计算机控制技术第三版第1章ppt课件.ppt
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1、第第 1 1 章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述自动化教研室寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.3 计算机控制的发展概况及发展趋势计算机控制的发展概况及发展趋势1.2 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类1.1 计算机控制系统特征与组成计算机控制系统特征与组成寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.1 计算机控制系统的特征与组成计算机控制系统的特征与组成1.1.2 计算机控制系统的硬件组成计算机控制系统的硬件组成1.1.
2、3 计算机控制系统的软件计算机控制系统的软件1.1.1 计算机控制系统的特征与工作原理计算机控制系统的特征与工作原理寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.1.1 计算机控制系统的特征与工作原理计算机控制系统的特征与工作原理 从模拟控制系统发展到计算机控制系统,控制器结构、从模拟控制系统发展到计算机控制系统,控制器结构、控制器中的信号形式、系统的过程通道内容、控制量的产控制器中的信号形式、系统的过程通道内容、控制量的产生方法、控制系统的组成观念均发生了重大变化。生方法、控制系统的组成观念均发生了重大变化。计算机控制
3、系统在系统结构方面有自己独特的内容;计算机控制系统在系统结构方面有自己独特的内容;在功能配置方面呈现出模拟控制系统无可比拟的优势。在功能配置方面呈现出模拟控制系统无可比拟的优势。将模拟自动控制系统中的控制器的功能用计算机来将模拟自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现,就可构成实现,就可构成典型的计算机控制系统,系统框图如图典型的计算机控制系统,系统框图如图1.1所示。所示。寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多图图1.1计算机控制系统基本框图计算机控制系统基本框图寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工
4、。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多 计算机控制系统由硬件和软件两个基本部分组成。计算机控制系统由硬件和软件两个基本部分组成。硬件指计算机本身及其外部设备;硬件指计算机本身及其外部设备;软件指管理计算机的程序及生产过程应用程序。软件指管理计算机的程序及生产过程应用程序。只有软件和硬件有机的结合,计算机控制系统才能正只有软件和硬件有机的结合,计算机控制系统才能正常运行。常运行。计算机控制系统计算机控制系统硬件部分硬件部分软件部分软件部分控制计算机控制计算机外围设备外围设备系统软件系统软件应用软件应用软件寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充
5、实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多执行控制功能的核心部件是计算机,是模数混合系统;执行控制功能的核心部件是计算机,是模数混合系统;控制规律利用软件实现,便于实现复杂的控制规律;控制规律利用软件实现,便于实现复杂的控制规律;可同时控制多个回路;可同时控制多个回路;存在开环控制系统、闭环控制系统等不同类型的控制系存在开环控制系统、闭环控制系统等不同类型的控制系统。统。结构特征结构特征信号信号特征特征模拟控制系统中各处的信号均为模拟信号;模拟控制系统中各处的信号均为模拟信号;计算机控制系统中除仍有模拟信号外,还有离散模拟、计算机控制系统中除仍有模拟信号外,还有离散模拟、离散数字等多
6、种信号形式。离散数字等多种信号形式。计算机控制系统的信号流程如图计算机控制系统的信号流程如图1.2所示所示。寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多图1.2计算机控制系统的信号流程 寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多 在控制系统中引入计算机,利用计算机的运算、逻辑在控制系统中引入计算机,利用计算机的运算、逻辑判断和记忆等功能完成多种控制任务。判断和记忆等功能完成多种控制任务。由于计算机只能处理数字信号,为了信号的匹配,在由于计算机只能处理
7、数字信号,为了信号的匹配,在计算机的输入和输出必须配置计算机的输入和输出必须配置A/D(模(模/数转换器)和数转换器)和D/A(数(数/模转换器)。模转换器)。反馈量经反馈量经A/D转换为数字量以后,才能输入给计算机。转换为数字量以后,才能输入给计算机。然后计算机根据偏差,按某种控制规律(如然后计算机根据偏差,按某种控制规律(如PID控制)进控制)进行运算;行运算;计算结果(数字信号)再经计算结果(数字信号)再经D/A转换器,将数字信号转换器,将数字信号转换为模拟信号输出到执行机构,完成对被控对象的控制。转换为模拟信号输出到执行机构,完成对被控对象的控制。寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生
8、都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多按照计算机控制系统中信号的传输方向,系统的信息通道按照计算机控制系统中信号的传输方向,系统的信息通道由三部分组成由三部分组成 过程输出通道过程输出通道,包含由,包含由D/A转换器组成的模拟量输出通转换器组成的模拟量输出通道和开关量输出通道。道和开关量输出通道。过程输入通道过程输入通道,包含由,包含由A/D转换器组成的模拟量输入通转换器组成的模拟量输入通道和开关量输入通道。道和开关量输入通道。人机交互通道人机交互通道,系统操作者通过人机交互通道向计算机,系统操作者通过人机交互通道向计算机控制系统发布相关命令,提供操作参
