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机电系统计算机控制 授 课 人：彭玉海 工业控制自动化技术的现状 工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分 。 目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。 一、 以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流 二、 PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展 三、 面向测控管一体化设计的DCS系统 四、 控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展 五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展 六、 数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展 七、 工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展 八、 工业控制软件正向先进控制方向发展 课程主要内容： 计算机控制系统的组成及特点 输入输出接口与过程通道 数字程序控制技术 常规及复杂控制技术 应用程序设计与实现技术 计算机控制系统设计与实现 第一章 绪论 1.1 微型计算机控制系统的组成 1.2 微型计算机控制系统分类 1.3 微型计算机控制系统的发展趋势 1.4 火电厂锅炉控制系统 1.1 微型计算机控制系统的组成 微型计算机控制系统是由计算机（工业控制计算机）和工业对象两大部分组成。图1-1给出了按偏差进行控制的闭环控制系统框图。 图1-2中给出了开环控制系统框图。它与闭环控制系统不同，它的控制器直接根据给定信号去控制被控对象工作。被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。与闭环控制系统相比，它的控制性能较差。 如果把图1-1中的控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型计算机控制系统，其基本框图如图1-3所示。在微型计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。 1. 硬件组成 微型计算机控制系统的硬件一般是由微型计算机、外部设备、输入输出通道和操作台等组成，如下图1-4所示。 硬件组成 （1）微型计算机 （2）外部设备 （3）输入输出通道 （4）操作台 2．计算机控制系统的软件 软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和。它是微型计算机控制系统的神经中枢，整个系统的工作都是在程序的指挥下进行协调工作的。软件通常分为两大类：一类是系统软件，另一类是应用软件。 常规控制系统和计算机控制系统的比较：前者连续不断地测量，经过反馈及补偿后对生产过程产生连续不断的控制。后者是采样控制系统，微机每隔一个采样周期T才对被控参数进行一次测量，根据一定控制规律计算出控制量后，去控制生产过程。在两次采样时刻之间，微机对被控制参数不测量，其输出控制量自然也保持不变。 微机控制系统控制过程的步骤： （1）实时数据采集 对被控参数的瞬时值进行测量。（2）实时决策 对表征被控参数状态的测量值进行分析，并按已定的控制规律作出相应的控制决策。（3）实时控制 根据决策实时地对控制机构发出控制信号。 上述过程不断重复，使系统能够按一定的动态品质指标进行工作，并对被控参数和设备是否出现异常情况进行监督，以便作出迅速处理。 所谓“实时”是指信号的输入、运算处理和输出能在一定的时间内完成。即要求微机对输入信号要以足够快的速度进行测量和处理，并在一定的时间内作出反应或产生相应的控制。超出了这个时间就会失去控制时机。 1.2 微型计算机控制系统分类 1．操作指导控制系统 2．直接数字控制系统（DDC） 3．计算机监督系统（SCC） 4．分级计算机控制系统 1．操作指导控制系统 2．直接数字控制系统DDC） 3．计算机监督系统（SCC） 计算机监督系统（Supervisory Computer Control）简称SCC系统。 SCC系统有两种不同的结构形式。一种是SCC+模拟调节器，另一种是SCC+DDC控制系统。 （1）SCC+模拟调节器控制系统 该系统原理图，如图1-7所示。 （2）SCC+DDC控制系统 SCC+DDC控制系统原理图，如下图1-8所示。 4．分级计算机控制系统 分级计算机控制系统是一个四级系统，各级计算机的功能如图1-9所示。 装置控制级（DDC级） 车间监督级（SCC级） 工厂集中控制级（MIS） 企业管理级（MIS） 分散控制系统DCS （Distributed control system）采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统分为过程控制级、控制管理级、生产管理级等。 FCS是新一代分布式控制结构，用二层结构（工作站—现场总线智能仪表）完成DCS中的三层结构（操作站—控制站—现场仪表）