WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 计算机技术的进展与电工技术 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 计算机对于广大用户来说既是工具又是资源,随着计算机技术的迅猛进展，计算机网络的广泛存在，计算机在电工领域的应用进入了一个新阶段。这些应用包括：计算机网络的应用；计算机辅助管理；计算机控制；计算机辅助设计与分析；计算机仿真和计算机集成制造。本文将对之进行简要讨论。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 1 计算机网络的应用 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 计算机网络是以资源共享为目的,通过数据通信线路将多台计算机互连而成的系统,有广域网 和局域网之分。因特网是全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的计算机网络,它由美国ARPAnet发展而成。局域网是一种在小区域内使用的计算机通信网络,其典型代表是以太网。 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 计算机网络的大量计算机资源中存储着各种有用的数据和信息。人们通过网络可以及时得到 经济、政治、新闻、科技、商业、休闲娱乐体育以至广告信息等。可以利用网络进行视频会议和网上交谈。可以进行远程教育、远程诊断以至由一部计算机来控制远方的另一部计算机等。 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 因特网采用传输控制协议/网际协议(TCP/IP),以提供可靠的数据传输。因特网可以提供的服 务主要有万维网(WWW),这是一种基于超文本的,方便用户在网上搜索和浏览信息的信息服务系统。电子函件(EMAIL),这是用户之间通过网络收发信息的服务。文件传送协议(FTP),这是网上主机之间传送文件的一种服务协议。远程登录(Telnet),它允许用户登录到一个远程计算机系统中,就好象用户直接与远程计算机相连一样。 plcjs.技.术_网 我国现在有原邮电部建设的CHINANET、原电子部建设的CHINAGBN、中国科学院建设的CSTNET 以及中国教育和科研计算机网CERNET。上网所使用机器类型有:SUN工作站占4.9%,SGI工作站占0.6%,PC机及其服务器系列占93%,其他为1.5%。上网所用操作系统:SUN Solaries占5.6%,IRIX占0.2%,LINUX占0.8%,WIN95/NT占91.4%,其他为2%。 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 由一个单位使用的内联网(intranet)正在兴起,它可以是局域网,也可以是广域网,但在管理 和安全方面有特殊要求。在技术上采用TCP/IP和WWW技术。 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 充分利用计算机网络的各种信息资源,是电工技术界与世界接轨的重要途径。 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 2 计算机辅助管理 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 计算机管理不是简单的购置计算机硬件和软件的问题。而是通过一系列工作将一个单位的各 项管理条理化、系统化和科学化的进程。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 首先,要对一个单位的各项管理职能进行系统分析,建立单位模型,划分应用系统。一般说来 一个单位的管理职能至少都包括人力、资金和物资三个部分,因此根据这三类数据要素划分应用系统是最基本的。安全监督在许多单位也都是必不可少的,也应列入基本应用系统之中。对于生产企业应有生产管理,科研机构要设科研管理,高等院校要有教学管理等。还要建立单位负责人的查询决策系统。 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 在系统分析的基础上,要相应地对各业务部门的功能和它们之间的关系进行相应调整,以保证 各职能部门的工作协调合理地进行。 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 准备基本数据是实现计算机管理前最重要的基础工作,包括设备和物资的编码、台帐、定 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 额、必要的规程,人事资料,财务数据的规范化和标准化等。 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 还要进行人员培训,使管理干部能熟练操作,使用计算机,以至能通过不断实践,进一步改进和 完善计算机管理水平。 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 3 计算机控制 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) plcjs.技.术_网 计算机既可实现对单台设备的控制,也可进行一个工厂生产过程的控制。两者的实现都有多 种方案可供选择。 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 进行单机控制时,可供选择的资源有: ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 (1)可编程控制器(PLC) 新一代的PLC都是以通用微处理器为核心,适合于顺序和逻辑控制, 它可靠性高,软件编程也简便易学。 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 (2)工业控制机(IPC) 这是适合工业环境的PC机,其主板由多种通用微处理器(如Pentium、P entium Pro、Pentium MMX和Pentium Ⅱ等)以及数字信号处理器(DSP)支持,配有多种I/O板及高可靠电源,能支持多种操作系统。由于PC机已为广大用户所熟悉,并有大量应用软件资源,而且是开放式的,因而许多用户乐于采用IPC于工业控制领域,例如用基于IPC的CNC来控制机床,就是一种最新发展趋势。 