计算机控制系统课件

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

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 佛山科学技术学院 丁伟雄 电话： 电话：83888012 电邮： 电邮：fsdwx@http://doc.guandang.net

2006年 2006年6月8日星期四10时32分41秒 日星期四10时32分41秒 10

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一 计算机控制系统概论1.计算机控制系统及其组成 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。 偏差 控制量

给定量

+ -

e

控制器

u

r

D/A

执行机构

被控对象

被控量 y

A/D 工控机 生产过程

测量变送

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所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动 地按照预定的规律运行。

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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。

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计算机控制系统的典型形式 (5种) (1)操作指导控制系统 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。

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(2)直接数字控制(Direct Digital Control)系统 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。

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(3)监督控制(Supervisory ComputerControl)系统 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(Set Point Control).

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(4)分散型控制系统 (Distributed Control System-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。

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(5)现场总线控制系统 (Fieldbus Control System-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。

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二.工业控制机的组成结构及特点 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( X86 CPU ) STD总线工控机(X86 CPU) VME总线工控机(Motorola CPU) 多总线(MULTIBUS)工控机(X86 CPU)

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2. PC总线标准 XT线(书上的PC总线):62线，16位，数据传 输率2.38Mbps ISA (AT) 总线：对XT总线的扩充，98线， 16位， 寻址空间16MB,数据传输率16Mbps EISA 总线：对ISA总线的扩充， 32位，98+98线， 数据传输率32Mbps VESA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。

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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 一致的总线接口，形成了开放的 一致 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,PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。

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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3.6 in×3.8 in (90mm×96mm),可以层叠。 CompactPCI工控机：PCI总线+欧式插卡结 构。

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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FCS 2 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

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第2章

输入输出接口与过程通道

接口：计算机与外部设备交换信息的桥梁，包括 输入和输出接口。 接口技术：研究计算机与外部设备交换信息的技 术。 过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传 送和转换的连接通道。(AI、AO、DI、DO) 2.1 数字量输入输出通道(DI、DO) 数字量-开关量：用“0”和“1” 两个量进行描述。

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2.1.1 数字量输入输出接口 数字量输入接口 三态门缓冲器74LS244MOV DX, port IN AL,DX