第1章：计算机控制系统概论

1、计算机控制系统计算机控制系统潘峥嵘第一章第一章 绪论绪论一一、计算机控制系统概论计算机控制系统概论 二二、工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点 三三、计算机控制系统的发展概述计算机控制系统的发展概述一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 1.计算机控制系统及其组成 一个连续自动控制系统结构组成，如图1-1：一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 1、计算机控制系统及其组成 计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统，如图1-2 。一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 2 、计算机控制系统的工作原理 （1）实

2、时数据采集：对来自测量变送装置 的被控量的瞬时值进行检测和输入（2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。 （3）实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。系统组成框图系统组成框图CPUCPU模拟量传感器数字量传感器脉冲量键盘信号调理V/VI/V给定A/D光电隔离光电隔离传感器光电隔离执行机构数字量执行机构脉冲量显示驱动V/VV/ID/A光电隔离光电隔离光电隔离驱动驱动执行机构模拟量开关电源线性电源DC/DCAC/DC电源滤波交流直流高压低压交流直流高压低压电源滤波变压整流滤波稳压输入输入输出输出电源电源通讯及存

3、储器通讯及存储器电源监测及看门狗电源监测及看门狗一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （1）操作指导控制系统 该系统属于 开环控制结构。计算机根据一定的控制算法，依赖测量元件测得的信号数据，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案。操作人员根据计算机输出的信息去改变调节器的给定值或直接操作执行机构，如图1-3。 一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （1）操作指导控制系统一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （2）直接数字控制（Direct Digital Control）系统

4、 DDC系统属于计算机闭环控制系统。计算机首先通过模拟量输入通道（AI）和开关量输入通道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）直接控制生产过程，如图1-4 。一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （2）直接数字控制（Direct Digital Control）系统 一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （3）监督控制（Supervisory Computer Control)系统 监督控制中，计算机根据原始工艺信息和其他的参数，按照

5、描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况（如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等等）。 从这个角度上说，它的作用是改变设定值，又称为设定值控制SPC(Set Point Control)，如图1-5 。一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （3）监督控制（Supervisory Computer Control)系统 一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （4）分散型控制系统 （Distributed Control System-

6、DCS) DCS采用分散控制，集中操作，分级管理，分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制，如图1-6 。 一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （4）分散型控制系统 （Distributed Control System-DCS) 一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （5）现场总线控制系统 （Fieldbus Control System-FCS) FCS是新一代分布式控制结构。20世纪80年代发展起来的DCS，其结构模式为“操作站控制站现场

7、仪表”三层结构，系统成本较高，而且各厂商的DCS又各自的标准，不能互连。FCS于DCS不同，它的结构模式为“工作站现场总线仪表”二层结构，完成了DCS三层结构的功能，降低了成本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。如图1-7 。 一一、 计算机控制系统概论计算机控制系统概论 3、计算机控制系统的典型形式 （5）现场总线控制系统 （Fieldbus Control System-FCS) 二二、工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点（一）（一） 工业控制机的组成工业控制机的组成 1、工业控制机的硬件组成 硬件组成见图1-8所示。主要包括以下部分： 二二、工

8、业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点（一）（一） 工业控制机的组成工业控制机的组成 1、工业控制机的硬件组成 （1）主机板：由CPU和内存（ROM、RAM）组成。作用：数值计算、逻辑判断、数据处理。 （2）内部总线和外部总线：内部总线是工控机内部各组成部分信息传输的通道，常用有PC总线和STD总线两种。外部总线则是工控机与其它计算机和智能设备信息传输的通道，常用有RS-232和IEEE-488通信总线。 二二、工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点（一）（一） 工业控制机的组成工业控制机的组成 1、工业控制机的硬件组成 （3）人-机接口：由PC键盘、显示器和打印机等

9、组 （4）系统支持系统：监控定时器（Watchdog）： 系统故障时使系统自动恢复运行。电源掉电检测： 检测交流电掉电后保护现场，上电后能从断电处继续运行。后备存储器： 保护重要数据，容量不大，采用后备电池的SRAM、EEPROM。 实时时钟： 时间驱动与事件驱动能力。常用带日历时钟芯片实现。 二二、工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点（一）（一） 工业控制机的组成工业控制机的组成 1、工业控制机的硬件组成 （5）磁盘系统：软磁盘、硬磁盘。（6）通信接口：工业控制机与智能外设通信的接口。RS-232、IEEE-488接口。（7）输入输出通道：包括模拟量输入/输出通道和数字量输入

10、/输出通道。 二二、工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点（一）（一） 工业控制机的组成工业控制机的组成 2 2、工业控制机的软件组成、工业控制机的软件组成 系统软件：实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序。如Intel的iRMX86、DOS、 Windows。支持软件：汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序。应用程序：针对某个生产过程而编制的控制和管理程序。包括：输入程序、控制程序、输出程序、人机接口程序、打印显示程序等。 二二、工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点（二二）工业控制机的特点工业控制机的特点 工业控制机具有： 可靠性高和可维护性好： 环境适应性强： 控制实时性好： 输入输出通道完善： 软件丰富： 运算速度和精度高等优点。