-第1讲1计算机控制系统概述-PPT课件.ppt

1、沈阳建筑大学沈阳建筑大学信息与控制工程学院信息与控制工程学院 马斌马斌计算机控制技术计算机控制技术 计算机控制技术计算机控制技术参考书：参考书：曹承志，曹承志，微型计算机控制新技术微型计算机控制新技术，机械工业出版社，机械工业出版社，2019.3薛弘哗，薛弘哗，计算机控制技术计算机控制技术，电子工业出版社，电子工业出版社，2019.6于海生，于海生，微型计算机控制技术微型计算机控制技术，机械工业出版社，机械工业出版社，2019.3王晓明，王晓明，电动机的单片机控制电动机的单片机控制，电子工业出版社，电子工业出版社，2019.5朱玉玺，朱玉玺，计算机控制技术计算机控制技术，清华大学出版社，清华大

2、学出版社，2019.6阅读期刊：阅读期刊：工业控制机、工业控制机、控制工程控制工程、测控技术、测控技术、电气自动化电气自动化、自动化仪表自动化仪表、工工业仪表与自动化装置，业仪表与自动化装置，化工自动化及仪表化工自动化及仪表 等等。等等。33-1计算机控制技术计算机控制技术主要内容：主要内容：第一章是绪论，介绍了微机控制技术的一般概念，第一章是绪论，介绍了微机控制技术的一般概念，微机参与控制的典型方式，微机控制的特点及设计过程；微机参与控制的典型方式，微机控制的特点及设计过程；第二章讨论了信号的采样与复现，模拟量输入通道，第二章讨论了信号的采样与复现，模拟量输入通道，模拟量输入与输入通道接口技

3、术，模拟量输出与输出通道模拟量输入与输入通道接口技术，模拟量输出与输出通道接口技术，数字量输入与输出通道；接口技术，数字量输入与输出通道；第三章讨论了数字控制器连续化设计技术，数字第三章讨论了数字控制器连续化设计技术，数字PID控制设计和改进方法，数字化控制设计和改进方法，数字化PID的控制参数整定，的控制参数整定，串级控制器设计方法，数字串级控制器设计方法，数字PID控制器的讨论；控制器的讨论；第四章主要讲解控制计算机的构成，控制计算机的第四章主要讲解控制计算机的构成，控制计算机的种类，计算机控制系统的操作方法，微型计算机常用接口种类，计算机控制系统的操作方法，微型计算机常用接口电路，电源设

4、计；电路，电源设计；33-2计算机控制技术计算机控制技术主要内容：主要内容：第五章讨论了处理数据预处理，数字滤波，数据结第五章讨论了处理数据预处理，数字滤波，数据结构及应用技术，控制系统应用程序设计方法；构及应用技术，控制系统应用程序设计方法；第六章讨论了计算机控制系统可靠性概述，硬件系第六章讨论了计算机控制系统可靠性概述，硬件系统可靠性技术，软件可靠性技术；统可靠性技术，软件可靠性技术；第七章讨论了数据通信与工业网络，集散控制系统，第七章讨论了数据通信与工业网络，集散控制系统，现场总线控制系统；现场总线控制系统；第八章讨论了控制系统设计的一般步骤及原则，微第八章讨论了控制系统设计的一般步骤及

5、原则，微机控制系统设计分析和工程实现，并给出了设计实例；机控制系统设计分析和工程实现，并给出了设计实例；33-3第第1 1章章 计算机控制技术概述计算机控制技术概述1.11.1计算机控制技术的含义与地位计算机控制技术的含义与地位1.21.2计算机控制系统的输入与输出信号计算机控制系统的输入与输出信号 1.31.3计算机控制系统的典型结构和特点计算机控制系统的典型结构和特点1.41.4计算机控制系统的任务和要求计算机控制系统的任务和要求 1.51.5计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 1.61.6计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 1.71.7计算机控制技术的发展计算机控制技术的发展

