第1章：計算機(jī)控制系統(tǒng)概論

1、計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)潘崢嶸第一章第一章 緒論緒論一一、計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 二二、工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點 三三、計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概述計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概述一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.計算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成 一個連續(xù)自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，如圖1-1：一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1、計算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成 計算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計算機(jī)(通常稱為工業(yè)控制計算機(jī),簡稱工控機(jī))來實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)，如圖1-2 。一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 2 、計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 （1）實

2、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(jìn)行檢測和輸入（2）實時控制決策：對采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。 （3）實時控制輸出：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)組成框圖CPUCPU模擬量傳感器數(shù)字量傳感器脈沖量鍵盤信號調(diào)理V/VI/V給定A/D光電隔離光電隔離傳感器光電隔離執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)字量執(zhí)行機(jī)構(gòu)脈沖量顯示驅(qū)動V/VV/ID/A光電隔離光電隔離光電隔離驅(qū)動驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)模擬量開關(guān)電源線性電源DC/DCAC/DC電源濾波交流直流高壓低壓交流直流高壓低壓電源濾波變壓整流濾波穩(wěn)壓輸入輸入輸出輸出電源電源通訊及存

3、儲器通訊及存儲器電源監(jiān)測及看門狗電源監(jiān)測及看門狗一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)屬于 開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計算機(jī)根據(jù)一定的控制算法，依賴測量元件測得的信號數(shù)據(jù)，計算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。操作人員根據(jù)計算機(jī)輸出的信息去改變調(diào)節(jié)器的給定值或直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖1-3。 一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （2）直接數(shù)字控制（Direct Digital Control）系統(tǒng)

4、 DDC系統(tǒng)屬于計算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。計算機(jī)首先通過模擬量輸入通道（AI）和開關(guān)量輸入通道（DI）實時采集數(shù)據(jù)，然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道（AO）和開關(guān)量輸出通道（DO）直接控制生產(chǎn)過程，如圖1-4 。一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （2）直接數(shù)字控制（Direct Digital Control）系統(tǒng) 一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （3）監(jiān)督控制（Supervisory Computer Control)系統(tǒng) 監(jiān)督控制中，計算機(jī)根據(jù)原始工藝信息和其他的參數(shù)，按照

5、描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型或其他方法，自動地改變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機(jī)中的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況（如保持高質(zhì)量、高效率、低消耗、低成本等等）。 從這個角度上說，它的作用是改變設(shè)定值，又稱為設(shè)定值控制SPC(Set Point Control)，如圖1-5 。一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （3）監(jiān)督控制（Supervisory Computer Control)系統(tǒng) 一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （4）分散型控制系統(tǒng) （Distributed Control System-

6、DCS) DCS采用分散控制，集中操作，分級管理，分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則，把系統(tǒng)從上到下分為分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級、綜合信息管理級，形成分級分布式控制，如圖1-6 。 一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （4）分散型控制系統(tǒng) （Distributed Control System-DCS) 一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) （Fieldbus Control System-FCS) FCS是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的DCS，其結(jié)構(gòu)模式為“操作站控制站現(xiàn)場

7、儀表”三層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)成本較高，而且各廠商的DCS又各自的標(biāo)準(zhǔn)，不能互連。FCS于DCS不同，它的結(jié)構(gòu)模式為“工作站現(xiàn)場總線儀表”二層結(jié)構(gòu)，完成了DCS三層結(jié)構(gòu)的功能，降低了成本，提高了可靠性，國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如圖1-7 。 一一、 計算機(jī)控制系統(tǒng)概論計算機(jī)控制系統(tǒng)概論 3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 （5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) （Fieldbus Control System-FCS) 二二、工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點（一）（一） 工業(yè)控制機(jī)的組成工業(yè)控制機(jī)的組成 1、工業(yè)控制機(jī)的硬件組成 硬件組成見圖1-8所示。主要包括以下部分： 二二、工

8、業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點（一）（一） 工業(yè)控制機(jī)的組成工業(yè)控制機(jī)的組成 1、工業(yè)控制機(jī)的硬件組成 （1）主機(jī)板：由CPU和內(nèi)存（ROM、RAM）組成。作用：數(shù)值計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理。 （2）內(nèi)部總線和外部總線：內(nèi)部總線是工控機(jī)內(nèi)部各組成部分信息傳輸?shù)耐ǖ?，常用有PC總線和STD總線兩種。外部總線則是工控機(jī)與其它計算機(jī)和智能設(shè)備信息傳輸?shù)耐ǖ?，常用有RS-232和IEEE-488通信總線。 二二、工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點（一）（一） 工業(yè)控制機(jī)的組成工業(yè)控制機(jī)的組成 1、工業(yè)控制機(jī)的硬件組成 （3）人-機(jī)接口：由PC鍵盤、顯示器和打印機(jī)等

9、組 （4）系統(tǒng)支持系統(tǒng)：監(jiān)控定時器（Watchdog）： 系統(tǒng)故障時使系統(tǒng)自動恢復(fù)運行。電源掉電檢測： 檢測交流電掉電后保護(hù)現(xiàn)場，上電后能從斷電處繼續(xù)運行。后備存儲器： 保護(hù)重要數(shù)據(jù)，容量不大，采用后備電池的SRAM、EEPROM。 實時時鐘： 時間驅(qū)動與事件驅(qū)動能力。常用帶日歷時鐘芯片實現(xiàn)。 二二、工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點（一）（一） 工業(yè)控制機(jī)的組成工業(yè)控制機(jī)的組成 1、工業(yè)控制機(jī)的硬件組成 （5）磁盤系統(tǒng)：軟磁盤、硬磁盤。（6）通信接口：工業(yè)控制機(jī)與智能外設(shè)通信的接口。RS-232、IEEE-488接口。（7）輸入輸出通道：包括模擬量輸入/輸出通道和數(shù)字量輸入

10、/輸出通道。 二二、工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點（一）（一） 工業(yè)控制機(jī)的組成工業(yè)控制機(jī)的組成 2 2、工業(yè)控制機(jī)的軟件組成、工業(yè)控制機(jī)的軟件組成 系統(tǒng)軟件：實時多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序。如Intel的iRMX86、DOS、 Windows。支持軟件：匯編語言、高級語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序。應(yīng)用程序：針對某個生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序。包括：輸入程序、控制程序、輸出程序、人機(jī)接口程序、打印顯示程序等。 二二、工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點（二二）工業(yè)控制機(jī)的特點工業(yè)控制機(jī)的特點 工業(yè)控制機(jī)具有： 可靠性高和可維護(hù)性好： 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)： 控制實時性好： 輸入輸出通道完善： 軟件豐富： 運算速度和精度高等優(yōu)點。