计算机测控系统概述.pptx

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1、传统检测系统 显示仪表显示仪表被测参数被测参数1、传统测控时代第1页/共164页传统手动控制系统 显示器显示器执行机构执行机构被测控参数被测控参数第2页/共164页传感器检测系统 传感器传感器调理电路调理电路模块模块显示仪表显示仪表被被测测参参数数2、电气测控时代第3页/共164页现代手动控制系统 传感器传感器调理电路调理电路模块模块显示仪表显示仪表执行机构执行机构被被测测控控参参数数第4页/共164页电气控制系统 传感器传感器调理电路调理电路模块模块显示器显示器执行机构执行机构控制电路控制电路模块模块被被测测控控参参数数第5页/共164页智能检测控制系统 传感器传感器智能仪表智能仪表执行机构

2、执行机构被测控参数被测控参数3、智能测控时代第6页/共164页计算机测控系统 传感器传感器调理电路调理电路模块模块计计算算机机被被测测控控参参数数输入通道输入通道输出通道输出通道控制电路控制电路模块模块执行机构执行机构4、计算机测控时代第7页/共164页第8页/共164页计算机测控系统的含义与类别第9页/共164页计算机测控技术是一门综合性的技术。它是自动检测和传感技术、自动控制技术、计算机技术（包括软件技术、接口技术、通信技术、网络技术、显示技术）的综合应用。第10页/共164页 计算机控制系统作为当今工业控制的主流系统，已取代常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备和很大部分操作管理的人

3、工职能，并具有较高级复杂的计算方法和处理方法，以完成各种过程控制、操作管理等任务。随着科学技术的迅速发展，计算机控制技术的应用领域日益广泛，在冶金、化工、电力、自动化机床、工业机器人控制、柔性制造系统和计算机集成制造系统等工业控制方面已取得了令人瞩目的研究与应用成果，在国民经济中发挥着越来越大的作用。第11页/共164页基本概念v测量：采用各种方法获得客观事物的量值，称之为“测量”v控制：采用各种方法支配或约束某一客观事物的进程结果，称之为“控制”第12页/共164页测控系统的分类按照仪器和系统担负的任务不同，测控系统可分为三大类：v单纯以控制为目的的“控制系统”v单纯以测量和检测为目的的“测

4、试（检测）系统”v 测控一体的“测控系统”或“监控系统”第13页/共164页（1）开环（前馈）控制系统控制器被控对象控制量输入量扰动输出量系统的被控制量（输出量）对系统的控制量（输入量）系统的被控制量（输出量）对系统的控制量（输入量）没有影响，即被控制量只受控于控制量，而对控制量无反作没有影响，即被控制量只受控于控制量，而对控制量无反作用，这类系统称为开环系统，或前馈控制系统。用，这类系统称为开环系统，或前馈控制系统。220V按信号传递路径分类按信号传递路径分类：开环控制系统和闭环控制系统开环控制系统和闭环控制系统第14页/共164页特点特点：1)控制量与输出量之间仅有前向通路，没有反馈通路，

5、输控制量与输出量之间仅有前向通路，没有反馈通路，输出量只被检测，无直接控制作用；出量只被检测，无直接控制作用；2)外部条件和系统内部参数保持不变时，对于一个确定的外部条件和系统内部参数保持不变时，对于一个确定的输入量，总存在一个与之对应的输出量；输入量，总存在一个与之对应的输出量；3)控制精度取决于控制器各被控对象的参数稳定性，易受控制精度取决于控制器各被控对象的参数稳定性，易受干扰影响（抗干扰能力差），缺乏精确性和适应性干扰影响（抗干扰能力差），缺乏精确性和适应性。开环控制系统工作原理：根据给定的信号去控制被控对象，不能自动消除被控参数偏离给定值所带来的误差。第15页/共164页（2）闭环（

6、反馈）控制系统反馈：反馈：指输出量通过适当的装置将测量信号的全部或一部分指输出量通过适当的装置将测量信号的全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较的过程。返回输入端，使之与输入量进行比较的过程。如果输出量和反馈量相减则称为如果输出量和反馈量相减则称为负反馈负反馈，反之，若二者，反之，若二者相加，则称为相加，则称为正反馈正反馈。输入量和反馈量之差称为。输入量和反馈量之差称为偏差信号偏差信号。系统的被控量对控制作用有直接影响的系统称为闭环控系统的被控量对控制作用有直接影响的系统称为闭环控制系统。制系统。反馈控制系统是指在负反馈的基础上，用反馈控制系统是指在负反馈的基础上，用“检测误差用检测误差

