计算机控制及网络技术第8章典型计算机控制系统的结构与组成

合集下载

《计算机自动控制技术》期末考试复习题及参考答案

计算机自动控制技术复习题（课程代码 252315）一选择题1下面关于微型计算机控制技术的叙述，正确的是（D ）A. 微型计算机控制系统只能用于单片机系统B. 在任何控制系统中都可以运用微型计算机控制系统C. 微型计算机控制技术不能用于自动化仪表D. 微型计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表2计算机监督系统（SCC ）中，SCC 计算机的作用是（B ）A. 接收测量值和管理命令并提供给DDC 计算机B. 按照一定的数学模型计算机给定值并提供给DDC 计算机C. 当DDC 计算机出项故障时，SCC 计算机也无法工作D. SCC 计算机与控制无关3关于现场总线控制系统，下面的说法中，不正确的是（C ）A 省去了DDC 中的控制站和现场仪表环节B 采用纯数字化信息传输C 只有同一家的FCS 产品才能组成系统D FCS 强调“互联”和“互操作性”4闭环控制系统是指（B ）A. 系统中各生产环节首尾相连形成一个环B. 输出量经反馈环节回到输入端，对控制产生影响C. 系统的输出量供显示和打印D. 控制量只与控制算法和给定值相关5下列缩写表示现场可编程逻辑阵列的是（D ）A PLC B. PLD C. GAL D. FPGA6多路开关的作用是（A ）A. 完成模拟量的切换B. 完成数字量的切换C. 完成模拟量与数字量的切换D. 完成模拟量或数字量的切换7采样-保持电路的逻辑端接+5V ，输入端从2.3V 边至2.6V ，输出端为（A ）A 从2.3V 边至2.6V B. 从2.3V 边至2.45V 并维持不变C. 维持在2.3VD. 快速升至2.6V 并保持不变8 CD0541的INH 端接地，C 、B 、A 端依次接101B ，（C ）被选通A IN/OUT 至IN/OUT4共5个通道 B. IN/OUT4通道C. IN/OUT 5通道D. 没有通道9 CD4097的INH 端接+5V ，C ，B ，A 端依次接111B ，（D ）被选通A X 组的IN/OUT7通道 B. Y 组的IN/OUT7通道C. X 组和Y 组的IN/OUT7通道D. 没有通道10 DAC0832的REF V 端接-5V ，OUT1I 接运算放大器异名端，输入为1000000B ，输出为（B ）A +5V B. +2.5V C. -5V D . -2.5V11在第18题的基础上，再接一级预算放大器构成双极性电压输出，输入C0H 时，输出为（A ）A-2.5V B. +2.5V C. -3.75V D . +3.75V12采用ADC0809构成的模拟量输入通道，ADC0809在其中起到（D ）作用A 模拟量到数字量的转换 B. 数字量到模拟量的转换C. 模拟量到数字量的转换和采样-保持器D. 模拟量到数字量的转换和多路开关13 A/D 转换器()REF -V ()REF +V 分别接-5V 和+5V ，说明它（A ）A 输入为双极性，范围是-5V ～+5V B. 输入为双极性，范围是-10V ～+10VD. 输出为双极性，范围是-FF V ～+FFV D. 输入为单极性，范围是0～+5V14关于ADC0809中的EOC 信号的描述，不正确的说法是（C ）A EOC 呈高电平，说明转换结束B EOC 呈高电平，可以向CPU 申请中断C EOC 呈高电平，表明数据输出锁存器已被选通D EOC 呈低电平，处于转换过程中15当D/A 转换器的位数多于处理器的位数时，接口设计中不正确的是（D ）A 数据分批传送 B. 需要两级数据缓存C. 输入的所有数字位必须同时进行转换D. 数据按输入情况分批进行转换16.完整键盘功能处理程序应包括（C ）。

计算机控制技术及其应用(丁建强任晓卢亚萍)课后规范标准答案

第1章概述.................................................................................................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础.......................................................................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现.............................................................................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术.............................................................................. 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道...................................................................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术.................................................................................. 6-1第7章控制系统的组态软件....................................................................................................... 7-1第8章DCS集散控制系统.......................................................................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案.......................................................................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用............................................................ 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ....................................................... 11-1第1章概述1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论？[指导信息]:参见1.1自动控制的基本概念。

