第九章计算机控制系统PPT讲稿.ppt
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1、第九章计算机控制系统第1页,共47页,编辑于2022年,星期三掌握计算机控制系统的组成原理掌握计算机控制系统的组成原理知识点:知识点:了解计算机控制系统的应用类型了解计算机控制系统的应用类型掌握集散控制系统的基本组成掌握集散控制系统的基本组成掌握计算机控制系统的信号处理原理掌握计算机控制系统的信号处理原理掌握计算机控制系统的输入、输出通道的组成掌握计算机控制系统的输入、输出通道的组成第2页,共47页,编辑于2022年,星期三1.1计算机控制系统的组成n计计算算机机控控制制系系统统是是用用计计算算机机(通通常常称称为为工工业业控控制制计计算算机机)来来实实现现工工业业过过程程自自动动控控制制的的
2、系系统。统。什么是自动控制什么是自动控制?自动控自动控制系统由哪些部分组成制系统由哪些部分组成?1.1.11.1.1基本概念基本概念第3页,共47页,编辑于2022年,星期三设定值设定值控制器控制器D/A执行执行机构机构被控被控对象对象A/D计算机计算机被控变量被控变量+计算机闭环控制系统结构图计算机闭环控制系统结构图执行机构执行机构第4页,共47页,编辑于2022年,星期三计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理(1)(1)实实时时数数据据采采集集 对对测测量量变变送送装装置置输输出出的的信信号号经经A/DA/D转换后进行处理。转换后进行处理。(2)(2)实实时时控控制制决决策策 对
3、对被被控控变变量量的的测测量量值值进进行行分分析析、运运算算和和处理,并按预定的控制规律进行运算。处理,并按预定的控制规律进行运算。(3)(3)实实时时控控制制输输出出 实实时时地地输输出出运运算算后后的的控控制制信信号号,经经D/AD/A转转换后驱动执行机构,完成控制任务。换后驱动执行机构,完成控制任务。上述过程不断重复,使被控变量稳定在设定值上。上述过程不断重复,使被控变量稳定在设定值上。可归纳为以下三个步骤:可归纳为以下三个步骤:什么是实时控制什么是实时控制?第5页,共47页,编辑于2022年,星期三工业控制机工业控制机图图1.2 1.2 计算机控制系统的组成框图计算机控制系统的组成框图
4、生产过程生产过程指按生产过程控制的特点和指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机它包括要求而设计的计算机它包括硬件和软件两部分。硬件和软件两部分。包括被控对象,测量变送、执包括被控对象,测量变送、执行机构、电气开关等装置。行机构、电气开关等装置。1.1.21.1.2硬件系统硬件系统第6页,共47页,编辑于2022年,星期三接收输入的指令和工业对接收输入的指令和工业对象的信息,向系统各部分象的信息,向系统各部分发送命令和数据。发送命令和数据。包括显示操作台、屏幕显包括显示操作台、屏幕显示器示器(CRT)或数码显示器、或数码显示器、键盘、打印机、记录仪等。键盘、打印机、记录仪等。从被控对象采集的
5、模拟量或从被控对象采集的模拟量或数字量信号转换为计算机能数字量信号转换为计算机能够接收的数字量够接收的数字量生产过程包括被控对象,生产过程包括被控对象,测量变送、执行机构、电测量变送、执行机构、电气开关等装置。气开关等装置。图1.2计算机控制系统的组成框图包括磁盘、光盘、磁带,包括磁盘、光盘、磁带,主要用于存储大量的程序主要用于存储大量的程序和数据。和数据。将计算机的处理结果转换成可将计算机的处理结果转换成可以对被控对象进行控制的信号。以对被控对象进行控制的信号。第7页,共47页,编辑于2022年,星期三n工工业业控控制制机机硬硬件件:硬硬件件是是指指计计算算机机本本身及外围设备。身及外围设备
6、。计算机硬件计算机硬件过程输出接口过程输出接口计算机计算机过程输入接口过程输入接口存储器存储器人机接口人机接口第8页,共47页,编辑于2022年,星期三软件是指能完成各种功能的软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和计算机程序的总和.系统软件系统软件应用软件应用软件是专门用来使用和管理计算机的是专门用来使用和管理计算机的程序,包括操作系统、监控管理程序,包括操作系统、监控管理程序、语言处理程序和故障诊断程序、语言处理程序和故障诊断程序等。程序等。应用软件是用户根据要解决的应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。实际问题而编写的各种程序。1.1.3 1.1.3 软件系统软件系统第9页
