计算机控制技术及工程应用第一章.ppt
第一章 计算机控制概述,本章要点:1.了解计算机控制系统的构成原理2.了解计算机控制系统硬件组成与软件组成。3.初步认识微型计算机控制系统分类与装置种类,返回总目录,本章主要内容,引言,1.1 计算机控制系统组成,1.2 计算机控制系统分类,1.3 计算机控制装置种类,本章小结,思考题,引言,计算机控制技术-是把计算机技术与自动化控制系统融为一体的一门综合性学问，是以计算机为核心部件的过程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程是其重要的一个应用领域；从自动化控制的领域来看，计算机技术又是一个主要的实现手段。本书立足于工业自动化的领域，讨论这种不同于普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关技术及其工程应用。,链接动画,下图为一个制药车间的自动化生产流程。,1.1 计算机控制系统的组成,主要知识点:,1.1.1 控制系统概念,1.1.2 硬件组成,1.1.3 软件组成,1.1.1 控制系统概念,计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而来的;常规仪表控制系统，一般分成闭环控制(图1-1a所示)与开环控制(图1-1b所示)两种结构形式;计算机控制系统用控制计算机代替图1-1的控制器，如图1-2所示；,（1）闭环控制系统,被控对象 被控量 测量变送器 测量值 给定值 偏差输入 控制器 控制规律 控制信号 执行器 操纵变量 按偏差进行控制的闭环反馈控制系统,（2）开环控制系统,给定值 控制器 控制作用 执行器 被控对象按给定值直接进行控制的开环控制系统,（3）计算机闭环控制系统原理组成,模拟信号 数字信号 A/D转换器 D/A转换器 控制计算机 把常规仪表控制系统中的控制器用控制计算机即计算机及A/D（模/数）转换接口与D/A（数/模）转换接口代替。,图1-2 计算机控制系统原理图,（4）计算机控制系统的监控过程步骤,a.实时数据采集-对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入；b.实时数据处理-对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策；c.实时输出控制-根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务；,1.1.2 硬件组成,计算机控制系统硬件一般包括：主机-CPU RAMROM系统总线 常规外部设备-输入/输出设备、外存储器等过程输入输出通道AI、AO、DI、DO操作台CRT、LED、LCD 等通信设备交换机、modem、集线器等图 1-3所示硬件组成框图,图1-3 计算机控制系统硬件组成框图,链接动画,1.1.3 软件组成,硬件仅为计算机控制系统的躯体。软件是指完成各种功能的计算机程序的总和，它是计算机控制系统的神经中枢，整个系统的动作都是在软件程序指挥下协调工作的。软件通常分为系统软件和应用软件两大类；,1.2 控制系统分类,主要知识点,1.2.1 数据采集系统（DAS）,1.2.2 操作指导控制系统(OGC),1.2.3 直接数字控制系统（DDC）,1.2.4 监督计算机控制系统（SCC）,1.2.5 分散控制系统（DCS）,1.2.6 现场总线控制系统（FCS）,1.2.7 计算机集成制造系统（CIMS）,数据采集系统（DAS）,数据采集系统(Data Acquisition System)是所有计算机控制系统的基础。,链接动画,链接动画,操作指导控制系统(Operation Guide Control)-基于数据采集系统的一种开环结构,1.2.2 操作指导控制系统(OGC),链接动画,直接数字控制系统（Direct Digital Control）-是用一台计算机完成对多个被控参数的数据采集，且按一定的控制规律进行实时决策，并通过输出通道发出控制信号以实现对生产过程的闭环控制。,1.2.3 直接数字控制系统（DDC）,链接动画,监督计算机控制系统（SCC）,监督计算机控制系统（Supervisory Computer Control）-是OGC系统与常规仪表系统或与DDC系统综合而成的两级系统。,1.2.5 分散控制系统（DCS）,分散控制系统（Distributed Control System）-是以微处理器为基础，借助于计算机网络对生产过程进行集中管理和分散控制的先进计算机控制系统。,链接动画,1.2.6 现场总线控制系统（FCS）,现场总线控制系统（Fieldbus Control System）-是一种全数字化、全分散式、可互操作的和全开放式的新型控制系统。,图1-10 现场总线控制系统体系结构,1.2.7 计算机集成制造系统（CIMS）,图1-11流程工业CIMS的递阶层次结构图,计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System）是计算机技术、网络技术、自动化技术、信号处理技术、管理技术和系统工程技术等新技术发展的结果，它将企业的生产、经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售及服务等环节和人力、财力、设备等生产要素集成起来，进行统一控制，求得生产活动的最优化。,1.3 控制装置种类,主要知识点,1.3.1 可编程控制器,1.3.2 可编程调节器,1.3.3 总线式工控机,1.3.4 嵌入式计算机系统,1.3.5 其他控制装置,可编程控制器,可编程逻辑控制器，简称可编程控制器PLC，是计算机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物，其低端为常规继电逻辑控制的替代装置，而高端为一种高性能的工业控制计算机。,链接动画,可编程调节器,可编程调节器，又称单回路调节器、智能调节器、数字调节器。,链接动画,1.3.3 总线式工控机,总线式工控机，是基于总线技术和模块化结构的一种专用于工业控制的通用性计算机，一般称为工业控制计算机，简称为工业控制机或工控机。,链接动画,1.3.4 嵌入式计算机系统,嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统，是以应用为核心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁剪，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面严格要求的专用计算机系统。嵌入性、专用性和计算机系统是嵌入式系统的三个基本要素。,1.3.5 其他控制装置,分散控制系统与现场总线控制系统，最初是以一种控制方案的形式出现的，但 很快受到工控市场的极大推崇，因而已经成为国内外自动化厂家争先推出的两种典型的装置，因为第1.2.5 节、第节已经提及，本节不再赘述，详见第13章。,本章小结,本章概要介绍了计算机控制系统的构成原理、硬件组成与软件组成。分别从计算机控制系统的控制方案与装置种类这两个不同的角度讨论分析了计算机控制系统的分类。本书将在本章的基础上渐次对计算机控制系统的各个组成部分展开讨论。,思考题,1简述计算机控制系统与常规仪表控制系统的基本结构及主要异同点。2分析说明图1-3计算机控制系统的硬件组成及其作用。3计算机控制系统的软件由哪些部分构成？4按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？5计算机控制装置可以分成哪几种机型？,
