-第1講1計算機控制系統(tǒng)概述-PPT課件

1、沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 馬斌計算機控制技術(shù) 計算機控制技術(shù)參考書：曹承志，微型計算機控制新技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2019.3薛弘嘩，計算機控制技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2019.6于海生，微型計算機控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2019.3王曉明，電動機的單片機控制，電子工業(yè)出版社，2019.5朱玉璽，計算機控制技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2019.6閱讀期刊：工業(yè)控制機、控制工程、測控技術(shù)、電氣自動化、自動化儀表、工業(yè)儀表與自動化裝置，化工自動化及儀表 等等。33-1計算機控制技術(shù)主要內(nèi)容： 第一章是緒論，介紹了微機控制技術(shù)的一般概念，微機參與控制的典型方式，微機控制的特點及設(shè)計過程； 第二章討論

2、了信號的采樣與復(fù)現(xiàn)，模擬量輸入通道，模擬量輸入與輸入通道接口技術(shù)，模擬量輸出與輸出通道接口技術(shù)，數(shù)字量輸入與輸出通道； 第三章討論了數(shù)字控制器連續(xù)化設(shè)計技術(shù)，數(shù)字PID控制設(shè)計和改進(jìn)方法，數(shù)字化PID的控制參數(shù)整定，串級控制器設(shè)計方法，數(shù)字PID控制器的討論； 第四章主要講解控制計算機的構(gòu)成，控制計算機的種類，計算機控制系統(tǒng)的操作方法，微型計算機常用接口電路，電源設(shè)計；33-2計算機控制技術(shù)主要內(nèi)容： 第五章討論了處理數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)字濾波，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用技術(shù)，控制系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計方法； 第六章討論了計算機控制系統(tǒng)可靠性概述，硬件系統(tǒng)可靠性技術(shù)，軟件可靠性技術(shù)； 第七章討論了數(shù)據(jù)通信與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，

3、集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)； 第八章討論了控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟及原則，微機控制系統(tǒng)設(shè)計分析和工程實現(xiàn)，并給出了設(shè)計實例；33-3第1章 計算機控制技術(shù)概述1.1計算機控制技術(shù)的含義與地位1.2計算機控制系統(tǒng)的輸入與輸出信號 1.3計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)和特點1.4計算機控制系統(tǒng)的任務(wù)和要求 1.5計算機控制系統(tǒng)的組成 1.6計算機控制系統(tǒng)的分類 1.7計算機控制技術(shù)的發(fā)展33-41.1計算機控制技術(shù)的含義與地位1.1.1 計算機控制技術(shù)的發(fā)展歷程首先是20世紀(jì)50年代以前的人工控制階段（基地式儀表控制系統(tǒng)）第二個階段是20世紀(jì)60年代的模擬式儀表控制階段（電動單元組合式儀表控制系統(tǒng)）第

4、三個階段是20世紀(jì)70年代的計算機集中控制階段 第四個階段是20世紀(jì)80年代的集散式控制階段（分布式控制系統(tǒng)） 33-5圖1-1 某熱電廠鍋爐儀表集中控制室 33-633-7圖1-2 某熱電廠鍋爐計算機控制室 33-833-91.1.2 計算機控制技術(shù)的含義所謂計算機控制：就是利用傳感裝置將被監(jiān)控對象中的物理參量（如溫度、壓力、液位、速度）轉(zhuǎn)換為電量（如電壓、電流），再將這些代表實際物理參量的電量送入輸入裝置中轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)字量，并且在計算機的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來，從而使得操作人員能夠直觀而迅速地了解被監(jiān)控對象的變化過程。33-101.1.2 計算機控制技術(shù)的含義

5、除此之外：計算機還可以將采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，隨時進(jìn)行分析、統(tǒng)計和顯示并制作各種報表。如果還需要對被監(jiān)控的對象進(jìn)行控制，則由計算機中的應(yīng)用軟件根據(jù)采集到的物理參量的大小和變化情況以及按照工藝所要求該物理量的設(shè)定值進(jìn)行判斷；然后在輸出裝置中輸出相應(yīng)的電信號，并且推動執(zhí)行裝置（如調(diào)節(jié)閥、電動機）動作從而完成相應(yīng)的控制任務(wù)。33-111.1.3 控制系統(tǒng)微機化的重要意義計算機技術(shù)的引入，為控制系統(tǒng)帶來以下一些新特點和新功能： 1）自動清零功能。 2）量程自動切換功能 3）多點快速測控 4）數(shù)字濾波功能 5）自動修正誤差。6）數(shù)據(jù)處理功能7）復(fù)雜控制規(guī)律8）多媒體功能9）通信或網(wǎng)絡(luò)功能10）自我診斷功

6、能33-121.2 計算機控制系統(tǒng)的輸入與輸出信號1.模擬量信號 模擬信號是指隨時間連續(xù)變化的信號。2.數(shù)字（開關(guān)）量信號 開關(guān)信號是指在有限的離散瞬時上取值間斷的信號。3.脈沖量信號當(dāng)開關(guān)量按一定頻率變化時，則該開關(guān)量就可以視為脈沖量，也就是說脈沖量具有周期性。33-131.3 計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)和特點 1.3.1 計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)33-141.3 計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)和特點 1.3.2 計算機控制系統(tǒng)的特點 1）技術(shù)集成和系統(tǒng)復(fù)雜程度高 2）實時性強 3）可靠性高和可維修性好 4）環(huán)境適應(yīng)性強 5）控制的多功能性 6）應(yīng)用的靈活性。33-161.4 計算機控制系統(tǒng)的任務(wù)和

