第一章 计算机控制系统概述.ppt

第一章计算机控制系统概述,1.0计算机控制的发展阶段1.1计算机控制的概念1.2计算机控制系统的组成1.3计算机在工业控制中的典型应用（分类）1.4典型工业受控对象1.5国内外主要计算机控制设备介绍1.6计算机控制系统的发展趋势,1.0计算机控制的发展阶段,1、20世纪50年代初（初级阶段）计算机开始应用到自动化领域。2、19651969年（实用和普及阶段）以集中型计算机控制系统为主。3、20世纪70年代后（大量普及阶段）分布式控制方式得到重视。,返回本章首页,1.1计算机控制系统的概念,微型计算机控制系统是由控制计算机本体（包括硬件、软件和网络结构）和受控对象两大部分组成。下面先看一下工业生产中常规自动控制系统：图1-1给出了按偏差（将被控量y和给定值w相比较，得到偏差信号e=w-y）进行控制的闭环控制系统框图。,图1-1闭环控制系统框图,图1-2中给出了开环控制系统框图。它的控制器直接根据给定信号去控制被控对象工作。控制过程中产生的误差全部反映在被控参数上，被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。与闭环控制系统相比，其控制性能较差。,图1-2开环控制系统框图,结论：自动控制系统的基本功能是信号的传递、加工和比较。这些功能是由传感器的检测、变送装置和控制器的执行装置来完成的。,如将图1-1中的控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型计算机控制系统。在微机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。,图1-3计算机控制系统基本框图,注：相关知识,1、计算机控制系统执行控制程序的过程如下,2、几个常见概念,返回本章首页,联机控制（在线控制）：计算机控制系统直接与生产设备连接进行控制决策的控制方式脱机控制（离线控制）：生产设备不直接与计算机控制系统相连接的控制方式实时控制：如果计算机能够在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量、计算和控制输出，则称为实时控制。,1.2计算机控制系统的组成,计算机控制系统（本体）包括计算机硬件设备、控制软件和计算机通信网络3个部分组成。1.计算机控制系统硬件组成计算机控制系统的硬件一般是由微型机、外设、i/o通道和运行操作台等组成，如下图1-4所示。,图1-4微型计算机控制系统原理图,1.硬件组成,（1）计算机主机（由cpu、存储器等构成）（2）外部设备i.常规外设ii.外部接口电路（串、并行口；管理接口等）（3）输入输出通道（4）运行操作台,2计算机控制系统的软件,软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和。它是微型计算机控制系统的神经中枢，整个系统的工作都是在程序的指挥下进行协调工作的。通常意义上软件分为：系统软件、应用软件。从控制系统功能角度分为：前处理程序、服务程序（监控程序）和后处理程序。一个典型控制系统的软件应至少包括：初级监控程序和前处理程序。,3计算机控制系统的网络结构,1计算机控制系统中的网络结构（按网络各节点之间的关系）可分为两大类：对等式网络结构(peer-to-peer)客户/服务器结构(client/server)2对象链接嵌入ole（objectlinkingandembedding）该标准允许两台微机之间交换文挡、图形等对象。其低层是靠动态数据交换dde（dynamicdataexchange）支持实现的。,返回本章首页,1.3计算机在工业控制中的典型应用,1数据采集和监视系统（操作指导控制系统）2直接数字控制系统（ddc）3计算机监督控制系统（scc）4分级分布式计算机控制系统,返回本章首页,1数据采集和监视系统,图1-5数据采集和监视系统组成框图,返回本节,2直接数字控制系统（ddc）,图1-6ddc控制系统原理图,返回本节,3计算机监督控制系统（scc）,计算机监督系统（supervisorycomputercontrol）简称scc系统。scc系统有两种不同的结构形式。1、scc+模拟调节器2、scc+ddc控制系统,图1-7scc+模拟调节器控制系统原理图,图1-8scc+ddc控制系统原理图,返回本节,4分级分布式计算机控制系统,分级分布计算机控制系统是一个四级系统，各级计算机的功能如图1-9所示。企业管理级（dss）工厂集中控制级（mis）车间监督级（scc级）装置控制级（ddc级）,图1-9分级分布式计算机控制系统,返回本章首页,1.4典型工业受控对象,连续过程,离散过程,以批次为基础的过程,返回本章首页,1.5国内外主要计算机控制设备介绍,1）罗克韦尔自动化公司2）honeywell的tdc30003）foxboro的i/as4）基于pc总线的工业控制机,返回本章首页,1可编程控制器（plc）2采用新型的控制系统（集散控制系统）3人工智能4神经网络控制系统,1.6微型计算机控制系统的发展趋势,1可编程控制器（plc）,plc与传统的继电器控制相比，具有如下一些特点：（1）抗干扰能力强（2）适应性好（3）编程直观、简单（4）功能完善，接口功能强,返回本节,2采用新型的控制系统（集散控制系统）,集散控制系统是分散型综合控制系统（totaldistributedcontrolsystems）或分散型微处理器控制系统（distributedmicroprocessorcontrolsystems）的简称。它以微型计算机为核心，把微型机、工控机、数据通信系统、显示操作装置、i/o通道、模拟仪表等有机地结合起来，采用组合组装式结构组成系统，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。,图1-10集散系统组成框图,返回本节,3人工智能,人工智能是用计算机模拟人类大脑的逻辑判断功能，其中具有代表性的两个尖端领域是专家系统和机器人。1、专家系统（计算机专家咨询系统）是一个存储了大量专门知识的计算机程序系统。不同的专家系统将不同领域专家的知识，以适当的形式存放于计算机中。根据这些专家知识，专家系统可以对用户提出的问题做出判断和决策，以回答用户的咨询。2、机器人是一种能模拟人类智能和肢体动作的装置，从本世纪70年代微处理机问世以来，机器人便逐渐涉足于各工业生产领域和科学研究领域。目前已出现的机器人可以分为两类，工业机器人和智能机器人。,返回本节,4神经网络控制系统,国外在20世纪80年代掀起了神经网络（neuralnetwork）计算机的研究和应用热潮，我国在90年代也开始了这方面的研究。由于神经网络的特点（大