1.4.5 计算机集成制造系统 CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）
计算机集成制造系统既能完成直接面向过程的控制和优化 任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管 理的任务。 系统按其功能自上而下可以分成过程直接控制层、过程优 化监控层、生产调度层、企业管理层和经营决策层等。 系统除了常见的过程直接控制、先进控制与过程优化控制 功能以外，还具有生产管理、收集经济信息、计划调度和产品 订货、销售、运输等非传统控制的各种功能。因此计算机集成 制造系统所要解决的不仅是局部最优问题，而是一个工厂、一 个企业乃至一个区域的总目标或总任务的全局多目标最优，即 企业综合自动化问题。
（6）自动化仪表
自动化仪表主要包括测量元件、检测仪表、调节仪表、 执行机构等。直接将输入和输出通道与工业对象发生联系。
2. 软件组成
计算机控制系统的软件通常由系统软件和应用软件组成。 （1）系统软件 系统软件完成人机交互、资源管理和系统维护等功能。 通常包括操作系统、编译程序和诊断程序等，具有一定的 通用性，一般由计算机生产商提供。 （2）应用软件 应用软件则是专门开发用来完成程序控制、数据采集及处 理、巡回检测及报警等规定任务的各种程序。 一般是由计算机控制系统设计人员根据所确定的硬件系统 和软件环境来开发编写。
进行控制调节。当SCC计算机出现故障时，可由模拟调节器
独立完成操作。
2．SCC+Байду номын сангаасDC的控制系统 该系统实际上是一个两级控制系统。SCC计算机可完成 顶级的最优化分析和计算，并给出最佳控制值送给DDC级执 行控制过程。两级计算机之间通过通信接口进行信息联系。 当DDC级计算机发生故障时，SCC级计算机可以完成DDC的 控制功能，使系统可靠性得到了提高。 在监督计算机控制系统中，监督计算机（SCC计算机） 按照生产过程的数学模型及原始工艺信息，计算出最佳给定 值，送给模拟调节器或以直接数字控制方式工作的计算机 （DDC计算机），最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产 过程，从而使生产过程始终处于最优工况。
4. 互操作性 不同厂商生产的设备，只要其遵守的是一个协议标准，则 可以相互操作，打破了传统的DCS产品互不兼容的缺点，方便 了用户。 5. 风险分散性 现场总线是一种全新的分布式控制系统的体系结构。从根 本上改变了集中式计算机控制系统和现有的DCS集中、分散相 结合的集散控制系统的体系结构，减轻了主计算机的负担和风 险，现场单元具有更高的智能特性，因此，简化了结构，提高 了可靠性。 6. 环境适应性强 现场总线对现场环境的适应性优于其他系统。它工作在生 产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境 而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、 电力线等传输介质，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实 现供电与通信，可满足安全防暴要求等。
现场总线控制系统特点 1. 全数字化 无论是现场底层的传感器、执行器、控制器之间的信号传 输，还是与上层工作站之间的信息交换，全部采用数字信号。 2. 开放性 开放是指系统对某种标准的一致、公开和对该标准的共同 遵守程度。现场总线是开放的，从总线的标准、产品检验到信 息发布都是公开的，面向所有的产品制造商和用户。因此，它 可以和任何厂商生产的同一标准的系统、设备相连，进行信号 传递和通讯，用户可以共享网络资源。 3. 智能化 由于现场总线设备具有内置高性能的微处理器，因此它具 有测量、变送、信号调理、运算、控制、通讯等功能，是一种 底层智能设备，可完成自动控制系统的各种功能，且具有逻辑 判断能力。
2. 控制的实时性好 工控机对生产过程进行实时控制和监测，因此要求它必 须实时地响应控制对象各种参数的变化，当发生异常时能及 时处理和报警。因此需要配有实时操作系统和中断系统。
3. 环境适应性强 工控机一般来说都安装在控制现场，所处的环境往往比 较恶劣。这就要求工控机具有防尘、防潮、防腐蚀、耐高温 以及抗震动等能力。 4. 输入和输出通道配套好 工控机要有丰富的输入和输出通道配套模板，如模拟量、 开关量、脉冲量、频率量等输入和输出模板。具有多种类型 的信号调理功能，如各类热电偶、热电阻信号的输入调理等。
1.4.2 直接数字控制系统 DDCS（Direct Digital Control System）
系统特点: 1. 计算机巡回检测、采集被控对象的多个参数, 处理后输出相 关数据； 2. 计算机将检测结果与设定值进行比较，按一定的控制规律 进行运算；操作人员根据计算机的输出数据进行控制操作； 3. 计算机根据运算结果直接控制执行机构； 4. 计算机重复上述过程，使被控参数达到预定要求。 直接数字控制系统为闭环控制结构。 计算机不仅能完全取代模拟调节器，实现多回路的参数 调节，而且不需要改变硬件，只通过改变程序就能有效地实 现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等，因此直接数 字控制系统设计灵活方便，经济可靠。