7、要求1.4.1 計算機控制系統(tǒng)的任務(wù)1檢測33-172執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動3控制 4人一機交互 5通信1.4.1 計算機控制系統(tǒng)的任務(wù)從本質(zhì)上講，計算機控制系統(tǒng)的工作過程可歸納為以下三步：1）實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送器的被控量的瞬時值進(jìn)行采集和輸入；2）實時控制決策：對采集到的被控量進(jìn)行分析、比較和處理，按預(yù)定的控制規(guī)律運算，進(jìn)行控制決策；3）實時輸出控制：根據(jù)控制決策，實時地向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成系統(tǒng)控制任務(wù)或輸出其它有關(guān)信號，如報警信號等。33-181.4.2 計算機控制系統(tǒng)的基本要求1具有良好的實時性2具有高可靠性和較強的環(huán)境適應(yīng)性3采用標(biāo)準(zhǔn)化部件，便于擴充、升級和維護(hù)4具有良好的人

8、機界面和豐富的監(jiān)視畫面 5具有良好的系統(tǒng)組態(tài)和可選的各種控制策略6具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，便于實現(xiàn)工廠自動化和信息化33-191.5 計算機控制系統(tǒng)的組成33-201.5.1 計算機控制系統(tǒng)的硬件組成1計算機主機 2過程通道 3通用外部設(shè)備4. 傳感器及 自動化儀表33-21圖1-6 計算機操作控制臺 33-22計算機控制系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件程序設(shè)計系統(tǒng)操作系統(tǒng)診斷程序語言處理程序，服務(wù)程序管理程序，磁盤操作系統(tǒng)調(diào)機程序，診斷修復(fù)程序過程監(jiān)控程序過程控制程序公共應(yīng)用程序巡回檢測程序數(shù)據(jù)處理程序上下限檢查程序判斷程序，上下限檢查程序過程分析程序，開環(huán)控制程序閉環(huán)控制程序，事故處理程序基本運算斷程序

9、函數(shù)運算程序信息運算程序制表打印程序服務(wù)子程序1.5.2 計算機控制系統(tǒng)的軟件組成33-23輸入模塊輸出模塊溫度變送調(diào)節(jié)閥熱電偶熱物料冷物料加熱爐燃料計算機溫度監(jiān)控系統(tǒng)計算機1.5.3 計算機控制系統(tǒng)的工作原理 1） 2） 3） 4）33-241.5.3 計算機控制系統(tǒng)的工作原理 上述溫度監(jiān)控計算機系統(tǒng)對生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動控制可以分解為四個過程： 1）生產(chǎn)過程的被控參量通過測量環(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)換后變成計算機可以識別的數(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）計算機根據(jù)測量值與給定

10、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)行機構(gòu)，通過調(diào)節(jié)物料流量或能量的大小來實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)。33-251.6 計算機控制系統(tǒng)的分類 1操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS） 操作指導(dǎo)是指計算機的輸出不直接用來控制生產(chǎn)過程，而只是對系統(tǒng)過程參數(shù)進(jìn)行收集，按預(yù)定的算法計算各控制量，求出最佳設(shè)定值，通過顯示或打印輸出數(shù)據(jù)，操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作控制。33-261.6 計算機控制系統(tǒng)的分類2直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC） 計算機首先通過模擬量輸入通道、開關(guān)量輸入通道實時采集數(shù)據(jù)，然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道、開關(guān)量輸出通

11、道直接控制生產(chǎn)過程。 優(yōu)點： 能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、多回路控制，能夠靈活的把各種算法施加于生產(chǎn)過程。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資高。33-271.6 計算機控制系統(tǒng)的分類3監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC） 計算機根據(jù)工藝信息和其它參數(shù)，自動地改變模擬調(diào)節(jié)器或直接數(shù)字控制方式的微型機中的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。它的作用是改變給定值，所以又稱設(shè)定值控制SPC。優(yōu)點：DDC計算機可以直接控制，SCC計算機只是采集，優(yōu)化；這實際上是一種不存在上下級通信的兩級控制，只存在傳遞設(shè)定值的關(guān)系。缺點：造價高、效益差，現(xiàn)在已經(jīng)不用了。33-281.6 計算機控制系統(tǒng)的分類4分布式控制系統(tǒng)（DCS）33-291.6 計

12、算機控制系統(tǒng)的分類5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）33-301.6 計算機控制系統(tǒng)的分類6工業(yè)過程計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）33-311.7 計算機控制技術(shù)的發(fā)展1智能化 2綜合化與集成化 3系統(tǒng)化與標(biāo)準(zhǔn)化 4微型化與大型化 5多媒體化與網(wǎng)絡(luò)化研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)有 (1)分級遞階智能控制系統(tǒng) (2)模糊控制系統(tǒng)（基于模糊集合理論） (3)專家控制系統(tǒng)（基于知識的系統(tǒng)） (4)學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)（學(xué)習(xí)是控制經(jīng)驗的積累） (5)神經(jīng)控制系統(tǒng)（基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制）發(fā)展特點33-32作業(yè)P10頁 1-1，1-4，1-533-33習(xí)題與思考題1針對不同行業(yè)、不同被控對象，可以選擇哪些計算機控制裝置（主機）？2以定位減速和工件加工為例，敘述定位減速控制系統(tǒng)和自動磨削控制系統(tǒng)的工作原理。3閉環(huán)控制與開環(huán)控制有什么不同？自動控制系統(tǒng)中一般采用什么控制方式？4什么是實時計算機系統(tǒng)？在計算機控制系統(tǒng)中實時性體現(xiàn)