計算機控制系統(tǒng)讀書報告

1、計算機控制系統(tǒng)讀書報告一、 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)(Computer Control System，簡稱CCS)是應(yīng)用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。這里的計算機通常指數(shù)字計算機，可以有各種規(guī)模，如從微型到大型的通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執(zhí)行裝置等。與被控對象的聯(lián)系和部件間的聯(lián)系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數(shù)字信號進行聯(lián)系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進行聯(lián)系。計算機控制系統(tǒng)的被控對象的范圍很廣，包括各行各業(yè)的生產(chǎn)過程、機械裝置、交通工具、機器人、實驗裝置、儀器儀表、家

2、庭生活設(shè)施、家用電器和兒童玩具等?？刂颇康目梢允鞘贡豢貙ο蟮臓顟B(tài)或運動過程達(dá)到某種要求，也可以是達(dá)到某種最優(yōu)化目標(biāo)。與一般控制系統(tǒng)相同，計算機控制系統(tǒng)可以是閉環(huán)的，這時計算機要不斷采集被控對象的各種狀態(tài)信息，按照一定的控制策略處理后，輸出控制信息直接影響被控對象。它也可以是開環(huán)的，這有兩種方式：一種是計算機只按時間順序或某種給定的規(guī)則影響被控對象；另一種是計算機將來自被控對象的信息處理后，只向操作人員提供操作指導(dǎo)信息，然后由人工去影響被控對象。計算機控制系統(tǒng)由控制部分和被控對象組成，其控制部分包括硬件部分和軟件部分，這不同于模擬控制器構(gòu)成的系統(tǒng)只由硬件組成。計算機控制系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用

3、軟件。系統(tǒng)軟件一般包括操作系統(tǒng)、語言處理程序和服務(wù)性程序等，它們通常由計算機制造廠為用戶配套，有一定的通用性。應(yīng)用軟件是為實現(xiàn)特定控制目的而編制的專用程序，如數(shù)據(jù)采集程序、控制決策程序、輸出處理程序和報警處理程序等。它們涉及被控對象的自身特征和控制策略等，由實施控制系統(tǒng)的專業(yè)人員自行編制。計算機控制系統(tǒng)通常具有精度高、速度快、存儲容量大和有邏輯判斷功能等特點，因此可以實現(xiàn)高級復(fù)雜的控制方法，獲得快速精密的控制效果。計算機技術(shù)的發(fā)展已使整個人類社會發(fā)生了可觀的變化，自然也應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管理中。而且，計算機所具有的信息處理能力，能夠進一步把過程控制和生產(chǎn)管理有機的結(jié)合起來（如CIMS），從而

4、實現(xiàn)工廠、企業(yè)的全面自動化管理。二、 計算機控制系統(tǒng)工作原理 計算機控制系統(tǒng)包括硬件組成和軟件組成。在計算機控制系統(tǒng)中，需有專門的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換設(shè)備和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備。由于過程控制一般都是實時控制，有時對計算機速度的要求不高，但要求可靠性高、響應(yīng)及時。計算機控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個過程：（a）實時數(shù)據(jù)采集 對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行實時檢測與輸入； (b)實時控制決策 對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。 (c)實時控制輸出根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號,完成控制任務(wù)。這三個過程不斷重復(fù)，使整個系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)

5、指標(biāo)進行工作，并對被控量和設(shè)備本身的異常現(xiàn)象及時做出處理。三、 計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)就是利用計算機（通常稱為工業(yè)控制計算機）來實現(xiàn)工業(yè)過程自動控制的系統(tǒng)。在計算機控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機的輸入和輸出是數(shù)字信號，而現(xiàn)場采集到得信號或送到執(zhí)行機構(gòu)的信號大多是模擬信號，因此與常規(guī)的按偏差控制的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)相比，計算機控制系統(tǒng)需要有數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器這兩個環(huán)節(jié)。計算機把通過測量元件、變送單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字信號，直接反饋到輸入端與設(shè)定值進行比較，然后根據(jù)要求按偏差進行運算，所得到數(shù)字量輸出信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器送到執(zhí)行機構(gòu)，對被控對象進行控制，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。這種

6、系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機硬件指計算機本身及外圍設(shè)備。硬件包括計算機、過程輸入輸出接口、人機接口、外部存儲器等。軟件系統(tǒng)是能完成各種功能計算機程序的總和，通常包括系統(tǒng)軟件跟應(yīng)用軟件。具體如下：(a)硬件組成微型計算機控制系統(tǒng)的硬件一般是由微型計算機、外部設(shè)備、輸入輸出通道和操作臺等組成。(b)軟件組成：Ø 系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、編程語言等；Ø 應(yīng)用軟件：過程輸入輸出模塊(A/D、D/A等)； 過程控制模塊(控制算法)； 輔助模塊(人機接口、打印顯示等)四、 計算機控制系統(tǒng)及其工業(yè)控制機的特點4.1計算機控制系統(tǒng)的特點（a