9、数,修改设置内容控制系统发布相关命令,提供操作参数,修改设置内容等,计算机则可通过人机交互通道向系统操作者显示相等,计算机则可通过人机交互通道向系统操作者显示相关参数、系统工作状态、对像控制效果等。关参数、系统工作状态、对像控制效果等。寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多 计算机控制系统除了包含连续信号外,还包含数字信号,计算机控制系统除了包含连续信号外,还包含数字信号,因而计算机控制系统与模拟控制系统在本质上有许多不同,因而计算机控制系统与模拟控制系统在本质上有许多不同,需采用专门的理论来分析和设计。需采用专门的
10、理论来分析和设计。常用的设计方法有两种:常用的设计方法有两种:模拟调节规律离散化设计法模拟调节规律离散化设计法 直接设计法。直接设计法。以软件代替硬件以软件代替硬件 数据存储数据存储 状态、数据显示状态、数据显示 管理功能管理功能 控制方法特征控制方法特征功能特征功能特征寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.1.2 计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理计算机控制过程可归结为如下四个步骤:计算机控制过程可归结为如下四个步骤:实时数据采集:对来自测量变送装置的被控量的瞬时值实时数据采集:对来自测量变送装置
11、的被控量的瞬时值进行检测并输入。进行检测并输入。实时控制决策:对采集到的被控量进行分析和处理,并实时控制决策: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。按已定的控制规律,决定将要采取的控制行为。实时控制输出:根据控制决策、适时地对执行机构发出实时控制输出: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。控制信号,完成控制任务。信息管理:随着网络技术和控制策略的发展,信息共享信息管理:随着网络技术和控制策略的发展,信息共享和管理也是计算机控制系统必须完成的功能。和管理也是计算机控制系统必须完成的功能。上述过程不断重复,使整个系统按照一定的品质指标进上述
12、过程不断重复,使整个系统按照一定的品质指标进行工作行工作,并对控制量和设备本身的异常现象及时作出处并对控制量和设备本身的异常现象及时作出处理理计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多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联机方式。为在线方式或联机方式。生产过程不和计算机相连,且不受计算机控制,而是靠生产过程不和计算机相连,且不受计算机控制,而是靠人进行联系并作相应操
13、作的方式称为离线方式或脱机方式。人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。实时的含义实时的含义 指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制。成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制。计算机控制系统的工作方式计算机控制系统的工作方式寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.1.2 计算机控制系统的硬件组成计算机控制系统的硬件组成v计算机控制系统由计算机(工控机)和生产过程两大部计算机控制系统由计算机(
14、工控机)和生产过程两大部分组成。其硬件组成框图如图分组成。其硬件组成框图如图1.31.3所示,所示,图图1.3 计算机控制系统硬件组成框图计算机控制系统硬件组成框图寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多工控机工控机主机板主机板 工业控制机的核心,由中央处理器(工业控制机的核心,由中央处理器(CPU)、存储器)、存储器(RAM、ROM)、监控定时器、电源掉电监测、保存重)、监控定时器、电源掉电监测、保存重要数据的后备存储器、实时日历时钟等部件组成。要数据的后备存储器、实时日历时钟等部件组成。主机板的作用是将采集到的实时
15、信息按照预定程序进主机板的作用是将采集到的实时信息按照预定程序进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理,及时选择控制行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理,及时选择控制策略并将结果输出到工业过程。策略并将结果输出到工业过程。寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多系统总线系统总线 系统总线可分为内部总线和外部总线。内部总线是工系统总线可分为内部总线和外部总线。内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道,是一控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道,是一组信号线的集合。组信号线的集合。常用的内部总线有常用的
