計算機控制技術(shù)工程—林敏課件—01.

1、第一章第一章 計算機控制概述計算機控制概述本章要點本章要點: 1.了解計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理了解計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理2.了解計算機控制系統(tǒng)硬件組成與軟件組成。了解計算機控制系統(tǒng)硬件組成與軟件組成。3. 初步認識微型計算機控制系統(tǒng)分類與裝置種類初步認識微型計算機控制系統(tǒng)分類與裝置種類 返回總目錄返回總目錄本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 引言引言 1.1 1.1 計算機控制系統(tǒng)組成計算機控制系統(tǒng)組成 1.2 計算機控制系統(tǒng)分類計算機控制系統(tǒng)分類 1.3 計算機控制裝置種類計算機控制裝置種類 本章小結(jié)本章小結(jié) 思考題思考題 引言引言 計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)-是把是把計算機技術(shù)計算機技術(shù)與與自動

2、化自動化控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)融為一體的一門綜合性學(xué)問，是以計算融為一體的一門綜合性學(xué)問，是以計算機為核心部件的過程控制系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)。機為核心部件的過程控制系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)。 從從計算機應(yīng)用的角度計算機應(yīng)用的角度出發(fā)，自動化控制工程出發(fā)，自動化控制工程是其重要的一個應(yīng)用領(lǐng)域；是其重要的一個應(yīng)用領(lǐng)域； 從從自動化控制的領(lǐng)域自動化控制的領(lǐng)域來看，計算機技術(shù)又是來看，計算機技術(shù)又是一個主要的實現(xiàn)手段。一個主要的實現(xiàn)手段。 本書立足于工業(yè)自動化的領(lǐng)域，討論這種不本書立足于工業(yè)自動化的領(lǐng)域，討論這種不同于普通計算機的同于普通計算機的計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)技術(shù)及其工程應(yīng)

3、用相關(guān)技術(shù)及其工程應(yīng)用。鏈接動畫鏈接動畫下圖為下圖為一個制藥車間的自動化生產(chǎn)流程。一個制藥車間的自動化生產(chǎn)流程。1.1 1.1 計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成主要知識點主要知識點:1.1.1 1.1.1 控制系統(tǒng)概念控制系統(tǒng)概念1.1.2 1.1.2 硬件組成硬件組成1.1.3 1.1.3 軟件組成軟件組成1.1.1 1.1.1 控制系統(tǒng)概念控制系統(tǒng)概念計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來的演變而來的; ;常規(guī)儀表控制系統(tǒng)常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，一般分成，一般分成閉環(huán)控制閉環(huán)控制( (圖圖1-1a1-1a所示所示) )與與開環(huán)控制開環(huán)控制( (圖圖1

4、-1b1-1b所示所示) )兩種結(jié)構(gòu)形式兩種結(jié)構(gòu)形式; ;計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)用控制計算機代替圖用控制計算機代替圖1-11-1的控制器，如圖的控制器，如圖1-21-2所示；所示； （1 1）閉環(huán)控制系統(tǒng)）閉環(huán)控制系統(tǒng) 被控對象被控對象 被控量被控量 測量變送器測量變送器 測量值測量值 給定值給定值 偏差輸入偏差輸入 控制器控制器 控制規(guī)律控制規(guī)律 控制信號控制信號 執(zhí)行器執(zhí)行器 操縱變量操縱變量 按偏差進行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)按偏差進行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)euqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象測量變送器測量變送器偏差偏差給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被

5、控量 測量值測量值r+_zf干擾干擾圖圖1-1(a) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（2）開環(huán)控制系統(tǒng)）開環(huán)控制系統(tǒng)給定值給定值 控制器控制器 控制作用控制作用 執(zhí)行器執(zhí)行器 被控對象被控對象按給定值直接進行控制的開環(huán)控制系統(tǒng)按給定值直接進行控制的開環(huán)控制系統(tǒng)uqy控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被控量 r(b) (b) 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)（3 3）計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)原理組成）計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)原理組成 模擬信號模擬信號 數(shù)字信號數(shù)字信號 A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 控制計算機控制計算機 把常規(guī)儀表控制系統(tǒng)中的控