08第八章计算机集散控制系统

但是集中型计算机控制存在三个主要问题：
①.集中的脆弱性:集中控制使危险也集中，一旦计算机系统发生故障，将导致生产过程的全面瘫痪； ②.计算机的负荷：由于计算机控制回路多，计算机的负荷过重，导致控制性能降低； ③ .系统开发周期和人才利用：由于计算机控制的应用面越来越广，计算机控制系统的规模和复杂性越来越大，造成开发周期增加，人力资源难以组织。
进入20世纪70年代后，随着大规模集成电路的问世，微处理器诞生，以及控制技术﹑显示技术﹑计算机技术﹑通信技术等进一步发展，产生了新型的计算机控制系统——集散控制系统，它按控制功能或按区域分散配置若干个控制站，每个控制站可控制几个﹑十几个或几十个回路，从而实现了控制功能分散，使得危险也得以分散。系统中使用多台屏幕显示器进行监视﹑操作和管理，系统中各控制站通过完全双重化的数据通信系统连接起来。
这一阶段的代表产品有美国Honeywell公司的TDC2000，它是一个具有许多微处理器的分级控制系统，以分散的控制设备来适应分散的过程对象，并将它们通过数据高速公路与基于CRT的操作站相连接，互相协调，实现对工业过程的控制和监视，达到掌握全局的目的。系统克服了集中型计算机控制系统的致命弱点，实现了控制系统的功能分散﹑负荷分散，从而危险也分散。这个阶段比较著名的产品还有 Bailey公司的NetWork90，Foxboro公司的 Spectrum，日本横河的CENTUM 等。
1975年，美国 Honeywell公司首次向世界范围推出TDC2000系统，随之世界各大仪表制造公司也推出各自的集散控制系统，从而使过程控制进入集散控制系统时期。集散控制系统的发展大体可分为三个阶段，每个阶段的技术重点表现如下：
第一阶段：1975～1980年，以微处理器为基础的过程控制单元，实现多种控制功能算法，并实现分散控制：采用带显示器的操作站，与过程控制单元分离，实现集中监视﹑集中操作﹑信息综合管理；采用较先进的冗余通信系统﹑用同轴电缆做传输媒质，实现控制单元与操作站的通信。

计算机控制技术和应用(丁建强任晓卢亚萍)课后答案

第1章概述 ............................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础 ........................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现 ............................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术 ..................................... 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道 ......................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术 ....................................... 6-1第7章控制系统的组态软件 ................................................. 7-1第8章 DCS集散控制系统.................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案 ........................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用 ............................. 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ........................... 11-1第1章概述1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论？[指导信息]:参见1.1自动控制的基本概念。

自动控制(autocontrol)：不用人力来实现的控制，通常可用机械、电气等装置来实现。

通常相对手动控制而言。

控制系统(control system)：通过控制来实现特定功能目标的系统。

计算机控制系统

图2-1 输入输出过程通道组成结构图பைடு நூலகம்
表2-1 生产过程输入输出信息来源与用途
信息种类
模拟量输入数字量输入脉冲计数器模拟量输出数字量输出
输入信息来源或输出信息的用途
温度、压力、物位、转速、成分等接点的通断状态、电平高低状态、数字装置的输出数码等流量积算、电功率计算、转速及脉冲形式的输入信号等控制执行装置、显示、记录等对执行器进行控制、报警显示等
图2.12是采用晶闸管输出型光电隔离器驱动双向晶闸管的电路图，图中与晶闸管并联的RC 网络用于吸收带感性负载时产生的与电流不同步的过压，晶闸管门极电阻则用于提高抗干扰能力，以防误触发。
图2.12 光电隔离的双向晶闸管输出
功率场效应管输出（了解）
功率场效应管(MOSFET)是压控电子开关，只要在其栅极G和源极S之间加上足够的控制电压，漏极D和源极S 之间即可导通。MOSFET的栅极控制电流为微安级，而导通后漏极D和源极S之间允许通过较大的电流，如 IRF640导通时，D、S间允许通过的最大电流可达18A。
为便于后续的描述和分析，下面定义几种类型信号，并在图2. IN+ 的电压低于 IN- 的电压时，则S断开，外接电容保持S断开时刻的电压，并经A3 组成的跟随器输出至输出端。 21是LF398典型应用电路。 W117、W217、W317是正输出三端电压可调式集成稳压器，使用方便，内部具有过热、过流等保护措施，比W7800系列稳压器有更
根据输入级的不同，用于开关量隔离的光电隔离器件可分为三极管型、晶闸管型等几种，但其工作原理都是采用光作为传输信号的媒介，实现电气隔离。
使用光电隔离器件的注意事项
输入侧导通电流
要使光电隔离器件导通，必须在其输入侧提供足够大的导通电流，以使发光二极管发光。不同的光电隔离器件的导通电流也不同，典型的导通电流 IF=10mA。