7、用以纠正误差以纠正误差”这一原理组成的系统。由于此类系统信息的传这一原理组成的系统。由于此类系统信息的传递途径有一个自己闭合的环路，所以称为闭环控制系统。递途径有一个自己闭合的环路，所以称为闭环控制系统。第16页/共164页特点：特点：1)由负反馈构成闭环，利用误差信号进行控制；由负反馈构成闭环，利用误差信号进行控制；2)对于外界扰动和系统内部参数的变化等引起的误差能够自对于外界扰动和系统内部参数的变化等引起的误差能够自动纠正；动纠正；3)系统元件参数配合不当，容易产生振荡，使系统不能正常系统元件参数配合不当，容易产生振荡，使系统不能正常工作，因而存在稳定性问题。工作，因而存在稳定性问题。闭环

8、控制系统与开环控制系统的主要区别在于闭环控制闭环控制系统与开环控制系统的主要区别在于闭环控制系统有一条从系统输出端经过测量元件到输入端的反馈通路系统有一条从系统输出端经过测量元件到输入端的反馈通路输入量控制器被控对象控制量扰动输出量反馈元件+-第17页/共164页第18页/共164页输入变换电压放大执行机构功率放大减速器电热器调压器炉子+热电偶期望温度实际温度第19页/共164页在线方式和离线方式v在线方式或联机方式：在计算机控制系统中，生产过程与计算机相连，并受计算机控制的方式称在线方式。v离线方式或脱机方式：在计算机控制系统中，生产过程与计算机不相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做

9、相应操作的方式称离线方式。第20页/共164页实时系统 v实时系统是对外来事件在限定时间内能做出反应的系统。v实时控制系统和实时信息处理系统统称为实时系统。需要注意的是：实时并不等于快！它是一个相对的概念，确切定义应该是“及时”，即在系统允许的时间范围内完成任务。第21页/共164页 一个在线系统不一定是一个实时系统，但一个实时系统必定是在线系统。实时系统强调的是实时性和可靠性。这除了与计算机硬件有关外，还与实时系统的软件密切相关。实时系统的软件是实时应用软件和实时操作系统RTOSRTOS（Real-Time Operating SystemReal-Time Operating System

10、）第22页/共164页计算机测试系统计算机控制系统计算机测控系统计算机测控系统同样分为三类:第23页/共164页利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、流量、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），再将这些代表实际物理参量的电量送人输人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象的变化过程。除此之外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。计算机测试系统第24页/共164页计算机测试系统是以微机为核心，单纯以“监测”为目的的系统 传感器传感器输入信号输入

11、信号调理器调理器计算机显示器非电量测测量量对对象象第25页/共164页如果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，并且推动执行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制任务。计算机控制系统第26页/共164页计算机控制系统是以微机为核心，单纯以程序“控制”为目的的系统。执行机构执行机构输出信号输出信号调理器调理器计算机控控制制对对象象非电量第27页/共164页是以微机为核心，以“监测”和“控制”为目的、测控一体化的系统。这种系统对被控对象的控制是依据对被控对象的测量结

12、果决定的。传感器传感器输入信号输入信号调理器调理器计算机显示器非电量测测控控对对象象执行机构执行机构输出信号输出信号调理器调理器计算机测控系统第28页/共164页电厂生产车间第29页/共164页计算机集中监控室第30页/共164页第31页/共164页第32页/共164页第33页/共164页第34页/共164页第35页/共164页计算机测控系统硬件各部分功能描述 第36页/共164页1、被测控对象及其参数1）环境特征；2）参数类型；3）测控要求传感器传感器调理电路调理电路模块模块计计算算机机被被测测控控参参数数输入通道输入通道输出通道输出通道控制电路控制电路模块模块执行机构执行机构第37页/共1

13、64页2、传感器1）选型；2）信号；3）量程；4）精度；5）环境传感器传感器调理电路调理电路模块模块计计算算机机被被测测控控参参数数输入通道输入通道输出通道输出通道控制电路控制电路模块模块执行机构执行机构第38页/共164页3、调理电路模块1）可用信号；2）标准信号；3）变送器传感器传感器调理电路调理电路模块模块计计算算机机被被测测控控参参数数输入通道输入通道输出通道输出通道控制电路控制电路模块模块执行机构执行机构第39页/共164页4、输入通道1）信号类别：模拟量，数字量（开关量），脉冲量；2）接口类别：RS232/485，ISA，PCI等；3）输入模块、板卡传感器传感器调理电路调理电路模块