7、,共47页,编辑于2022年,星期三计算机控制系统计算机控制系统分级控制系统分级控制系统数据采集系数据采集系统统直接数字控制直接数字控制系统系统现场总线控制现场总线控制系统系统集散型控制集散型控制系统系统1.2计算机控制系统的应用类型计算机监督控制系计算机监督控制系统统根据应用特点、控制功能和根据应用特点、控制功能和系统结构,计算机控制系统系统结构,计算机控制系统主要分为六种类型主要分为六种类型第10页,共47页,编辑于2022年,星期三1.2.1 数据采集系统计算机承担数据的计算机承担数据的采集采集和和处理处理工作。工作。数数据据采采集集系系统统对对生生产产过过程程各各种种工工艺艺变变量量进
8、进行行巡巡回回检检测测、处处理、记录以及变量的超限报警。理、记录以及变量的超限报警。同时对变量进行累计和实时分析。同时对变量进行累计和实时分析。第11页,共47页,编辑于2022年,星期三采采用用计计算算机机代代替替模模拟拟仪仪表表控控制制,只只要要改改变变程程序序就就可可以以对对控控制制对对象象进进行行控控制制,因因此此计计算算机机可可以以控控制制几几百百个个回回路路,并并可可以以对对上上下下限限进进行行监监视视和和报警。报警。工工业业生生产产现现场场环环境境恶恶劣劣,干干扰扰频频繁繁,直直接接威威胁胁着着计计算算机机的的可可靠靠运运行。因此,必须采取抗干扰措施。行。因此,必须采取抗干扰措施
9、。1.2.2直接数字控制系统(DDC)第12页,共47页,编辑于2022年,星期三1.2.2直接数字控制系统(DDC)(a)(b)第13页,共47页,编辑于2022年,星期三计算机通过过程输入通道对变量作巡回检测计算机通过过程输入通道对变量作巡回检测1.2.2直接数字控制系统(DDC)根据变量,按照一定的控制规律进行运算根据变量,按照一定的控制规律进行运算其结果经过输出通道,作用到控制对象。其结果经过输出通道,作用到控制对象。第14页,共47页,编辑于2022年,星期三储酒罐测控装置储酒罐测控装置n一、概述一、概述储酒罐测控装置可满足大多数葡萄酒厂的陈酿工艺。该装置以智能仪表为核心,随时对储酒
10、罐进行监测,仪表支持RS485总线通讯,方便组成基于计算机的监控系统。二、功能与特点二、功能与特点该装置以公司开发的DMC智能仪表为核心,配以传感器、控制器等组成。各酒罐被视为独立测控对象,一罐一表,具有相对独立的可靠性。DMC智能仪表还具有传感器开路检测、故障报警等功能,使其更具可靠性n主要功能主要功能:1、酒罐温度测量功能;2、液位/重量测量功能;(可附加液位/重量超限报警功能)。3、定量输入/输出功能;4、数据通讯功能;DDC智能仪表可支持RS485总线通讯。若扩展通讯,十分简单方便,便于组成更高级的测控系统。第15页,共47页,编辑于2022年,星期三空气处理机组的监控系统图第16页,
11、共47页,编辑于2022年,星期三供热站系统监控系统分析热 源用户端第17页,共47页,编辑于2022年,星期三3计算机监督控制系统计算机监督控制系统(SCC)DDCDDC级级微微机机完完成成生生产产过过程程的的直直接接数数字字控控制制;SCCSCC级级微微机机进进行行优优化化分析计算,产生最优化设定值。分析计算,产生最优化设定值。用用数数字字控控制制仪仪器器代代替替,再再配配以以输输入入采采样样器器、A/DA/D转转换换器器和和D/AD/A转转换换器器、输输出出扫扫描描器器,便便是是SCCSCC加加数数字字控控制制器器的的SCCSCC系系统统。当当SCCSCC计计算算机机出出现现故故障障时时
12、,由由数数字字控控制制器器独独立立完完成成控控制制任任务务,比比较较安全可靠。安全可靠。第18页,共47页,编辑于2022年,星期三第19页,共47页,编辑于2022年,星期三4 分级控制系统分级控制系统n生生产产过过程程中中既既存存在在控控制制问问题题,也也存存在在大大量量的的管管理问题。理问题。n 由由若若干干台台微微处处理理器器或或微微机机分分别别承承担担部部分分控控制制任任务务,代替了集中控制的计算机。代替了集中控制的计算机。n 这这种种系系统统的的特特点点是是将将控控制制功功能能分分散散,用用多多台台计计算算机分别完成不同的控制功能,管理则采用集中管理。机分别完成不同的控制功能,管理
13、则采用集中管理。第20页,共47页,编辑于2022年,星期三 (3)(3)工工厂厂集集中中控控制制级级 它它可可根根据据上上级级下下达达的的任任务务和和本本厂厂情情况况,制制定定生生产产计计划划、安安排排本本厂厂工工作作、进进行行人人员员调调配配及及各车间的协调,并及时向上级报告。各车间的协调,并及时向上级报告。(4)(4)企企业业管管理理级级 制制定定长长期期发发展展现现划划、生生产产销销计计划划,发发命命令令至至各各工工厂厂,并并接接受受反反馈馈信息,实现全企业的总调度。信息,实现全企业的总调度。(2)2)车车间间监监督督级级(SCC(SCC级级)它它根根据据厂厂级级计计算算机机下下达达的
