计算机控制技术课件 1

内蒙古农业大学机电工程学院吴利斌Email:wulibin@163.com计算机控制技术第一章

绪论

一.计算机控制系统概论二.工业控制机的组成结构及特点三.计算机控制系统的发展概述

1.1

计算机控制系统概论1.计算机控制系统

图示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,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。2计算机控制系统的工作原理

（1）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；（2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。（3）实时控制决策：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。3.计算机控制系统的组成计算机控制系统的典型形式（1）操作指导控制系统

所谓操作指导是指计算机的输出不直接用来控制被控对象，只是每隔一定时间，计算机进行一次数据采集，将系统的一些参数经A/D转换后送入计算机进行计算及处理，然后进行报警、打印和显示。操作人员根据这些结果去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。该系统属于开环控制结构。计算机根据一定的控制算法，依赖测量元件测得的信号数据，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案。操作人员根据计算机输出的信息去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。优点：结构简单、控制灵活和安全缺点：要由人工操作，速度不高，不能控制多个对象（2）直接数字控制系统

（DirectDigitalControl）

DDC系统属于计算机闭环控制系统。计算机首先通过模拟量输入通道（AI）和开关量输入通道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）直接控制生产过程。直接数字控制（DDC）系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式。要求：实时性好、可靠性高和适应性强。一台计算机通常要控制几个或几十个回路（3）监督控制系统

（SupervisoryComputerControl)监督控制中，计算机根据原始工艺信息和其他的参数，按照描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况（如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等等）。从这个角度上说，它的作用始改变设定值，又称为设定值控制SPC(SetPointControl).

SCC＋模拟调节器该系统是由微型机系统对各物理量进行巡回检测，并按一定的数学模型对生产工况进行分析、计算后得出控制对象各参数最优值送给调节器，使工况保持在最优状态。当SCC微型机出现故障时，可由模拟调节器独立完成操作。

SCC＋DDC调节器

SCC微型机可完成工段、车间高一级的最优化分析和计算，并给出最优给定值，送给DDC级执行过程控制。当DDC级微机出现故障时，可由SCC微型机完成DDC的控制功能，该系统提高了可靠性。（4）分散型控制系统

（DistributedControlSystem-DCS)

DCS采用分散控制，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，形成分级分布式控制。（5）现场总线控制系统

（FieldbusControlSystem-FCS)

FCS是新一代分布式控制结构。20世纪80年代发展起来的DCS，其结构模式为“操作站－控制站－现场仪表”三层结构，系统成本较高，而且各厂商的DCS又各自的标准，不能互连。FCS于DCS不同，它的结构模式为“工作站－现场总线仪表”二层结构，完成了DCS三层结构的功能，降低了成本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。1.2工业控制机的组成结构及特点1.工业控制机

PC总线工控机

（X86CPU)STD总线工控机（X86CPU)VME总线工控机（MotorolaCPU）

多总线（MULTIBUS)工控机（X86CPU)

1.2.1工业控制机的组成工业控制机硬件软件系统软件支持软件应用软件主机（ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ）板内部总线和外部总线、人—机接口、系统支持板、磁盘系统、通信接口、输入输出通道１、工业控制机的硬件组成主机板人机接口系统支持磁盘系统通信接口模拟量输入通道（ＡＩ）模拟量输出通道（ＡＯ）数字量输入通道（ＤＩ）数字量输出通道（ＤＯ）外部总线内部总线2.PC总线标准

XT总线（书上的PC总线）：62线，16位，数据传输率2.38MbpsISA(AT)总线：对XT总线的扩充，98线，16位，寻址空间16MB，数据传输率16MbpsEISA总线：对ISA总线的扩充，32位，98+98线，数据传输率32MbpsVESA总线：局部总线标准，是ISA总线的扩展，适应多媒体技术，数据交换由CPU总线直接进行，运行速度为66MHz或更高，最大数据传输率为132Mbps。

PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种，

数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCIExpress数据传输率可以达到8Gbps。

3.基于PC总线的工业控制机常见类型

ISA总线工控机

PCI总线工控机

PC104总线工控机：总线与ISA兼容的基础上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6in×3.8in(90mm×96mm)，可以层叠。CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结构。1.2.3工业控制机的特点可靠性高和可维修性好；环境适应性强；控制的实时性；完善的输入输出通道；丰富的软件；适当的计算精度和计算速度。三

计算机控制系统的发展概述1推广应用成熟的先进技术（1）普及应用可编程序控制器(PLC)（2）广泛使用调节器（3）采用新型的DCS和FCS2大力研究和发展智能控制系统（1）分级递阶智能控制系统（2）模糊控制系统（3）专家系统（4）学习控制系统（5）神经网络控制系统主机板由中央处理器（ＣＰＵ）、内存储器等部件组成，是工业控制机的核心在控制系统中，主机主要进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理等工作。

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内部总线和外部总线内部总线：是工业控制机内部各组成部分进行信息传送的公共通道，它是一组信号线的集合。常用的有IBMPC总线和STD总线外部总线：是工业控制机与其它智能设备进行信息传送的公共通道。常用的有RS-232总线和IEEE-488总线

返回系统支持功能监控定时器电源掉电监测保护重要数据的后备存储体实时日历时钟

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