（2） I/O接口 I/O接口是计算机与被控对象进行信息交换的纽带。 计算机通过I/O接口与外部设备进行数据交换。目前大多 数I/O接口电路都是可编程的。比如常用的并行接口8155和 8255，定时器/计数器8253等。
（3）输入和输出通道 又称为过程通道。 工业对象的过程参数一般是非电物理量，必须经过传感 器（一次仪表）变换为电信号。为了实现计算机对生产过程 的控制，必须在计算机和生产过程之间设置信息传输和转换 的连接通道。 输入和输出通道一般分为模拟量输入通道、模拟量输出 通道、数字量输入通道和数字量输出通道。 （4）通用外部设备 主要是为了扩大计算机的功能而设置的。 它们用来显示、打印、存储及传送数据。目前已经有各 种各样的通用外部设备可以选择，如打印机、显示器、声光 报警器、光盘驱动器及扫描仪等。
1.4.6 现场总线控制系统 FCS（Fieldbus Control System）
现场总线控制系统的结构模式为“工作站—现场总线智能
仪表”二级结构模式，这样就可以将原DCS系统中处于控制室
的控制模块、各种输入输出模块置入测控现场，充分利用现场 总线设备所具有的数字通信能力，安装于现场的测量变送器直 接与阀门等执行机构进行信号传输，因而控制系统可以脱离位 于控制室内的主计算机而工作，直接在现场完成测量与控制信 号的传递，彻底实现了系统的分散控制。
1.1 自动控制系统的一般形式
1.2 计算机控制系统的一般概念与组成
1.3 工业控制计算机的特点 1.4 计算机控制系统的分类
1.5 计算机控制系统的发展概况与趋势
1.1 自动控制系统的一般形式
从系统基本结构可以看出，自动控制系统的基本功能是信 号的传递、加工和比较。这些功能是由检测元件、变送装置、 控制器和执行机构来完成的。其中，控制器是控制系统中最重 要的部分，它决定了控制系统的性能和应用范围。
1.4.3 监督计算机控制系统 SCCS（Supervisory Computer Control System）
1．SCC+模拟调节器的控制系统
计算机系统对各个信号进行巡回检测，按给定的数学模
型及工艺信息计算出最佳给定值并送给模拟调节器，由模拟 调节器与检测值进行比较并输出结果，然后输出到执行机构
根据实时计算的结果，适时地向执行机构发出控制信号， 实施控制。
“实时性”是指计算机控制系统应该具有的能够在限定
的时间内对外来事件做出反应的特性。
在确定限定时间时，主要考虑两个因素：
1 根据工业生产过程出现的事件能够保持多长时间。 2 该事件要求计算机在多长的时间内必须做出反应，否 则，将对生产过程造成影响甚至造成损害。 “实时性”一般都要求计算机具有多任务处理能力，以 便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加速程序执 行速度。
2. 计算机监督控制级 对生产过程进行监控和操作。该级根据生产管理级的技术 要求和通过分散过程控制级获得的生产过程的数据，对分散过 程控制级进行最优控制。从计算机监督控制级能全面地反映各 工作站的情况，提供充分的信息，因此本级的操作人员可以据 此直接干预系统的运行。 3. 综合信息管理级 整个系统的中枢，它根据监控级提供的信息及生产任务的 要求，编制全面反映整个系统工作情况的报表，审核控制方案， 选择数学模型，制定最优控制策略，并对下一级下达命令。
1.2.2 计算机控制系统的组成
计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和
生产过程两大部分组成。
工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计 的计算机，它包括硬件和软件两部分。
生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气
开关等装置。
1. 硬件组成
（1）计算机 计算机是控制系统的核心。 它按照预先存放在存储器中的程序、指令，不断通过过程 输入通道获取反映被控对象运行工况的信息，并按程序中规定 的控制算法，或操作人员通过键盘输入的操作命令自动地进行 运算和判断，及时地产生并通过过程输出通道向被控对象发出 相应控制命令，以实现对被控对象的自动控制。
1.4 计算机控制系统的分类
1.4.1 操作指导控制系统 OIS （Operational Information System）
系统特点: 1. 计算机采集被控对象的参数, 处理后输出相关数据； 2. 操作人员根据计算机的输出数据进行控制操作； 3. 计算机输出不直接用来控制被控对象。 OIS是一种开环控制结构。 优点：控制过程简单，并且即使计算机发生故障，也不会影 响正常生产过程，因而比较安全。适用于控制规律不是很清 楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。 缺点：需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太 多，不能充分发挥计算机的作用。
1.2 计算机控制系统的一般概念与组成
1.2.1 计算机控制系统的一般概念
如果把系统基本结构中的控制器和比较环节用计算机来代 替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机
控制系统，如下图所示。
计算机控制系统的控制过程