计算机控制技术01

过程输入输出通道 A / D 转换 测量变送 工
D/A 转换
驱动执行
业
开关输入
对
象 开关输出
图1-3
计算机控制系统硬件组成框图 图1-4 计算机控制系统硬件组成框图 链接动画
1.1.3
软件组成
• 硬件仅为计算机控制系统的躯体。要使计算机正确地 运行解决各种问题，必须为它编制软件。 • 所谓软件是指完成各种功能的计算机程序的总和，它
1.3.3
总线式工控机
总线式工控机，是基于总线技术和模块化结构的一
种专用于工业控制的通用性计算机，一般称为工业控制
计算机，简称为工业控制机或工控机。通常，计算机的 生产厂家是按照某个总线标准，设计制造出若干符合总 线标准、具有各种功能的各式模板，而控制系统的设计 人员则根据不同的生产过程与技术要求，选用相应的功 能模板组合成自己所需的计算机控制系统。总线式工控 机的外形类似普通计算机，如图所示。
链接动画 不同的是它的外壳采用全钢标准的工业加固型机 架机箱，机箱密封并加正压送风散热，机箱内的原普 通计算机的大主板变成通用的底板总线插座系统，将主 板分解成几块PC插件，采用工业级抗干扰电源和工业级 芯片，并配以相应的工业应用软件。 总线式工控机具有小型化、模板化、组合化、标准 化的设计特点，能满足不同层次、不同控制对象的需要， 又能在恶劣的工业环境中可靠地运行。因而，它广泛应 用于各种控制场合，尤其是十几到几十个回路的中等规 模的控制系统中。
（2）开环控制系统
r
给定值 控制器
u
控制作用
执行器
q
操纵变量
被控对象
y
被控量
(b) 开环控制系统
开环控制系统--不同于闭环系统，它不需要被
控对象的测量反馈信号，控制器直接根据给定值驱动 执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方 向的。开环控制系统不能自动消除被控量与给定值之 间的偏差，其控制性能不如闭环系统。
• 软件通常分为系统软件和应用软件两大类；系统软件
是计算机控制系统的神经中枢，整个系统的动作都是 在软件程序指挥下协调工作的。 一般由计算机厂家提供，专门用来使用和管理计算机 本身的程序；应用软件是用户针对生产过程要求而编 制的各种应用程序。
1.2
控制系统分类
主要知识点
1.2.1 数据采集系统（DAS） 1.2.2 操作指导控制系统 (OGC) 1.2.3 直接数字控制系统（DDC） 1.2.4 监督计算机控制系统（SCC）
计算机控制系统硬件一般包括：
主机--CPU ＋RAM＋ROM＋系统总线 常规外部设备--输入/输出设备、外存储器等 过程输入输出通道—AI、AO、DI、DO 操作台—CRT、LED、LCD 等 通信设备—交换机、modem、集线器等 图 1-3所示硬件组成框图


计算机基本系统 CPU 主机 系 RAM ROM 统 输入设备 常规 外部 输出设备 设备 外存储器 通信设备 操作台 接口 接口 接口 接口 接口 线 接口 总 接口 接口 接口
测量 控制
生 产 过 程
(b) S CC+ DD C控制系统 图1-8 监督计算机控制系统的两种结构形式
链接动画
1.2.5
分散控制系统（DCS）
分散控制系统--是以微处理器为基础，借助于 计算机网络对生产过程进行集中管理和分散控制的 先进计算机控制系统。由于早期开发的分散控制系 统在体系结构上具有分散式系统的特征，因此国外 将该类系统取名为分散控制系统，国内也有人将其 称为集散型控制系统，或者是分布式控制系统。分 散控制系统简称为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。 它的结构组成如图12-1所示。 链接动画
1.2.2
操作指导控制系统(OGC)
操作指导控制系统--是基于数据采集系统的 一种开环结构，如图1-6所示。计算机根据采集 到的数据以及工艺要求进行最优化计算，计算出 的最优操作条件，并不直接输出控制被控对象， 而是显示或打印出来，操作人员据此去改变各个 控制器的给定值或操作执行器，以达到操作指导 的作用。它相当于模拟仪表控制系统的手动与半 自动工作状态。OGC系统的优点是结构简单，控 制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到 限制，不能同时控制多个回路。
第一章 计算机控制概述
本章要点
1.了解计算机控制系统的构成原理 2.了解计算机控制系统硬件组成与软件组成。 3. 初步认识微型计算机控制系统分类与装置种类
本章主要内容