7、）結(jié)構(gòu)上。計算機控制系統(tǒng)中除測量裝置、執(zhí)行機構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能的核心部件是數(shù)字計算機，所以計算機控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部件的混合系統(tǒng)。（b）計算機控制系統(tǒng)中除仍有連續(xù)模擬信號之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等多種信號形式。（c）由于計算機控制系統(tǒng)中了包含連續(xù)信號外，還包含有數(shù)字信號，從而使計算機控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采用專門的理論來分析和設(shè)計。（d）計算機控制系統(tǒng)中，修改一個控制規(guī)律，只需修改軟件，便于實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律和對控制方案進行在線修改，使系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性。（e）計算機控制系統(tǒng)中，由于計算機具有高速的運算能力，一個控制器（控制計算機）經(jīng)?？?/p>

8、以采用分時控制的方式而同時控制多個回路 。（f）采用計算機控制，如分級計算機控制、離散控制系統(tǒng)、微機網(wǎng)絡(luò)等，便于實現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動化程度進一步提高 。4.2 工業(yè)控制機的特點（a）安全可靠工業(yè)控制計算機不同于一般用于科學(xué)計算或管理的計算機，它的工作環(huán)境比較惡劣，周圍的各種干擾隨時地威脅著它的正常運行，而且它所擔(dān)當(dāng)?shù)目刂浦厝斡植辉试S它發(fā)生異常現(xiàn)象。因此在設(shè)計過程中把安全可靠放在首位。（b）作維護方便操作方便體現(xiàn)在操作簡單、直觀形象、便于掌握，并不要求操作工要掌握計算機知識才能操作。既要體現(xiàn)操作的先進性，又要兼顧原有得操作習(xí)慣。維修方便體現(xiàn)在易于查找故障，易于排除故障。采用標(biāo)準(zhǔn)

9、的功能沒，模板式結(jié)構(gòu)，便于更換故障模板。并在功能模板上安裝狀態(tài)指示燈 和監(jiān)測點，便于維修人員檢查。另外配制診斷程序用來查找故障。（c）實時性好工業(yè)控制機的實時性表現(xiàn)在對內(nèi)部和外部事件能及時的響應(yīng)，并做出響應(yīng)的處理，不丟失信息，不延誤操作。計算機處理的事件一般分為兩類，一類是定時事件，如數(shù)椐的定時采集、運算控制等；另一類是隨機事件，如事故、報警等。對于定時事件，系統(tǒng)設(shè)置時鐘保證定時處理。對于隨機事件系統(tǒng)設(shè)置中斷，并根據(jù)故障的輕重緩急，預(yù)先分配中斷級別，一旦事故發(fā)生保證優(yōu)先處理緊急故障。（d）通用性好工業(yè)控制計算機的通用靈活性體現(xiàn)在兩個方面，一是硬件模板設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，配置各種通用的功能模板

10、，以便在擴充功能時只需增加功能摸板就能實現(xiàn)；二是軟件模塊或控制算法采用標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時不需要二次開發(fā)，只需按要求選擇各功能模塊，靈活地進行控制系統(tǒng)組態(tài)。（e）濟效益高計算機控制應(yīng)該帶來高的經(jīng)濟效益，系統(tǒng)設(shè)計時要考慮性能價格比，要有市場競爭意識。經(jīng)濟效益表現(xiàn)兩個方面，一是系統(tǒng)設(shè)計的性能價格比要盡可能高；二是投入產(chǎn)出比要盡可能的低。五、 計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用5.1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）直接數(shù)字控制(Direct Digit Control)，簡稱為DDC系統(tǒng)，是用一臺計算機對被控參數(shù)進行檢測，再根據(jù)設(shè)定值和控制算法進行運算，然后輸出到執(zhí)行機構(gòu)對生產(chǎn)進行控制，使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值上。

11、利用計算機的分時處理功能直接對多個控制回路實現(xiàn)多種形式控制的多功能數(shù)字控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，計算機的輸出直接作用于控制對象，故稱直接數(shù)字控制，英文縮寫 DDC。直接數(shù)字控制系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。由一臺計算機通過多點巡回檢測裝置對過程參數(shù)進行采樣，并將采樣值與存于存儲器中的設(shè)定值進行比較，再根據(jù)兩者的差值和相應(yīng)于指定控制規(guī)律的控制算法進行分析和計算，以形成所要求的控制信息,然后將其傳送給執(zhí)行機構(gòu),用分時處理方式完成對多個單回路的各種控制（如比例積分微分、前饋、非線性、適應(yīng)等控制）。直接數(shù)字控制系統(tǒng)具有在線實時控制、分時方式控制和靈活性、多功能性三個特點。DDC系統(tǒng)中的計算機完成閉環(huán)控制，它不

