工业控制微型计算系统

1、主要内容一、计算机控制系统概述二、计算机控制系统原理三、计算机控制系统组成四、计算机控制系统分类五、计算机控制系统控制规律六、计算机控制系统历史与发展什么事计算机控制系统？计算机控制系统(Computer Control System，简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。应用领域 概述计算机技术自动控制技术检测与传感器技术CRT显示计算通信与网络技术微电子技术计算机控制技术 概述开环控制系统与闭环控制系统X控制器执行器被控对象测量变送器给定值 -r +e偏差u控制作用q操纵变量f干扰y被控量z测量值X控制器执行器被控对象给定值 -

2、r +e偏差u控制作用q操纵变量y被控量开环控制系统闭环控制系统结构简单，性能较差需要反馈信号，稳定计算机控制系统原理X控制器执行器被控对象测量变送器r +euy被控量工控机给定值 -D/AA/DX控制器执行器被控对象测量变送器给定值 -r +e偏差u控制作用q操纵变量f干扰yz测量值实时采集数据、处理、控制；生产过程自动控制；计算机控制系统计算机控制系统原理计算机控制系统的组成硬件+软件+通信网络硬件微型计算机实时时钟操作台生 产 对 象A/DD/A多路开关反多路开关开关量输入开关量输出执行机构接口显示终端驱动器打印机接口接口接口XXX主机及操作台接口外部通道检测及变送控制对象传感器变送器主

3、机：中央处理器（CPU）+内存储器（RAM和ROM）。信息处理、分析、计算和发出控制命令；接口电路：信息传送；输入/输出通道：主机和控制对象间的信息交换通道；外部设备：输入设备、输出设备和外存储器；计算机控制系统的组成微型计算机实时时钟操作台生 产 对 象A/DD/A多路开关反多路开关开关量输入开关量输出执行机构接口显示终端驱动器打印机接口接口接口XXX主机及操作台接口外部通道检测及变送控制对象软件软件系统软件应用软件操作系统：管理程序、磁盘操作系统程序诊断系统：调节和诊断程序开发系统信息处理过程监视：检查及报警、操作面板服务、 过程分析等过程控制计算：控制算法程序、事故处理、 信息管理等公共

4、服务：数码转换程序、函数运算程序、 基本运算程序：数据管理、语言加工、企业管理计算机控制系统的组成通信网络计算机控制系统通信网络帮助实现网络化的计算机控制。是当今自动化领域技术发展的热点。主要有一下特点：1. 高实时性和良好的时间确定性；2. 传送的信息多为短帧信息，且信息交换频繁；3. 容错能力强，可靠性、安全性好；4. 控制网络协议简单有效，工作效率高；5. 结构具有高度分散性；6. 具有控制设备的智能化和控制功能的自治性；7. 与信息网络之间有高效的通信，易于实现与信息网络的集成；常用的总线有： RS-232C总线、RS485总线、MODBUS总线、IEEE802总线等等计算机控制系统的

5、组成计算机控制系统的分类工业用计算机控制系统与所控制的生产过程的复杂程度密切相关，不同的控制对象和不同的控制要求应具有不同的控制方案。根据控制功能和目的可将计算机控制系统分为以下几种类型：1. 数据采集与处理系统（操作指导控制系统，OGC）系统对生产过程的参数进行巡回检测，通过对参数进行采集、处理、显示、记录和报警，不仅可以监视生产过程而且可以进行趋势分析，指导操作。显示记录报警计算机ADC采样测量测量过程或被控制对象执行机构人模拟量开关量数字量l计算机不直接参加生产过程的控制，开环系统2. 直接数字控制系统（Direct Digital Control ,DDC）计算机作为闭环控制回路的一个

6、部件直接对生产过程加以控制。给定值显示记录报警操作控制台计算机ADC传感器测量测量执行器执行器生产过程或被控制对象DAC模拟量数字量开关量模拟量开关量此类系统可以便捷的实现多回路控制，而且只要改变程序就可以实现自适应控制、非线性控制、最优控制和模糊控制等较为复杂的控制。计算机控制系统的分类3. 监督控制系统（Supervisory Computer Control ,SCC）该系统对测量的数据按照系统的数学模型进行运算，求得合适的或最优的设定值，送给模拟控制器或DDC计算机，由模拟控制器或DDC计算机对生产过程进行控制，使系统保持最优工况。1）SCC加模拟控制器显示记录报警操作控制台SCC计算

