ComputerControlSystemChapter1Alex(1)

1、计算机控制系统Computer Control SystemComputer Control System赵毅北京师范大学珠海分校信息技术学院课程安排前续基础课程讲课34学时实验17学时 两周一次程序设计技术自动控制理论微机原理（单片机）与接口技术教材参考书目盛珣华，李润梅编著，计算机控制系统，清华大学出版社， 2007 于海生 等编著，微型计算机控制技术（第二版），清华大学出版社，2007 潘新民 编著，微型计算机控制技术，人民邮电出版社，2010 成绩考核方式 闭卷考试 60% 考勤和作业 20% 实验 20%这门课是什么？你们想要什么？严格把控每节课digest的知识点Group Exe

2、rcise (In Class) & After Class学习的人要主动地去查询一些信息，才是学习第一章 计算机控制系统概述7u 复述复述 典型计算机控制系统的组成结构 五种典型计算机控制系统的结构和基本基本特点u 描述描述 计算机控制的发展概况本章学习要求 随着现代化工业生产过程复杂性与集成度的提高，计算机控制系统得到了迅速的发展。计算机控制系统是自动控制系统发展中的高级阶段，是自动控制系统中非常重要的一个分支。 计算机控制系统利用计算机的软件和硬件代替自动控制系统中的控制器，它以自动控制理论和计算机技术为基础，综合了计算机、自动控制和生产过程等多方面的知识。 当前，计算机控制系统

3、已成为许多大型自动化生产线不可缺少的重要组成部分。生产过程自动化的程度以及计算机在自动化中的应用程度已成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志。9计算机控制系统的概念 工业生产过程中的自动控制系统因被控对象、控制方法及采用的控制器结构的不同而有所区别。 总的来看有两类：开环控制系统和闭环控制系统 闭环控制 - 控制量是控制系统的输出，被控量的变化值又反馈到控制系统的输入端，与作为系统输入量的给定值相减，为的是使控制量的变化能够及时的传递到输入端10被控对象执行机构控制器被控参数给定值测量元件被控对象执行机构转换元件控制器被控参数给定值偏差图1-2闭环控制系统框图由于其反馈特性，这种系统可称为闭

4、环负反馈系统没有反馈机制 （主动控制如公路交通管理系统，铁路信号指导系统）图1-1 开环控制系统框图 ？如果有反馈能怎样11 在计算机控制系统中，计算机处理的输入和输出信号都是数字化量。因此，在这样的控制系统中，需要有将模拟信号转换为数字信号的模/数（A/D）转换器，以及将数字控制信号转换为模拟输出信号的数/模（D/A）转换器。测量元件被控对象执行机构控制器被控量给定值 偏差D/AA/D计算机系统生产过程图1-3 计算机控制系统的典型结构计算机是如何参与的12图1-3指出，计算机控制系统由两大部分组成：一部分为计算机及其输入输出通道，另一部分为工业生产对象（包括被控对象与工业自动化仪表）。1.

5、1 计算机控制系统的组成1.1.1 计算机控制系统的硬件接口接口接口接口接口接口A/DD/A开关量输入开关量输入开关量输出开关量输出传感器、变送器传感器、变送器多路开关多路开关多路开关多路开关接口接口显示终端显示终端打印机打印机磁盘驱动器磁盘驱动器通通信信设设备备人人机机联联系系接口接口接口接口接口接口微微型型计计算算机机执行机构执行机构生生产产过过程程软件软件通用外部设备通用外部设备主机及操作台主机及操作台接口及接口及I/O通道通道检测、控制对象检测、控制对象计算机控制系统的硬件主要包括：微处理器、数字I/O接口通道、A/D与D/A转换器接口通道、人机接口设备（如显示器、键盘、鼠标等）。1

6、1主机主机一台或者多台计算机。主机通过接口和输入/输出（I/O)通道，接收检测设备传来的信息、分析处理，做出相应的决策，控制执行机构、生产设备（生产过程）。2 2接口和输入输出通道接口和输入输出通道计算机的输入输出通道（I/O），又称过程通道，计算机用来和外部交换信息。有串行接口、并行接口、模/数（A/D）和 数/模（D/A）转换接口等。3 3常规外部设备常规外部设备提供良好的人机交互界面。常规外部设备可分为输入设备、输出设备和存储设备。常用的输入设备有：键盘、鼠标等，主要用来输入程序和数据等。常用的输出设备有：显示器、打印机等。5 5运行操作台运行操作台生产过程的操作人员通过操作台对计算机的

7、进行控制操作和监控生产过程。4 4检测元件、仪表和执行机构检测元件、仪表和执行机构测量生产过程中的某一些生产参数，并且将测量的量转化为电参量。常用各种传感器（温度传感器，压力传感器等）。16软件是指用于完成各种功能的计算机的操作系统和各种应用程序。软件主要分系统软件和应用软件。系统软件提供计算机运行和管理的基本环境，如Windows，WinNT，UNIX等以及网络平台。应用软件如各种公共服务程序，系统的控制程序等。1.1.2 计算机控制系统的软件17 实时性实时性系统必须在限定的时间内对事件做出反应。这就对高速的接口作出了要求。 丰富输入丰富输入/ /输出接口输出接口 与多种仪器仪表、执行机构

