計算機控制技術(shù) 課件 .ppt

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1、第一章計算機控制概述本章要點1.了解計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理2.了解計算機控制系統(tǒng)硬件組成與軟件組成。3.初步認(rèn)識微型計算機控制系統(tǒng)分類與裝置種類本章主要內(nèi)容引言1.1計算機控制系統(tǒng)組成1.2計算機控制系統(tǒng)分類1.3計算機控制裝置種類本章小結(jié)思考題引言計算機控制技術(shù)及工程應(yīng)用--是把計算機技術(shù)與自動化控制系統(tǒng)融為一體的一門綜合性學(xué)問，是以計算機為核心部件的過程控制系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)。從計算機應(yīng)用的角度出發(fā)，自動化控制工程是其重要的一個應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動化控制工程來看，計算機技術(shù)又是一個主要的實現(xiàn)手段。本書立足于工業(yè)自

2、動化的領(lǐng)域，討論這種不同于普通計算機的計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)技術(shù)及其工程應(yīng)用。下圖為一個制藥車間的自動化生產(chǎn)流程。鏈接動畫1.1計算機控制系統(tǒng)的組成主要知識點:1.1.1控制系統(tǒng)概念1.1.2硬件組成1.1.3軟件組成1.1.1控制系統(tǒng)概念計算機控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來的;常規(guī)儀表組成的自動控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制要求，一般分成閉環(huán)控制(圖1-1a所示)與開環(huán)控制(圖1-1b所示)兩種結(jié)構(gòu)形式;計算機控制系統(tǒng)原理組成—用控制計算機代替圖1-1的控制器，如圖1-2所示；（1）閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)-

3、-閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測量變送器對被控對象進(jìn)行檢測，把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號再反饋到控制器中，控制器將此測量值與給定值進(jìn)行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號驅(qū)動執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對象的被控量跟蹤趨近給定值，從而實現(xiàn)自動控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號傳遞形成了閉合回路，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。euqy控制器執(zhí)行器被控對象測量變送器偏差給定值控制作用操縱變量被控量測量值r+_zf干擾圖1-1(a)閉環(huán)控制系統(tǒng)（2）開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)--不同于閉

4、環(huán)系統(tǒng)，它不需要被控對象的測量反饋信號，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動執(zhí)行器去控制被控對象，所以這種信號的傳遞是單方向的。環(huán)控制系統(tǒng)不能自動消除被控量與給定值之間的偏差，其控制性能不如閉環(huán)系統(tǒng)。uqy控制器執(zhí)行器被控對象給定值控制作用操縱變量被控量r(b)開環(huán)控制系統(tǒng)（3）計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)原理組成計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理組成--是把圖1-1中的控制器用控制計算機即微型計算機及A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計算機采用的是數(shù)字信號傳遞，而一次儀表多采用模擬信號傳遞，因此需要有A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量

5、轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號，以及D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號。圖1-2計算機控制系統(tǒng)原理圖（4）計算機控制系統(tǒng)的監(jiān)控過程步驟a.實時數(shù)據(jù)采集--對來自測量變送器的被控量的瞬時值進(jìn)行采集和輸入；b.實時數(shù)據(jù)處理--對采集到的被控量進(jìn)行分析、比較和處理，按一定的控制規(guī)律運算，進(jìn)行控制決策；c.實時輸出控制--根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行器發(fā)出控制信號，完成監(jiān)控任務(wù)；1.1.2硬件組成計算機控制系統(tǒng)硬件一般包括：主機--CPU＋RAM＋ROM＋系統(tǒng)總線常規(guī)外部設(shè)備--輸入/輸出設(shè)備、外存儲器等過程輸入輸出通

6、道—AI、AO、DI、DO操作臺—CRT、LED、LCD等通信設(shè)備—交換機、modem、集線器等圖1-3所示硬件組成框圖圖1-3計算機控制系統(tǒng)硬件組成框圖鏈接動畫1.1.3軟件組成硬件僅為計算機控制系統(tǒng)的軀體。要使計算機正確地運行解決各種問題，必須為它編制軟件。所謂軟件是指完成各種功能的計算機程序的總和，它是計算機控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類；系統(tǒng)軟件一般由計算機廠家提供，專門用來使用和管理計算機本身的程序；應(yīng)用軟件是用戶針對生產(chǎn)過程要求而編制

7、的各種應(yīng)用程序。1.2控制系統(tǒng)分類主要知識點1.2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）1.2.2操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(OGC)1.2.3直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）1.2.4監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCC）1.2.5分散控制系統(tǒng)（DCS）1.2.6現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）1.2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DataAcquisitionSystem)--是計算機應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制最早、也是最基本的一種類型，如圖1-5所示。生產(chǎn)過程中被控對象的大量參數(shù)經(jīng)測量變送儀表發(fā)送和A/D通道或DI通道巡回采集后送入計算機，由計算機對這些

8、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并按操作要求進(jìn)行屏幕顯示、制表打印和越限報警。鏈接動畫1.2.2操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(OGC)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)--是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖1-6所示。計算機根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進(jìn)行最優(yōu)化計算，計算出的最優(yōu)操作條件，并不直接輸出控制被控對象，而是顯示或打印出來，操作人員據(jù)此去改變各個控制器的給定值或操作執(zhí)行器