)l在线开环调节在线开环调节 (Online Open-LOOP Tuning)l批量触发调节批量触发调节 (Batch Based Tuning)l过程模型分析过程模型分析 (Process Model Analysis)l用户调节指导用户调节指导 (Ad
29、visory MODE)l自动热启动自动热启动 (Automatic Startup Warm Start)FIX DMACS 控制软件由美国控制软件由美国Intettution公司推出，公司推出，是一种执行数据采集和控制、报警图形数据显示等功是一种执行数据采集和控制、报警图形数据显示等功能的完整的工业自动化软件。有单机及分布式版本，能的完整的工业自动化软件。有单机及分布式版本，可对生产过程进行全面的控制。可对生产过程进行全面的控制。FIX DMACS Windows是在是在Windows环境中运行的环境中运行的版本。版本。1、主要功能、主要功能（1）数据采集和控制功能：数据采集和控制功能：F
30、IX DMACS提供了一个帮提供了一个帮助监控生产过程的实时数据库。助监控生产过程的实时数据库。数据可以以文本、模拟量或数字量的形式从控制现数据可以以文本、模拟量或数字量的形式从控制现场采集到，通过对实时数据的操作实现监视或控制功场采集到，通过对实时数据的操作实现监视或控制功能。能。（2）统计过程控制：统计选项提供图表和基于实时处理统计过程控制：统计选项提供图表和基于实时处理数据的报警功能，操作员可以监视和调整生产过程。数据的报警功能，操作员可以监视和调整生产过程。（3）图象化组态：）图象化组态：FIX DMACS允许使用图象化的组态允许使用图象化的组态方式进行系统控制配置而不需编程，容易开发
31、和维护应方式进行系统控制配置而不需编程，容易开发和维护应用系统。用系统。（4）报警和报警管理：报警和报警管理：FIX DMACS 对生产过程进行持对生产过程进行持续的监视并对潜在的问题环节进行及时报警。续的监视并对潜在的问题环节进行及时报警。使用者可通过报警组态定义所需的报警上下限值。使用者可通过报警组态定义所需的报警上下限值。报警信息可由画面或打印机输出，并形成报警文件予以报警信息可由画面或打印机输出，并形成报警文件予以存储，并自动记录操作信息。存储，并自动记录操作信息。FIX DMACS 的操作员画面为生产过程提供了快速的操作员画面为生产过程提供了快速的、直观的分析工具。的、直观的分析工具
32、。据此，操作员可以很快进行确认，分析和据此，操作员可以很快进行确认，分析和判断报警，进行需要的过程调整操作，并可直接判断报警，进行需要的过程调整操作，并可直接从计算机上根据图象监视调整结果。从计算机上根据图象监视调整结果。（5）历史趋势：）历史趋势：FIX DMACS 提供的历史数据和提供的历史数据和趋势显示功能可供进行离线分析过程数据之用。趋势显示功能可供进行离线分析过程数据之用。历史趋势显示功能可用曲线方式表示各种趋历史趋势显示功能可用曲线方式表示各种趋势，并可表现不同变量之间动态关系。势，并可表现不同变量之间动态关系。由历史数据形成的历史文件也可被输出到其由历史数据形成的历史文件也可被输
33、出到其他的管理程序中，以便进行进一步的详细分析。他的管理程序中，以便进行进一步的详细分析。（6）安全保护：）安全保护：FIX DMACS 提供了用户操作的提供了用户操作的安全功能，使之能够控制对系统应用和数据的访安全功能，使之能够控制对系统应用和数据的访问。用户可被定义为独立特权和组特权，系统同问。用户可被定义为独立特权和组特权，系统同时自动生成跟踪文件。时自动生成跟踪文件。（7）交叉平台集成功能：）交叉平台集成功能：FIX DMACS For Windows可以很容易可以很容易地与地与FIX DMACS的的DOS，OS/2，VMS版本连接在一起，由版本连接在一起，由FIX DMACS采集的实