14、模块计计算算机机被被测测控控参参数数输入通道输入通道输出通道输出通道控制电路控制电路模块模块执行机构执行机构第40页/共164页5、计算机1）工控机；2）PC机；3）单片机；4）PLC；5）嵌入式微机传感器传感器调理电路调理电路模块模块计计算算机机被被测测控控参参数数输入通道输入通道输出通道输出通道控制电路控制电路模块模块执行机构执行机构第41页/共164页6、输出通道1）信号类别：数字量，模拟量（开关量），脉冲量；2）接口类别：RS232/485，ISA，PCI等；3）输出模块、板卡传感器传感器调理电路调理电路模块模块计计算算机机被被测测控控参参数数输入通道输入通道输出通道输出通道控制电路控

15、制电路模块模块执行机构执行机构第42页/共164页7、控制电路模块1）各种控制器件：接触器、继电器、开关等；2）各种功率放大电路、驱动电路等传感器传感器调理电路调理电路模块模块计计算算机机被被测测控控参参数数输入通道输入通道输出通道输出通道控制电路控制电路模块模块执行机构执行机构第43页/共164页8、执行机构1）电动执行器2）控制电机传感器传感器调理电路调理电路模块模块计计算算机机被被测测控控参参数数输入通道输入通道输出通道输出通道控制电路控制电路模块模块执行机构执行机构第44页/共164页测控系统微机化的重要意义 第45页/共164页 传统的测控系统主要由“测控电路”组成，所具备的功能较少

16、，也比较弱。随着计算机技术的迅速发展，使得传统的测控系统发生了根本性变革，即采用微型计算机作为测控系统的主体和核心，替代传统测控系统的常规电子线路，从而成为新一代的微机化测控系统。由于微型计算机的速度快、精度高、存储容量大、功能强及可编程等特点，将微型计算机引入测控系统中，不仅可以解决传统测控系统不能解决的问题，而且还能简化电路、增加或增强功能、提高测控精度和可靠性，显著增强测控系统的自动化、智能化程度，而且可以缩短系统研制周期、降低成本、易于升级换代等。第46页/共164页 因此，现代测控系统设计，特别是高精度、高性能、多功能的测控系统，目前已很少有不采用计算机技术的了。在当今，完全可以这样

17、说，没有微处理器的仪器就不能称为仪器，没有微型计算机的测控系统就更不能称其为现代工业测控系统。计算机技术的引入，为测控系统带来以下一些新特点和新功能：第47页/共164页1 1）自动清零功能。在每次采样前对传感器的输出值自动清零，从而大大降低因测控系统漂移变化造成的误差。2 2）量程自动切换功能。可根据测量值和控制值的大小改变测量范围和控制范围，在保证测量和控制范围的同时提高分辨率。3 3）多点快速测控。可对多种不同参数进行快速测量和控制。第48页/共164页4 4）数字滤波功能。利用计算机软件对测量数据进行处理，可抑制各种干扰和脉冲信号。5 5）自动修正误差。许多传感器和控制器的特性是非线性

18、的，且受环境参数变化的影响比较严重，从而给仪器带来误差。采用计算机技术，可以依靠软件进行在线或离线修正。6）数据处理功能。利用计算机技术可以实现传统仪器无法实现的各种复杂的处理和运算功能，比如统计分析、检索排序、函数变换、差值近似和频谱分析等。第49页/共164页7 7）复杂控制规律。利用计算机技术不仅可以实现经典的PIDPID控制，还可以实现各种复杂的控制规律，例如，自适应控制、模糊控制等；同时也能够实现控制方案和控制规律的在线修改，使整个系统具有很大的灵活性与适应性。8）多媒体功能。利用计算机的多媒体技术，可以使仪器具有声光、语音、图像、动画等功能，增强测控系统的个性或特色。第50页/共1

19、64页9 9）通信或网络功能。利用计算机的数据通信功能，可以大大增强测控系统的外部接口功能和数据传输功能。采用网络功能的测控系统则将拓展一系列新颖的功能。10）自我诊断功能。采用计算机技术后，可对控制系统进行监测，一旦发现故障则立即进行报警，并可显示故障部位或可能的故障原因，对排除故障的方法进行提示。第51页/共164页 通过应用计算机测控技术，可以稳定和优化生产工艺，提高产品质量，降低能源和原材料消耗，降低生产成本；更为重要的是通过应用计算机测控技术还可以降低劳动者的生产强度，提高领导者的管理水平，从而带来极大的社会效益。正因为如此，计算机测控技术得到了迅速的发展。第52页/共164页计算机

