第3讲-计算机控制技术.ppt

1、3随着计算机控制技术、3.1计算机控制系统概述、3.1.1计算机控制系统的一般概念3.1.2计算机控制系统的组成3.1.3计算机控制系统的特点、计算机控制系统概述、自动控制技术和计算机技术的发展，计算机在工业控制中的应用越来越广泛。通过计算机控制，可以有效地提高产品生产和质量，减少原材料和能耗，将数据统计、工作条件优化和控制与管理结合起来，大大提高企业的经济效益和自动化水平。3.1.1计算机控制系统的一般概念，计算机控制技术是计算机技术与自动控制系统集成的综合领域，是以计算机为核心组件的过程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的角度来看，自动控制项目是一个重要的应用领域。计算机技术作为自动控制

2、工程是另一种主要的实现手段。计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术的基础上建立的。3.1.1计算机控制系统的一般概念，没有计算机控制的系统通常是连续控制系统，一般原理图如图3-1所示，图中的所有信号都是模拟信号。为了控制控制目标，由检测装置测量控制参数，并将该参数转换为输入部的一定形式的电信号，并与给定值进行比较后，偏差作为控制器的输入信号生成，控制器根据一定的控制规则调整计算，生成控制信号驱动执行器动作，从而使控制量向减少或消除偏差的方向变化的负反馈闭环连续控制系统的控制过程。如果用计算机实现了图3-1连续控制系统的典型原理图、计算机控制系统、连续控制系统的控制器，则构成了图3-2所示的

3、计算机控制系统。由于计算机只能处理数字，输入和输出都是数字信号，因此添加模式/编号(A/D)转换器和编号/模式(D/A)转换器以在模拟信号和数字信号之间进行相互转换。图3-2计算机控制系统的典型原理图，计算机控制系统的控制过程可以概括为以下三个步骤： (1)数据收集3360。(2)控制量计算：根据反馈信号和给定信号，按照一定的控制规律计算控制量。(3)输出控制信号：向执行机构发送控制信号以作为控制角色。如果继续重复这三个步骤，计算机控制系统将以“实时”的恒定质量指标完成控制工作！计算机控制系统控制过程，计算机控制系统设计必须满足实时要求。什么是实时性？实时性在一定的时间间隔(采样周期)内输入、

4、计算和输出信号，计算机必须以足够快的速度处理输入的信息，并在一定的时间内反映或控制。一旦超过这个间隔，到了失去控制的时候，控制就会失去意义。计算机控制系统的工作方式，在计算机控制系统中，生产过程设备直接连接到计算机，生产过程直接由计算机控制的情况下，称为“在线”或“在线”方式；相反，如果生产工艺设备没有直接连接到计算机，而是通过中间记录介质执行适当的工作，则称为“离线”方式或“离线”方式。离线方式不能实时控制系统，一个在线控制系统不一定是实时控制系统，但是实时控制系统必须是在线系统。3.1.2计算机控制系统的组成，计算机控制系统由计算机系统和生产过程两部分组成。计算机系统包括硬件和软件。硬件：

5、计算机本身及其输入/输出通道和外部设备是计算机系统的物质基础。软件：计算机管理程序和系统控制程序等是计算机系统的灵魂生产过程：包括控制对象、测量传输装置、执行机构、电气开关等。1 .由计算机控制系统的硬件组成，硬件是每个可见组件和组件的统称。计算机控制系统的硬件包括计算机系统硬件和生产过程各个部分的设备。图1-3显示了计算机控制系统的硬件框图。图3-3计算机控制系统的硬件配置框图，1 .计算机系统硬件配置和功能，计算机系统硬件“:包括主机、输入/输出通道和外部设备。主机：是计算机控制系统的核心。主机通过界面对系统的不同部分执行各种命令，以检测和控制控制目标。输入/输出通道：是计算机和生产对象之

6、间信息交换的桥梁和连接。进程输入通道将生产对象的控制参数转换为计算机可以接收的数字信号。流程输出通道将计算机输出的控制命令和数据转换为可以控制生产对象的信号。进程输入/输出通道包括模拟输入/输出通道和交换机输入/输出通道。外部设备：是用于计算机和外部世界的信息交换的设备，称为外部设备。包括人机接触设备(控制台)、I/o设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外部存储。2 .由计算机控制系统中的软件组成，该系统是能够执行各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作在软件的指挥下进行了调整，所以软件可以说是计算机系统的中枢神经系统。软件应分为：系统软件应用程序软件数据库(1)计算机制造商

7、提供的仅用于计算机使用和管理的程序，即系统软件。对于用户来说，这只是应用程序软件开发的工具，不需要亲自设计。系统软件包括：操作系统：包括管理程序、磁盘操作系统程序、显示器等。诊断系统：表示调试器和故障诊断程序。开发系统：包括各种语言处理程序(编译器)、服务程序(装配和编辑程序)、模拟程序(系统模拟、模拟、迁移软件)、数据管理程序等。(2)应用软件是针对用户本身的程序，是指由用户根据需要解决的实际问题编写的各种程序。计算机控制系统应用程序包括巡回检测程序、数据处理程序、最小-最大检查和报警程序、操作板服务程序、数字过滤和尺度转换程序、判断程序、进程分析程序等。流程控制计算程序3360包括信息生成

