第六讲-计算机控制系统课件.ppt

1、第六讲第六讲 计算机控制系统计算机控制系统2012012 2春夏自动化技术概论春夏自动化技术概论控制系控制系 冯毅萍冯毅萍1.1计算机控制系统的组成计算机控制系统是用计算机计算机控制系统是用计算机(通常称为工通常称为工业控制计算机业控制计算机)来实现工业过程来实现工业过程自动控制自动控制的系统。的系统。什么是自动控制什么是自动控制?自自动控制系统由哪些部动控制系统由哪些部分组成分组成?1.1.11.1.1基本概念基本概念设定值设定值控制器控制器D/A执行执行机构机构被控被控对象对象A/D计算机计算机被控变量被控变量+图图1.1 1.1 计算机闭环控制系统结构图计算机闭环控制系统结构图执行机构执

2、行机构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)实时数据采集实时数据采集 对测量变送装置输出的信号对测量变送装置输出的信号经经A/DA/D转换后进行处理。转换后进行处理。(2)(2)实时控制决策实时控制决策 对被控变量的测量值进行分析、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。运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。(3)(3)实时控制输出实时控制输出 实时地输出运算后的控制信号，经实时地输出运算后的控制信号，经D/AD/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。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。上述过程不断重复

3、，使被控变量稳定在设定值上。可归纳为以下三个步骤：可归纳为以下三个步骤：什么是实时控制什么是实时控制?生产过程生产过程工业控制机工业控制机图图1.2 1.2 计算机控制系统的组成框图计算机控制系统的组成框图生产过程生产过程指按生产过程控制的特指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算点和要求而设计的计算机它包括硬件和软件两机它包括硬件和软件两部分。部分。包括被控对象，测量变包括被控对象，测量变送、执行机构、电气开送、执行机构、电气开关等装置。关等装置。1.1.21.1.2硬件系统硬件系统工业控制机硬件：工业控制机硬件：硬件是指计算机本身硬件是指计算机本身及外围设备。及外围设备。计算机硬件计算机硬

4、件过程输出接过程输出接口口计算机计算机过程输入接过程输入接口口存储器存储器人机接口人机接口软件是指能完成各种功软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和能的计算机程序的总和.软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件是专门用来使用和管理计算机是专门用来使用和管理计算机的程序，包括操作系统、监控的程序，包括操作系统、监控管理程序、语言处理程序和故管理程序、语言处理程序和故障诊断程序等。障诊断程序等。应用软件是用户根据要应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写解决的实际问题而编写的各种程序。的各种程序。1.1.3 1.1.3 软件系统软件系统计算机控制系统计算机控制系统分级控制系分级控制系统统数据采集

5、系数据采集系统统直接数字控直接数字控制系统制系统现场总线控制现场总线控制系统系统集散型控制集散型控制系统系统1.2计算机控制系统的应用类型计算机监督控计算机监督控制系统制系统根据应用特点、控制功根据应用特点、控制功能和系统结构，计算机能和系统结构，计算机控制系统主要分为六种控制系统主要分为六种类型类型1.2.1 数据采集系统计算机承担数据的计算机承担数据的采集采集和和处理处理工作。工作。数据采集系统对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、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。处理、记录以及变量的超限报警。同时对变量进行累计和实时分析。同时对变量进行累计和实时

6、分析。计算机通过过程输入通道对变量作巡回检测计算机通过过程输入通道对变量作巡回检测1.2.2直接数字控制系统（DDC）根据变量，按照一定的控制规律进行运算根据变量，按照一定的控制规律进行运算其结果经过输出通道，作用到控制对象。其结果经过输出通道，作用到控制对象。模拟量输入模拟量输入微微型型计计算算机机模拟量输出模拟量输出生生产产过过程程数字量输入数字量输入数字量输出数字量输出显示显示打印打印磁盘磁盘磁盘磁盘采用计算机代替模拟仪表控制，只要采用计算机代替模拟仪表控制，只要改变改变程序程序就可以对控制对象进行控制，因此计算机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

7、监可以控制几百个回路，并可以对上下限进行监视和报警。视和报警。工业生产现场环境恶劣，干扰频繁，直接威胁着计算机的可靠工业生产现场环境恶劣，干扰频繁，直接威胁着计算机的可靠运行。因此，必须采取抗干扰措施。运行。因此，必须采取抗干扰措施。1.2.2直接数字控制系统（DDC）1.2.3计算机监督控制系统计算机监督控制系统(SCC)DDCDDC级微机完成生产过程的直接数字控制；级微机完成生产过程的直接数字控制；SCCSCC级微级微机进行优化分析计算，产生最优化设定值。机进行优化分析计算，产生最优化设定值。用数字控制仪器代替，再配以输用数字控制仪器代替，再配以输入采样器、入采样器、A/DA/D转换器和转

