計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課件.ppt

,計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 主講教師：張艷兵 班級(jí)：09050541、42 開課學(xué)期：2012/2013第一學(xué)期 總學(xué)時(shí)：56 學(xué)時(shí),課程體系,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是工業(yè)電氣自動(dòng)化、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的主要課程之一。內(nèi)容涉及到微機(jī)原理、單片機(jī)及接口技術(shù)、自動(dòng)控制理論、自動(dòng)控制系統(tǒng)、匯編語言、電子技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)涉及內(nèi)容廣泛，實(shí)踐性、綜合性比較強(qiáng) ，要求同學(xué)們有較強(qiáng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，要有全局觀，統(tǒng)籌考慮，才能設(shè)計(jì)出符合要求的系統(tǒng)。,學(xué)習(xí)目的,掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)較完整的知識(shí)體系 掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技能，能設(shè)計(jì)出常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。,學(xué)習(xí)內(nèi)容,1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件 2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件 3、控制算法設(shè)計(jì) 4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法,課程特點(diǎn),1、以自控理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化儀表為基礎(chǔ) 2、與過程控制、電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)密切相關(guān) 3、技術(shù)性，綜合性，實(shí)踐性，實(shí)用性強(qiáng),學(xué)習(xí)方法,多看相關(guān)雜志，書籍，上網(wǎng)查閱最新資料 認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì) 做好筆記，認(rèn)真聽講,課程內(nèi)容安排,總學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí) 理論學(xué)習(xí)50學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí) 課程設(shè)計(jì)2周,第一章 緒論,本章要點(diǎn) 1.掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)及工作過程 2.了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成與軟件組成。 3. 初步認(rèn)識(shí)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類與裝置種類 4. 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展,本章主要內(nèi)容,1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述,1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成,1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類,1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢(shì),引言,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)融為一體的一門綜合性學(xué)科，是以計(jì)算機(jī)為核心部件的過程控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)，自動(dòng)化控制工程是其重要的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動(dòng)化控制工程來看，計(jì)算機(jī)技術(shù)又是一個(gè)主要的實(shí)現(xiàn)手段。本課程立足于工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域，討論這種不同于普通計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)技術(shù)及其工程應(yīng)用。下圖為一個(gè)制藥車間的自動(dòng)化生產(chǎn)流程。,1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述,主要知識(shí)點(diǎn):,1、計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)概念,2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn),3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程,1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概念,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來的; 常規(guī)儀表組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制要求，一般分成閉環(huán)控制(圖1-1a所示)與開環(huán)控制(圖1-1b所示)兩種結(jié)構(gòu)形式; 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理組成用控制計(jì)算機(jī)代替圖1-1的控制器，如圖1-2所示；,（1）閉環(huán)控制系統(tǒng),閉環(huán)控制系統(tǒng)-閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再反饋到控制器中，控制器將此測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對(duì)象的被控量跟蹤趨近給定值，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號(hào)傳遞形成了閉合回路，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。,（2）開環(huán)控制系統(tǒng),開環(huán)控制系統(tǒng)-不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被控對(duì)象的測(cè)量反饋信號(hào)，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器去控制被控對(duì)象，所以這種信號(hào)的傳遞是單方向的。環(huán)控制系統(tǒng)不能自動(dòng)消除被控量與給定值之間的偏差，其控制性能不如閉環(huán)系統(tǒng)。,（3）計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)原理組成,計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理組成-是把圖1-1中的控制器用控制計(jì)算機(jī)即微型計(jì)算機(jī)及A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計(jì)算機(jī)采用的是數(shù)字信號(hào)傳遞，而一次儀表多采用模擬信號(hào)傳遞，因此需要有A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號(hào)，以及D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號(hào)。,圖1-2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖,什么是系統(tǒng)？,系統(tǒng)是按照一定秩序相互聯(lián)系著的一組事物。 系統(tǒng)的特點(diǎn)：有共同目的，有特定功能，相互關(guān)聯(lián)、制約、作用，一個(gè)整體。 系統(tǒng)論：整體大于部分之和。 