20、测控系统的任务第53页/共164页下面以生产过程控制系统为例来说明计算机控制系统的任务，因为它比较集中地体现了计算机控制系统的各种功能。图0-30-3所示，计算机控制系统借助传感器从生产过程中收集信息，对生产过程被控对象进行监视并提供控制信号。被收集的信息在不同层次上进行分析计算，得出对生产装置提供的调节量，完成自动控制，或者为生产管理人员、工程师和操作员提供所需要的信息。第54页/共164页1检测 生产过程的参数大小是由传感器进行检测的。传感器产生与被测物理量（如温度、压力、流量、液位等）成比例（一般为正比）的电信号。传感器信号在进入计算机系统的接口之前，首先要转换成一种标准形式，通常是把传

21、感器的0 0100100量程转换成4 420mA20mA电流或1 15V5V电压。另一类测量值是关于被控过程的状态信息。例如，阀门是否关闭？容器是否注满？泵是否打开？这些信息是以开关量的形式提供给计算机的，通过继电器接点的开闭或TTLTTL电平的变化来表示。第55页/共164页2执行机构的控制 对生产装置的控制通常是通过对阀门或伺服机构等执行机构进行调节，对泵和马达进行控制来达到的。计算机可以产生一串脉冲去驱动执行机构达到所需要的位置，可以通过继电器接点闭合或产生某个电平的跳变去启动或停止某个马达，也可通过数/模转换产生一个正比于某设定值的电压或电流去驱动执行机构。执行机构在收到控制信号之后，

22、通常还要反馈一个测量信号给计算机，以便检查控制命令是否被执行。第56页/共164页3人一机交互 计算机控制系统必须为操作员提供关于被控过程和控制系统本身运行情况的全部信息，为操作员直观地进行操作提供各种手段，例如改变设定值，手动调节各种执行机构，在发生报警的情况下进行处理等。因此，它应当能显示各种信息和画面，打印各种记录，通过专用键盘对被控过程进行操作等。第57页/共164页4 4通信 现今的工业过程控制系统一般都采用分级分散式结构，即由多台计算机组成计算机网络，共同完成上述的各种任务。因此，各级计算机之间必须能按时地交换信息。此外，有时生产过程控制系统还需要与其它计算机系统（例如，全厂的综合

23、信息管理系统）进行数据通信。第58页/共164页计算机测控系统的特点第59页/共164页1技术集成和系统复杂程度高 计算机控制系统是计算机、控制、通信、电子等多种高新技术的集成，是理论方法和应用技术的结合。由于信息量大、速度快和精度高，因此能实现复杂的控制规律，从而达到较高的控制质量。计算机控制系统实现了常规系统难以实现的多变量控制、智能控制、参数自整定等。第60页/共164页2实时性强 计算机控制系统是一个实时计算机系统，可以根据采集到的数据，立即采取相应的动作。例如，检测到化学反应罐的压力超限，可以立即打开减压阀，这样就避免了爆炸的危险。实时性是区别于普通计算机系统的关键特点，也是衡量计算

24、机控制系统性能的一个重要指标。第61页/共164页3可靠性高和可维修性好 这两个因素决定系统的可用程度。由于采取有效的抗干扰、冗余、可靠性技术和系统的自诊断功能，计算机控制系统的可靠性高且可维修性好。如有的工控机一旦出现故障，能迅速指出故障点和处理办法，便于立即修复。第62页/共164页4环境适应性强 工业环境恶劣，要求工业控制机能适应高温、高湿、腐蚀、振动、冲击、灰尘等工业环境。一般的工业控制机有较高的电磁兼容性。第63页/共164页5控制的多功能性 计算机控制系统具有集中操作、实时控制、控制管理、生产管理等多功能。第64页/共164页6.6.应用的灵活性 由于软件功能丰富、编程方便和硬件体

25、积小、重量轻以及结构设计上的模块化、标准化、使系统配置上有很强的灵活性。如一些工控机有操作简易的结构化、组态化控制软件，硬件的可装配性、可扩充性也很好。另外，技术更新快，信息综合性强，内涵丰富，操作便利等也都是计算机控制系统的一些特点。第65页/共164页计算机控制系统的基本要求 第66页/共164页1具有良好的实时性2具有高可靠性和较强的环境适应性3采用标准化部件，便于扩充、升级和维护4具有良好的人机界面和丰富的监视画面5具有良好的系统组态和可选的各种控制策略6具有网络通讯功能，便于实现工厂自动化和信息化第67页/共164页第68页/共164页计算机测控系统的组成 第69页/共164页计算机