6、33-41.1计算机控制技术的含义与地位计算机控制技术的含义与地位1.1.1 1.1.1 计算机控制技术的发展历程计算机控制技术的发展历程首先是首先是20世纪世纪50年代以前的人工控制阶段（基地年代以前的人工控制阶段（基地式仪表控制系统）式仪表控制系统）第二个阶段是第二个阶段是20世纪世纪60年代的模拟式仪表控制阶年代的模拟式仪表控制阶段（电动单元组合式仪表控制系统）段（电动单元组合式仪表控制系统）第三个阶段是第三个阶段是20世纪世纪70年代的计算机集中控制阶段年代的计算机集中控制阶段 第四个阶段是第四个阶段是20世纪世纪80年代的集散式控制阶段年代的集散式控制阶段（分布式控制系统）（分布式控

7、制系统）33-5图图1-1 某热电厂锅炉仪表集中控制室某热电厂锅炉仪表集中控制室 33-633-7图图1-2 某热电厂锅炉计算机控制室某热电厂锅炉计算机控制室 33-833-91.1.2 计算机控制技术的含义计算机控制技术的含义所谓计算机控制：所谓计算机控制：就是利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如就是利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），流），再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示装转换为计算机

8、可识别的数字量，并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。象的变化过程。33-101.1.2 计算机控制技术的含义计算机控制技术的含义除此之外：除此之外：计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。分析、统计和显示并制作各种报表。如果还需要对被监控的对象进行控制，则由计算机如果还需要对被监控的对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况中

9、的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；然后在输出装置中输出相应的电信号，并且推动执然后在输出装置中输出相应的电信号，并且推动执行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制任务。任务。33-111.1.3 控制系统微机化的重要意义控制系统微机化的重要意义计算机技术的引入，为控制系统带来以下一些新特计算机技术的引入，为控制系统带来以下一些新特点和新功能：点和新功能：1 1）自动清零功能。）自动清零功能。2 2）量程自动切换功能）量程自动切换功能 3 3

10、）多点快速测控）多点快速测控 4 4）数字滤波功能）数字滤波功能 5 5）自动修正误差。）自动修正误差。6 6）数据处理功能）数据处理功能7 7）复杂控制规律）复杂控制规律8 8）多媒体功能）多媒体功能9 9）通信或网络功能）通信或网络功能1010）自我诊断功能）自我诊断功能33-121.2 计算机控制系统的输入与输出信号计算机控制系统的输入与输出信号1.1.模拟量信号模拟量信号 模拟信号是指随时间连续变化的信号。模拟信号是指随时间连续变化的信号。2.2.数字（开关）量信号数字（开关）量信号 开关信号是指在有限的离散瞬时上取值间断的信号。开关信号是指在有限的离散瞬时上取值间断的信号。3.3.脉

11、冲量信号脉冲量信号当开关量按一定频率变化时，则该开关量就可以视当开关量按一定频率变化时，则该开关量就可以视为脉冲量，也就是说脉冲量具有周期性。为脉冲量，也就是说脉冲量具有周期性。33-131.3 计算机控制系统的典型结构和特点计算机控制系统的典型结构和特点 1.3.1 1.3.1 计算机控制系统的典型结构计算机控制系统的典型结构33-141.3 计算机控制系统的典型结构和特点计算机控制系统的典型结构和特点 1.3.2 1.3.2 计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点 1 1）技术集成和系统复杂程度高）技术集成和系统复杂程度高 2 2）实时性强）实时性强 3 3）可靠性高和可维修性好）可靠性

12、高和可维修性好 4 4）环境适应性强）环境适应性强 5 5）控制的多功能性）控制的多功能性 6 6）应用的灵活性。）应用的灵活性。33-161.4 计算机控制系统的任务和要求计算机控制系统的任务和要求1.4.1 1.4.1 计算机控制系统的任务计算机控制系统的任务1检测检测33-172执行机构的驱动执行机构的驱动3控制控制 4人一机交互人一机交互 5通信通信1.4.1 计算机控制系统的任务计算机控制系统的任务从本质上讲，计算机控制系统的工作过程可从本质上讲，计算机控制系统的工作过程可归纳为以下三步：归纳为以下三步：1 1）实时数据采集：对来自测量变送器的被控量的）实时数据采集：对来自测量变送器

13、的被控量的瞬时值进行采集和输入；瞬时值进行采集和输入；2 2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析、）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按预定的控制规律运算，进行控制决策；比较和处理，按预定的控制规律运算，进行控制决策；3 3）实时输出控制：根据控制决策，实时地向执行）实时输出控制：根据控制决策，实时地向执行机构发出控制信号，完成系统控制任务或输出其它有关机构发出控制信号，完成系统控制任务或输出其它有关信号，如报警信号等。信号，如报警信号等。33-181.4.2 计算机控制系统的基本要求计算机控制系统的基本要求1 1具有良好的实时性具有良好的实时性2 2具有高可靠性和较强的