8、换器和D/AD/A转换转换器、输出扫描器，便是器、输出扫描器，便是SCCSCC加数字加数字控制器的控制器的SCCSCC系统。当系统。当SCCSCC计算机计算机出现故障时，由数字控制器独立出现故障时，由数字控制器独立完成控制任务，比较安全可靠。完成控制任务，比较安全可靠。1.2.4分级控制系统分级控制系统生产过程中既存在控制问题，也存在大量的管生产过程中既存在控制问题，也存在大量的管理问题。理问题。由若干台微处理器或微机分别承担部分控制任由若干台微处理器或微机分别承担部分控制任务，代替了集中控制的计算机。务，代替了集中控制的计算机。这种系统的特点这种系统的特点是将控制功能分散，用多台计是将控制功

9、能分散，用多台计算机分别完成不同的控制功能，管理则采用集中算机分别完成不同的控制功能，管理则采用集中管理。管理。(3)(3)工厂集中控制级工厂集中控制级 它可根据上它可根据上级下达的任务和本厂情况，制定生级下达的任务和本厂情况，制定生产计划、安排本厂工作、进行人员产计划、安排本厂工作、进行人员调配及各车间的协调，并及时向上调配及各车间的协调，并及时向上级报告。级报告。(4)(4)企业管理级企业管理级 制定长期发展现制定长期发展现划、生产销计划，发命令至各工厂，划、生产销计划，发命令至各工厂，并接受反馈信息，实现全企业的总并接受反馈信息，实现全企业的总调度。调度。（2)2)车间监督级车间监督级(

10、SCC(SCC级级)它根据它根据厂级计算机下达的命令和通过装置厂级计算机下达的命令和通过装置控制级获得的生产过程数据，进行控制级获得的生产过程数据，进行最优化控制。最优化控制。(1)(1)装置控制级装置控制级(DDC(DDC级级)对生产对生产过程进行直接控制，使所控制的过程进行直接控制，使所控制的生产过程在最优工作状况下工作。生产过程在最优工作状况下工作。1.2.5集散控制系统集散控制系统 协调各控制站的工作协调各控制站的工作达到过程的动态最优化达到过程的动态最优化人机接口装置，人机接口装置，完成操作、显完成操作、显示和监视任务示和监视任务集散控制系统是分布式结构系统，集散控制系统是分布式结构

11、系统，包括过程控制级、过程管理级、生产管理级包括过程控制级、过程管理级、生产管理级及经营管理级。及经营管理级。完成过程的现完成过程的现场控制任务场控制任务实现地理上和功能上的分散控制实现地理上和功能上的分散控制将各个分散的信息集中起来，进行集中的监视和操作将各个分散的信息集中起来，进行集中的监视和操作采集非控制采集非控制过程信息过程信息概貌显示画面概貌显示画面 仪表面板显示画面仪表面板显示画面 趋势曲线显示画面趋势曲线显示画面 时间范围前翻半页后翻半页当前显示在数据库中位置本页时间本页描述时间轴时 间 轴指示时间显示全部曲线消隐全部曲线报警显示画面报警显示画面 故障诊断画面故障诊断画面 调整画

12、面调整画面本章小结本章小结 计算机控制系统计算机控制系统由由工业控制机工业控制机和和生产过程生产过程两大部分组两大部分组成。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，它包括硬件和软件两部分。计算机，它包括硬件和软件两部分。生产过程生产过程包括包括被控对象被控对象，测量变送测量变送、执行机构执行机构、电气开关等电气开关等装置。装置。在计算机控制系统中，生产过程与计算机之间是通过输在计算机控制系统中，生产过程与计算机之间是通过输入输出通道连接起来的。输入通道将生产过程中的数字信号入输出通道连接起来的。输入通道将生产过程中的数字信号与模拟信号转换成计算机能够接受的数字信号，送到计算机与模拟信号转换成计算机能够接受的数字信号，送到计算机去处理；输出通道将计算机的控制信号转换为现场设备能够去处理；输出通道将计算机的控制信号转换为现场设备能够接收的信号去控制生产过程的自动运行。接收的信号去控制生产过程的自动运行。计算机控制系统按其应用特点、控制功能和系统结构可分计算机控制系统按其应用特点、控制功能和系统结构可分为：数据采集系统、直接数字控制系统、计算机监督控制系统、为：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。分级控制系统、集散型控制系统及现场总线控制系统。