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 (3)微控制器(MCU)、数字信号处理器MCU和DSP 在电工领域的典型应用是控制电动机的速度 和位置。MCU国内通称单片机,是专门用于控制的,其著名代表是Intel公司的8位机MCS-51系列和16位机MCS-96系列以及32位机80960系列。 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) DSP本来是针对数字信号处理技术应用的,从而得名。近年来也进入了控制领域,并且增长很 快。其代表产品是TI公司的TMS320C24X系列,以及即将推出的被称为未来标准器件的TMS320C27X系列。它们都是32位的,具有优异的数学运算功能。在电工领域特别适合于需要复杂运算的交流电动机矢量控制。DSP目前的最高水平是:采用0.25μmCMOS工艺,时钟频率100MHz, 指令执行速度100MIPS,并将升级到0.18μm工艺和150MHz。 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 采用MCU或DSP需要进行二次开发,必须配置配套的开发系统,以开发相应的控制软件。当同一 类芯片应用数量很大时,还可采用其基本内核,配以特殊需要的外围电路,纳入同一芯片,这就要专门订制。 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 (4)嵌入式微处理器(embeded microprocessor) WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 嵌入式微处理器是提供设计工程师设计自己系统用的,它嵌入到某个应用系统中,如一台分析仪器、示波器、变频调速器等。前面介绍的MCU和DSP都可用于嵌入式系统设计。设计工程师必须针对自己的需要,根据嵌入式微处理器的功能、特点、可用性、价格、开发工具是否易于使用等来进行选择。其中主要的品种有Motorola的68K系列,Intel、AMD、NS的X86系列,MIPS、ARM的嵌入式CPU和日立的SH系列,IBM和Motorola的Power PC以及Intel公司今年推出的支持高端应用的嵌入式奔腾Ⅱ处理器。 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 用于整个生产过程控制的系统,这里只介绍集散控制系统(DCS)和计算机监控和数据采集系统 (SCADA)两大类。 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 (1)DCS适合于控制一个工厂或大型系统,它将控制功能分散到现场,管理监视功能集中在主控 室。以Honeywell的Plant Scape为例,它采用运行Windows NT或Windows 95操作系统的PC机, 可以联以太网或其他计算机网,还可以通过Controlnet进行现场控制或远程控制。Controlnet的传输速率为5Mbps,采用同轴电缆时最大作用距离为6km,采用光纤传输最大可达22km。控制器和I/O单元式部件,配置灵活。可进行连续控制、逻辑控制和顺序控制,也可用于混合型 的控制。它备有与第三方控制器相连的接口,具有用于因特网的浏览器环境。 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 Plant Scape有实时数据库和过程历史数据库,可据此进行综合分析和趋势分析。有任选的系 统冗余构件,并提供用户自行开发环境。 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 (2)计算机监控和数据采集系统(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)指具 有数据采集、监视、控制功能的计算机系统。国际上SCADA系统已经成功地应用于国民经济和国防各领域,我国也已在开发多种应用,尤其在电力系统应用较早,是电力系统自动化的关键技术和装备。 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 4 计算机辅助设计和分析 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 计算机辅助设计(CAD)是提高设计工作质量和效率的有效工具,工业发达国家已十分普及,我 国正在大力推广。 plcjs.技.术_网 工程CAD系统与要求设计的对象密切相关,不同产品设计要求和方法千差万别。所以首先要进 行需求分析,即分析产品特点、设计方法、加工方法、加工设备的特点等。 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 目前市场上可提供选择的商用CAD系统很多,但系统能否发挥作用,选型特别是软件选择十分 重要。一般说来选择要定位在“适用为本,适当考虑发展需要”上,不要盲目贪大求全。一般要注意下列几方面。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) (1)软件功能是否符合要求。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) (2)软件规模,一个合理适用的软件规模以200～300MB为宜。 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) (3)有易学易用的人机界面。主要应考虑菜单和图标安排是否合理和易于操作。最好能使用 户可以方便地修改软件菜单和图标,以使其适合用户的设计习惯。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) (4)软件要有开放性,有开发工具以便用户进行二次开发。 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) (5)要考查软件公司的背景,是否能不断开发及时更新版本,并能帮助用户尽快掌握所提供软 件。 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 CAD系统往往要和CAE以及CAM相连,例如一个好的通用机械CAD/CAE/CAM系统应建立在工程设 计数据库基础上。