《教学分析》-DCS第1章集散控制系统原理及其应用[张德泉主编][电子教案]
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集散控制系统-系统组态1-电子教案
系统组态1一、新建组态首先我们要新建一个组态项目，双击桌面上系统组态的图标，点击新建组态，初始的用户名是admin，默认密码是SUPCONDCS，必须是小写，点击登陆，提示软件狗权限不够，程序进入演示状态。
软件狗是中控DCS软件的一种加密方式，是一个插在USB口上的硬件。
中控为了保护自己的软件版权，设置了软件狗加密措施，只有插上软件狗，软件才可以长时间正常运行，如果没有安装软件狗，软件使用两小时就会退出，也要求大家在组态时一定注意保存。
接下来，我们要为新的组态文件指定存放位置，假设我们存放到桌面，给组态文件起名叫练习，单击保存，一个新的组态就建好了。
我们一起来看看这个组态的界面，和所有WINDOWS窗口类似，最上面是标题栏，显示打开的是哪个项目，存放的路径。
下面一栏是菜单栏，下面这两行是工具栏图表，基本上包括了组态软件中的大部分操作。
左边是组态树窗口：显示当前组态的控制站、操作站以及操作小组的总体情况。
右边是节点信息显示区：显示左边组态树中任意一个项目的具体信息。
下边是编译信息显示区：显示了组态编译的详细信息，当出现错误时，双击某条错误信息可进入相应的修改界面。
最下面是状态栏：显示当前的操作信息及功能提示。
一个完整的组态由两部分组成，包括后缀为“.SCK”的组态文件以及与此同名的文件夹，在组态文件夹中又包括一些子文件夹，不同的文件夹存放的内容不一样。
二、用户授权管理组态当我们新建好一个组态之后我们要做的第一个工作就是用户授权。
用户授权的目的是确定DCS操作和维护管理人员并赋以相应的操作权限，不同的用户对应不同的操作权限。
单击工具栏上的用户授权图标进入用户授权界面，单击向导图标，假设我们要新建两个用户，用户1：操作员A，角色：操作员，密码四个一，点击添加。
用户2：工程师A，角色：工程师，密码四个0，点击添加。
默认的角色只有工程师和操作员两种，如果我们要建的用户是其他角色的话，需要先添加新角色，再添加用户。
集散控制系统第1章(1-3课时)课件
典型结构
特点：
Байду номын сангаас
1）增加上层网络，加入管理功能；
2）体系结构标准化； 3）采用标准化网络； 4）组态标准化； 5）大部分产品标准化。
4.新一代DCS系统
特点：
1)采用现场总线技术；
2)设备数字化；
1.4 几种计算机控制系统与DCS的比较
PLC控制系统 功能和应 用目标 离散控制为主、兼连续 控制、批量控制 SCADA 监督控制 PC based 可实现多种功能，多应 用于低成本场合
代表产品：Honeywell公司TDGC-3000,Fisher公司PROVOX系 统等
典型结构
特点：
1）引入局域网； 2）增加了控制功能； 3）产品仍然为专有产品。
3.第三代（扩展期） 代表产品：Foxboro公司I/A series；Honeywell公司TDC3000/UCN,Yokogawa公司Centum-XL等。
包括CRT、键盘、开关、指示灯等。实现人机对话； 5）接口电路
在主机与外设之间、主机与过程通道之间实现信号的转换与 匹配，使主机、外设、过程通道之间能通过总线实现信号联系。
软件组成
系统软件： 支持系统的开发、测试、运行和维护的工具软 件，一般是操作系统； 应用软件： 在系统软件的基础上，通过编程工具编写的可 执行程序，目的完成控制任务。
3.实时性强
定时事件的处理、随机事件的处理 4.通用性好 选用通用设备、技术指标留余量 5.经济效益高 性价比、投入产出比
1.2.2计算机控制系统的设计步骤
基本步骤：总体设计、硬件设计、软件 设计、系统调试 1.总体设计 1）确定系统任务与控制方案
2）确定系统的构成方式
3）选择现场设备
DCS集散控制系统课件
婴幼儿体格生长
DCS集散控制系统课件
DCS系统
•DCS即分布式控制系统（集散控制系统）， 指控制分散、风险分散、操作显示集中、采 用分布式结构的智能网络控制系统。它是由 计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、 通信网络技术、人机接口技术相互发展渗透 而产生的，既不同于分散的仪表控制系统， 又不同于集中式计算机控制系统，
DCS在大美煤炭深加工项目中的 应用
• 甲醇制烯烃（I/O点4919个）
• 聚乙烯（I/O点1637个）
• 聚丙烯（I/O点3037个）
• 公用工程（I/O点2824个）
DCS在大美尾气综合利用项目中的应用
中央控制室
甲
醇 制 烯 烃 现 场 控 制 室
聚 乙 烯 现 场 控 制 室
聚 丙 烯 现 场 控 制 室
OPC