16、内部总线有IBM PC、PCI、ISA和和STD总线。总线。外部总线是工控机与其它计算机和智能设备进行信息外部总线是工控机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公共通道,常用外部总线有传送的公共通道,常用外部总线有RS-232C、RS485和和IEEE-488通信总线。通信总线。寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多输入输入/输出模板输出模板 工控机和生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道。工控机和生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道。主要包括模拟量输入通道(主要包括模拟量输入通道(AI)、模拟量输出通道)、模拟
17、量输出通道(AO)、数字量(开关量)输入通道()、数字量(开关量)输入通道(DI)、数字量(开关)、数字量(开关量)输出通道(量)输出通道(DO)。)。输入通道的作用是将生产过程的信号变换成主机板能够接输入通道的作用是将生产过程的信号变换成主机板能够接受和识别的代码。受和识别的代码。输出通道的作用是将主机板输出的控制命令和数据进行变输出通道的作用是将主机板输出的控制命令和数据进行变换,作为执行机构或电气开关的控制信号。换,作为执行机构或电气开关的控制信号。寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多通信接口通信接口 通信接
18、口是工业控制机与其它计算机和智能设备进通信接口是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传送的通道。行信息传送的通道。常用常用IEEE-488、RS-232C和和RS485接口。接口。USB总总线接口技术正日益受到重视。线接口技术正日益受到重视。人人机接口机接口 人人机接口包括显示器、键盘、打印机以及专用操作机接口包括显示器、键盘、打印机以及专用操作显示台等。显示台等。通过人通过人机接口设备,操作员与计算机之间可以进行机接口设备,操作员与计算机之间可以进行信息交换。信息交换。人人机接口既可以用于显示工业生产过程的状况,也机接口既可以用于显示工业生产过程的状况,也可以用于修改运行参数。可以用于修
19、改运行参数。寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多磁盘系统磁盘系统 可以用半导体虚拟磁盘,也可以配通用的硬磁盘或采用可以用半导体虚拟磁盘,也可以配通用的硬磁盘或采用USB磁磁盘。盘。生产过程包括被控对象、执行机构等装置,这些装置生产过程包括被控对象、执行机构等装置,这些装置都有各种类型的标准产品,在设计计算机控制系统时,根都有各种类型的标准产品,在设计计算机控制系统时,根据实际需求合理选型即可。据实际需求合理选型即可。生产过程生产过程寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但
20、是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.1.4 计算机控制系统软件计算机控制系统软件 按功能分类,按功能分类,软件软件分为分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件两大部分。两大部分。系统软件系统软件一般是由计算机厂家提供的,用来管理计算机一般是由计算机厂家提供的,用来管理计算机本身的资源、方便用户使用计算机的软件。它主要包括操本身的资源、方便用户使用计算机的软件。它主要包括操作系统、各种编译软件、监控管理软件,这些软件一般不作系统、各种编译软件、监控管理软件,这些软件一般不需要用户自己设计,它们只是作为开发应用软件的工具。需要用户自己设计,它们只是作为开发应用软件的工具。应用软件应用软件是面向生产
21、过程的程序,如是面向生产过程的程序,如A/D、D/A转换程转换程序,数据采样,数字滤波程序、标度变换程序、控制量计序,数据采样,数字滤波程序、标度变换程序、控制量计算程序等等。应用软件大都由用户自己根据实际需要进行算程序等等。应用软件大都由用户自己根据实际需要进行开发。应用软件的优劣,将给控制系统的功能、精度和效开发。应用软件的优劣,将给控制系统的功能、精度和效率带来很大的影响,它的设计是非常重要的。率带来很大的影响,它的设计是非常重要的。寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.2 计算机控制系统的分类计算机控制系
22、统的分类1.2.1 操作指导控制系统操作指导控制系统1.2.2 直接数字控制系统直接数字控制系统1.2.3 监督计算机控制系统监督计算机控制系统1.2.4 集散控制系统集散控制系统1.2.5 现场总线控制系统现场总线控制系统1.2.6 综合自动化系统综合自动化系统寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.2.1 操作指导控制系统操作指导控制系统操作指导控制系统(操作指导控制系统(OIS)指计算机的输出不直接用来控制)指计算机的输出不直接用来控制生产对象,而只是对系统过程参数进行收集、加工处理、然生产对象,而只是对系统
23、过程参数进行收集、加工处理、然后输出数据。后输出数据。图图1.4 操作指导控制系统原理图操作指导控制系统原理图寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.2.2 直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统(直接数字控制系统(DDC)是计算机用于工业过程控制最普)是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式。遍的一种方式。图图1.5 直接数字控制系统直接数字控制系统寒假来临,不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是,目前社会上寒假招工的陷阱很多1.2.3 监督计算机控制系统监督计算机
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