第六講計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

1、第六講第六講 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2012012 2春夏自動(dòng)化技術(shù)概論春夏自動(dòng)化技術(shù)概論控制系控制系 馮毅萍馮毅萍1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是用計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是用計(jì)算機(jī)( (通常稱為工通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)業(yè)控制計(jì)算機(jī)) )來實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程來實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程自動(dòng)控制自動(dòng)控制的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。什么是自動(dòng)控制什么是自動(dòng)控制? ?自自動(dòng)控制系統(tǒng)由哪些部動(dòng)控制系統(tǒng)由哪些部分組成分組成? ?1.1.11.1.1基本概念基本概念設(shè)定值設(shè)定值控制器控制器D/A執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)被控被控對(duì)象對(duì)象A/ D計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)被控變量被控變量+圖圖1.1 1.1 計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系

2、統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理(1)(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 對(duì)測量變送裝置輸出的信號(hào)對(duì)測量變送裝置輸出的信號(hào)經(jīng)經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理。轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理。(2)(2)實(shí)時(shí)控制決策實(shí)時(shí)控制決策 對(duì)被控變量的測量值進(jìn)行分析、對(duì)被控變量的測量值進(jìn)行分析、運(yùn)算和處理，并按預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算。運(yùn)算和處理，并按預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算。(3)(3)實(shí)時(shí)控制輸出實(shí)時(shí)控制輸出 實(shí)時(shí)地輸出運(yùn)算后的控制信號(hào)，經(jīng)實(shí)時(shí)地輸出運(yùn)算后的控制信號(hào)，經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制任務(wù)。轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制任務(wù)。上述過程不斷重復(fù)，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上

3、。上述過程不斷重復(fù)，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。可歸納為以下三個(gè)步驟：可歸納為以下三個(gè)步驟：什么是實(shí)時(shí)控制什么是實(shí)時(shí)控制? ?生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程工業(yè)控制機(jī)工業(yè)控制機(jī)圖圖1.2 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程指按生產(chǎn)過程控制的特指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)它包括硬件和軟件兩機(jī)它包括硬件和軟件兩部分。部分。包括被控對(duì)象，測量變包括被控對(duì)象，測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。關(guān)等裝置。1.1.21.1.2硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)工業(yè)控制機(jī)硬件：工業(yè)控制機(jī)硬件：硬件是指計(jì)算機(jī)本身硬件是指計(jì)算機(jī)本身及外圍設(shè)備。及外圍設(shè)

4、備。計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件過程輸出接過程輸出接口口計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)過程輸入接過程輸入接口口存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器人機(jī)接口人機(jī)接口軟件是指能完成各種功軟件是指能完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和能的計(jì)算機(jī)程序的總和.軟件軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)是專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)的程序，包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控的程序，包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控管理程序、語言處理程序和故管理程序、語言處理程序和故障診斷程序等。障診斷程序等。應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要解決的實(shí)際問題而編寫解決的實(shí)際問題而編寫的各種程序。的各種程序。1.1.3 1.1.3 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分級(jí)控制系

5、分級(jí)控制系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)統(tǒng)直接數(shù)字控直接數(shù)字控制系統(tǒng)制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)系統(tǒng)集散型控制集散型控制系統(tǒng)系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型計(jì)算機(jī)監(jiān)督控計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)制系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)、控制功根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)、控制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要分為六種控制系統(tǒng)主要分為六種類型類型1.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)承擔(dān)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集采集和和處理處理工作。工作。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測、處理、記錄以及變量的超限報(bào)警。處理、記錄以及變量的超限報(bào)警。同時(shí)對(duì)變量進(jìn)行累計(jì)和實(shí)時(shí)分析。同

6、時(shí)對(duì)變量進(jìn)行累計(jì)和實(shí)時(shí)分析。計(jì)算機(jī)通過過程輸入通道對(duì)變量作巡回檢測計(jì)算機(jī)通過過程輸入通道對(duì)變量作巡回檢測1.2.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）根據(jù)變量，按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算根據(jù)變量，按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算其結(jié)果經(jīng)過輸出通道，作用到控制對(duì)象。其結(jié)果經(jīng)過輸出通道，作用到控制對(duì)象。模擬量輸入模擬量輸入微微型型計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)模擬量輸出模擬量輸出生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出顯示顯示打印打印磁盤磁盤磁盤磁盤采用計(jì)算機(jī)代替模擬儀表控制，只要采用計(jì)算機(jī)代替模擬儀表控制，只要改變改變程序程序就可以對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，因此計(jì)算機(jī)就可以對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，因此計(jì)算機(jī)可以控制幾百個(gè)回

7、路，并可以對(duì)上下限進(jìn)行監(jiān)可以控制幾百個(gè)回路，并可以對(duì)上下限進(jìn)行監(jiān)視和報(bào)警。視和報(bào)警。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾頻繁，直接威脅著計(jì)算機(jī)的可靠工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾頻繁，直接威脅著計(jì)算機(jī)的可靠運(yùn)行。因此，必須采取抗干擾措施。運(yùn)行。因此，必須采取抗干擾措施。1.2.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）1.2.3計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC)DDCDDC級(jí)微機(jī)完成生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制；級(jí)微機(jī)完成生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制；SCCSCC級(jí)微級(jí)微機(jī)進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算，產(chǎn)生最優(yōu)化設(shè)定值。機(jī)進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算，產(chǎn)生最優(yōu)化設(shè)定值。用數(shù)字控制儀器代替，再配以輸用數(shù)字控制儀器代替，再配以輸入采樣器、入采樣器、