34、时数据可被连接到同一网络中的所有平台共享采集的实时数据可被连接到同一网络中的所有平台共享 这种灵活性使用户可兼顾考虑不同的操作系统的成本和相应这种灵活性使用户可兼顾考虑不同的操作系统的成本和相应的功能，选择其中所需功能进行最优化混合组态，取得最佳效果。的功能，选择其中所需功能进行最优化混合组态，取得最佳效果。FIX DMACS GUI上生成的数据库、操作员画面和历史文件上生成的数据库、操作员画面和历史文件能够在不同的操作平台（能够在不同的操作平台（Windows，OS/2，VMS）之间实现传）之间实现传递和共享，从而大大简化了多个操作系统共存时的网络设置。递和共享，从而大大简化了多个操作系统共
35、存时的网络设置。（8）分布式数据库管理：）分布式数据库管理：FIX DMACS可根据应用需要将数据发送可根据应用需要将数据发送到需要这些数据的节点机上。到需要这些数据的节点机上。这样，在网络的每一个节点上，不需要数据库的拷贝，使网这样，在网络的每一个节点上，不需要数据库的拷贝，使网络数据流量减至最少，并确保当前数据就是用于决策分析的所需络数据流量减至最少，并确保当前数据就是用于决策分析的所需数据。数据。FIX DMACS的分布式结构还允许在不停机的情况下方便地的分布式结构还允许在不停机的情况下方便地扩充系统配置。扩充系统配置。l制作一个工程的一般过程制作一个工程的一般过程 l建立新组态王工程的
36、一般过程是：l1.设计图形界面（定义画面）设计图形界面（定义画面）l2.定义设备定义设备l3.构造数据库（定义变量）构造数据库（定义变量）l4.建立动画连接建立动画连接l5.运行和调试运行和调试l需要说明的是，这五个步骤并不是完全独立的，事实上，这四个部分常常是交错进行的。在用组态王画面开发系统编制工程时，要依照此过程考虑三个方面：l图形图形 用户希望怎样的图形画面？也就是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。l数据数据 怎样用数据来描述工控对象的各种属性？也就是创建一个具体的数据库，此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性，比如温度，压力等。l连接连接 数据和图形画面中的
37、图素的连接关系是什么？也就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令。一、一、确定系统任务必须针对控制对象的工作过程和工艺流程进行分确定系统任务必须针对控制对象的工作过程和工艺流程进行分析归纳，明确具体要求，确定系统所要完成的任务析归纳，明确具体要求，确定系统所要完成的任务.形成说明书。形成说明书。二、选择工控机主机和外围设备二、选择工控机主机和外围设备主机主机考虑运算速度、寻址范围、环境适应性等都满足要求；外考虑运算速度、寻址范围、环境适应性等都满足要求；外形：涉及到安装方式。形：涉及到安装方式。三、确定总体方案三、确定总体方案 1、确定主要的控制算法
38、，确定控制对象的各种控制量，并描述好、确定主要的控制算法，确定控制对象的各种控制量，并描述好与其对应的输出量间的数学关系，这就是控制量的数学形式，也与其对应的输出量间的数学关系，这就是控制量的数学形式，也称为控制算法。称为控制算法。软件产品中带有算法库可供调用，用户也可以添加一些特殊的软件产品中带有算法库可供调用，用户也可以添加一些特殊的算法进去。算法进去。2、根据控制要求和算法需要进行存储器容量、主要是内存区域分、根据控制要求和算法需要进行存储器容量、主要是内存区域分配。配。3、确定过程输入输出通道，是总体设计的重要内容。应根据控制、确定过程输入输出通道，是总体设计的重要内容。应根据控制对象
39、的要求确定对象的要求确定I/O通道点数和类型。通道点数和类型。包括包括I/O通道中的位数长度、数据转换和传输速率，数据采集通道中的位数长度、数据转换和传输速率，数据采集和传输所需的和传输所需的I/O通道的数量等。通道的数量等。4、中断方式和优先级别的确定、中断方式和优先级别的确定l程序处理中断程序处理中断灵活，但速度慢灵活，但速度慢l用硬件处理中断用硬件处理中断响应速度快，但要配备中断控制部件响应速度快，但要配备中断控制部件l用中断处理的专用模板来解决用中断处理的专用模板来解决5、系统总线的选择、系统总线的选择 6.1 计算机集成制造系统计算机集成制造系统一、计算机集成制造或计算机集成制造系统