8、、各种外设连接。同时，计算机控制系统应当采用国际通用的接口、总线。同时系统的实现应当采用模块化的结构设计，便于系统的更新、扩充和维护。1.2 一般计算机控制系统的主要特征18可靠性必须具有很强的抗干扰能力必须具有很高的可靠性：MTBF - 平均无故障间隔时间Mean Time Before Failures19 数据采集系统 直接数字控制系统 计算机监督控制系统 分布式计算机控制系统 现场总线控制系统1.3 计算机控制系统的分类20 一、数据采集与监视控制系统DAS （Data Acquisition System） 计算机只是对控制系统的参数进行采集、加工和分析处理，并将处理后的数据输出。这

9、类计算机控制系统称为数据采集系统或监视控制系统。 由于这种系统中计算机并不直接参与系统控制，因此系统结构简单，安全可靠。 ？是什么结构21闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。可实现较为复杂的控制规律，如串级控制、前馈控制、滞后控制等。 二、直接数字控制系统DDC （Direct Digital Control） 控制测量22 具有两级计算机控制系统的计算机监督系统SCC，其底层计算机控制系统为执行实时控制任务的DDC系统，高层计算机控制系统为具有强大数据处理能力的计算机监督系统。计算机监督系统计算机监督系统直接数字控制系统直接数字控制系统 三、计算机监督系统SCC （Superv

10、isory Computer Control） 23SCC 计 算 机通道输出(AO, DO)控制计算机监督系统生产过程DDC 计 算 机通道输入(AI, DI)测量两级计算机控制系统 SCC具有强大的数据处理能力，储存容量大。DDC具有实时性好，可靠性高的特点。分布式控制系统，它可以监测、控制大量的、分散在各个位置的生产对象。可以实现在更高层次上对生产过程的调度和管理的自动化。DCS的设计原则是分散控制、集中操作、分级管理和综合协调。往往采用两级以上的计算机系统。 四、分布式计算机控制系统DCS （Distributed Control System） 操作台采集机站机1CRT操作站监督计算

11、机站机NCAN或485总线分布控制系统（铁路信号检测系统）采集机采集机采集机采集机采集机图中为一个铁路信号检测系统，有三级计算机图中为一个铁路信号检测系统，有三级计算机采集机采集机 底层采集数据，一般用单片机实现底层采集数据，一般用单片机实现站机站机 中级工控机中级工控机监控计算机监控计算机 可实现网络服务，用高级服务器实现可实现网络服务，用高级服务器实现 分布式计算机系统的结构特点：1 1可靠性高分级控制，简化了各级控制任务，系统可靠性得到增高。2 2速度快各级计算机并行工作，数据采集和分析。3 3系统模块化各分级系统之间可高度模块化。系统便于组装，易于维修。 27H1树型树型菊花链型菊花链

12、型总线型总线型点对点点对点H1H1H2H2H1H1H1网桥网桥现场总线控制系统（Fieldbus Control System-FCS）是20世纪80年代中期在国际上发展起来的新一代分布式控制系统结构。它采用了不同于DCS的“工作站现场总线智能仪表”结构模式，降低了系统总成本，提高了可靠性，且在统一的国际标准下可实现真正的开放式互连系统结构，因此它是一种具有发展前途的真正分散控制系统。其结构如图示。 五、现场总线控制系统FCS （Fieldbus Control System） 综合自动化系统主要包括综合自动化系统主要包括： 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS-Computer I

13、ntegrated (CIMS-Computer Integrated Manufacture System)Manufacture System) 制造业；制造业；计算机集成过程系统（计算机集成过程系统（CIPS-Computer Integrated Process CIPS-Computer Integrated Process SystemSystem）流程工业。流程工业。 计算机技术的发展过程 （1）开创时期（20世纪50年代中期） （2）小型计算机时期（20世纪60年代开始） （3）微型计算机时期（20世纪70年代至今）1.4 计算机控制系统的发展概况和趋势 1.4.1 1.4.1

14、 计算机控制系统的发展过程计算机控制系统的发展过程计算机控制系统是测量技术、计算机技术、通信技术和控制理论的结合。由于计算机具有大量存储信息的能力、强大的逻辑判断能力及其快速运算的能力，使计算机控制能够解决常规控制所不能解决的难题，能够达到常规控制达不到的优异的性能指标。计算机控制系统的发展与数字化、智能化、网络化为特征的信息技术发展密切相关，其发展前景是非常广阔的。 1.4. 1.4.2 2 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势 计算机技术的发展趋势计算机技术的发展趋势 （1 1）采用可编程控制器）采用可编程控制器 （Programmable Logic Controller)

15、（2 2）集成快速发展的网络技术 控制网络更加复杂、高效 （3 3）智能化）智能化-模糊控制，智能识别，系统自主学习和人工模糊控制，智能识别，系统自主学习和人工 智能智能32本章小结 计算机控制系统的定义； 计算机控制系统的软、硬件系统组成； 典型计算机控制系统的结构以及特点； 计算机控制系统的主要发展趋势。以后每章我都会给一个小的机构框图，实现对知识的回顾和重点强化。大家可以看这个图以后每章我都会给一个小的机构框图，实现对知识的回顾和重点强化。大家可以看这个图实现快速的复习。实现快速的复习。33思考（Think about it) 自动化专业现在设有那些专业基础课？为什么这样设置？ 设计好的计