14、的命命令令和和通通过过装装置置控控制制级级获获得的生产过程数据,进行最优化控制。得的生产过程数据,进行最优化控制。(1)(1)装装置置控控制制级级(DDC(DDC级级)对对生生产产过过程程进进行行直直接接控控制制,使使所所控控制制的的生生产产过程在最优工作状况下工作。过程在最优工作状况下工作。第21页,共47页,编辑于2022年,星期三第22页,共47页,编辑于2022年,星期三5集散控制系统集散控制系统协调各控制站的工作协调各控制站的工作达到过程的动态最优化达到过程的动态最优化人机接口装置,人机接口装置,完成操作、显示完成操作、显示和监视任务和监视任务集散控制系统是分布式结构系统。集散控制系
15、统是分布式结构系统。完成过程的现场完成过程的现场控制任务控制任务实实现现了了地地理理上上和和功功能能上上分分散散的的控控制制,将将各各个个分分散散的的信信息息集集中中起起来来,进行集中的监视和操作。进行集中的监视和操作。采集非控制采集非控制过程信息过程信息第23页,共47页,编辑于2022年,星期三n集集散散控控制制系系统统是是一一种种典典型型的的分分级级分分布布式控制式控制结构。结构。n集集散散控控制制系系统统有有计计算算机机控控制制系系统统控控制制算算法法先先进进、精精度度高高、响响应应速速度度快快的的优优点点又又有有仪仪表表控控制制系系统统安安全全可可靠靠、维维护护方方便的优点。便的优点
16、。n集集散散控控制制系系统统容容易易实实现现复复杂杂的的控控制制规规律律,系系统统是是积积木木式式结结构构,结结构构灵灵活活,可可大可小,易于扩展。大可小,易于扩展。第24页,共47页,编辑于2022年,星期三6 现场总线控制系统现场总线控制系统现现场场总总线线控控制制系系统统(FCS)(FCS),是是新新一一代代分分布布式式控控制制结结构构,采采用用工工作作站站-现现场总线智能仪表的二层结构模式。场总线智能仪表的二层结构模式。第25页,共47页,编辑于2022年,星期三1.3信号处理 在在连连续续量量控控制制系系统统中中,控控制制信信号号、反反馈馈信信号号和和偏偏差差信信号号都都是是连连续续
17、型型的的时时间间信信号号;而而在在计计算算机机控控制制系系统统中中,计计算算机机的的输输入入、输输出出都都是是离离散型的时间函数。散型的时间函数。第26页,共47页,编辑于2022年,星期三1.3.1输入信号处理输入信号处理n为为了了实实现现计计算算机机对对生生产产过过程程的的控控制制,需需要要将将被被控控对对象象的的各各种种测测、控控变变量量按按要要求求的的方方式式送送入入计计算算机机,以便运算和处理。以便运算和处理。n被被控控对对象象所所提提供供的的信信息息是是纷纷繁繁复复杂杂的的,其其种种类类、性性质质及及大大小小等等各各不不相相同同,因因此此需需要要通通过过某某种种装装置置将将生生产产
18、过过程程中中的的各各种种被被测测变变量量转转换换成成计计算算机机能能够够接接受受的的信信号号,这这种种在在计计算算机机与与生生产产过过程程之之间间,起起着着信信号号转转换换并并向向计计算算机机传传送送信信息息的的装装置置称称之之为为输输入入通通道道。输输入入通通道道的的信信号号处处理理包包括括数数字字量量输输入入信信号号处处理理和和模模拟拟量量输输入入信信号号处处理。理。第27页,共47页,编辑于2022年,星期三图图1.2 1.2 计算机控制系统的组成框图计算机控制系统的组成框图1 1数字量输入信号处理数字量输入信号处理信号变换电信号变换电路路整形电路整形电路信号和接口信号和接口电路电路电平
19、变换电路电平变换电路计计算算机机不不能能直直接接接接受受生生产产现现场场的的状状态态量量因因此此,必必须须通通过过输输入入通通道道将状态信号转变为数字量送入计算机。将状态信号转变为数字量送入计算机。数字量通道数字量通道第28页,共47页,编辑于2022年,星期三2 2模拟量输入信号处理模拟量输入信号处理检测各种非电量过程变量,并检测各种非电量过程变量,并将其转换为电信号。将其转换为电信号。将多路模拟信号按要将多路模拟信号按要求分时输出求分时输出放大器将传感器输出的微放大器将传感器输出的微弱电信号放大到弱电信号放大到A/DA/D转换器转换器所需要的电平所需要的电平采样保持器对模拟信号进采样保持器
20、对模拟信号进行采样,在模行采样,在模/数转换期数转换期间对采样信号进行保持间对采样信号进行保持将模拟信号转换为二进将模拟信号转换为二进制数字信号制数字信号接口电路提供模拟量输入接口电路提供模拟量输入通道与计算机之间的控制通道与计算机之间的控制信号和数据传送通路信号和数据传送通路第29页,共47页,编辑于2022年,星期三3 3模拟量输入信号采样过程模拟量输入信号采样过程计计算算机机对对某某个个随随时时间间变变化化的的模模拟拟量量进进行行采采样样,是是利利用用定定时时器器控控制制的的开开关关,每每隔隔一一定定时时间间使使开开关关闭闭合合而而完完成成一一次次采采样样。开开关关重重复复闭闭合的时间间
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