引言 1.1 计算机控制系统组成 1.2 计算机控制系统分类 1.3 计算机控制装置种类 本章小结 思考题
引言
链 接 动 画
可编程控制器（PLC）特点：
一种数字运算操作的电子系统,专为工业环 境下应用而设定; 采用可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、定时、计数和算术操作的指令，并通过数字 式、模拟式的输入和输出； 应用广泛--不仅在顺序程序控制领域中具有优势，而且 在运动控制、过程控制、网络通信领域方面也毫不逊色； PLC具有系统构成灵活，扩展容易，编程简单，调试容 易，抗干扰能力强；
（1）闭环控制系统
f 干扰 + e 给定值 _ 偏差 z 测量值 r u
控制作用 控制器 执行器
q
操纵变量
被控对象
y
被控量
测量变送器 图1-1(a) 闭环控制系统
闭环控制系统--闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，
把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将 此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应 的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟 踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭 合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。
计算机控制技术及工程应用--是把计算机技术与自动化控制系 统融为一体的一门综合性学问，是以计算机为核心部件的过程控制 系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程 是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算机技术 又是一个主要的实现手段。本书立足于工业自动化的领域，讨论这 种不同于普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关技术及其 工程应用。下图为一个制药车间的自动化生产流程。
1.3
控制装置种类
主要知识点 1.3.1 可编程控制器
1.3.2 可编程调节器
1.3.3 总线式工控机
1.3.4 单片微型计算机 1.3.5 其他控制装置
1.3.1
可编程控制器
可编程逻辑控制器--简称可编程控制器或PLC，是计 算机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物，其低端为 常规继电逻辑控制的替代装置，而高端为一种高性能的 工业控制计算机。它主要由CPU、存储器、输入组件、输 出组件、电源及编程器等组成。外观如图所示。
工 计 A/ D 转 换 器 采 样 器 测 量 元 件
业
算
对 机 显示终端 控 制 仪 表 象
打印机
图1-6 操作指导控制系统
链接动画
1.2.3
直接数字控制系统（DDC）
DDC系统--是用一台计算机不仅完成对多个被控参数的
数据采集，而且能按一定的控制规律进行实时决策，并通过过
程输出通道发出控制信号，实现对生产过程的闭环控制，为了
操作方便，DDC系统还配置一个包括给定、显示、报警等功能 的操作控制台。DDC系统中的一台计算机不仅完全取代了多个
模拟调节器，而且在各个回路的控制方案上，不改变硬件只通
过改变程序就能有效地实现各种各样的复杂控制。
显示 计
过程输入 A D （ / D ， I）
生 产
打印机 算
过 报警
机
过程输出 D D ） （ /A 回路调节器、智能调节器、数 字调节器。它主要由微处理单元、过程I／O（输入/输出） 单元、面板单元、通信单元、硬手操单元和编程单元等 组成。外观如图所示。
链接动画
可编程调节器特点：
一种仪表化了的微型控制计算机 易操作，易编程、方便灵活 设计时无需考虑接口、通讯的硬件设计 软件编程上也只需使用一种面向问题的组态语言 具有断电保护、自诊断功能、通信等功能 可以组成多级计算机控制系统，实现各种高级控 制和管理 大型分散控制系统中最基层的控制单元 适用于连续过程中模拟量信号的控制系统中
链 接 动 画
1.1 计算机控制系统的组成
主要知识点:
1.1.1 控制系统概念
1.1.2 硬件组成
1.1.3 软件组成
1.1.1 控制系统概念
计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而 来的; 常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制 要求，一般分成闭环控制(图1-1a所示)与开环 控制(图1-1b所示)两种结构形式; 计算机控制系统原理组成—用控制计算机代替 图1-1的控制器，如图1-2所示；
和抗干扰能力强；而上位机承担高级控制与管理任务，
应配置数据处理能力强，存储容量大的高档计算机。
S CC 工艺数据 显示 打印 报警 计 算 机
采集
给定值
模 拟 控 制 器
测量 控制
生 产 过 程
(a) S CC+模拟控制器系统
工艺数据 显示 打印 报警
SCC 计 算 机
采集 给定值
DDC 用 计 算 机
程
操作台
图1-7 直接数字控制系统
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1.2.4监督计算机控制系统（SCC）
监督计算机控制系统即SCC--是OGC系统与常规
仪表控制系统或与DDC系统综合而成的两级系统，如图18所示。显然，这属于计算机在线最优控制的一种形式。 当上位机出现故障时，可由下位机独立完成控制。下位 机直接参与生产过程控制，要求其实时性好，可靠性高