第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

1、楊廉13974840307163.COM 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與 組成 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 1.3 計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展概況 及趨勢 第第1 1章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 第第1 1章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 1.1 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成 硬件 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 軟件 主機(jī) 人機(jī)對話系統(tǒng) 通用外圍設(shè) I/O接口和I/O通道 傳感器及變送器 系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件 1.1 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成 隔離 放大 M + - 測速 發(fā)電機(jī) 垂

2、直 + - A/D 速度 調(diào)節(jié)器 電流 調(diào)節(jié)器 晶體管 調(diào)節(jié)器 三相交流電 同步 電流 互感器 A/D 1.1 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成 控制臺 光 電 隔 離 并 行 I/O 口 CPU RAM EPROM 驅(qū) 動 電 路 x軸步進(jìn) 電動機(jī) Y軸步進(jìn) 電動機(jī) 傳 動 機(jī) 構(gòu) 機(jī) 床 工 作 臺 1.1 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成 中 央 計(jì) 算 機(jī) 知識庫 攝像 圖象 處理機(jī) 多關(guān)節(jié) 手臂 控制 計(jì)算機(jī) 行走 機(jī)構(gòu) 控制 計(jì)算機(jī) 話筒 語言 識別機(jī) 揚(yáng)聲器 語言 合成器 顯示 計(jì)算機(jī) 顯示器 1.1 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組

3、成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成 1.1 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成 1.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特征與 工作原理 1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組 成 1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)章第第五部分 智能控制技術(shù)基礎(chǔ)章第第四部分 與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)章第第三部分 復(fù)雜控制技術(shù)章第 術(shù)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技章第 數(shù)字控制器設(shè)計(jì)章第 術(shù)順序控制與數(shù)字控制技章第 控制技術(shù)第二部分 接口與過程通道章第 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)章第 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述章第 基礎(chǔ)知識第一部分 10 9 8 7 6 5 4 I/O3 2 1 例：溫度監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動控制的過

4、程例：溫度監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動控制的過程： 1、生產(chǎn)過程的被控參量（過程信號）通過測量環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電量或電參 數(shù)，再由變送器或放大器變換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號或電流信號； 2、電壓信號或電流信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信號，并 將其轉(zhuǎn)換為人們易于理解的工程量（測量值）； 3、計(jì)算機(jī)根據(jù)測量值與給定值的偏差，按一定的控制算法輸出控制信號； 4、控制信號作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)物料流量或能量的大小來實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn) 過程的調(diào)節(jié)。 1.1.2 1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 硬件是指計(jì)算機(jī)本身及其外部設(shè)備，一般包括中央處理器(CPU)、 程序存儲器(

5、ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、各種接口電路、以AD轉(zhuǎn) 換器和DA轉(zhuǎn)換器為核心的模擬量輸入輸出(IO)通道、數(shù)字量 輸入輸出(IO)通道以及各種顯示、記錄設(shè)備、運(yùn)行操作臺等。 1. 主機(jī)主機(jī)： CPU、ROM、RAM及時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等構(gòu)成的計(jì)算機(jī)主機(jī)是組成計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)的核心部分，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、控制量計(jì)算、報(bào)警處理 等，通過接口電路向系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，指揮全系統(tǒng)有條不紊地協(xié)調(diào)工作。 2I/O接口接口：它們與I/O通道是主機(jī)與外部連接的橋梁。常用的I/O接口有并行接口、 串行接口等，它們大部分是可編程的。I/O通道有模擬量I/O通道和數(shù)字量I/O通道。模擬 量I

6、/O通道的作用是：一方面將由傳感器得到的工業(yè)對象的生產(chǎn)過程參數(shù)變換為二進(jìn)制代 碼傳送給計(jì)算機(jī)；另一方面將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號變換為控制操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬 信號，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。數(shù)字通道的作用是：除完成編碼數(shù)字輸入、輸出外，還 可將各種繼電器、限位開關(guān)等的狀態(tài)通過輸入接口傳送給計(jì)算機(jī)，或?qū)⒂?jì)算機(jī)發(fā)出的開關(guān) 動作邏輯信號由輸出接口傳送給生產(chǎn)機(jī)械巾的各個(gè)電子開關(guān)或電磁開關(guān)。 3通用外部設(shè)備通用外部設(shè)備：主要是為擴(kuò)大計(jì)算機(jī)主機(jī)的功能而設(shè)置的。它們用來顯示、打印、 存儲和傳送數(shù)據(jù)。常用的有打印機(jī)、記錄儀、圖形顯示器(CRT)、軟盤和硬盤等。 4檢測元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)：傳感器的主

7、要功能是將被檢測的非電學(xué)量參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量， 加熱電偶把溫度信號變成電壓信號，壓力傳感器把壓力變成電信號等。變送器的作用是將 傳感器得到的電信號轉(zhuǎn)換成適合于計(jì)算機(jī)接口使用的電信號(如0-10 mA DC)。為了控制 生產(chǎn)過程，還必須有執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動、液動、氣動調(diào)節(jié)閥，開關(guān)，交、 直流電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)等。 5操作臺操作臺：人-機(jī)對話的聯(lián)系紐帶。通過它人們可以向計(jì)算機(jī)輸入程序，修改內(nèi)存的 數(shù)據(jù)，顯示被測參數(shù)以及發(fā)出各種操作命令等。它主要由：作用開關(guān)、功能鍵、LED數(shù)碼 管及CRT顯示器、數(shù)字鍵等4部分組成。 1.1.3 1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件 1.1