12、僅能完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)多回路的PID(比例積分微分)調(diào)節(jié)，而且不需改變硬件，只通過改變程序就能實現(xiàn)各種較復(fù)雜的控制，如前饋控制、非線性控制、自適應(yīng)控制、最憂控制、模糊控制等。DDC系統(tǒng)是計算機用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的最典型的一種系統(tǒng)。它已廣泛應(yīng)用于材料熱加工、化工、機械、冶金等部門。5.2 分布式控制系統(tǒng)（DCS）DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的

13、多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。在特殊控制領(lǐng)域，如核電站控制系統(tǒng)，DCS的含義被誤叫做數(shù)字化控制系統(tǒng)（Digital control system），其實質(zhì)仍為分布式操作系統(tǒng)。DCS特點如下：（a）高可靠性由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。（b）開放性DCS采用開放式、標(biāo)

14、準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。（c）靈活性通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。（d）易于維護功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。（e）協(xié)調(diào)性各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)

15、傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。主要應(yīng)用有：分散控制系統(tǒng)、流程工藝CIMS等。5.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，也就是FCS，是新一代分布式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)改進了DCS系統(tǒng)成本高，各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成不能互聯(lián)的弱點。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有較高的性能價格比。系統(tǒng)綜合成本及一次性安裝費用減少40%。由于導(dǎo)線、連接附件的大幅度的減少。使原來的幾百根，甚至幾千根控制電纜減少到一根總線電纜，從而也使接線端子、電纜橋架等附件大幅度的減少。所以設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護的費用大幅度地減少，維護和改造的停工時間減少6

16、0%。原來繁瑣的原理圖、布線圖設(shè)計變得簡單易行；標(biāo)準(zhǔn)接插件快速、簡便的安裝，使人力、物力大量的減少；強大的故障診斷能力，使系統(tǒng)的調(diào)試和維護工作量大幅減少。現(xiàn)場總線技術(shù)自推廣以來，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。現(xiàn)場總線的技術(shù)推廣有了三、四年的時間，已經(jīng)或正在應(yīng)用于冶金、汽車制造、煙草機械、環(huán)境保護、石油化工、電力能源、紡織機械等各個行業(yè)。應(yīng)用的總線協(xié)議主要包括PROFIBUS、DeviceNet、Foundation、Fieldbus、Interbus_S 等。 在汽車行業(yè)，現(xiàn)場總線控制技術(shù)應(yīng)用的非常普遍，近兩年國內(nèi)新的汽車生產(chǎn)線和舊的生產(chǎn)線的改造，大部分都采用了現(xiàn)場總線的控制技術(shù)。

17、國外設(shè)計的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已應(yīng)用很廣泛，從單機設(shè)備到整個生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)，全部采用現(xiàn)場總線的控制方法。而國內(nèi)的應(yīng)用仍大多集中生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)、隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和觀念的更新必然會逐步擴展其應(yīng)用領(lǐng)域。5.4 可編程控制器系統(tǒng)（PLC）PLC系統(tǒng)(Programmable Logic Controller)，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。PLC的特點是：1、能夠設(shè)置不同

18、類型產(chǎn)品的工位數(shù)量及位置參數(shù)，并能夠在線監(jiān)控運行過程；PLC控制圖片2、設(shè)備操作靈活方便，能夠?qū)崿F(xiàn)啟動與暫停，自動與手動模式切換,計數(shù)與清零,氣缸下壓時間調(diào)整等；3、螺絲的自動排放，送料，固定，由機器一次性自動完成，不需人工輔助；4、高速的生產(chǎn)節(jié)拍，可實現(xiàn)單工位速度不低于 1-1.5 秒/件。定位精度高，位置誤差不大于 0.02 毫米。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。六、 計算機控制系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢根據(jù)目前計算機控制技術(shù)的發(fā)展情況，展望未來，前景誘人。要發(fā)展計算機控制技術(shù)，必須對生產(chǎn)過程知識、檢測與測量技

19、術(shù)、計算機技術(shù)和控制理論等領(lǐng)域進行廣泛深入地研究。1. 推廣應(yīng)用成熟的先進技術(shù)(1)普及應(yīng)用可編程序控制器(PLC)近年來，由于開發(fā)了具有智能IO模塊的PLC，它可以將順序控制和過程控制結(jié)合起來，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，并具有高可靠性。PLC與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有如下一些特點：Ø 抗干擾能力強； Ø 適應(yīng)性好；Ø 編程直觀、簡單； Ø 功能完善，接口功能強。  (2)廣泛使用智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過程控制儀表，也稱可編程調(diào)節(jié)器。其外形類似于一般的盤裝儀表，而其內(nèi)部是由微處理器CPU、存儲器 RAM、ROM、模擬量和數(shù)字量I/0 通道、電源等部分組成的一個微型計算機系統(tǒng)。 智能調(diào)節(jié)器可以接受和輸出420mA模擬量信號和開關(guān)量信號，同時還具有RS232或RS-485等