计算机控制技术第1章研究.pptVIP

第 1 章 计算机控制系统概述 1.1 计算机控制系统的特征与组成 1.1.1 计算机控制系统的特征与工作原理 ⑴执行控制功能的核心部件是计算机，是模数混合系统； ⑵控制规律利用软件实现，便于实现复杂的控制规律； ⑶可同时控制多个回路； ⑷存在开环控制系统、闭环控制系统等不同类型的控制系统。 ⑴过程输出通道，包含由D/A转换器组成的模拟量输出通道和开关量输出通道。 ⑵过程输入通道，包含由A/D转换器组成的模拟量输入通道和开关量输入通道。 ⑶人机交互通道，系统操作者通过人机交互通道向计算机控制系统发布相关命令，提供操作参数，修改设置内容等，计算机则可通过人机交互通道向系统操作者显示相关参数、系统工作状态、对像控制效果等。 ⑴以软件代替硬件 ⑵数据存储 ⑶状态、数据显示 ⑷管理功能 1.1.2 计算机控制系统的工作原理 计算机控制过程可归结为如下四个步骤： ⑴实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测并输入。 ⑵实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。 ⑶实时控制输出：根据控制决策、适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 ⑷信息管理：随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和管理也是计算机控制系统必须完成的功能。 上述过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作,并对控制量和设备本身的异常现象及时作出处理 ⑴在线方式和离线方式 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称 为在线方式或联机方式。 生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠 人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。 ⑵实时的含义 指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完 成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制。 1.1.2 计算机控制系统的硬件组成 计算机控制系统由计算机（工控机）和生产过程两大部分组成。其硬件组成框图如图1.3所示， ⒈工控机 ⑵系统总线 系统总线可分为内部总线和外部总线。内部总线是工 控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道，是一 组信号线的集合。 常用的内部总线有IBM PC、PCI、ISA和STD总线。 外部总线是工控机与其它计算机和智能设备进行信息 传送的公共通道，常用外部总线有RS-232C、RS485和 IEEE-488通信总线。 ⑶输入/输出模板 工控机和生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道。 主要包括模拟量输入通道（AI）、模拟量输出通道（AO）、数字量（开关量）输入通道（DI）、数字量（开关量）输出通道（DO）。 输入通道的作用是将生产过程的信号变换成主机板能够接受和识别的代码。 输出通道的作用是将主机板输出的控制命令和数据进行变换，作为执行机构或电气开关的控制信号。 ⑹磁盘系统 可以用半导体虚拟磁盘，也可以配通用的硬磁盘或采用USB磁盘。 1.1.4 计算机控制系统软件 按功能分类，软件分为系统软件和应用软件两大部分。 系统软件一般是由计算机厂家提供的，用来管理计算机 本身的资源、方便用户使用计算机的软件。它主要包括操 作系统、各种编译软件、监控管理软件，这些软件一般不 需要用户自己设计，它们只是作为开发应用软件的工具。 应用软件是面向生产过程的程序，如A/D、D/A转换程 序，数据采样，数字滤波程序、标度变换程序、控制量计 算程序等等。应用软件大都由用户自己根据实际需要进行 开发。应用软件的优劣，将给控制系统的功能、精度和效 率带来很大的影响，它的设计是非常重要的。 1.2 计算机控制系统的分类 1.2.1 操作指导控制系统 1.2.2 直接数字控制系统 1.2.3 监督计算机控制系统 1.2.4 集散控制系统 1.2.5 现场总线控制系统 1.2.6 综合自动化系统 1.3 计算机控制的发展概况及趋势 1.3.1 计算机控制系统的发展过程 第一台电子计算机于1946年在美国问世。 二十世纪50年代末，计算机用于过程控制 ； 1962年,英国帝国化学工业公司实现了一个DDC系统 ； 二十世纪60年代后期 ，出现了适合工业生产过程控制的小型计算机 ； 1972年出现了微型计算机 ，使计算机控制由集中式的控制结构（用一台计算机完成许多控制回路的控制），转变成分散控制结构。分布式控制系统（DCS）开始普及应用； 从二十世纪80年代后期到90年代，计算机技术又有了飞速的发展，微处理器已由16位发展到32位，并且进一步向64位过渡。 工业控制计算机、现场控制器、单回路调节器和各种可编程控制器(PL