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* 计算机控制技术 李江全 编著 石河子大学机电学院电气工程教研室 2007年4月 第1章 计算机控制技术概述 1.1 计算机控制技术的含义与地位 1.2 计算机控制系统的输入与输出信号 1.3 计算机控制系统的典型结构和特点 1.4 计算机控制系统的任务和要求 1.5 计算机控制系统的组成 1.6 计算机控制系统的分类 1.7 计算机控制技术的发展 1.1 计算机控制技术的含义与地位 1.1.1 计算机控制技术的发展历程 首先是20世纪50年代以前的人工控制阶段（基地式仪表控制系统） 第二个阶段是20世纪60年代的模拟式仪表控制阶段（电动单元组合式仪表控制系统） 第三个阶段是20世纪70年代的计算机集中控制阶段 第四个阶段是20世纪80年代的集散式控制阶段（分布式控制系统） 图1-1 某热电厂锅炉仪表集中控制室 图1-2 某热电厂锅炉计算机控制室 1.1.2 计算机控制技术的含义 所谓计算机控制，就是利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。除此之外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。如果还需要对被监控的对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；然后在输出装置中输出相应的电信号，并且推动执行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制任务。 1.1.3 控制系统微机化的重要意义 计算机技术的引入，为控制系统带来以下一些新特点和新功能： 1）自动清零功能。 2）量程自动切换功能 3）多点快速测控 4）数字滤波功能 5）自动修正误差。 6）数据处理功能 7）复杂控制规律 8）多媒体功能 9）通信或网络功能 10）自我诊断功能 1.2 计算机控制系统的输入与输出信号 1.模拟量信号 模拟信号是指随时间连续变化的信号。 2.数字（开关）量信号 开关信号是指在有限的离散瞬时上取值间断的信号。 3.脉冲量信号 当开关量按一定频率变化时，则该开关量就可以视为脉冲量，也就是说脉冲量具有周期性。 1.3 计算机控制系统的典型结构和特点 1.3.1 计算机控制系统的典型结构 从本质上讲，计算机控制系统的工作过程可归纳为以下三步： 1）实时数据采集：对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入； 2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按预定的控制规律运算，进行控制决策； 3）实时输出控制：根据控制决策，实时地向执行机构发出控制信号，完成系统控制任务或输出其它有关信号，如报警信号等。 1.3.2 计算机控制系统的特点 1）技术集成和系统复杂程度高 2）实时性强 3）可靠性高和可维修性好 4）环境适应性强 5）控制的多功能性 6）应用的灵活性。 1.4 计算机控制系统的任务和要求 1.4.1 计算机控制系统的任务 1．检测 2．执行机构的驱动 3．控制 4．人一机交互 5．通信 1.4.2 计算机控制系统的基本要求 1．具有良好的实时性 2．具有高可靠性和较强的环境适应性 3．采用标准化部件，便于扩充、升级和维护 4．具有良好的人机界面和丰富的监视画面 5．具有良好的系统组态和可选的各种控制策略 6．具有网络通讯功能，便于实现工厂自动化和信息化 1.5 计算机控制系统的组成 可以分为硬件和软件两大部分 1.5.1 计算机控制系统的硬件组成 1．计算机主机 2．过程通道 3．操作控制台 图1-6 计算机操作控制台 1.5.2 计算机控制系统的软件组成 1．系统软件 2．应用软件 1.5.3 计算机控制系统的工作原理 上述温度监控计算机系统对生产过程实现自动控制可以分解为四个过程： 1）生产过程的被控参量（过程信号）通过测量环节转化为相应的电量或电参数，再由变送器或放大器变换成标准的电压信号或电流信号； 2）电压信号或电流信号经过A/D转换后变成计算机可以识别的数字信号，并将其转换为人们易于理解的工程量（测量值）； 3）计算机根据测量值与给定值的偏差，按一定的控制算法输出控制信号； 4）控制信号作用于执行机构，通过调节物料流量或能量的大小来实现对生产过程的调节。 *