26、测控系统由2大部分组成：第70页/共164页计算机测控系统的典型结构 第71页/共164页第72页/共164页 硬件主要由输人输出装置、检测变送装置、计算机和执行机构4大部分组成。软件主要分为系统软件、开发软件和应用软件3大部分。第73页/共164页第74页/共164页计算机测控系统的硬件组成 1.1.计算机主机 2.2.过程通道 3.3.操作控制台 第75页/共164页 由微处理器、内存储器及系统总线组成的计算机主机是整个计算机测控系统的核心，它的功能、性能直接影响到系统的优劣。主机的任务主要是进行数据采集、数据处理、逻辑判断、控制量计算、越限报警等，还通过接口电路向系统的各个部分发出各种控

27、制命令，指挥整个计算机测控系统有条不紊地协调工作。1计算机主机第76页/共164页一般地，计算机主机在测控系统中至少起到以下三个作用：1 1）实时数据处理：对来自测量变送装置的被控变量数据的瞬时值进行巡回采集、分析处理、计算以及显示、记录、制表等。2 2）实时监督决策：对系统中的各种数据进行越限报警、事故预报和处理，根据需要进行设备自动启停，对整个系统进行诊断与管理等。3）实时控制及输出：根据被控生产过程的特点和控制要求，选择合适的控制规律，包括复杂的先进控制策略，然后按照给定的控制策略和实时的生产情况，实现在线、实时控制。第77页/共164页 在实际应用中，应根据应用规模、控制目的和控制需要

28、等选用性能价格比高的计算机，如：对于小型控制系统、智能仪表及智能化接口，尽量采用单片机模式；对于新产品开发或用量较大，为降低成本，也可采用单片机模式；对于中等规模的控制系统，为加快系统的开发速度，可以选用PLC或工控机，应用软件可自行开发；对于大型的生产过程控制系统，最好选用工控机、专用DCS或FCS，软件可自行开发或购买现成的组态软件。第78页/共164页2过程通道 过程通道是计算机主机与生产过程被控对象之间进行信息传递和变换的连接装置。根据信号传送方向，分为输入通道和输出通道；根据传送信号的形式，又可分为模拟量通道和开关量通道。目前工业上使用最多的是板卡式过程通道，其次是远程I/OI/O模

29、块。第79页/共164页1 1）模拟量输入通道 在微机测控系统中，为了实现对生产过程或其他设备或周围环境的测量和控制，首先必须对各种模拟量参数如温度、压力、流量、成份、液位、速度、距离等进行采集，为此，要用传感器和变送器将采集量变成标准的电信号，通过滤波放大、经A/D转换器变换成计算机能接受的数字量。第80页/共164页2 2）模拟量输出通道 目前工业生产中使用的执行机构，其控制信号基本上是模拟的电压或电流信号。因此计算机输出的数字信号必须经D/A转换器变为模拟量后，方能去控制执行机构。对于气动或液动的执行机构，尚需经过电一气或电一液转换装置。当控制多个回路时，还需要使用多路开关进行切换。考虑

30、到每个回路的输出信号在时间上是离散的，而执行机构要求的是连续的模拟量信号，所以多路输出的信号都应采用输出保持器加以保持后再去控制执行机构。第81页/共164页3 3）开关量输入通道 开关量输入通道的任务主要是将现场输入的开关信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号。开关量输入通道在测控系统中主要起以下作用：定时记录生产过程中某些设备的状态，例如电动机是否在运转、阀门是否开启等；对生产过程中某些设备的状态进行检查，以便发现问题进行处理。若有异常，及时向主机发出中断请求信号，申请故障处理，保证生产过程的正常运转。第82页/共164页4 4）开关量输出通道 对于只有“0”和“

31、1”两种工作状态的执行机构或器件，用计算机控制系统输出开关量来控制它们，例如控制马达的启动和停止，信号指示灯的亮和灭，电磁阀的打开与关闭，继电器的接通与断开，步进电机的运行等。开关量输出通道的任务就是把计算机输出的开关信号传送给这些执行机构或器件。第83页/共164页5 5）执行机构 在计算机测控系统中，必须将经过采集、转换、处理的被控参量（或状态）与给定值（或事先安排好的动作顺序）进行比较，然后根据偏差来控制有关输出部件，达到自动调节被控量（或状态）的目的。第84页/共164页6 6）I/OI/O接口 由于外部设备和被控对象是不能直接由计算机主机控制的，必须由“接口”来传送相应的信息和命令。