计算机控制系统作业答案

计算机控制系统作业答案作业一第一章1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。

参考答案：答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。

1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。

参考答案：计算机控制系统系统一般可分为四种类型：①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。

②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID 调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制.③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC 计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC 计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给 DDC 计算机提供最佳给定值和最优控制量等。

④分布式计算机控制系统。

以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT 操作站相连.1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？参考答案：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象图1.3-2 典型的数字控制系统给进行调节和控制.与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点：(1)控制规律灵活，可以在线修改。

(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标.(3)抗干扰能力强，稳定性好。

计算机控制系统的典型结构

计算机控制系统的典型结构应用科技陌德水(龙煤控股公司七台河分公司，黑龙江七台河154600)，，一，j睛要】本文主要阐述了操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制计算机系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业过程计，．7算机集成制造系统等问题。

：，联篷词】计算机；控制系统；典型结构，，j，，，，。

；，，÷：j7。

，一，州一，，一．|．，一，．：i，、。

，，。

!‘}4”^’工业控制计算机系统与所控制的生产过程的复杂程度密切有关，制结构的提出，用分散在不同地点的若干台微型计算机分担原先由一台不同的控制对象和不同的控制要求，有不同的控制方案。

不同的结构，中、小型计算机完成的控制与管理任务，并用数据通信技术把这些计算典型的结构有以下几种。

机互连，便构成网络式计算栅控制系统。

这种系统具有网络分布结构，1操作指导控制系统所以称为分散式(或分布式)控制系统(D i st r i but ed C ont r o l Sys 计算机按一定的算法，根据检测仪表测得的信号数据，由数据处t ern，D C S)，但在自动化行业中更多称其为集散控制系统，简称D C 理系统对生产过程的大量参数做巡回检测、处理、分析、记录以及参数S。

集散控制系统反映了分散式控制系统的重要特点：操作管理功能的的超限报警等。

通过对大量参数的积累和实时分析，可以达到对生产过集中和控制功能的分散。

程进行各种趋势分析，为操作人员提供参考，或者计算出可供操作人员5现场总线控制系统选择的最优操作条件及操作方案，操作人员则根据计算机输出的信息去集散控制系统的应用提高了工业企业的综合自动化水平。

然而，改变调节器的给定值或者直接操作执行机构。

这种系统也称为计算机数由于D C S采用了”操作站一控制站一现场仪表”的结构模式，系统造据采集与检测系统。

价较高。

D C S的另外—个弱点是各个自动化舣表公司生产的D C S有其2直接数字控制系统自己的标准，不能互连，设备互换性和互操作性较差。

计算机控制技术第8章数字控制器的设计

动态性能指标
包括超调量、调节时间、上升时间等，用于评价系统动态响应特性。
稳定性指标
通过相平面法、劳斯判据等方法判断系统稳定性，确保系统安全可靠。
鲁棒性指标
考察系统对参数摄动、外部干扰的敏感程度，评价系统鲁棒性。
仿真验证方法介绍
MATLAB/Simulink仿真
01
利用MATLAB提供的强大计算功能和Simulink的图形
Z变换法
在复平面上分析离散时间系统的稳定性和频响特性，便于数字控制器的设计和分析。
离散状态空间法
将连续状态空间模型转换为离散状态空间模型，适用于数字控பைடு நூலகம் 器的设计和实现。
稳定性分析方法
01
劳斯判据
通过系统特征方程的系数判断系统的稳定性，适用于线性定常系统。
02
奈奎斯特判据
在复平面上分析系统开环频率响应特性，判断闭环系统的稳定性。
控制器结构类型（如自适应结构），接着进行控制器参数设计，最后通过仿真验证评估控制器的性能。根据仿真结果，对控制器进行必要的调整和优化，以满足导弹飞行控制系统的性能指标要求。
04
数字控制器实现技术
硬件实现方式及选型建议
常用硬件实现方式
包括微处理器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、可编程逻辑控制器（PLC）等。
06
总结与展望
关键知识点回顾
数字控制器的基本概念和原理
包括数字控制器的定义、组成、工作原理等基本概念和原理。
数字控制器的设计方法
详细介绍了数字控制器的设计方法，包括模拟化设计法、直接设计法和离散化设计法等。
数字控制器的性能指标
阐述了数字控制器的性能指标，如稳定性、快速性、准确性等，以及这些指标对控制系统性能的影响。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