6、制器用控制計算機即計算機及把常規(guī)儀表控制系統(tǒng)中的控制器用控制計算機即計算機及A/DA/D（模（模/ /數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與D/AD/A（數(shù)（數(shù)/ /模）轉(zhuǎn)換接口代替。模）轉(zhuǎn)換接口代替。 +re偏偏差差計計算算機機D/A執(zhí)執(zhí)行行器器被被控控對對象象uqyA/D測測量量變變送送器器z測測量量值值給給定定值值控控制制計計算算機機生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程控控制制作作用用操操縱縱變變量量被被控控量量圖圖1 1- -3 3 計計算算機機控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理框框圖圖- 圖圖1-2 計算機控制系統(tǒng)原理圖計算機控制系統(tǒng)原理圖 （4 4）計算機控制系統(tǒng)的監(jiān)控過程步驟）計算機控制系統(tǒng)的監(jiān)控過程步驟a.a.實時數(shù)

7、據(jù)采集實時數(shù)據(jù)采集-對來自測量變送器的被控量的對來自測量變送器的被控量的瞬時值進行采集和輸入瞬時值進行采集和輸入 ；b.b.實時數(shù)據(jù)處理實時數(shù)據(jù)處理-對采集到的被控量進行分析、對采集到的被控量進行分析、比較和處理，按一定的控制規(guī)比較和處理，按一定的控制規(guī)律運算，進行控制決策；律運算，進行控制決策； c.c.實時輸出控制實時輸出控制-根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行器發(fā)出控制信號，完成監(jiān)控任器發(fā)出控制信號，完成監(jiān)控任務(wù)；務(wù)； 1.1.2 1.1.2 硬件組成硬件組成計算機控制系統(tǒng)硬件一般包括：計算機控制系統(tǒng)硬件一般包括：主機主機-CPU CPU RAMRAMROMROM系統(tǒng)總

8、線系統(tǒng)總線 常規(guī)外部設(shè)備常規(guī)外部設(shè)備-輸入輸入/ /輸出設(shè)備、外存儲器等輸出設(shè)備、外存儲器等過程輸入輸出通道過程輸入輸出通道AIAI、AOAO、DIDI、DODO操作臺操作臺CRTCRT、LEDLED、LCDLCD 等等通信設(shè)備通信設(shè)備交換機、交換機、modemmodem、集線器等、集線器等圖圖 1-31-3所示硬件組成框圖所示硬件組成框圖CPURAMROM輸輸入入設(shè)設(shè)備備輸輸出出設(shè)設(shè)備備外外存存儲儲器器通通信信設(shè)設(shè)備備操操作作臺臺接接口口接接口口接接口口接接口口接接口口系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線工工業(yè)業(yè)對對象象接接口口接接口口接接口口接接口口換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)開開關(guān)關(guān)輸輸出出開開關(guān)關(guān)輸輸入入測測量量變變

9、送送驅(qū)驅(qū)動動執(zhí)執(zhí)行行過過程程輸輸入入輸輸出出通通道道計計算算機機基基本本系系統(tǒng)統(tǒng)主主機機常常規(guī)規(guī)外外部部設(shè)設(shè)備備圖1-4 計算機控制系統(tǒng)硬件組成框圖D/AA/D 圖圖1-3 1-3 計算機控制系統(tǒng)硬件組成框圖計算機控制系統(tǒng)硬件組成框圖 鏈接動畫鏈接動畫1.1.3 1.1.3 軟件組成軟件組成硬件僅為計算機控制系統(tǒng)的軀體。硬件僅為計算機控制系統(tǒng)的軀體。軟件軟件是指完成各種功能的計算機程序的總和，是指完成各種功能的計算機程序的總和，它是計算機控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的它是計算機控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。動作都是在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。軟件通常分為軟件