14、环境适应性具有高可靠性和较强的环境适应性3 3采用标准化部件，便于扩充、升级和维护采用标准化部件，便于扩充、升级和维护4 4具有良好的人机界面和丰富的监视画面具有良好的人机界面和丰富的监视画面 5 5具有良好的系统组态和可选的各种控制策略具有良好的系统组态和可选的各种控制策略6 6具有网络通讯功能，便于实现工厂自动化和信息化具有网络通讯功能，便于实现工厂自动化和信息化33-191.5 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成33-201.5.1 计算机控制系统的硬件组成计算机控制系统的硬件组成1 1计算机主机计算机主机 2 2过程通道过程通道 3 3通用外部设备通用外部设备4.4.传感器及传感

15、器及 自动化仪表自动化仪表33-21图图1-6 计算机操作控制台计算机操作控制台 33-22计计算算机机控控制制系系统统软软件件系统软件系统软件应用软件应用软件程序设计系统程序设计系统操作系统操作系统诊断程序诊断程序语言处理程序，服务程序语言处理程序，服务程序管理程序，磁盘操作系统管理程序，磁盘操作系统调机程序，诊断修复程序调机程序，诊断修复程序过程监控程序过程监控程序过程控制程序过程控制程序公共应用程序公共应用程序巡回检测程序巡回检测程序数据处理程序数据处理程序上下限检查程序上下限检查程序判断程序，上下限检查程序判断程序，上下限检查程序过程分析程序，开环控制程序过程分析程序，开环控制程序闭环

16、控制程序，事故处理程序闭环控制程序，事故处理程序基本运算断程序基本运算断程序函数运算程序函数运算程序信息运算程序信息运算程序制表打印程序制表打印程序服务子程序服务子程序1.5.2 计算机控制系统的软件组成计算机控制系统的软件组成33-23输入模块输入模块输出模块输出模块温度变送温度变送调节阀调节阀热电偶热电偶热物料热物料冷物料冷物料加热炉加热炉燃料燃料计算机温度监控系统计算机温度监控系统计计算算机机1.5.3 计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理 1 1）2 2）3 3）4 4）33-241.5.3 计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理 上述温度监控计算机系统对生产过程

17、实现自动控制可以分解上述温度监控计算机系统对生产过程实现自动控制可以分解为四个过程：为四个过程：1 1）生产过程的被控参量通过测量环节转化为相应的电量或电参数，）生产过程的被控参量通过测量环节转化为相应的电量或电参数，再由变送器或放大器变换成标准的电压信号或电流信号；再由变送器或放大器变换成标准的电压信号或电流信号；2 2）电压信号或电流信号经过）电压信号或电流信号经过A/DA/D转换后变成计算机可以识别的数转换后变成计算机可以识别的数字信号，并将其转换为人们易于理解的工程量（测量值）；字信号，并将其转换为人们易于理解的工程量（测量值）；3 3）计算机根据测量值与给定值的偏差，按一定的控制算法

18、输出控）计算机根据测量值与给定值的偏差，按一定的控制算法输出控制信号；制信号；4 4）控制信号作用于执行机构，通过调节物料流量或能量的大小）控制信号作用于执行机构，通过调节物料流量或能量的大小来实现对生产过程的调节。来实现对生产过程的调节。33-251.6 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 1 1操作指导控制系统，数据采集系统（操作指导控制系统，数据采集系统（DASDAS）操作指导是指计算机操作指导是指计算机的的输出不直接用来控制输出不直接用来控制生产过程，而只是对系生产过程，而只是对系统过程参数进行收集，统过程参数进行收集，按预定的算法计算各控按预定的算法计算各控制量，求出最佳设定值

19、，制量，求出最佳设定值，通过显示或打印输出数通过显示或打印输出数据，据，操作人员操作人员根据这些根据这些数据进行必要的操作控数据进行必要的操作控制。制。33-261.6 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类2 2直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDCDDC）计算机首先通过模拟量输计算机首先通过模拟量输入通道、开关量输入通道实入通道、开关量输入通道实时采集数据，然后按照一定时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟发出控制信息，并通过模拟量输出通道、开关量输出通量输出通道、开关量输出通道道直接控制生产过程直接控制生产过程。优点：优点：