40、的含义一、计算机集成制造或计算机集成制造系统的含义 计算机集成制造和计算机综合制造（计算机集成制造和计算机综合制造（CIMcomputer Integrated Mannufacturing）是在）是在1973年由美国年由美国Joseph Harrington博士首先提出的。博士首先提出的。20多年来，多年来，CIM的概念不断丰富，但是至今尚无权威性的的概念不断丰富，但是至今尚无权威性的定义。定义。计算机集成制造是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理。计算机集成制造是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理。它借助计算机硬、软件技术，综合运用现代管理技术、制造它借助计算机硬、软件技术，综合运用现代
41、管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术、将企业生产全过技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术、将企业生产全过程中人、技术、经营管理三大要素及其信息与物流有机集成并优程中人、技术、经营管理三大要素及其信息与物流有机集成并优化运行，化运行，以实现产品的高质量、地消耗，从而使企业在激烈的市场竞以实现产品的高质量、地消耗，从而使企业在激烈的市场竞争中保持不败。图争中保持不败。图6-1是计算机集成制造的三要素示意图。是计算机集成制造的三要素示意图。经营经营 人人/机机构机机构技术技术图图6.1 计算机集成制造的三要素示意图计算机集成制造的三要素示意图 计算机集成制造系统（计算机集成制造
42、系统（CIMScomputer Integrated Mannufacturing Systems）是基于）是基于CIM组成组成的系统。的系统。l 它是通过计算机硬、软件技术，并综合运用现代管它是通过计算机硬、软件技术，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术、将企业生产全过程中人、技术、经营管理三大要技术、将企业生产全过程中人、技术、经营管理三大要素及其信息与物流有机集成并优化运行的综合自动化系素及其信息与物流有机集成并优化运行的综合自动化系统。统。l 图图6-2是计算机集成制造系统及其信息与物流组成是计算机集成制造
43、系统及其信息与物流组成的系统示意图。的系统示意图。图图6-2 计算机集成制造系统及其信息与物流组成的系统示意图计算机集成制造系统及其信息与物流组成的系统示意图战略战略 综合综合 制造制造 用户和用户和 供应者供应者 全面全面 质量质量 管理管理雇员雇员产品 值得注意的是，根据企业实际情况，各企业中实值得注意的是，根据企业实际情况，各企业中实现的计算机集成制造系统在规模、组成、实现途径及现的计算机集成制造系统在规模、组成、实现途径及运行模式等方面将各有差异。运行模式等方面将各有差异。目前，计算机集成制造系统有多种分类方法。目前，计算机集成制造系统有多种分类方法。l 按设计时间相对产品发送周期可分
44、为：按设计时间相对产品发送周期可分为：库存生产型（库存生产型（Production Tostock）、成批生产型）、成批生产型（Variant Mass Production）和作业定单生产型（）和作业定单生产型（Job Order Production）。）。l 按企业生产方式可分为：连续型、离散型和混合型。按企业生产方式可分为：连续型、离散型和混合型。l按包含的企业生产过程中环节的范围又可分为：按包含的企业生产过程中环节的范围又可分为：局部计算机集成制造系统、全面计算机继承制造系局部计算机集成制造系统、全面计算机继承制造系统等。统等。二、计算机集成制造系统的组成、功能和结构二、计算机集成制