7、机ADCDAC测量装置模拟控制器生产过程或被控对象SCC模拟控制器被控对象参数优化值计算机控制系统的分类2）SCC加DDC系统显示记录报警操作控制台SCC计算机接口接口测量装置执行器生产过程或被控对象SCCDCC被控对象参数优化值DDC计算机这是一个二级控制系统，SCC计算机负责最优分析并给出优化值由DCC负责执行。当DCC故障时可由SCC完成DCC的控制任务，而SCC故障时DCC可独立完成操作控制并报警。因此系统具有较高的可靠性。计算机控制系统的分类4. 分级控制系统分级计算机控制系统分为：直接数字控制（DDC）、监督计算机控制（SCC）、集中监控计算机和经营管理计算机4个系统。经营管理计算

8、机集中监控计算机SCCDCC生产过程或被控对象第一级（DCC）：负责生产控制；第二级（SCC）：通过DCC的数据结合工厂下达的指令进行优化控制；第三级（集中监控计算机）：承担定制生产计划、人员调配，上报SCC、DCC情况；第四级（经营管理计算机）：制定企业生产计划，管理生产过程控制；计算机控制系统的分类5. 集散控制系统（Distributed Computer Control System，DCS）集散控制系统是针对分散在一定区域内的大的生产现场的生产过程的监督和控制的系统。操作站监控计算机高速数据通道基本控制器生产过程或被控对象基本控制器生产过程或被控对象l系统功能分散，危险也分散；l由于

9、采用标准的模件结构及组态软件，可以根据需要扩大或缩小系统规模；计算机控制系统的分类计算机控制系统的控制规律1. 顺序控制和数字控制顺序控制：按一定时间顺序或逻辑顺序进行操作，包括定时控制和逻辑控制数字控制：按给定的数据以一定的程序进行控制都属于开环控制，在机床控制中广泛应用。2. 数字PID控制按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器PID（proportional integral differential）控制调节器。PID控制结构简单、参数容易调整、算法容易，因此广泛应用。3. 模糊控制技术模糊控制技术是一种应用模糊集合理论的控制方法。它一方面提供了一种基于知识的甚至语言描述的控制规律的

10、新机理，另一方面又提供了一种改进非线性控制器的替代方法，可用于控制含有不确定和难以用传统非线性控制理论处理的装置。4. 自学习控制技术自学习控制系统能在运行过程中逐步获得有关被控对象及环境的非预知信息，积累控制经验，并在一定的评价标准下进行估值、分类、决策和不断改善系统品质。5. 神经控制系统神经控制系统是基于神经网络（neural network）的智能控制系统6. 最优控制恰当地选择控制规律，在系统的工作条件下不变以及某些物理统计的限制下，使系统的某种性能指标取得最大或最小值。7.自适应控制自适应设计的控制器可以使系统变化的情况下仍能使其性能指标达到最优。计算机控制系统的控制规律历史与发展

11、。17世纪。19世纪。公元132年，张衡，候风地动仪1784年，瓦特，蒸汽机转速调节器19世纪70年代，第二次工业革命，电力和电机的应用促进了自动化技术的发展。控制技术的发展。20世纪。21世纪。1948年，维纳，控制论20世纪50年代末，航天技术、微电子技术和计算机等科学高度发展。催生现代控制论。20世纪70年代初，大系统理论。智能控制：控制理论+计算机科学+人工智能第一代：经典控制理论第二代：现代控制理论第三代：大系统理论第四代：智能控制历史与发展计算机控制技术的发展计算机技术的发展20世纪40年代末到50年代初开创期电子管计算机出现20世纪50年代末到60年代初直接数字控制时期晶体管计算

12、机诞生20世纪60年代末到70年代初小型计算机控制时期计算机中使用小规模集成电路20世纪70年代末到80年代初20世纪80年代末到90年代初20世纪90年代开始微型计算机控制时期微型计算机数字控制广泛应用时期超大规模集成电路应用集散控制时期网络化、智能化历史与发展计算机控制系统发展方向1. 控制网络化物联网（Internet of Things ，IOT）物联网是一种将各种信息传感设备（如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等等）与互联网结合起来形成的巨大网络。它是一种分布式无线网络自动化系统，既是现场无线通信网络系统也是现场自动化系统。信号传输实现了全数字化，从最底层逐层向最高层均采用通信网络互联；信号传输实现了无线化，安装灵活方便；系统结构采用全分散化无线网络节点是现场无线设备或现场无线传感器节点；通信网络为开放式互联网络，可及其方便的实现数据共享；技术和标准实现了全开放，面向任何一个制造商和用户；历史与发展2.控制智