20、能够实现自动控制、能够实现自动控制、多回路控制，能够灵活的把多回路控制，能够灵活的把各种算法施加于生产过程。各种算法施加于生产过程。缺点：结构复杂，投资高。缺点：结构复杂，投资高。33-271.6 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类3监督控制系统（监督控制系统（SCC）计算机根据工艺信息和其它计算机根据工艺信息和其它参数，自动地改变模拟调节器参数，自动地改变模拟调节器或直接数字控制方式的微型机或直接数字控制方式的微型机中的给定值，从而使生产过程中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况。它的作用始终处于最优工况。它的作用是改变给定值，所以又称设定是改变给定值，所以又称设定值控制值控制SP

21、CSPC。优点：优点：DDCDDC计算机可以直接控制，计算机可以直接控制，SCCSCC计算机只是采集，优化；这计算机只是采集，优化；这实际上是一种不存在上下级通实际上是一种不存在上下级通信的两级控制，只存在传递设信的两级控制，只存在传递设定值的关系。定值的关系。缺点：造价高、效益差，现在缺点：造价高、效益差，现在已经不用了。已经不用了。33-281.6 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类4 4分布式控制系统（分布式控制系统（DCSDCS）33-291.6 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类5 5现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCSFCS）33-301.6 计算机控制系统的分类

22、计算机控制系统的分类6 6工业过程计算机集成制造系统（工业过程计算机集成制造系统（CIMSCIMS）33-311.7 计算机控制技术的发展计算机控制技术的发展1 1智能化智能化 2 2综合化与集成化综合化与集成化 3 3系统化与标准化系统化与标准化 4 4微型化与大型化微型化与大型化 5 5多媒体化与网络化多媒体化与网络化研究和发展智能控制系统有研究和发展智能控制系统有 (1)分级递阶智能控制系统分级递阶智能控制系统 (2)模糊控制系统（基于模糊集合理论）模糊控制系统（基于模糊集合理论）(3)专家控制系统（基于知识的系统）专家控制系统（基于知识的系统）(4)学习控制系统（学习是控制经验的积累）

23、学习控制系统（学习是控制经验的积累）(5)神经控制系统（基于人工神经网络的控制）神经控制系统（基于人工神经网络的控制）33-32作业作业P10页页 1-1，1-4，1-533-33习题与思考题习题与思考题1 1针对不同行业、不同被控对象，可以选择哪些计算机控制装置（主机）？针对不同行业、不同被控对象，可以选择哪些计算机控制装置（主机）？2 2以定位减速和工件加工为例，叙述定位减速控制系统和自动磨削控制系统的工以定位减速和工件加工为例，叙述定位减速控制系统和自动磨削控制系统的工作原理。作原理。3 3闭环控制与开环控制有什么不同？自动控制系统中一般采用什么控制方式？闭环控制与开环控制有什么不同？自

24、动控制系统中一般采用什么控制方式？4 4什么是实时计算机系统？在计算机控制系统中实时性体现在哪几个方面？什么是实时计算机系统？在计算机控制系统中实时性体现在哪几个方面？5 5什么是计算机控制系统中的实时作业？实时任务？有哪些实时任务？实时任务什么是计算机控制系统中的实时作业？实时任务？有哪些实时任务？实时任务的驱动方式及控制结构有哪几种类型？的驱动方式及控制结构有哪几种类型？6 6按应用领域，计算机控制系统可分为哪几种？按设备形式，计算机控制系统可按应用领域，计算机控制系统可分为哪几种？按设备形式，计算机控制系统可分为哪几种？各有什么特点？分为哪几种？各有什么特点？7 7什么是智能控制？有哪几种形式的智能控制系统？什么是智能控制？有哪几种形式的智能控制系统？8 8计算机控制系统各环节软硬件的发展趋势是什么？计算机控制系统各环节软硬件的发展趋势是什么？9 9通过查阅文献，了解计算机控制技术的最新进展。列举新出现的计算机控制技通过查阅文献，了解计算机控制技术的最新进展。列举新出现的计算机控制技术。术。33-2