• OPC是一个工业标准，管理这个标准国际组 织是OPC基金会，OPC基金会现有会员已超 过220家。遍布全球，包括世界上所有主要 的自动化控制系统、仪器仪表及过程控制 系统的公司。基于微软的OLE(现在的Active X)、COM （部件对象模型）和DCOM （分 布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套 接口、属性和方法的标准集，用于过程控 制和制造业自动化系统。
它是吸收了两者的优点，在它们的基础上 又发
展起来的一门系统工程技术，具有显著的
自控术语定义
• 干接点和湿接点干接点：针对开关量 在工 业控制领域中，是一个标准的名词。继电 器的干触点，表示触点回路的供电由外部 电路供应，继电器仅仅提供一个“结点 （接点）”接通一下电路而已，“其他一 概不管”；而湿触点则与干触点相对应： 除了提供接通回路的触点之外，还提供触 点回路上所需要的电流。
仪表控制面板
DCS集散控制系统课件
DCS系统
•DCS即分布式控制系统（集散控制系统）， 指控制分散、风险分散、操作显示集中、采 用分布式结构的智能网络控制系统。它是由 计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、 通信网络技术、人机接口技术相互发展渗透 而产生的，既不同于分散的仪表控制系统， 又不同于集中式计算机控制系统，
DCS在大美煤炭深加工项目中的 应用
• 甲醇制烯烃（I/O点4919个）
• 聚乙烯（I/O点1637个）
• 聚丙烯（I/O点3037个）
• 公用工程（I/O点2824个）
DCS在大美尾气综合利用项目中的应用
中央控制室
甲
醇 制 烯 烃 现 场 控 制 室
聚 乙 烯 现 场 控 制 室
聚 丙 烯 现 场 控 制 室
OPC
• OPC是一个工业标准，管理这个标准国际组 织是OPC基金会，OPC基金会现有会员已超 过220家。遍布全球，包括世界上所有主要 的自动化控制系统、仪器仪表及过程控制 系统的公司。基于微软的OLE(现在的Active X)、COM （部件对象模型）和DCOM （分 布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套 接口、属性和方法的标准集，用于过程控 制和制造业自动化系统。
它是吸收了两者的优点，在它们的基础上 又发
展起来的一门系统工程技术，具有显著的
自控术语定义
• 干接点和湿接点干接点：针对开关量 在工 业控制领域中，是一个标准的名词。继电 器的干触点，表示触点回路的供电由外部 电路供应，继电器仅仅提供一个“结点 （接点）”接通一下电路而已，“其他一 概不管”；而湿触点则与干触点相对应： 除了提供接通回路的触点之外，还提供触 点回路上所需要的电流。
仪表控制面板
集散控制系统-集散控制系统概述电子教案
集散控制系统概述每当我们走进现代化的工厂或者从电视中总能看到这样的场景。
这是哪里呢？为什么这么干净整洁？为什么与传统的操作室有如此大的区别？这就是我们采用了集散控制系统之后的中央控制室。
现代化的工厂不光涉及生产控制问题还面临管理问题。
集散控制系统正是随着过程控制要求以及管理问题日益复杂应运而生的一种综合控制系统。
目前在电力、冶金、石化等行业都获得了广泛的应用。
今天我们就来学习集散控制系统的基础知识。
那我们又有新的疑问了，什么样的系统是集散控制系统？它与传统控制系统相比又有哪些特征呢？一、集散控制系统的定义集散控制系统简称DCS，也叫“分散控制系统”。
它是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调设计原则的一种控制系统。
主要特征就是集中管理和分散控制。
它的集中管理体现在：采用了DCS之后，操作和管理人员只要坐在操作站或管理计算机前就能完成大部分的监视、操作、协调和管理工作。
它的分散控制体现在：控制部分可以分为若干个、相对独立的子控制机构，这些机构在各自的范围内各司其职，互不干涉，各自完成自己的控制目标。
二、DCS的组成及各部分功能不同厂家生产的DCS组成各不相同，主要包括五个部分，分别是过程控制单元、过程接口单元、操作站、管理计算机和数据通信网络。
1.过程控制单元（现场控制站）过程控制单元，又叫现场控制站，是由许多功能分散的卡件按照一定的顺序安装在机柜中，接收现场传感器、变送器送来的信号，按照预定的控制规律进行运算，将运算结果作为控制信号，送回到现场的执行器中去。
它是DCS的核心部分，对生产过程进行闭环控制，可以控制数十个回路，还可以进行批量或者顺序控制。
2.过程接口单元（数据采集站）过程接口单元，又叫数据采集站，是为生产过程中的非控制变量设置的数据采集装置，它接收大量由现场设备送来的非控制过程信息，经转换和处理后送到操作站，供操作人员监控。
从外观上看它与过程控制单元一样，不同之处在于它实现的是开环监测，不直接完成控制功能。
集散控制系统原理及应用资料