要求：可靠、穩(wěn)定。,什么是控制？,控制是為了實(shí)現(xiàn)一定的目標(biāo)所采取的方法和手段。它使系統(tǒng)保持穩(wěn)定，朝著一個(gè)方向發(fā)展。 自動(dòng)控制：不需要人工干預(yù)，由控制器按照預(yù)期的規(guī)律，自動(dòng)完成控制任務(wù)，并滿足一定的指標(biāo)要求。,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：就是由計(jì)算機(jī)完成控制功能的自動(dòng)控制系統(tǒng)。嚴(yán)格來說，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)控制理論的基礎(chǔ)上，為完成控制任務(wù)，以計(jì)算機(jī)作為控制器，通過程序?qū)嵤?shí)時(shí)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須滿足一定的性能指標(biāo)要求，各個(gè)部分的設(shè)計(jì)必須全盤考慮，綜合設(shè)計(jì)。如果系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)，則稱之為微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。,2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn),（1）結(jié)構(gòu)上是一個(gè)混合系統(tǒng) （2）包含多種信號(hào)形式 （3）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析需要先進(jìn)的理論 （4）能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律 （5）控制規(guī)律靈活多變 （6）可分時(shí)控制多個(gè)回路 （7）提高了企業(yè)的自動(dòng)化程度,3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程,a.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集-對(duì)來自測(cè)量變送器的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行采集和輸入 ； b.實(shí)時(shí)控制決策-對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析、比較和處理，按一定的控制規(guī)律運(yùn)算，進(jìn)行控制決策； c.實(shí)時(shí)控制輸出-根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行器發(fā)出控制信號(hào)，完成監(jiān)控任務(wù)；,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須滿足實(shí)時(shí)性要求。,什么是實(shí)時(shí)？實(shí)時(shí)是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間間隔（采樣周期）內(nèi)完成，計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的信息必須以足夠快的速度進(jìn)行處理并在一定的時(shí)間內(nèi)作出反映或者進(jìn)行控制。一旦超出了這個(gè)時(shí)間間隔，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制就失去了意義。,實(shí)時(shí)的概念不能脫離具體的受控過程，應(yīng)該與工藝要求緊密相連。例如對(duì)爐溫和液位控制時(shí)，其變化過程比較緩慢，在幾秒鐘內(nèi)完成一次循環(huán)，其控制仍然是實(shí)時(shí)的；對(duì)火炮系統(tǒng)來說，當(dāng)目標(biāo)狀態(tài)變化時(shí)，必須在幾毫秒之內(nèi)及時(shí)控制，否則就不能擊中目標(biāo)，因此間隔時(shí)間必須短一些。,實(shí)時(shí)性指標(biāo)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須重點(diǎn)考慮的指標(biāo)要求，工作于在線方式的系統(tǒng)不一定是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)必定工作于在線方式。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性指標(biāo)通常取決于檢測(cè)儀表的延時(shí)、過程量的輸入延時(shí)、微處理器的運(yùn)算延時(shí)、控制量的輸出延時(shí)以及控制算法的復(fù)雜程度等因素。,1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件一般包括： 主機(jī)-CPU RAMROM系統(tǒng)總線 常規(guī)外部設(shè)備-輸入/輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器等 過程輸入輸出通道AI、AO、DI、DO 操作臺(tái)CRT、LED、LCD 等 通信設(shè)備交換機(jī)、modem、集線器等 圖 1-4所示硬件組成框圖,圖1-4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖,鏈接動(dòng)畫,硬件僅為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軀體。要使計(jì)算機(jī)正確地運(yùn)行解決各種問題，必須為它編制軟件。 所謂軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，它是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。 軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類；系統(tǒng)軟件一般由計(jì)算機(jī)廠家提供，專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)本身的程序；應(yīng)用軟件是用戶針對(duì)生產(chǎn)過程要求而編制的各種應(yīng)用程序。,1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類,主要知識(shí)點(diǎn),操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) (OGC),直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）,計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）,分布式控制系統(tǒng)（DCS）,現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）,嵌入式控制系統(tǒng)（ECS）,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）,1、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(OGC),操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)-是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖1-6所示。計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出的最優(yōu)操作條件，并不直接輸出控制被控對(duì)象，而是顯示或打印出來，操作人員據(jù)此去改變各個(gè)控制器的給定值或操作執(zhí)行器，以達(dá)到操作指導(dǎo)的作用。它相當(dāng)于模擬儀表控制系統(tǒng)的手動(dòng)與半自動(dòng)工作狀態(tài)。OGC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)是要由人工操作，速度受到限制，不能同時(shí)控制多個(gè)回路。,鏈接動(dòng)畫,2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）,DDC系統(tǒng)-是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完成對(duì)多個(gè)被控參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，而且能按一定的控制規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，并通過過程輸出通道發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制，為了操作方便，DDC系統(tǒng)還配置一個(gè)包括給定、顯示、報(bào)警等功能的操作控制臺(tái)。