32、I/O接口是主机和通道、外部设备进行信息交换的纽带。接口电路有并行接口、串行接口、脉冲接口和直接数据传送接口等。绝大多数I/O接口都是可编程的，它们的工作方式可以通过编程设置。各种CPU都有配套的接口芯片。第85页/共164页 由上可知，过程通道由各种硬件设备组成，它们起着信息变换和传递的作用，配合相应的输入、输出控制程序，使计算机和被控对象间能进行信息交换，从而实现对生产机械、过程的控制。第86页/共164页3 3操作控制台 操作控制台是操作员与计算机测控系统之间进行联系的纽带，如图1-5所示。通过操作控制台，操作人员可及时了解被控过程的运行状态、运行参数、报警信号等，进行必要的人为干预，发

33、出各种控制命令或紧急处理某些事件，实现相应的控制目标，还能通过它输入程序和修改有关参数。第87页/共164页计算机操作控制台第88页/共164页为实现上述功能，操作控制台一般应包括以下几部分：1）信息显示 采用状态指示和报警指示的指示灯和声光报警器、LED、LCD或CRT显示屏，显示所需内容和报警信号。在显示数据较少，系统功耗小的简易系统中，更多的是采用LCD显示器；而在规模比较大，要求比较高的复杂系统中，可以选用CRT显示器。因为CRT显示器不仅可以显示数据表格，而且可以显示各种图形，如控制系统流程图、参数变化趋势图、调节回路指示图等。清晰美观的显示，不是简单地为了改善控制系统外观，而是为了

34、便于操作人员工作，提高系统的性能。第89页/共164页2）信息记忆 主要采用打印机、记录仪、存储设备等输出设备。存储设备有磁盘驱动器、光盘驱动器、优盘、磁带机等，主要用于存储程序和数据。第90页/共164页3）工作方式选择 采用各种开关，如按钮、扳键等，实现工作方式的选择，例如电源开关、数据及地址选择开关、操作方式（如自动、手动）选择开关等。通过这些开关，可以完成对计算机的启动、暂停，对系统的启动、暂停，对参数或数据的修改，对工作方式、算法、控制方式进行选择等功能。第91页/共164页4）信息输入 采用输入设备，有键盘、扫描仪、纸带读入机和卡片读入机等，主要用于输入程序和数据。操作键盘一般应包

35、括数字键及功能键。数字键主要用来向主机输入数据或修改控制系统的参数。通过功能键可向主机申请中断服务，使计算机进入功能键所代表的功能服务程序，如启动、复位、打印、显示等功能服务程序。第92页/共164页第93页/共164页第94页/共164页计算机测控系统的软件组成 第95页/共164页 计算机测控系统的硬件只是测控系统的躯体，只有硬件的计算机叫裸机，它不能实现任何功能，只是计算机测控系统的设备基础，计算机只有在配备了所需的各种软件后，才能构成完整的测控系统，实现各种功能。软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和，如操作、管理、监视、控制、计算和自诊断等。它是计算机的中枢神经，整个系统的动作都

36、是在软件指挥下进行协调工作的。在计算机测控系统中，许多功能都是通过软件来加以实现的，即在基本不改变系统硬件的情况下，只需修改计算机中的程序便可实现不同的测控功能。测控系统的功能和性能依赖于软件水平的高低。第96页/共164页 计算机测控软件从功能上来说可分为：系统软件应用软件第97页/共164页第98页/共164页系统软件是计算机运行操作的基础，用于管理、调度、操作计算机的各种资源，实现对系统监控和诊断，提供各种开发支持的程序。系统软件包括操作系统、监控管理程序、故障诊断程序、各种语言的汇编、解释和编译程序、数据库管理系统、通信网络软件等。系统软件第99页/共164页操作系统提供了程序运行的环

37、境，是计算机测控系统信息的指挥者和协调者，并具有数据处理、硬件管理等功能。如DOSDOS、Windows98/2000/XPWindows98/2000/XP、UNIXUNIX等。第100页/共164页 用于开发测控系统应用软件的是各种语言的汇编、解释和编译程序，包括：面向机器的汇编语言如Masm，面向过程语言如C，面向对象语言如VisualC+、VisualBasic等，监控组态软件Kingview、MCGS、FIX等，虚拟仪器软件LabVIEW、LabWindows/CVI等，数字信号处理软件Matlab，各种数据库软件等。第101页/共164页应用软件 应用软件是软件公司或用户为解决某类