它是集各种应用,如二维工程绘图、三维实体造型、高级曲面造型、有限元分析、机构运动分析、数控加工等于一体的系统。 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 至于计算机硬件环境,应以能支持所需CAD/CAE/CAM软件为根据来选配,并配以相应的扫描仪 和自动绘图系统等。 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 对于一般应用,特别是一般教学应用,建立在PC机上的AUTOCAD就可以了。对于专业性很强的 设计,如中小型电机、高压电器、低压电器、变压器、大型发电机组、自动控制系统等,都有相应的专业CAD软件。 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 5 计算机仿真 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 电工产品或系统设计之后,实际制造之前,进行计算机仿真是必不可少的步骤。它可以验证设 计的可行性,减少试验和试制的工作量。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) 计算机仿真是借助软件完成的,其核心是解一组微分/代数方程组。可分为:面向解方程的程序和面向电路的程序。前者首先要建立微分/代数方程组,然后用Fortran, C等高级语言编程求解。在涉及控制系统(例如电动机控制)设计和仿真时,MATLAB软件是十分有用的,其计算表达式与数字表达式完全类似,一般工程技术人员只需熟悉基本操作命令就可使用。 它有丰富的技术支持和许多有用的工具,极便于应用。 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 基于电路的软件只需电路元件的互连模型就可以了,软件本身将自动得出有关方程组。最常 用的有SPICE、EMTP和SABER等。SPICE最初是用于集成电路仿真的,现在也广泛用于低功率等级的电力电子电路。EMTP是用于动力系统电磁暂态分析的,目前也用于大功率等级的电力电子器件和电路的仿真。SABER特别适用于既有模拟电路又有数字电路即混合电路的场合,适于动态非线性系统的仿真。除了已有的大量单元模块外,SABER还提供用户建立自己特有模块的工具,以扩充其功能。 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 应该指出的是,仿真是在以数学模型为基础的,模型与实物逼近的程度,会大大影响仿真结果 的可用性。 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 大型发电机组的运行操作相当复杂,而且保证机组本身可靠运行十分重要,为了有效培训操作 工人,国内外都研制了以计算机为核心的仿真器,是计算机仿真的另一种应用 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 plcjs.技.术_网 6 计算机集成制造 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 计算机集成制造(CIMS)是工厂自动化的必然发展趋势。其功能包括一个企业的全部生产经营 活动,即从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理到销售及售后服务的全部活动。它将 企业的所有活动看成一个紧密联系的整体,通过计算机和网络有机地结合起来,使企业能高效、灵活、协调地运作。 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 CIMS的主要应用对象是各种类型的制造业,也包括电工制造业,其建设和发展可以分阶段,而 且往往首先在一个车间、工段或分厂建设。我国已将CIMS列入“863”计划,并已取得一定成 绩。 WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 CIMS一般包括:集成工程设计子系统、柔性制造工程子系统、集成制造工程子系统、集成管 理信息子系统以及作为支撑环境的通信网和数据库。 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 CIMS的建设可以提高产品质量、生产率和设备利用率,可以减少工程设计和人力费用,减少在 制品,缩短生产周期,提高工程技术人员的综合能力。 plcjs.技.术_网 发展CIMS必须结合我国国情,要花力气解决基础技术和基础设施,要注意软件开发,要立足于企业,尤其要努力提高管理水平,一定要注意建设必须产生实效。 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 拟实制造是近年来出现的新概念。它是指运用计算机通过虚拟模型,而不是通过真实的加工 过程,在计算机上预估产品性能和功能以及在实际制造过程中可能存在的问题。 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 拟实制造有一系列优点,主要是:①可以在设计过程中实现直接反馈。②产品的设计和测试以 软件实现。③实现无纸制造和对全过程的跟踪,还能实现自动建档。④修改和复制均在计算机屏幕上进行。⑤可以模拟在车间加工的全过程。⑥增加人们对制造过程的了解。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) 拟实制造存在着一系列难题,主要是软件工程师对系统的物理性质和存在的限制,对真实过程 存在的困难和操作特定装置的方法不了解,而用户及设备工程师又不了解软件的限制、假设、逻辑以及术语,从而造成软件设计和使用上的困难,因此需要一个互相了解和磨合的过程。另外如何验证软件的正确性和鲁棒性是个难题。 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 目前只有极个别的企业实现了拟实制造,如波音公司设计波音777飞机时就采用了这种技术。 它们把系统开发和测试设施与飞机测试集成起来,部件测试是实时地、远距离地进行。用飞行仿真器和虚拟现实技术在各种模拟条件下,对飞机进行飞行试验。工程师在工作站上解决各种问题,结果波音777飞机未进行实地试飞,一次上天就获得成功 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 |