計算機(jī)控制技術(shù)課件第2章備份.ppt

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1、計算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)ComputerControlTechnology張文霞青島理工大學(xué)琴島學(xué)院機(jī)電系2011年3月第一章計算機(jī)控制系統(tǒng)緒論內(nèi)容提要1.計算機(jī)控制系統(tǒng)的概述2.計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類3.計算機(jī)控制系統(tǒng)的課題與發(fā)展方向1計算機(jī)控制系統(tǒng)概述計算機(jī)控制是以計算機(jī)、自動控制理論、自動控制工程、電子學(xué)和自動化儀表為基礎(chǔ)的綜合學(xué)科。簡單的說，計算機(jī)控制系統(tǒng)就是以計算機(jī)替代了原模擬控制系統(tǒng)中由控制器（控制儀表）組成的自動控制系統(tǒng)，但是這種取代決不是一種簡單的替代，而是一種升華。隨著計算機(jī)應(yīng)用于自動控制領(lǐng)域，自動控

2、制水平產(chǎn)生了巨大的飛躍。1959年美國TRW航空公司和Texaco公司合作成功地在得克薩斯州的一家煉油廠將一臺計算機(jī)投入在線控制。該控制系統(tǒng)從綜合指標(biāo)出發(fā)確定了熱水循環(huán)系統(tǒng)的最佳參數(shù)，同時也揭開了計算機(jī)控制的輝煌一頁；1962年英國帝國化工公司制造出一套可以取代常規(guī)儀表對生產(chǎn)過程直接進(jìn)行控制的計算機(jī)控制系統(tǒng)，開創(chuàng)了直接進(jìn)行數(shù)字控制的新時期；1975年美國Honeywell公司成功研制出世界上第一套集散型控制系統(tǒng)TDC-2000并投入使用，開創(chuàng)了計算機(jī)應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程控制的新紀(jì)元。20世紀(jì)80年代末，集散控制系統(tǒng)迅速

3、發(fā)展，有幾萬套集散系統(tǒng)投入運行。隨著3C技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，可編程控制器的綜合應(yīng)用已打破了原工業(yè)控制的格局，并共同融入到計算機(jī)控制系統(tǒng)的大門類之中。2計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類2.1計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計算機(jī)來實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。自動控制是指在非人工直接參與的前提下，應(yīng)用自動控制裝置自動地、有目的地控制設(shè)備和生產(chǎn)過程，使之具有一定的狀態(tài)和性能，完成相應(yīng)的功能，實現(xiàn)預(yù)訂的目標(biāo)。自動控制系統(tǒng)一般可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類。開環(huán)控制系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡

4、單，性能較差閉環(huán)控制系統(tǒng)：需要控制對象的反饋信號控制器被控對象設(shè)定值被控參數(shù)控制器被控對象被控參數(shù)設(shè)定值×＋－補(bǔ)充內(nèi)容（自動控制原理）以液體儲槽的水位控制為例進(jìn)行說明。人工方法：自動方式：計算機(jī)控制系統(tǒng)若用計算機(jī)替代系統(tǒng)中的控制器就形成了計算機(jī)控制系統(tǒng)。計算機(jī)控制系統(tǒng)由計算機(jī)本體（包括硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）和受控對象兩大部分組成。下圖是一個典型的按偏差進(jìn)行控制的計算機(jī)控制系統(tǒng)。信息的獲取：計算機(jī)可以通過計算機(jī)的外部設(shè)備獲取被控對象的實時信息和人的指令性信息，這些信息是計算機(jī)進(jìn)行計算或決策的素材和依據(jù)；信息的處理：計算

5、機(jī)可根據(jù)預(yù)先編好的程序從外部設(shè)備獲取的信息進(jìn)行處理，這種數(shù)據(jù)處理應(yīng)包括信號的濾波、線性化校正、標(biāo)度的變換、運算與決策等；信息的輸出：計算機(jī)將最終處理完的信息通過外部設(shè)備送到控制對象，通過顯示、記錄或打印等操作輸出其處理或獲取信息的情況。計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成硬件組成◆主機(jī)：CPU、RAM/ROM◆常規(guī)外設(shè)：輸入、輸出和存貯設(shè)備◆輸入輸出通道：AI、AO、DI、DO◆外部設(shè)備：各種接口◆運行操作臺：顯示屏、功能鍵、數(shù)字鍵計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖計算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成軟件

6、組成◆系統(tǒng)軟件—提供計算機(jī)運行和管理的基本環(huán)境◆應(yīng)用軟件—直接的控制程序,如數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序、控制算法程序、控制量輸出程序和實時時鐘、中斷處理程序、數(shù)據(jù)管理程序和數(shù)據(jù)通信程序計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)是基于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)直接采集的非在線的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點是要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象。計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式直接數(shù)字控制（DirectDigitalControl,DDC）?該控制系統(tǒng)的特點是實時性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。?實現(xiàn)集中控制，代替常規(guī)控制

7、儀表控制算法,單回路及常用復(fù)雜控制系統(tǒng),由于集中控制的固有缺陷，硬件可靠性低,未能普及。監(jiān)督控制系統(tǒng)（SupervisoryComputerControl,SCC）—給定值控制，效果取決于數(shù)學(xué)模型的精度—兩種不同的結(jié)構(gòu)：?SCC＋模擬調(diào)節(jié)器?SCC＋DDCSCC＋模擬調(diào)節(jié)器SCC＋DDC計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem,DCS）—分散控制，集中管理計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式過程控制級過程控制級功能生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、反饋控制、順序控制、批量控制等。在其內(nèi)部完成：A

8、/D轉(zhuǎn)換，各種控制算法的運算，對模擬量進(jìn)行濾波及工程單位轉(zhuǎn)換，將采集到的實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)送到操作員(工程師)站或其他I/O站。過程控制級裝置多回路控制器單回路控制器多功能控制器可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)采集裝置計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式過程管理級控制系統(tǒng)工程師、操作員與DCS的界面—人機(jī)界面。MMI—ManMachineInterface；OI—Ope