不同DCS厂家的软件、程序、数据及人员可以 相互借用，互相移植，到第四代硬件都可以移植。 另外移植也带来了安全方面的隐患。 （2）互操作性（Interoperability） 网络的连接，使数据互通，资源共享。现场总线 标准化后，符合标准的各种检测、变送和执行机构 产品可以互换和替代。第四代表现最明显。
14
第四阶段（1990年以后）
— DCS以管控一体化出现，在硬件上采用了开放 的工作站，采用了Client/Server的结构，在网络 结构上增加了工厂信息网，并可与互联网联网，在 软件上采用UNIX和X-Windows的图形用户界面，系 统的软件更丰富，一些优化和管理良好的界面的软 件被开发并移植到DCS中
8
典型DCS系统的体系结构
系统网络
控制网络
通讯介质转换
9
10
一、集散控制系统的发展历史
模拟仪表难以胜任生产规模的不断扩大； 仪表技术应适应工业技术发展的要求； 计算机集中控制的风险太大； 系统上下及子系统之间的通信联系要求越来越高。
11
第一阶段（1975年—1980年）
— 代表产品主要有美国Honeywell公司的TDC2000， Baily公司的Network90，Foxboro公司的 Spectrum，日本横河公司的Centum等 — 主要由过程控制单元PCU、数据采集装置DAU、 CRT操作站、监控计算机和数据高速公路HW五部 分组成
功能：生产过程的各种变量通过它转化为操作监 视的数据，操作的各种信息业通过过程控制装置送 到各执行机构，对输入输出量进行A/D,D/A转换以 及滤波等运算 组成：AI AO DI DO PI PO等功能板， CPU、 电源、端子板等。
16
2、操作管理装置
功能：操作员可以通过它能够了解生产过程的运 行状况，并通过它发出操作指令给生产过程
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第四阶段（1990年以后）
— DCS以管控一体化出现，在硬件上采用了开放 的工作站，采用了Client/Server的结构，在网络 结构上增加了工厂信息网，并可与互联网联网，在 软件上采用UNIX和X-Windows的图形用户界面，系 统的软件更丰富，一些优化和管理良好的界面的软 件被开发并移植到DCS中
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典型DCS系统的体系结构
系统网络
控制网络
通讯介质转换
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一、集散控制系统的发展历史
模拟仪表难以胜任生产规模的不断扩大； 仪表技术应适应工业技术发展的要求； 计算机集中控制的风险太大； 系统上下及子系统之间的通信联系要求越来越高。
11
第一阶段（1975年—1980年）
— 代表产品主要有美国Honeywell公司的TDC2000， Baily公司的Network90，Foxboro公司的 Spectrum，日本横河公司的Centum等 — 主要由过程控制单元PCU、数据采集装置DAU、 CRT操作站、监控计算机和数据高速公路HW五部 分组成
功能：生产过程的各种变量通过它转化为操作监 视的数据，操作的各种信息业通过过程控制装置送 到各执行机构，对输入输出量进行A/D,D/A转换以 及滤波等运算 组成：AI AO DI DO PI PO等功能板， CPU、 电源、端子板等。
16
2、操作管理装置
功能：操作员可以通过它能够了解生产过程的运 行状况，并通过它发出操作指令给生产过程
集散控制系统第1章
1.1.1 计算机控制系统的一般概念
计算机控制系统是融计算机技术与工业过程 控制于一体的综合性技术，它是在常规仪表 控制系统的基础上发展起来的。 一个完整的计算机控制系统是由硬件和软件 两大部分组成的。
1.1.2 计算机控制系统内的信号变换
信号的采样 信号的量化 信号的保持
1.1.3 计算机控制系统的分类
1.4.2 监督控制和数据采集系统
监督控制和数据采集(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)系统的功能主要是监督 控制功能 SCADA系统的软件主要由两个部分组成 SCADA SCADA系统的现场设备就是RTU和用于远程通信的 设备 SCADA系统的特点在于其广泛的监视范围和庞大的 数据量
思 考 题
1-1 计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？ 1-2 画图说明计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的主要 作用是什么？ 1-3 说明何为信号的采样过程、量化过程与保持过程？ 1-4 从控制目的与系统构成上，计算机控制系统可分为哪几类？各有 什么特点？ 1-5 简述计算机控制系统的设计原则。 1-6 简述计算机控制系统的设计内容与步骤。 1-7 试分析仪表分散控制、仪表集中控制和计算机集中控制系统的优 缺点？ 1-8 概述DCS的产生过程，并分析其设计思想和设计原则。 1-9 分析集散控制系统的发展中，随哪四项技术的发展而不断更新？
