计算机控制技术(1)

1、第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地 按照预定的规律运行。按照预定的规律运行。 1.1.1 计算机控制系统及其组成计算机控制系统及其组成 1计算机控制系统计算机控制系统 计算机控制系统就是利用计算机计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机通常称为工业控制计算机，简称工业控制机IPC) 来实现生产过程自动控制的系统。来实现生产过程自动控制的系统。 本章主要介绍计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的发展概况和趋势。

2、本章主要介绍计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的发展概况和趋势。 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 + e 给定量给定量 控制器控制器 工业控制机工业控制机 A/DA/D 生产过程生产过程 D/AD/A 测量变送测量变送 y y 被控量被控量 被控对象被控对象执行机构执行机构 r r 图图1.1 1.1 计算机控制系统原理图 计算机控制系统原理图 u (1)计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤： 实时数据采集：对来自测

3、量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。 实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将 要采取的控制策略。要采取的控制策略。 实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 (2)在线方式和离线方式在线方式和离线方式 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或生产过

4、程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或 联机方式，反之称为离线方式。联机方式，反之称为离线方式。 (3)实时的含义实时的含义 实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外 来事件做出反应的特性。来事件做出反应的特性。 2个要素：其一：根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间；个要素：其一：根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间； 其二：该事件要求计算机在多长的时间以内必须做出反应，其二：该事件要求计算机在多长的时间以内必须做出反应， 一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是

5、在一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在 线系统。线系统。 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 测量变送测量变送CPU/MEM 人人-机接口机接口 系统支持板系统支持板 磁盘适配器磁盘适配器 执行机构执行机构 电气开关电气开关 工业控制机工业控制机 模拟量输入模拟量输入(AI)通道通道 模拟量输出模拟量输出(AO)通道通道 数字量输入数字量输入(DI)通道通道 数字量输出数字量输出(DO)通道通道 生产过程生产过程 电气开关电气开关 内 内 部部 总总 线线 被 被 控控 对对 象象 2计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 计算机控制系统的组成框图计

6、算机控制系统的组成框图 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 该控制系统属于开环控制结构。该控制系统属于开环控制结构。 系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到限系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到限 制，不能控制多个对象。制，不能控制多个对象。 操作指导控制系统操作指导控制系统 框图框图 模拟量输入（模拟量输入（AI）通道）通道 数字量输入（数字量输入（DI）通道）通道 CRT 打印机打印机 操作操作 人员人员 调节调节 器器 生生 产产 过过 程程 计计 算算 机机 1操作指导控制系统操作指导控制系统 操作指导控制系统（

7、操作指导控制系统（Operational Information System 简称简称OIS） 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 生 生 产产 过过 程程 计 计 算算 机机 CRT输入通道输入通道 （AI，DI） 操作台操作台 报警报警 打印机打印机 输出通道输出通道 （AO，DO） 2直接数字控制系统直接数字控制系统 直接数字控制直接数字控制 (Direct Digital Control，简称，简称DDC) 直接数字控制系统框图直接数字控制系统框图 该控制系统的特点是实时性好、可靠性高和适应性强。该控制系统的特点是实时性好、可靠性高和适应性强。 实现集中控制，代替常规

8、控制仪表控制算法实现集中控制，代替常规控制仪表控制算法,单回路及常用复杂控制单回路及常用复杂控制 系统系统,由于集中控制的固有缺陷，硬件可靠性低由于集中控制的固有缺陷，硬件可靠性低,未能普及。未能普及。 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 模拟模拟/ 数字数字 调节器调节器 生生 产产 过过 程程 SSC 计算机计算机 记录记录.显示显示. 打印打印 工艺数据工艺数据 调节调节 设定值设定值 生生 产产 过过 程程 SSC 计算机计算机 DDC 计算机计算机 记录记录.显示显示. 打印打印 工艺数据工艺数据 测量测量 调节调节 设定值设定值 (a)SCC+模拟模拟/数字调节器系

9、统数字调节器系统 (b)SCC+DDC系统系统 3监督控制系统监督控制系统 监督控制监督控制SCC(Supervisory Computer Contro1) 监督控制系统的两种结构形式框图监督控制系统的两种结构形式框图 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 4集散控制系统集散控制系统 集散控制系统集散控制系统(Distributed Contro1 System简称简称DCS) 分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系 统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成统从上

10、到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成 分级分布式控制。分级分布式控制。 PLC 工程师工程师 操作员操作员 监控监控 网间网间 操作站操作站 操作站操作站 计算机计算机 连接器连接器 管理管理 计算机计算机 网间网间 连接器连接器 现场现场 智能智能 其他测控其他测控 控制站控制站 调节器调节器 装置装置 分散过程控制级分散过程控制级 集中操作监控级集中操作监控级 综合信息管理级综合信息管理级 至其它局域网至其它局域网 DCS结构示意图结构示意图 局部网络局部网络 （LAN） 控制网控制网 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 5现场总线控制系统现场总线控

11、制系统 现场总线控制系统现场总线控制系统(Fieldbus Control System简称简称FCS)。 FCS的结构模式为：的结构模式为：“工作站工作站现场总线智能仪表现场总线智能仪表”二层结构二层结构 。 控制网控制网 H2 H1 H1 接线盒接线盒 H1 H1 树型树型 菊花链型菊花链型 带接点总线型带接点总线型 点到点型点到点型 H1 现场总线现场总线I/O 计算机计算机 网桥网桥 FCS 结构示意图结构示意图 H1 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 6PLC+上位机系统上位机系统 通信模块通信模块 输入模块输入模块 输出模块输出模块 智能智能I / O 模块模块

12、上位机或其上位机或其 通信设备他通信设备他 现场工业控制现场工业控制 CPU 模块模块 PLC系统结构示意图系统结构示意图 第第1章章 绪论绪论 计算机控制技术计算机控制技术 1959年世界上第一台过程控制计算机在美国德克萨斯州的一个炼油厂正年世界上第一台过程控制计算机在美国德克萨斯州的一个炼油厂正 式投入运行。该系统控制有式投入运行。该系统控制有26个流量、个流量、72个温度、个温度、3个压力和个压力和3个成份个成份.主要主要 用于数据处理和操作指导。用于数据处理和操作指导。 1962年英国的帝国化学工业公司实现了一个年英国的帝国化学工业公司实现了一个DDC系统，其中数据采集系统，其中数据采集 量为量为244个，它控制个，它控制129个阀门。个阀门。 70年代从传统的集中控制系统革新为分散控制系统年代从传统的集中控制系统革新为分散控制系统(DCS)。世界上几个。世界上几个 主要的计算机和仪表制造厂于主要的计算机和仪表制造厂于1975年几乎同时生产集散控制系统。例如，美年几乎同时生产集散控制系统。例如，美 国国Honeywell公司的公司的TDC-2000，日本横词公司的，日本横词公司的CENTUM等。等。 80年代推出具有计算机辅助设计年代推出具有计算机辅助设计(CAD)、专家系统、控制和管理融为一、专家系统、控制和管理融为一