8、A/DA/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器、輸出掃描器，便是器、輸出掃描器，便是SCCSCC加數(shù)字加數(shù)字控制器的控制器的SCCSCC系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)。當(dāng)SCCSCC計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由數(shù)字控制器獨(dú)立出現(xiàn)故障時(shí)，由數(shù)字控制器獨(dú)立完成控制任務(wù)，比較安全可靠。完成控制任務(wù)，比較安全可靠。1.2.4分級(jí)控制系統(tǒng)分級(jí)控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中既存在控制問題，也存在大量的管生產(chǎn)過程中既存在控制問題，也存在大量的管理問題。理問題。 由若干臺(tái)微處理器或微機(jī)分別承擔(dān)部分控制任由若干臺(tái)微處理器或微機(jī)分別承擔(dān)部分控制任務(wù)，代替了集中控制的計(jì)算機(jī)。務(wù)，代替了集中控制的計(jì)算機(jī)。 這種系統(tǒng)的特點(diǎn)這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是將控制功

9、能分散，用多臺(tái)計(jì)是將控制功能分散，用多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別完成不同的控制功能，管理則采用集中算機(jī)分別完成不同的控制功能，管理則采用集中管理。管理。 (3) (3)工廠集中控制級(jí)工廠集中控制級(jí) 它可根據(jù)上它可根據(jù)上級(jí)下達(dá)的任務(wù)和本廠情況，制定生級(jí)下達(dá)的任務(wù)和本廠情況，制定生產(chǎn)計(jì)劃、安排本廠工作、進(jìn)行人員產(chǎn)計(jì)劃、安排本廠工作、進(jìn)行人員調(diào)配及各車間的協(xié)調(diào)，并及時(shí)向上調(diào)配及各車間的協(xié)調(diào)，并及時(shí)向上級(jí)報(bào)告。級(jí)報(bào)告。 (4) (4)企業(yè)管理級(jí)企業(yè)管理級(jí) 制定長期發(fā)展現(xiàn)制定長期發(fā)展現(xiàn)劃、生產(chǎn)銷計(jì)劃，發(fā)命令至各工廠，劃、生產(chǎn)銷計(jì)劃，發(fā)命令至各工廠，并接受反饋信息，實(shí)現(xiàn)全企業(yè)的總并接受反饋信息，實(shí)現(xiàn)全企業(yè)的總調(diào)度。調(diào)度

10、。 （2)2)車間監(jiān)督級(jí)車間監(jiān)督級(jí)(SCC(SCC級(jí)級(jí)) ) 它根據(jù)它根據(jù)廠級(jí)計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令和通過裝置廠級(jí)計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令和通過裝置控制級(jí)獲得的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行控制級(jí)獲得的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行最優(yōu)化控制。最優(yōu)化控制。 (1)(1)裝置控制級(jí)裝置控制級(jí)(DDC(DDC級(jí)級(jí)) ) 對(duì)生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行直接控制，使所控制的過程進(jìn)行直接控制，使所控制的生產(chǎn)過程在最優(yōu)工作狀況下工作。生產(chǎn)過程在最優(yōu)工作狀況下工作。1.2.5集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 協(xié)調(diào)各控制站的工作協(xié)調(diào)各控制站的工作達(dá)到過程的動(dòng)態(tài)最優(yōu)化達(dá)到過程的動(dòng)態(tài)最優(yōu)化人機(jī)接口裝置，人機(jī)接口裝置，完成操作、顯完成操作、顯示和監(jiān)視任務(wù)示和監(jiān)視任務(wù)集散

11、控制系統(tǒng)是分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，集散控制系統(tǒng)是分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，包括過程控制級(jí)、過程管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)包括過程控制級(jí)、過程管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)及經(jīng)營管理級(jí)。及經(jīng)營管理級(jí)。完成過程的現(xiàn)完成過程的現(xiàn)場控制任務(wù)場控制任務(wù)實(shí)現(xiàn)地理上和功能上的分散控制實(shí)現(xiàn)地理上和功能上的分散控制將各個(gè)分散的信息集中起來，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作將各個(gè)分散的信息集中起來，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作采集非控制采集非控制過程信息過程信息概貌顯示畫面概貌顯示畫面 儀表面板顯示畫面儀表面板顯示畫面 趨勢曲線顯示畫面趨勢曲線顯示畫面 時(shí)間范圍前翻半頁后翻半頁當(dāng)前顯示在數(shù)據(jù)庫中位置本頁時(shí)間本頁描述時(shí)間軸時(shí) 間 軸指示時(shí)間顯示全部曲線消隱全部曲線報(bào)警顯示

12、畫面報(bào)警顯示畫面 故障診斷畫面故障診斷畫面 調(diào)整畫面調(diào)整畫面本章小結(jié)本章小結(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由由工業(yè)控制機(jī)工業(yè)控制機(jī)和和生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程兩大部分組兩大部分組成。工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的成。工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程包括包括被控對(duì)象被控對(duì)象，測量變送測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等電氣開關(guān)等裝置。裝置。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程與計(jì)算機(jī)之間是通過輸在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程與計(jì)算機(jī)之間是通過輸入輸出通道連接起來的。輸入通道將生產(chǎn)過程中的數(shù)字信號(hào)入輸出通道連接起來的。輸入通道將生產(chǎn)過程中的數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接受的數(shù)字信號(hào)，送到計(jì)算機(jī)與模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接受的數(shù)字信號(hào)，送到計(jì)算機(jī)去處理；輸出通道將計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場設(shè)備能夠去處理；輸出通道將計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)