10、通常分為系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件和和應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件兩大類；兩大類；1.2 控制系統(tǒng)分類 主要知識點主要知識點1.2.1 1.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DASDAS）1.2.2 1.2.2 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) (OGC)(OGC)1.2.3 1.2.3 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDCDDC）1.2.4 1.2.4 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCCSCC）1.2.5 1.2.5 分散控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（DCSDCS）1.2.6 1.2.6 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCSFCS）1.2.7 1.2.7 計算機集成制造系統(tǒng)（計算機集成制造系統(tǒng)

11、（CIMSCIMS）1.2.11.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DASDAS）計計 算算 機機工工業(yè)業(yè)對對象象器器換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)D/A采采樣樣器器測測量量元元件件統(tǒng)統(tǒng)系系集集采采據(jù)據(jù)數(shù)數(shù)1 1圖圖5 5- -顯顯 示示 終終 端端打打 印印 機機 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition System)(Data Acquisition System)是所是所有計算機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。有計算機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 鏈接動畫鏈接動畫計計 算算 機機工工業(yè)業(yè)對對象象器器換換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)D/A采采樣樣器器測測量量元元件件顯顯示示終終端端打打印印機機控控制制儀儀表表 圖圖1 1- -6 6 操操作作

12、指指導(dǎo)導(dǎo)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)鏈接動畫鏈接動畫 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(Operation Guide Control)(Operation Guide Control) - -基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)結(jié)構(gòu)基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)結(jié)構(gòu)1.2.2 1.2.2 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(OGC)(OGC)計計算算機機生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程顯示顯示打印機打印機報警報警操作臺操作臺）ID，D/A（入入輸輸程程過過）OD，A/ D（出出輸輸程程過過圖圖1-7 1-7 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)鏈鏈接接動動畫畫 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital Contro

13、lDirect Digital Control）-是用一臺是用一臺計算機完成對多個被控參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，且按一定的控制規(guī)律進行計算機完成對多個被控參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，且按一定的控制規(guī)律進行實時決策，并通過輸出通道發(fā)出控制信號以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的閉環(huán)實時決策，并通過輸出通道發(fā)出控制信號以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制?？刂啤?.2.3 1.2.3 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDCDDC）工工藝藝數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)工工藝藝數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)顯顯示示打打印印報報警警顯顯示示打打印印報報警警機機算算計計CCS機機算算計計CCS測測量量測測量量控控制制控控制制模擬控制器CDD生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程用用計計算算機機(a

14、)統(tǒng)統(tǒng)系系器器制制控控擬擬模模+ +CCS圖圖1 1- -8 8 監(jiān)監(jiān)督督計計算算機機控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的兩兩種種結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式給給定定值值給給定定值值采采集集采采集集統(tǒng)統(tǒng)系系制制控控CDD+CCS (b)鏈鏈接接動動畫畫1.2.41.2.4監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCCSCC） 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（Supervisory Computer ControlSupervisory Computer Control）-是是OGCOGC系統(tǒng)與常規(guī)儀表系統(tǒng)或與系統(tǒng)與常規(guī)儀表系統(tǒng)或與DDCDDC系統(tǒng)綜合而成的兩級系統(tǒng)。系統(tǒng)綜合而成的兩級系統(tǒng)。1.2.5 1.2.5 分

15、散控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（DCSDCS） 分散控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)（Distributed Control SystemDistributed Control System）-是以微處理是以微處理器為基礎(chǔ)，借助于計算機網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)過程進行集中管理和分散控制器為基礎(chǔ)，借助于計算機網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)過程進行集中管理和分散控制的先進計算機控制系統(tǒng)。的先進計算機控制系統(tǒng)。鏈接動畫鏈接動畫運運行行員員操操作作站站工工程程師師工工作作站站計算站計算站管管理理級級監(jiān)監(jiān)控控級級控控制制級級現(xiàn)現(xiàn)場場級級管理網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管管理理計計算算機機管理計算機管理計算機過程控過程控制站制站通信通信接口接口基本控基本控制單元制單元基