38、应用问题而专门研制的软件，主要包括科学和工程计算软件、文字处理软件、数据处理软件、图形软件、图像处理软件、应用数据库软件、事务管理软件、辅助类软件和测控类软件等。第102页/共164页 计算机测控系统软件属于应用软件，它主要实现企业对生产过程的实时测控和管理以及企业整体生产的管理控制。控制类应用软件是控制系统设计人员根据某一具体生产过程的控制对象、控制要求、控制任务，为实现高效、可靠、灵活的控制而自行编制的各种控制和管理程序。测控对象的差异性使对应用软件的要求也有很大的差别。一般在工业测控系统中，针对每个测控对象，为完成相应的测控任务，都要求配置相应的专门测控软件，才能使整个系统实现预定的功能

39、。第103页/共164页 测控类应用软件的编写涉及生产工艺、控制理论、控制设备等相关领域的知识，一般由测控系统设计人员根据不同的测控对象和不同的测控任务自行编制或根据具体情况在商品化软件的基础上自行组态。用户用何种语言编写应用程序，主要取决于系统软件的配置情况和测控的实时性要求。在测控系统中，应用程序的优劣，将对系统调试、运行的可靠性，系统的精度和效率带来很大影响。第104页/共164页计算机测控系统的工作原理 第105页/共164页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：1 1）生产过程的被控参量（过程信号）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

40、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A/DA/D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）；3 3）计算机根据测量值与给定值的偏差，按一定的控制算法输出控制信号；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来实现对生产过程的调节。第106页/共164页从本质上讲，计算机测控系统的工作过程可归纳为以下三步：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、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，实时地向执行机构发

41、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。第107页/共164页不要打了，我再聊会就去学习了第108页/共164页计算机测控系统的分类 第109页/共164页被控工业对象测量元件多路开关采样保持器A/D转换器工业控制计算机CRT显示打印机1、操作指导控制系统、操作指导控制系统 或或数据采集系统（DAS）第110页/共164页第111页/共164页第112页/共164页第113页/共164页第114页/共164页第115页/共164页第116页/共164页特点：2.一台计算机可以代替大量的显示和记录仪表，从而对整个一台计算机可以代替大量的显示和记录仪表，从而对整个生产过程进行

42、集中监视。生产过程进行集中监视。3.对大量数据综合处理分析，有利于指导生产过程。对大量数据综合处理分析，有利于指导生产过程。4.可用此系统摸清系统的数学模型，控制规律，为构成计可用此系统摸清系统的数学模型，控制规律，为构成计算机闭环控制奠定基础。算机闭环控制奠定基础。1.计算机不直接参与过程控制，对生产过程不直接产生影响计算机不直接参与过程控制，对生产过程不直接产生影响第117页/共164页2、直接数字控制系统（DDCDirectDigitalControl）人工监督给定值测量值A/D多路开关检测元件DDC微机D/A反多路开关采样保持器管理命令报告生产过程第118页/共164页第119页/共1

43、64页第120页/共164页第121页/共164页第122页/共164页特点：1.一台计算机可以取代多个模拟调节器控制多个回路。一台计算机可以取代多个模拟调节器控制多个回路。2.控制算法由程序实现，只要改变程序就可以实现各种控制算法由程序实现，只要改变程序就可以实现各种PID算法以及其他复杂的控制算法。算法以及其他复杂的控制算法。第123页/共164页SCC计算机给定值测量值A/D多路开关检测元件DDC微机D/A反多路开关采样保持器生产过程管理命令报告3、计算机监督控制系统（SCCSupervisoryComputerControl）1）SCC+DDC第124页/共164页2）SCC+模拟调节

44、器系统A/D多路开关检测元件生产过程TTSCC计算机给定值测量值管理命令报告第125页/共164页第126页/共164页第127页/共164页第128页/共164页特点：1.可根据工况变化，及时改变给定值，实现给定值的最优可根据工况变化，及时改变给定值，实现给定值的最优控制。控制。2.可靠性好，可靠性好，SCC级有故障可由级有故障可由DDC或模拟调节器代替，或模拟调节器代替，DDC级有故障可由级有故障可由SCC级代替。级代替。3.适用于企业技术的升级，即用上了原来的模拟调节器，适用于企业技术的升级，即用上了原来的模拟调节器，又用了计算机实现了给定值的控制。又用了计算机实现了给定值的控制。4.仍