1.3.2 DCS的基本组成及特点
过程控制单元(Process Control Unit，PCU) 过程接口单元(Process Interface Unit，PIU) 操作员站(Operating Station，OS) 数据高速通道(Data Hiway，DH) 管理计算机(Manager Computer，MC)
DCS第9章1集散控制系统原理及其应用[张德泉主编][电子教案]
![DCS第9章1集散控制系统原理及其应用[张德泉主编][电子教案]](https://img.taocdn.com/s3/m/cf547a15b52acfc789ebc9ac.png)
5.实训步骤
（ 1 ）了解操作站的配置，并将观察结果填于表 9.1 中。
（ 2 ）熟练掌握 JX-300X DCS 卡件命名原则，将实训室 控制站内的所有类型卡件列在表格 9.2 中，尤其应当注意 哪些卡件是冗余配置的。
第9章 集散控制系统实践训练
（3）了解被控对象的工艺情况，确定测点位号以及 传感器名称、型号、规格、用途及控制要求等，并填写传 感器汇总表9.3、被控对象测点列表9.4和控制方案列表 9.5。 （4）对照实物，观察和认识JX-300X DCS通信系统的 构成，理解SCnet Ⅱ通信系统、SBUS的性能和特性。 （5）总结并列出JX-300X DCS控制站主控制卡SP243 和操作站网卡的IP地址设置范围。填入表9.6中。 （6）检查主控卡、数据转发卡的硬件跳线和冗余跳 线是否符合规定，注意应与其IP地址设置绝对一致。
7.思考题
主控制卡或数据转发卡的硬件跳线地址设置与 IP 地址不一致时，会有什么后果？
第9章 集散控制系统实践训练
9.1.2 AdvanTrol软件包的安装
1.实训目的
本实训以AdvanTrol软件包的安装为主要内容。通 过实训学生应掌握AdvanTrol软件包的组成，并熟悉软件 包中常用软件的快捷方式图标，以便正确启动相关软件。
第9章 集散控制系统实践训练
上述过程进行完毕之后，将SUPCON JX-300X系列软 件的安装光盘插入光驱，按照安装向导的提示进行安装： 6.注意事项 （1）JX-300X DCS的操作平台应为中文Windows 2000/ NT4.0。 （2）建议C盘安装操作系统和监控运行软件，D盘保 存安装软件和组态软件备份，E盘作为监控运行数据存储 盘，其他盘可以保存监控软件生成的过程数据库文件 （历史趋势、报警记录、报表等）或根据实际情况使用。 （3）本实训项目建议在2学时内完成。
集散控制系统原理及应用
该工业自动化生产线采用集散控 制系统实现了生产流程的自动化 控制和智能化管理。
系统还能够根据实际生产需求调 整设备参数和生产计划，提高了 生产效率和产品质量，降低了人 工干预和生产成本。
感谢您的观看
THANKS
发展历程
经历了模拟仪表、工业控制计算机、集中式数字控制系统、集散控 制系统等多个阶段。
发展趋势
随着物联网、云计算、大数据等技术的发展，集散控制系统将向智 能化、网络化、集成化方向发展。
集散控制系统的基本组成
中央计算机系统
包括主控计算机、操作员站、工程师站等， 负责系统的监控、操作和优化。
通信网络
连接中央计算机系统和分散控制单元，实现 数据传输和共享。
通过中央计算机系统实 现生产过程的监控、操 作和优化。
采用多台微处理器分散 控制，提高系统的可靠 性和灵活性。
建立高速通信网络，实 现各节点之间的信息传 输和数据共享。
支持多种通信协议和软 件接口，便于系统集成 和升级。
集散控制系统的历史与发展
起源
20世纪70年代初期，随着计算机和通信技术的发展，集散控制系 统开始出现。
该化工厂采用集散控制系统对生产过程 进行集中监控和分散控制，实现了生产 流程的自动化和智能化。
案例二：某电力企业的集散控制系统应用
详细描述
该电力企业采用集散控制系统对 电网进行实时监测和调控，确保 了电网的稳定运行和安全供电。
通过集散控制系统的数据采集和 传输功能，实现了对电网设备的 远程监控和维护，降低了运维成 本和人力投入。
兼容性问题
不同品牌的集散控制系统之间可能存 在兼容性问题，导致信息互通和数据
共享方面存在障碍。
成本较高
集散控制系统的建设和维护成本较高， 对企业来说是一笔不小的投入。
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(3)实时控制输出 实时地输出运算后的控制信号，经 D/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。
上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上。