DDC系統(tǒng)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅完全取代了多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器，而且在各個(gè)回路的控制方案上，不改變硬件只通過改變程序就能有效地實(shí)現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制。 缺點(diǎn)：計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)太重，不堪重負(fù)時(shí)，系統(tǒng)易癱瘓。,鏈接動(dòng)畫,3、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）,計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)即SCC-是OGC系統(tǒng)與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)或與DDC系統(tǒng)綜合而成的兩級(jí)系統(tǒng)，如圖1-8所示。顯然，這屬于計(jì)算機(jī)在線最優(yōu)控制的一種形式。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由下位機(jī)獨(dú)立完成控制。下位機(jī)直接參與生產(chǎn)過程控制，要求其實(shí)時(shí)性好，可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)；而上位機(jī)承擔(dān)高級(jí)控制與管理任務(wù)，應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大的高檔計(jì)算機(jī)。,鏈接動(dòng)畫,4、分布式控制系統(tǒng)（DCS）,分布式控制系統(tǒng)-是以微處理器為基礎(chǔ)，借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中管理和分散控制的先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開發(fā)的分散控制系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上具有分散式系統(tǒng)的特征，因此國(guó)外將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)也有人將其稱為集散型控制系統(tǒng)，或者是分布式控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為DCS。DCS 采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則。,鏈接動(dòng)畫,特點(diǎn)：分層遞階式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，集中管理，分散控制，從而使危險(xiǎn)分散。 5. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS） 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，簡(jiǎn)稱CIMS）的概念是由美國(guó)的約瑟夫哈林頓（Joseph Harrington）博士在1973年首先提出的。,。CIMS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等發(fā)展的結(jié)果。企業(yè)采用信息技術(shù)改善設(shè)計(jì)過程、管理決策過程、加工制造過程，在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的支持下，實(shí)現(xiàn)信息集成，進(jìn)而優(yōu)化生產(chǎn)，以提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 CIMS以集成的觀點(diǎn)、信息的觀點(diǎn)對(duì)待制造業(yè)，消除自動(dòng)化孤島，使原本幾乎相互無關(guān)或關(guān)系不密切的技術(shù)學(xué)科走到一起，大幅度提高生產(chǎn)效率，形成了基于計(jì)算機(jī)的集成制造系統(tǒng)。,CIMS采用多任務(wù)分層體系結(jié)構(gòu)，把需要完成的任務(wù)按照層次分級(jí)成層狀或樹狀的命令/反饋控制方式。上級(jí)裝置控制下級(jí)裝置，下級(jí)裝置負(fù)責(zé)具體的控制功能，最后一級(jí)裝置完成要求的最后一道任務(wù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成多種方案。,1986年，我國(guó)把CIMS列入國(guó)家高技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，以“發(fā)展高科技、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”為宗旨，戰(zhàn)略目標(biāo)是跟蹤國(guó)際上CIMS高技術(shù)的發(fā)展，掌握關(guān)鍵技術(shù)，建立能獲得綜合效益又能帶動(dòng)全局的示范點(diǎn)。 經(jīng)過二十多年的實(shí)踐，我國(guó)在制造業(yè)信息化方面取得了舉世矚目的成績(jī)，在國(guó)際上取得了一席之地，1994 年、1999年清華大學(xué)和華中理工大學(xué)分獲美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)（SME）大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng)。,1995年北京第一機(jī)床廠獲SME工業(yè)領(lǐng)先獎(jiǎng)。 CIMS可以說是二十一最主要的生產(chǎn)模式，作為一種生產(chǎn)技術(shù)，已經(jīng)在許多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。CIMS是在DCS系統(tǒng)之后發(fā)展起來的更高一級(jí)的控制系統(tǒng)，反映了企業(yè)信息化、現(xiàn)代化的潮流，具有十分廣闊的發(fā)展前景。,6、 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）,現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)即FCS-是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)改進(jìn)了DCS成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點(diǎn)，采用集管理控制功能于一身的工作站與現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場(chǎng)儀表中去，形成一個(gè)徹底的分散控制模式。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表(例如變送器、執(zhí)行器)都作為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，都帶CPU單元，可分別獨(dú)立完成測(cè)量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能，靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連接在一起統(tǒng)籌工作。,特點(diǎn)（1）開放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，面向所有廠商和用戶，資源共享； （2）分散的功能塊，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表都能獨(dú)立測(cè)量、變換、校正、通信，提高可靠性； （3）設(shè)備的互操作性，實(shí)現(xiàn)即接即用； （4）適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高； （5）功能強(qiáng)大，節(jié)約資金，布線簡(jiǎn)單，成本低； （6）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易維修。,7、嵌入式控制系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）誕生至今，已有40多年的歷史。依據(jù)英國(guó)電機(jī)工程師協(xié)會(huì)的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或者工廠運(yùn)作的裝置，它是一種電腦軟體與硬體的綜合體，并且特別強(qiáng)調(diào)“量身定做”的原則，也就是基于某一種特殊用途，我們就會(huì)針對(duì)這項(xiàng)用途開發(fā)出截然不同的一項(xiàng)系統(tǒng)出來。