16、本控基本控制單元制單元基基本本控控制制單單元元通信通信接口接口監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸入入輸輸出出單單元元數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸入入輸輸出出單單元元數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸入入輸輸出出單單元元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站M常規(guī)儀表常規(guī)儀表常規(guī)儀表常規(guī)儀表圖1-9 分散控制系統(tǒng)圖1-9 分散控制系統(tǒng)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)1.2.6 1.2.6 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCSFCS） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusFieldbus Control System Control System）-是一種全數(shù)字化、全分散式、可互操作的和全開放式的新是一種全數(shù)字化、全分散

17、式、可互操作的和全開放式的新型控制系統(tǒng)型控制系統(tǒng)。 圖圖1-10 1-10 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 1.2.7 1.2.7 計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)（CIMSCIMS） 圖圖1-111-11流程工業(yè)流程工業(yè)CIMSCIMS的遞階層次結(jié)構(gòu)圖的遞階層次結(jié)構(gòu)圖 計算機集成制造系統(tǒng)（計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System）是計算機）是計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、信號處理技術(shù)、管理技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)等新技術(shù)發(fā)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、信號處理技術(shù)、管理技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)等新技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，它將企業(yè)

18、的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、計劃、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、銷售及服務(wù)展的結(jié)果，它將企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、計劃、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、銷售及服務(wù)等環(huán)節(jié)和人力、財力、設(shè)備等生產(chǎn)要素集成起來，進行統(tǒng)一控制，求得生產(chǎn)活動的最等環(huán)節(jié)和人力、財力、設(shè)備等生產(chǎn)要素集成起來，進行統(tǒng)一控制，求得生產(chǎn)活動的最優(yōu)化優(yōu)化 。1.3 控制裝置種類 主要知識點主要知識點1.3.1 1.3.1 可編程控制器可編程控制器1.3.2 1.3.2 可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器1.3.3 1.3.3 總線式工控機總線式工控機1.3.4 1.3.4 嵌入式計算機系統(tǒng)嵌入式計算機系統(tǒng)1.3.5 1.3.5 其他控制裝置其他控制裝置1.3.11.3.1

19、 可編程控制器可編程控制器 可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器，簡稱可編程控制器簡稱可編程控制器PLCPLC，是計算機技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，是計算機技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端其低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的工業(yè)控制計算機。為一種高性能的工業(yè)控制計算機。鏈接動畫鏈接動畫1.3.21.3.2 可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器 可編程調(diào)節(jié)器，可編程調(diào)節(jié)器，又稱單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)又稱單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器。節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器。鏈接動畫鏈接動畫1.3.3 1.3.3 總線式工控機總線式工控機 總線式工控機，總

20、線式工控機，是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一種專用于工業(yè)控制的通用性計算機，一般構(gòu)的一種專用于工業(yè)控制的通用性計算機，一般稱為工業(yè)控制計算機，簡稱為工業(yè)控制機或工控稱為工業(yè)控制計算機，簡稱為工業(yè)控制機或工控機。機。鏈接動畫鏈接動畫1.3.4 1.3.4 嵌入式計算機系統(tǒng)嵌入式計算機系統(tǒng)嵌入式計算機系統(tǒng)，嵌入式計算機系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)，是以應(yīng)用簡稱嵌入式系統(tǒng)，是以應(yīng)用為核心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件、硬件可裁為核心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件、硬件可裁剪，適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體剪，適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌積、功耗等方面嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入性、專用性和計算機系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的三個入性、專用性和計算機系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。基本要素。 1.3.5 1.3.5 其他控制裝置其他控