8、调度、文件处理和输出、打印、显示程序等控制算法程序、事故处理程序和信息管理程序。公共服务流程：包括基本计算流程、函数计算程序、数字转换程序、格式编码程序等。(3)数据库、数据库和数据库管理系统主要用于数据管理、存档和检索。相应的软件设计指明了如何设置数据库，以及如何查询、显示、调用和修改数据。3.1.3计算机控制系统的特性，计算机控制系统与连续控制系统相比，灵活方便地实现以下特性： (1)控制规则。(2)控制精度高。(3)控制效率。(4)可以集中工作和显示。(5)可实现分层控制和整体优化。(6)有抽样延迟。3.2计算机控制系统分类，计算机控制系统可以根据控制方法和控制功能分为以下类型：3.2.

9、1操作指令控制系统(OGC)3 . 2 . 2 . 2直接数字控制系统(DDC) 3.2.3显示器计算机控制系统(SCC) 3.2.4分布式控制系统(DCS) 3.2.5现场总线控制系统(FCS)3 . 2 . 6控制集成集成集成系统该系统属于开环控制系统。计算机的输出部分不直接与控制过程相关联，而是通过数据收集和处理向操作人员提供反映操作操作条件的各种数据，从而提供操作人员根据该信息执行相应操作的操作说明信息。系统每隔一段时间对控制进程的相关参数进行采样，A/D转换后发送到CPU进行处理，计算最佳运行条件和运行方案，以显示、打印、报警等形式输出信息，工作人员根据此信息更改调节器的指定值或直接

10、更改运行执行机构。该系统的优点是结构简单、安全、可靠。经常使用计算机控制系统的设计和调试阶段、控制流程的数学模型的建立和新控制程序的调试、或用于控制系统中数据收集和处理的大量流程参数的轮询、数据记录、数据计算、数据统计和清理、数据限制警告、大量数据积累和实时分析等。缺点是手动操作，速度受限，无法同时控制多个回路。图3-4操作指令控制系统的配置，3.2.2直接数字控制系统、直接数字控制系统(DDC)是计算机直接参与闭环控制过程的最广泛使用的计算机控制技术计算机控制系统。图3-5中显示了系统配置。计算机测量组件，遍历和采样一个或多个系统参数，直接收集交换机信号，通过A/D将模拟信号切换到数字音量输

11、入，然后计算机根据一定的控制规则计算处理，发送控制信号，将D/A转换器更改为模拟信号以驱动执行机制行为，或者通过交换机通道直接控制，以确保每个控件达到预期要求。DDC系统中的一台计算机不仅完全取代了多个模拟调节器，而且通过在每个电路的控制系统中不改变硬件的情况下改变程序，可以有效地进行多种复杂的控制。缺点：电脑负担太大，压倒性的话，系统很容易瘫痪。图3-5直接数字控制系统的配置，3.2.3计算机控制系统监控，计算机控制系统(SCC)的配置监控图3-6所示，SCC级计算机根据正在控制的生产工艺条件和数学模型计算最佳给定值或最佳控制量，提供给模拟调节器或DDC级计算机，最后由DDC级计算机或模拟调

12、节器控制生产过程，使生产过程始终保持最佳。与OGC系统和一般仪器控制系统或DDC系统结合的两阶段系统。显然，这是计算机在线最优控制的一种形式。如果主机出现故障，子系统可以独立控制。直接参与生产过程控制的下位机，要求事实，时间好，可靠性高，抗干扰能力强；Pc必须配置执行高级控制和管理任务、数据处理能力强、存储容量大的高级计算机。图3-6将计算机控制系统、3.2.4分布式控制系统、分布式控制系统(DCS)称为分层控制系统。企业生产过程中需要管理的设备更多，一般分布在不同的地区，每个工序、设备并行工作，需要相对独立的控制和联系，因此整个系统比较复杂，同时企业的生产、控制问题和管理问题也很多。过去，由于计算机价格高，复杂的生产过程控制系统往往采用集中控制方法，充分利用计算机。这种控制活动太集中，如果计算机故障，可能会影响全局。随着微型计算机的发展，多微处理器或微型计算机承担任务的一部分，配置分布式控制系统的成本低、功能不断改善，如图1-7所示。图1-7的特点是分散控制操作，而不是集中控制系统，在多台计算机上执行不同的操作，如图3-8所示，由上而下计算机的操作为：图3-7分布式控制系统，3.2.5现场总线控制系统，现场总线控制系统(FCS)是下一代分布式控制结构。该系统克服了DCS系统的高成本和各供应商产品通信标准不