所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都在一定的 时间范围内完成，也就是说计算机对输入的信息，以足 够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制 的时机，控制也就失去了意义。实时的概念不能脱离具 体过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一 个实时控制系统必定是在线系统。
1.1.3 软件系统
软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和， 通常包括系统软件和应用软件。
系统软件一般由计算机厂家提供，是专门用来使 用和管理计算机的程序，包括操作系统、监控管理程 序、语言处理程序和故障诊断程序等。
应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的 各种程序。在计算要求。
过程输入接口将从被控对象采集的模拟量或数字量 信号转换为计算机能够接收的数字量，过程输出接口把 计算机的处理结果转换成可以对被控对象进行控制的信 号。
人机接口包括显示操作台、屏幕显示器(CRT)或数 码显示器、键盘、打印机、记录仪等，它们是操作人员 和计算机进行联系的工具。
外部存储器包括磁盘、光盘、磁带，主要用于存储 大量的程序和数据。它是内存储容量的扩充，可根据要 求决定外部存储器的选用。
1.2 计算机控制系统的应用类型
计算机控制系统种类繁多，命名方法也各有不同。 根据应用特点、控制功能和系统结构，计算机控制系 统主要可分为六种类型：数据采集系统、直接数字控 制系统、计算机监督控制系统、分级控制系统、集散 型控制系统及现场总线控制系统。
1.2.1 数据采集系统
在数据采集系统中，计算机只承担数据的采集和处理工 作，而不直接参与控制。数据采集系统对生产过程各种工艺 变量进行巡回检测、处理、记录以及变量的超限报警，同时 对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析， 为操作人员提供参考，如图1.3所示。
根据要求按偏差进行运算，所得数字量输出信号经D/A 转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量 稳定在设定值上。这种系统称为闭环控制系统。
计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：
(1)实时数据采集 对测量变送装置输出的信号经A/D转 换后进行处理。
(2)实时控制决策 对被控变量的测量值进行分析、运 算和处理，并按预定的控制规律进行运算。
1.2.2 直接数字控制系统
直接数字控制（Direct Digital Control，DDC）系统的构 成如图1.4所示。计算机通过过程输入通道对控制对象的变 量作巡回检测，根据测得的变量，按照一定的控制规律进行 运算，计算机运算的结果经过过程输出通道，作用到控制对 象，使被控变量符合要求的性能指标。DDC系统属于计算机 闭环控制系统，是计算机在工业生产中最普遍的一种应用方 式。
图1.2 计算机控制系统的组成框图
工业控制机硬件：硬件是指计算机本身及外围设 备。硬件包括计算机、过程输入、输出接口、人机接 口、外部存储器等。
计算机是计算机控制系统的核心，其核心部件是 CPU。CPU通过人机接口和过程输入输出接口，接收 入的指令和工业对象的信息，向系统各部分发送命令 和数据，完成巡回检测、数据处理、控制计算、逻辑 判断等工作。
☞本章主要介绍计算机控制系统的软硬件组成以及工业控 制中的应用类型，讨论了计算机控制系统的输入输出信 号处理方式以及PID控制算法等。
1.1 计算机控制系统的组成
1.1.1 基本概念
☞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)来实现工业过程自动控制的系统。
☞在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出是 数字信号，而现场采集到的信号或送到执行机构的信 号大部分是模拟信号，因此，与常规的按偏差控制的 闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有模/数 （A/D）转换器和数/模（D/A）转换器这两个环节，控 制系统结构框图如图1.1所示。
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接， 并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产 过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进 行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