,在新興的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品中，常見的有手機(jī)、掌上PDA（個(gè)人數(shù)字處理）、GPS（全球定位系統(tǒng)）、電視機(jī)頂盒或是嵌入式伺服器（embedded server）及精簡(jiǎn)型終端設(shè)備（thin client）等。,關(guān)于嵌入式系統(tǒng)目前尚無嚴(yán)格的統(tǒng)一定義，通常定義為：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，整合了計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)，通信技術(shù)和微電子技術(shù)，以“量體裁衣”的方式把所需的功能嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)備中，適用應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。,嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（OS）（要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。有時(shí)設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在一起。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。,嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：,（1）嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的 （2）適用于實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。 （3）集成度高，技術(shù)性強(qiáng) （4）生命周期長(zhǎng)，發(fā)展穩(wěn)定 （5）系統(tǒng)的開發(fā)需要工具和環(huán)境,1.4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展,1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展史 （1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開創(chuàng)期（20世紀(jì)50年代） 1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENICA問世。1952年，計(jì)算機(jī)被用來自動(dòng)檢測(cè)化工生產(chǎn)過程的過程參量并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。1954年，人們開始研究計(jì)算機(jī)的開環(huán)控制。,標(biāo)志性成果：TRW3000 1956年3月開始，美國(guó)研制的TRW3000計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在德州阿塞港的煉油廠聚合裝置上投運(yùn)成功，開辟了計(jì)算機(jī)控制的新紀(jì)元。在建立過程通道，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，配置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，編寫控制算法等方面，TRW3000計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究。,（2）直接數(shù)字控制階段（ 20世紀(jì)60年代） 代表性的成果：1962，英國(guó)ICI帝國(guó)化學(xué)公司，可直接測(cè)量224個(gè)變量，控制129個(gè)閥門。 1960年1965年，DDC的應(yīng)用非常廣泛，許多石油化工部門采用DDC系統(tǒng)獲得了成功，DDC熱。,（3）集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展期（1967-1975年） （4）以微處理器為核心的分層分布式控制系統(tǒng)（1975年至今） DCS、FCS、ECS等,2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì),（1）開放式控制系統(tǒng)的興起 （2）推廣發(fā)展智能控制系統(tǒng) （3）采用新型的分層分布式控制系統(tǒng) （4）基于以太網(wǎng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，開放性，通信協(xié)議透明。 （5）推廣應(yīng)用先進(jìn)的控制技術(shù) 和利時(shí)、臺(tái)灣研華、NI,1.5 控制裝置種類,主要知識(shí)點(diǎn),1 可編程控制器,2 可編程調(diào)節(jié)器,3 總線式工控機(jī),4 單片微型計(jì)算機(jī),5 其他控制裝置,1 可編程控制器,可編程邏輯控制器-簡(jiǎn)稱可編程控制器或PLC，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它主要由CPU、存儲(chǔ)器、輸入組件、輸出組件、電源及編程器等組成。外觀如圖所示。,可編程控制器（PLC）特點(diǎn)： 一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán) 境下應(yīng)用而設(shè)定; 采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出； 應(yīng)用廣泛-不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢(shì)，而且在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色； PLC具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，抗干擾能力強(qiáng)；,2 可編程調(diào)節(jié)器,可編程調(diào)節(jié)器-又稱單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器。它主要由微處理單元、過程IO（輸入/輸出） 單元、面板單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等組成。外觀如圖所示。,鏈接動(dòng)畫,可編程調(diào)節(jié)器特點(diǎn)： 一種儀表化了的微型控制計(jì)算機(jī) 易操作，易編程、方便靈活 設(shè)計(jì)時(shí)無需考慮接口、通訊的硬件設(shè)計(jì) 軟件編程上也只需使用一種面向問題的組態(tài)語言 具有斷電保護(hù)、自診斷功能、通信等功能 可以組成多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)控制和管理 大型分散控制系統(tǒng)中最基層的控制單元 適用于連續(xù)過程中模擬量信號(hào)的控制系統(tǒng)中,3 總線式工控機(jī),總線式工控機(jī)，是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一種專用于工業(yè)控制的通用性計(jì)算機(jī)，一般稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)。通常，計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)廠家是按照某個(gè)總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制造出若干符合總線標(biāo)準(zhǔn)、具有各種功能的各式模板，而控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員則根據(jù)不同的生產(chǎn)過程與技術(shù)要求，選用相應(yīng)的功能模板組合成自己所需的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？偩€式工控機(jī)的外形類似普通計(jì)算機(jī)，如圖所示。,不同的是它的外殼采用全鋼標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)加固型機(jī) 架機(jī)箱，機(jī)箱密封并加正壓送風(fēng)散熱，機(jī)箱內(nèi)的原普 通計(jì)算機(jī)的大主板變成通用的底板總線插座系統(tǒng)，將主板分解成幾塊PC插件，采用工業(yè)級(jí)抗干擾電源和工業(yè)級(jí)芯片，并配以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件。 總線式工控機(jī)具有小型化、模板化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能滿足不同層次、