计算机控制概述精选文档.ppt
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1、计算机控制概述课件本讲稿第一页,共三十四页本章主要内容 引言引言 n 1.1 计算机控制系统组成计算机控制系统组成n 1.2 计算机控制系统分类计算机控制系统分类 n 1.3 计算机控制装置种类计算机控制装置种类 n 本章小结本章小结 n 思考题思考题本讲稿第二页,共三十四页 引言 计算机控制技术及工程应用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动控制系统。从计
2、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。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算机控制系统的结构组成、相关技术及其工程应用。下图为下图为一个制药车间的一个制药车间的自动化生产流程。自动化生产流程。链链接接动动画画本讲稿第三页,共三十四页1.1 计算机控制系统的组成主要知识点主要知识点:1.1.1 1.1.1 控制系统概念控制系统概念1
3、.1.2 1.1.2 硬件组成硬件组成1.1.3 1.1.3 软件组成软件组成本讲稿第四页,共三十四页1.1.1 1.1.1 控制系统概念控制系统概念计算机控制系统计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而来的是由常规仪表控制系统演变而来的;常常规规仪仪表表组组成成的的自自动动控控制制系系统统根根据据不不同同的的控控制制要要求求,一一般般分分成成闭闭环环控控制制(图图1-1a1-1a所所示示)与与开开环环控控制制(图图1-1-1b1b所示所示)两种结构形式两种结构形式;计计算算机机控控制制系系统统原原理理组组成成用用控控制制计计算算机机代代替替图图1-11-1的控制器,如图的控制器,如图1-21
4、-2所示;所示;本讲稿第五页,共三十四页(1)闭环控制系统 闭闭环环控控制制系系统统-闭闭环环控控制制系系统统中中,测测量量变变送送器器对对被被控控对对象象进进行行检检测测,把把被被控控量量如如温温度度、压压力力等等物物理理量量转转换换成成电电信信号号再再反反馈馈到到控控制制器器中中,控控制制器器将将此此测测量量值值与与给给定定值值进进行行比比较较形形成成偏偏差差输输入入,并并按按照照一一定定的的控控制制规规律律产产生生相相应应的的控控制制信信号号驱驱动动执执行行器器工工作作,执执行行器器产产生生的的操操纵纵变变量量使使被被控控对对象象的的被被控控量量跟跟踪踪趋趋近近给给定定值值,从从而而实实
5、现现自自动动控控制制稳稳定定生生产产的的目目的的。这这种种信信号号传传递递形形成成了了闭闭合合回回路路,所所以以称称此此为为按按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。偏差进行控制的闭环反馈控制系统。euqy控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送器测量变送器偏差偏差给定值给定值控制作用控制作用操纵变量操纵变量被控量被控量 测量值测量值r+_zf干扰干扰图图1-1(a)闭环控制系统闭环控制系统本讲稿第六页,共三十四页(2)开环控制系统 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的测量反馈信号,控制
6、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。环控制系制被控对象,所以这种信号的传递是单方向的。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。不如闭环系统。uqy控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象给定值给定值控制作用控制作用操纵变量操纵变量被控量被控量 r(b)(b)开环控制系统开环控制系统本讲稿第七页,共三十四页(3)计算机闭环控制系统原理组成 计算机闭环控制系统的原理组成计算机闭环控制系统的原理组成-是把图是把图1-11-1中的控制器用控制计中的控制器用控制计算机即微型计算机及算机即
7、微型计算机及A/DA/D(模(模/数)转换接口与数)转换接口与D/AD/A(数(数/模)转换接口代模)转换接口代替,由于计算机采用的是数字信号传递,而一次仪表多采用模拟信号传替,由于计算机采用的是数字信号传递,而一次仪表多采用模拟信号传递,因此需要有递,因此需要有A/DA/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号,以及转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号,以及D/AD/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。图图1-2 计算机控制系统原理图计算机控制系统原理图 本讲稿第八页,共三十四页(4)计算机控制系统的监控过程步骤a.a.实时数据采集实时
8、数据采集-对来自测量变送器的被控量的对来自测量变送器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 ;b.b.实时数据处理实时数据处理-对采集到的被控量进行分析、比对采集到的被控量进行分析、比较和处理,按一定的控制规律运较和处理,按一定的控制规律运算,进行控制决策;算,进行控制决策;c.c.实时输出控制实时输出控制-根据控制决策,适时地对执行根据控制决策,适时地对执行器发出控制信号,完成监控任器发出控制信号,完成监控任务;务;本讲稿第九页,共三十四页1.1.2 1.1.2 硬件组成硬件组成计算机控制系统硬件一般包括:计算机控制系统硬件一般包括:n主机主机-CPU CPU RAMRAMROM