1.1.2 硬件系统
计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部 分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要 求而设计的计算机（一般是微机或单片机），它包括 硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象，测量变 送、执行机构、电气开关等装置。计算机控制系统的 组成如图1.2所示。
第1章 计算机控制系统概述
学 ➢知识点： 习 ●掌握计算机控制系统的组成原理 目 标 ●了解计算机控制系统的应用类型
●掌握集散控制系统的基本组成
●掌握计算机控制系统的信号处理原理
●掌握计算机控制系统的输入、输出通道的组成
●掌握理想PID控制算法
➢技能点：
学 利用计算机控制系统实训装置，培养以下技能 习 ●熟练掌握计算机控制系统的构成方法 目 ●了解模拟信号、开关信号的处理方法 标 ●理解和掌握理想PID控制算法
直接数字控制系统与模拟系统所不同的是，在模拟 系统中，信号的传送不需要数字化，而数字系统中由于 采用了计算机，在信号传送到计算机之前必须经模数转 换将模拟信号转换为数字信号才能被计算机接收，计算 机的控制信号必须经数模转换后才能驱动执行机构。另 外，由于是用程序进行控制运算，其控制方式比常规控 制系统灵活且又经济。采用计算机代替模拟仪表控制， 只要改变程序就可以对控制对象进行控制，因此计算机 可以控制几百个回路，并可以对上下限进行监视和报警。 此外，因为计算机有较强的计算能力，所以控制方法的 改变很方便，只要改变程序就可以实现。就一般的模拟 控制而言，要改变控制方法，必须改变硬件，这不是轻 而易举的事。
☞计算机控制系统是以计算机为核心部件的自动控制系统。 在工业控制系统中，计算机承担着数据采集与处理、顺 序控制与数值控制、直接数字控制与监督控制、最优控 制与自适应控制、生产管理与经营调度等任务。它已取 代常规的模拟检测、控制、显示、记录等仪器设备和大 部分操作管理的职能。并具有较高级的计算方法和处理 方法，使生产过程按规定方式和技术要求运行，以完成 各种过程控制、操作管理等任务，计算机控制系统广泛 应用于生产现场，并深入各行业的许多领域。
上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上。
所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都在一定的 时间范围内完成，也就是说计算机对输入的信息，以足 够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制 的时机，控制也就失去了意义。实时的概念不能脱离具 体过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一 个实时控制系统必定是在线系统。
1.1.3 软件系统
软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和， 通常包括系统软件和应用软件。
系统软件一般由计算机厂家提供，是专门用来使 用和管理计算机的程序，包括操作系统、监控管理程 序、语言处理程序和故障诊断程序等。
应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的 各种程序。在计算要求。
过程输入接口将从被控对象采集的模拟量或数字量 信号转换为计算机能够接收的数字量，过程输出接口把 计算机的处理结果转换成可以对被控对象进行控制的信 号。
人机接口包括显示操作台、屏幕显示器(CRT)或数 码显示器、键盘、打印机、记录仪等，它们是操作人员 和计算机进行联系的工具。
外部存储器包括磁盘、光盘、磁带，主要用于存储 大量的程序和数据。它是内存储容量的扩充，可根据要 求决定外部存储器的选用。
1.2 计算机控制系统的应用类型
计算机控制系统种类繁多，命名方法也各有不同。 根据应用特点、控制功能和系统结构，计算机控制系 统主要可分为六种类型：数据采集系统、直接数字控 制系统、计算机监督控制系统、分级控制系统、集散 型控制系统及现场总线控制系统。
1.2.1 数据采集系统
在数据采集系统中，计算机只承担数据的采集和处理工 作，而不直接参与控制。数据采集系统对生产过程各种工艺 变量进行巡回检测、处理、记录以及变量的超限报警，同时 对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析， 为操作人员提供参考，如图1.3所示。
根据要求按偏差进行运算，所得数字量输出信号经D/A 转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量 稳定在设定值上。这种系统称为闭环控制系统。