5.集散型计算机控制系统
集散型控制系统具有以下主要特点：
1）自主性系统上各工作站是通过网络接口链接起来的，具有自治能力，可独立地完成分配给自己的任务。 2）协调性各工作站间通过通信网络传送各种信息协调地工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。 3）友好性集散型控制系统软件是面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员设计的，其使用界面与之相适应。 4）适应性、灵活性和可扩充性硬件和软件采用开放式、标准化和模块化设计，系统采用积木式结构，具有灵活的配置，可适应不同用户的需要。 5）可靠性高可靠性、高效率和高可用性是集散型控制系统的生命力所在。
3.基于嵌入式PC/104总线的计算机控制系统
PC104模块
4.基于单片机的计算机控制系统
数字量输入模拟量输入光电隔离 A/D I/O 扩展光电隔离 ROM/FLASH 模拟量输出 D/A 总线 RAM I/O 键盘显示接口键盘 LED
MCS 51
RS232
数字量输出
单片机构成的单回路数字调节器示例
2.基于可编程控制器的计算机控制系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
打印机编程器计算机

外设接口
系统存储器
应用程序存储器
I/O 扩展接口输出接口
I/O 扩展单元
输入设备
输入接口
CPU
电源模块
输出设备
PLC控制系统结构图
2.基于可编程控制器的计算机控制系统
选取被控对象及控制范围 PLC控制器选型
5.集散型计算机控制系统
…… 工作站服务器工作站终端 …… 终端
生产管理级
网关
网关高速数据总线
网关打印机打印机
操作员站工业PC 高速数据总线
工程师站
过程管理级
1＃ 2＃ 3＃ 4＃ PLC 现场控制站
站内结构
控制网络
现场控制级
1.总线式工业控制计算机
IPC的主要结构：
(1)全钢机箱:IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰。 (2)无源底板：无源底板的插槽由ISA和PCI总线的多个插槽组成， ISA或PCI插槽的数量和位置根据需要有一定选择。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。 (3)工业电源：AT电源，平均无故障运行时间达到250,000小时。 (4)CPU卡：有多种，根据尺寸分为长卡和半长卡，根据处理器分为386、486、586、PII、PIII主板，用户可视自己的需要任意选配。 (5)其他配件：IPC的其他配件基本上都与PC机兼容，主要有内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。
1.总线式工业控制计算机
CPCI
CPU卡
2.基于可编程控制器的计算机控制系统
PLC特点：
高可靠性通过综合采用可靠性措施，可使PLC的平均故障间隔时间MTBF （Mean Time Between Failures）高达几十万小时（30年以上）。功能强，具有很好的可扩展性。 PLC可以实现大规模的开关量逻辑控制，能够方便地实现A/D、 D/A转换，实现过程控制、数字控制等。采用模块化结构由于采用模块化结构，且各种模块上均设有运行和故障指示，使 PLC安装性、可扩展性、可维护性好。编程简单易学 PLC编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图进行。。控制系统采用模块配置、系统集成，使系统设计调试周期短。
系统硬件设计
系统软件设计
系统调试符合设计要求？是运行系统否
PLC控制系统的设计流程
3.基于嵌入式PC/104总线的计算机控制系统
PC104系统特点：
（1）小尺寸结构：标准模块的机械尺寸是3.6*3.8英寸，即90*96mm；（2）堆栈式连接：去掉总线背板和插板滑道，总线以 “针”和“孔”形式层叠连接，即PC104总线模块间总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬合相连，这种层叠封装有极好的抗震性；（3）能耗低：由于减少了元件数量和电源消耗，4mA总线驱动即可使模块正常工作，每个模块1-2瓦能耗。
1.总线式工业控制计算机
IPC
半长卡
全长卡
1.总线式工业控制计算机
CPCI工控机的主要结构：
CompactPCI技术是在PCI技术基础之上经过改造而成的，在结构上具体有三个方面：（1）继续采用PCI局部总线技术；（2）抛弃IPC传统机械结构，改用高可靠欧洲卡结构，改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求；（3）抛弃IPC的金手指式互连方式，改用2mm密度的针孔连接器，具有气密性、防腐性，进一步提高了可靠性，并增加了负载能力。经过改造的CPCI工控机非常适合工业现场应用，由于具有热插拔和冗余设计能力，可以构建高可用性系统，满足电信、数字通信、军事装备以及其它高可靠领域的要求。目前CompactPCI技术是国际上最先进的工业计算机技术。