45、造系统的组成、功能和结构1、计算机集成制造系统的功能、计算机集成制造系统的功能l 计算机集成制造系统的功能如图计算机集成制造系统的功能如图6-3所示所示l 经营管理子系统经营管理子系统人件人件 硬件硬件 软件软件 工程分析工程分析/设计子系统设计子系统人件人件 硬件硬件 软件软件 数据数据/信息管理与通讯子系统信息管理与通讯子系统 人件人件 硬件硬件 软件软件 人件人件 硬件硬件 软件软件 制造子系统制造子系统仓库仓库 传送传送 加工加工 装配装配 检测检测 发送发送 物流物流信息流信息流信息流信息流 一般，计算机集成制造系统可分为四个子系统：一般，计算机集成制造系统可分为四个子系统：管理经营
46、子系统、工程分析管理经营子系统、工程分析/设计子系统、设计子系统、数据信息管理、数据信息管理、与通讯子系统。与通讯子系统。每个子系统皆由人、硬件、软件组成。各子系统间有信息流每个子系统皆由人、硬件、软件组成。各子系统间有信息流交换与集成。交换与集成。在制造子系统在制造子系统中还有物料（原材料、外购器件、零部件、自制中还有物料（原材料、外购器件、零部件、自制件、外购部件、半成品、产品）及工具的流动。件、外购部件、半成品、产品）及工具的流动。经营管理子系统包括经营管理子系统包括（1）经营分析决策（企业规划、年度生产经营计划等）；）经营分析决策（企业规划、年度生产经营计划等）；（2）销售管理（市场、
47、定单、合同执行、销售分析等）；）销售管理（市场、定单、合同执行、销售分析等）；（3）物料管理（采购、库存、物料供应等）；）物料管理（采购、库存、物料供应等）；（4）生产管理（生产计划、能力平衡、计划执行和评估等）；）生产管理（生产计划、能力平衡、计划执行和评估等）；（5）人事管理（工时定额、劳资、）人事管理（工时定额、劳资、劳资、劳动力、培训计划等）；劳资、劳动力、培训计划等）；（6）财务管理（成本、资金、帐目、收支、财务计划等）；）财务管理（成本、资金、帐目、收支、财务计划等）；（7）资源管理（物资、设备等）；）资源管理（物资、设备等）；（8）质量管理（质量保证体系、质量信息、质量法规控制执
48、行）质量管理（质量保证体系、质量信息、质量法规控制执行）等等 工程分析与设计子系统工程分析与设计子系统包括包括 工程分析、产品设计、工艺规划、工具设计、数控编程等。工程分析、产品设计、工艺规划、工具设计、数控编程等。对离散型制造业，制造子系统包括车间、单元、工作站作业对离散型制造业，制造子系统包括车间、单元、工作站作业调度与监控；工具、加工设备、仓库、物料传递、测量设备等的调度与监控；工具、加工设备、仓库、物料传递、测量设备等的管理与控制；物流系统的调度与监控等。管理与控制；物流系统的调度与监控等。数据信息管理与通讯子系统数据信息管理与通讯子系统包括包括 基于计算机硬件、系统软件和支撑软件的开
49、发环境，数据库基于计算机硬件、系统软件和支撑软件的开发环境，数据库管理系统以及网络通讯调度协议与硬件等。管理系统以及网络通讯调度协议与硬件等。2、计算机集成制造系统递阶控制系统、计算机集成制造系统递阶控制系统l 计算机集成制造系统是一个复杂的大系统，通常采计算机集成制造系统是一个复杂的大系统，通常采用递阶控制体系结构。图用递阶控制体系结构。图6-4所示的是所示的是AMRF五层递阶五层递阶控制结构。控制结构。五层递阶控制结构示意图五层递阶控制结构示意图 工厂工厂 加工车间加工车间 装配车间装配车间 1单元单元 N单元单元 铣削铣削 工作站工作站 铣削铣削 工作站工作站 物料储运物料储运 工作站工
50、作站 机机器人器人 铣床铣床 零件零件存储器存储器 机机器人器人 检检验机验机 零件零件存储器存储器 机机器人器人 机器机器人小车人小车 传传送器送器机器人机器人Robot是一种能够模仿和执行人类四肢操作与运功能动是一种能够模仿和执行人类四肢操作与运功能动的的机电计控机电计控一体化的多功能机器。一体化的多功能机器。机电计控机电计控机械、电子、仪器、计算机、控制机械、电子、仪器、计算机、控制智能机器人智能机器人是一种能够在各种环境下自主地或交互地执行各种是一种能够在各种环境下自主地或交互地执行各种拟人任务的机器人。拟人任务的机器人。一、机器人的体系结构一、机器人的体系结构1、组成、组成 任务任务
