[工学]数字控制理论及应用讲稿第二章 数字控制系统的组成.pdfVIP

第二章 数字控制系统的组成 第一节 数字控制系统硬件及软件组成 一、 硬件部分 计算机控制系统的硬件包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台 等。 1、主机 它是过程计算机控制系统的核心，由中央处理器（CPU）和内存储器组成。主机根据输 入通道送来的被控对象的状态参数，按照预先制定的控制算法编好的程序，自动进行信息处 理、分析、计算，并作出相应的控制决策，然后通过输出通道发出控制命令，使被控对象按 照预定的规律工作。 2、接口电路 它是主机与外部设备、输入/输出通道进行信息交换的桥梁。在过程计算机控制系统中， 主机接收数据或者向外发布命令和数据都是通过接口电路进行的，接口电路完成主机与其它 设备的协调工作，实现信息的传送。 3、过程输入/输出通道 过程输入输出（I/O）通道在微机和生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用，它 是主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。 模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号转换为数字信号送给微机；模 拟量输出通道则把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行设备， 实现生产过程的自动控制。微机通过开关量（脉冲量、数字量）输入通道输入反映生产过程 或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按纽等）或脉冲信号；通过开关量（数 字量）输出通道控制那些能接受开关（数字）信号的电器设备。 1）、模拟量输入（AI）通道： 生产过程中各种连续的物理量(如温度、流量、压力、液位、位移、速度、电流、电压 以及气体或液体的 PH 值、浓度、浊度等），只要由在线仪表将其转换为相应的标准模拟量电 信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。 2）、模拟量输出（AO）通道： 模拟量输出通道一般是输出 4～20mA（或 1～5V）的连续的直流电流信号，用来控制各 种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置（如各种变频调速器）控制各种电 机的转速，亦可通过电-气转换器或电-液转换器来控制各种气动或液动执行机构，例如控制 气动阀门的开度等等。 3）、开关量输入（DI）通道： 用来输入各种限位（限值）开关、继电器或电磁阀门连动触点的开、关状态；输入信 号可以是交流电压信号、直流电压信号或干接点信号。 4）、开关量输出（DO）通道： 用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声报警器等只具有开、关两种状态的设备。输 出形式一般为无源触点和有源 OC 门两种。 3 5）、脉冲量输入（PI）通道： 现场信号中的转速计、涡街流量计及一些机械计数装置等输出的测量信号均为脉冲信 号，脉冲量输入通道既可检测该类信号。 4、外部设备 外部设备按功能可分成三类：输入设备、输出设备和外存储器。一个过程控制系统外 部设备的配置是根据系统的功能决定的。 5、操作台 操作台是过程控制系统人-机联系设备，专供操作人员使用。一般操作台有 CRT 显示器 或 LED 数字显示器，用以显示系统运行的状态；有功能键盘，以便操作人员输入或修改控制 参数和发送命令。 二、软件部分 为使过程计算机控制系统正常运行并充分发挥硬件功能，完成预定的任务，必须有软 件的支持才能实现。软件是指计算机中使用的所有程序的总称。软件通常又可分为系统软件 和应用软件。 系统软件是用来使用和管理计算机的程序。过程计算机控制系统的系统软件应根据控 制系统的的规模和要求的功能选配。 应用软件是为了解决具体任务的用户程序，如在过程计算机控制系统中，各种数据采 集程序、数字处理程序以及各种控制程序等，它由用户按需要而编制。 第二节 过程计算机控制系统的分类 过程计算机控制系统所采用的形式与所控制的生产过程的复杂程度密切相关，不同的 被控对象和不同的控制要求，应有不同的控制方案。按照系统的功能和发展进程，典型计算 机控制系统大致分为以下几种典型的形式。 一、 操作指导控制系统 模拟量输入（AI ）通道 生