计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：
(1)实时数据采集 对测量变送装置输出的信号经A/D转 换后进行处理。
(2)实时控制决策 对被控变量的测量值进行分析、运 算和处理，并按预定的控制规律进行运算。
1.2.2 直接数字控制系统
直接数字控制（Direct Digital Control，DDC）系统的构 成如图1.4所示。计算机通过过程输入通道对控制对象的变 量作巡回检测，根据测得的变量，按照一定的控制规律进行 运算，计算机运算的结果经过过程输出通道，作用到控制对 象，使被控变量符合要求的性能指标。DDC系统属于计算机 闭环控制系统，是计算机在工业生产中最普遍的一种应用方 式。
图1.2 计算机控制系统的组成框图
工业控制机硬件：硬件是指计算机本身及外围设 备。硬件包括计算机、过程输入、输出接口、人机接 口、外部存储器等。
计算机是计算机控制系统的核心，其核心部件是 CPU。CPU通过人机接口和过程输入输出接口，接收 入的指令和工业对象的信息，向系统各部分发送命令 和数据，完成巡回检测、数据处理、控制计算、逻辑 判断等工作。
☞本章主要介绍计算机控制系统的软硬件组成以及工业控 制中的应用类型，讨论了计算机控制系统的输入输出信 号处理方式以及PID控制算法等。
1.1 计算机控制系统的组成
1.1.1 基本概念
☞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)来实现工业过程自动控制的系统。
☞在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出是 数字信号，而现场采集到的信号或送到执行机构的信 号大部分是模拟信号，因此，与常规的按偏差控制的 闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有模/数 （A/D）转换器和数/模（D/A）转换器这两个环节，控 制系统结构框图如图1.1所示。
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接， 并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产 过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进 行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
1.1.2 硬件系统
计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部 分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要 求而设计的计算机（一般是微机或单片机），它包括 硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象，测量变 送、执行机构、电气开关等装置。计算机控制系统的 组成如图1.2所示。
第1章 计算机控制系统概述
学 ➢知识点： 习 ●掌握计算机控制系统的组成原理 目 标 ●了解计算机控制系统的应用类型
●掌握集散控制系统的基本组成
●掌握计算机控制系统的信号处理原理
●掌握计算机控制系统的输入、输出通道的组成
●掌握理想PID控制算法
➢技能点：
学 利用计算机控制系统实训装置，培养以下技能 习 ●熟练掌握计算机控制系统的构成方法 目 ●了解模拟信号、开关信号的处理方法 标 ●理解和掌握理想PID控制算法
直接数字控制系统与模拟系统所不同的是，在模拟 系统中，信号的传送不需要数字化，而数字系统中由于 采用了计算机，在信号传送到计算机之前必须经模数转 换将模拟信号转换为数字信号才能被计算机接收，计算 机的控制信号必须经数模转换后才能驱动执行机构。另 外，由于是用程序进行控制运算，其控制方式比常规控 制系统灵活且又经济。采用计算机代替模拟仪表控制， 只要改变程序就可以对控制对象进行控制，因此计算机 可以控制几百个回路，并可以对上下限进行监视和报警。 此外，因为计算机有较强的计算能力，所以控制方法的 改变很方便，只要改变程序就可以实现。就一般的模拟 控制而言，要改变控制方法，必须改变硬件，这不是轻 而易举的事。
☞计算机控制系统是以计算机为核心部件的自动控制系统。 在工业控制系统中，计算机承担着数据采集与处理、顺 序控制与数值控制、直接数字控制与监督控制、最优控 制与自适应控制、生产管理与经营调度等任务。它已取 代常规的模拟检测、控制、显示、记录等仪器设备和大 部分操作管理的职能。并具有较高级的计算方法和处理 方法，使生产过程按规定方式和技术要求运行，以完成 各种过程控制、操作管理等任务，计算机控制系统广泛 应用于生产现场，并深入各行业的许多领域。