8、.3 1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件 1.1.3 1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件 系統(tǒng)軟件一般是由計(jì)算機(jī)廠家提供的，用來管理計(jì)算機(jī)本身的資源，方便用戶 使用計(jì)算機(jī)的軟件。它主要包括操作系統(tǒng)、各種編譯軟件和監(jiān)控管理軟件等。 這些軟件一般不需要用戶自己設(shè)計(jì)，它們只是作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工具。 1.2.1 1.2.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 1.2.2 1.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng) 1.2.3 1.2.3 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 1.2.4 1.2.4 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 1.2.5 1.2.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

9、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 1.2 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 1.2 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(OIS： 0perationalt Information System) 該系統(tǒng)屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計(jì)算 機(jī)根據(jù)一定的控制算法，依賴測 量元件測得的信號數(shù)據(jù)，計(jì)算出 供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件 及操作方案。操作人員根據(jù)計(jì)算 機(jī)輸出的信息去改變調(diào)節(jié)器的給 定值或直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 其 原理如圖所示。 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu) 簡單，按制靈活安全，特別適用 于未摸清控制規(guī)律的系統(tǒng)，常常 被用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)研制的初 級階段，或用于試驗(yàn)新的數(shù)學(xué)

10、模 型和調(diào)試新的控制程序等。由于 需人工操作，故操作指導(dǎo)控制系 統(tǒng)不適用于快速過程控制。 直接數(shù)字控制（DDC：Direct Digital Control）系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)過程 控制最普遍的一種方式，其結(jié)構(gòu)如圖所示。計(jì)算機(jī)通過輸入通道對一個(gè)或多個(gè) 物理量進(jìn)行巡回檢測，并根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后發(fā)出控制信號， 通過輸出通道直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 在DDC系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)參加閉環(huán)控制過程，它不僅能完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實(shí) 現(xiàn)多回路的PID調(diào)節(jié)，而且不需要改變硬件，只需通過改變程序就能實(shí)現(xiàn)多種 較復(fù)雜的控制規(guī)律，如串級控制、前饋控制和最優(yōu)控制等。 由控制計(jì)算機(jī)取代常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)儀表而直

11、接對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，由于計(jì)算 機(jī)發(fā)出的信號為數(shù)字量，故得名DDC控制。實(shí)際上受控的生產(chǎn)過程的控制部 件，接受的控制信號可以通過控制機(jī)的過程輸入/輸出通道中的數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn) 換器將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控 制量中轉(zhuǎn)換成模擬量；輸入 的模擬量也要經(jīng)控制機(jī)的過 程輸入/輸出通道的模/數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 進(jìn)入計(jì)算機(jī)。 1決策管理層決策管理層：處于公司級，管理公司 的生產(chǎn)、供應(yīng)、銷售、技術(shù)和財(cái)務(wù)等部門， 通過收集各部門的信息，進(jìn)行綜合分析，實(shí) 時(shí)作出決策，協(xié)助各級管理人員指揮調(diào)度肢 公司各部門的工作處于是佳運(yùn)行狀態(tài)。 2生產(chǎn)管理層生產(chǎn)管理層：處于工廠級，根據(jù)訂貨 量、庫存量、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)

12、原料和能源供 應(yīng)情況及時(shí)制定全廠的生產(chǎn)計(jì)劃，并分解落 實(shí)到生產(chǎn)車間或裝置；另外還要根據(jù)生產(chǎn)狀 況及時(shí)協(xié)調(diào)全廠的生產(chǎn)，進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和科 學(xué)管理，使全廠的生產(chǎn)始終處于員使?fàn)顟B(tài)， 并朗應(yīng)付不可預(yù)測的事件。 3操作監(jiān)控層操作監(jiān)控層：是DCS的中心。根據(jù)生 產(chǎn)工藝信息，按照某種目標(biāo)實(shí)施高等過程控 制策路，實(shí)現(xiàn)裝置級的優(yōu)化控制和協(xié)調(diào)控制； 對生產(chǎn)過程進(jìn)行故除診斷、預(yù)報(bào)和分浙，保 證安全生產(chǎn)。 4. 直接控制層直接控制層：是DCS的基礎(chǔ)。它對生產(chǎn) 工藝流程或生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行巡回檢測和直接控 制。 高速數(shù)據(jù)通道 監(jiān)督計(jì)算機(jī)CRT操作站 基本調(diào)節(jié)器 控制對象 基本調(diào)節(jié)器 控制對象 1.3計(jì)算機(jī)控制發(fā)展概況及趨勢 1.3.1 計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展過 程 1.3.2 計(jì)算機(jī)控制理論與新 型控制策略 1.3.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā) 展趨勢 1.31.3計(jì)算機(jī)控制發(fā)展概況及趨勢計(jì)算機(jī)控制發(fā)展概況及趨勢 身體狀況，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和評估。單片機(jī) 控制系統(tǒng)還可以對檢測電機(jī)到位等傳感器 的信號進(jìn)行處理，并將控制模糊控制系統(tǒng) 執(zhí)行單元的情況反饋給遠(yuǎn)方站點(diǎn)。簡單來 說，此模糊控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)自動控制裝 載信息采集裝置的小車、帶動攝像機(jī)的云 臺和攝像機(jī)的運(yùn)動，根據(jù)要求采集實(shí)時(shí)視 頻或