45、有仍有DDC系统的优点。系统的优点。第129页/共164页4、分布式控制系统（集散控制系统DCSDistributedControlSystem）分布控制系统也称集散控制系统，是以微处理器为基础的集中分散控制系统，主要特征是集中管理和分散控制 人机界面好，便于集中操作、监视现代化的大型系统；监控功能分散化解了系统出现故障的风险；能实现对非线性、多变量、大滞后、分布参数等复杂系统的控制能采集并记录各类重要的数据供操作人员监控系统时使用。还能整理和打印报表或上传报表供管理层使用 。第130页/共164页第131页/共164页企业级管理计算机厂级管理计算机车间级监督计算机(SCC)设备控制级(DDC

46、)厂级管理计算机生产过程A车间级监督计算机(SCC)设备控制级(DDC)生产过程B设备控制级(DDC)生产过程C设备控制级(DDC)生产过程DMIS级SCC级DDC级第132页/共164页主要分为三部分：操作管理站、现场控制站和通信网络，以实现分散控制与集中管理和操作的功能。v操作管理站负责系统的管理、控制组态、系统生成，实现控制系统的控制操作、过程状态显示、报警状态显示、历史数据的收集和各种趋势显示及报表生成与打印等v现场控制站则具体实现各种现场物理信号（各种模拟量、开关量等）的周期采集和转换处理、各种控制回路的运算（包括调节回路和逻辑运算等）、控制运算结果的直接输出等；v系统的网络负责各种

47、功能站之间的数据通信和联络。第133页/共164页第134页/共164页第135页/共164页第136页/共164页第137页/共164页第138页/共164页1.分散控制，集中管理；自治和协调性；特点：3.速度快，控制更加灵活方便，国内外都有成型的产品。速度快，控制更加灵活方便，国内外都有成型的产品。2.可靠性高号称平均无故障时间可达可靠性高号称平均无故障时间可达100年；年；4.系统的系统软件配置的是实时多任务的操作系统，控制软系统的系统软件配置的是实时多任务的操作系统，控制软件非常丰富，而且用户可以根据需要进行组合，因此这种件非常丰富，而且用户可以根据需要进行组合，因此这种软件又称组态软

48、件。因此用户在这样的硬软件平台上可以软件又称组态软件。因此用户在这样的硬软件平台上可以实现高水平、高速度、高质量、高效益的控制系统。实现高水平、高速度、高质量、高效益的控制系统。第139页/共164页5、现场总线控制系统（FCSFieldbusControlSystem）现场总线控制系统是分散控制系统向全数字化系统发展的结果，是向下开放的产物。现场总线是一种连接用于连接例如传感器、执行器和控制器等的仪器和控制设备的全数字、串行、双向、多点、开放式的通信系统。v计算机与通信技术相结合产生了计算机网络；v计算机网络与控制系统相结合产生了现场总线控制系统。现场通信网络；现场设备互连；互操作性 ；功能

49、分散；通信线供电；开放性 。第140页/共164页第141页/共164页第142页/共164页第143页/共164页第144页/共164页现场总线控制网络模型第145页/共164页现场总线控制系统有以下一些突出的优点：v总线式结构：一对传输线（总线）挂接多台现场设备，双向传输多个数字信号。v开放互操作性：现场总线采用统一的协议标准，是开放式的互联网络，对用户是透明的。v彻底的分散控制：控制功能下放到作为网络节点的现场智能仪表和设备中。v可靠性高：采用数字信号传输数据，提高了数据的精度和抗干扰性。将控制功能放到现场设备中，使危险分散，系统的可靠性提高。v信息综合、组态灵活。第146页/共164页

50、6工业过程计算机集成制造系统（CIMS）第147页/共164页第148页/共164页计算机测控技术的发展 第149页/共164页第一个阶段是20世纪50年代以前的人工控制阶段（基地式仪表控制系统）第二个阶段是20世纪60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）第三个阶段是20世纪70年代的计算机集中控制阶段第四个阶段是20世纪80年代的集散式控制阶段（分布式控制系统）计算机测控技术的发展历程第150页/共164页仪表集中控制室第151页/共164页仪表集中控制室第152页/共164页计算机集中监控室第153页/共164页计算机集中监控室第154页/共164页计算机测控技术的发展特