9、ROM系统总线系统总线 n常规外部设备常规外部设备-输入输入/输出设备、外存储器等输出设备、外存储器等n过程输入输出通道过程输入输出通道AIAI、AOAO、DIDI、DODO操作台操作台CRTCRT、LEDLED、LCDLCD 等等通信设备通信设备交换机、交换机、modemmodem、集线器等、集线器等图图 1-3 1-3所示硬件组成框图所示硬件组成框图本讲稿第十页,共三十四页 图图1-3 1-3 计算机控制系统硬件组成框图计算机控制系统硬件组成框图 链接动画链接动画本讲稿第十一页,共三十四页1.1.3 1.1.3 软件组成软件组成硬硬件件仅仅为为计计算算机机控控制制系系统统的的躯躯体体。要要
10、使使计计算算机机正正确确地地运运行行解解决决各种问题,必须为它编制软件。各种问题,必须为它编制软件。所所谓谓软软件件是是指指完完成成各各种种功功能能的的计计算算机机程程序序的的总总和和,它它是是计计算算机机控控制制系系统统的的神神经经中中枢枢,整整个个系系统统的的动动作作都都是是在在软软件件程程序指挥下协调工作的。序指挥下协调工作的。软软件件通通常常分分为为系系统统软软件件和和应应用用软软件件两两大大类类;系系统统软软件件一一般般由由计计算算机机厂厂家家提提供供,专专门门用用来来使使用用和和管管理理计计算算机机本本身身的的程程序序;应应用用软软件件是是用用户户针针对对生生产产过过程程要要求求而
11、而编编制制的的各各种种应应用用程序。程序。本讲稿第十二页,共三十四页1.2 控制系统分类 主要知识点主要知识点1.2.1 1.2.1 数据采集系统(数据采集系统(DASDAS)1.2.2 1.2.2 操作指导控制系统操作指导控制系统 (OGC)(OGC)1.2.3 1.2.3 直接数字控制系统(直接数字控制系统(DDCDDC)1.2.4 1.2.4 监督计算机控制系统(监督计算机控制系统(SCCSCC)1.2.5 1.2.5 分散控制系统(分散控制系统(DCSDCS)1.2.6 1.2.6 现场总线控制系统(现场总线控制系统(FCSFCS)本讲稿第十三页,共三十四页1.2.11.2.1 数据采
12、集系统数据采集系统(DASDAS)数据采集系统数据采集系统(Data Acquisition System)-(Data Acquisition System)-是计算机应用于生产过程控制最早、也是最基是计算机应用于生产过程控制最早、也是最基本的一种类型,如图本的一种类型,如图1-51-5所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发送和所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发送和A/DA/D通道或通道或DIDI通道巡回采集后送入计算机,由计算机对这些数据进行分析和处理,并按操作要求进行屏幕显示、通道巡回采集后送入计算机,由计算机对这些数据进行分析和处理,并按操作要求进行屏幕显示
13、、制表打印和越限报警。制表打印和越限报警。链接动画链接动画本讲稿第十四页,共三十四页1.2.2 1.2.2 操作指导控制系统操作指导控制系统(OGC)(OGC)操操作作指指导导控控制制系系统统-是是基基于于数数据据采采集集系系统统的的一一种种开开环环结结构构,如如图图1-61-6所所示示。计计算算机机根根据据采采集集到到的的数数据据以以及及工工艺艺要要求求进进行行最最优优化化计计算算,计计算算出出的的最最优优操操作作条条件件,并并不不直直接接输输出出控控制制被被控控对对象象,而而是是显显示示或或打打印印出出来来,操操作作人人员员据据此此去去改改变变各各个个控控制制器器的的给给定定值值或或操操作
14、作执执行行器器,以以达达到到操操作作指指导导的的作作用用。它它相相当当于于模模拟拟仪仪表表控控制制系系统统的的手手动动与与半半自自动动工工作作状状态态。OGCOGC系系统统的的优优点点是是结结构构简简单单,控控制制灵灵活活和和安安全全。缺缺点点是是要要由由人人工工操操作作,速速度度受到限制,不能同时控制多个回路。受到限制,不能同时控制多个回路。本讲稿第十五页,共三十四页链接动画链接动画本讲稿第十六页,共三十四页1.2.31.2.3 直接数字控制系统直接数字控制系统(DDCDDC)DDCDDC系系统统-是是用用一一台台计计算算机机不不仅仅完完成成对对多多个个被被控控参参数数的的数数据据采采集集,
15、而而且且能能按按一一定定的的控控制制规规律律进进行行实实时时决决策策,并并通通过过过过程程输输出出通通道道发发出出控控制制信信号号,实实现现对对生生产产过过程程的的闭闭环环控控制制,为为了了操操作作方方便便,DDCDDC系系统统还还配配置置一一个个包包括括给给定定、显显示示、报报警警等等功功能能的的操操作作控控制制台台。DDCDDC系系统统中中的的一一台台计计算算机机不不仅仅完完全全取取代代了了多多个个模模拟拟调调节节器器,而而且且在在各各个个回回路路的的控控制制方方案案上,不改变硬件只通过改变程序就能上,不改变硬件只通过改变程序就能有效地有效地实现各种各样的复杂控制实现各种各样的复杂控制。本
16、讲稿第十七页,共三十四页计计算算机机生生产产过过程程显示显示打印机打印机报警报警操作台操作台)ID,D/A(入入输输程程过过)OD,A/D(出出输输程程过过图图1-7 1-7 直接数字控制系统直接数字控制系统链接动画链接动画本讲稿第十八页,共三十四页1.2.41.2.4监督计算机控制系统监督计算机控制系统(SCCSCC)监督计算机控制系统即监督计算机控制系统即SCCSCC-是是OGCOGC系统与常规仪表控系统与常规仪表控制系统或与制系统或与DDCDDC系统综合而成的两级系统,如图系统综合而成的两级系统,如图1-81-8所示。显然,这所示。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
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