微機控制技術(shù)第一章

1、計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)主講人：主講人：計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.1.教材教材 1.1 1.1 于海生于海生 等編著，微型計算機控制技術(shù)（第等編著，微型計算機控制技術(shù)（第2 2版），清華大學(xué)版），清華大學(xué) 出版社，出版社，20092009 1.2 1.2 于海生于海生 等編著，計算機控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社，等編著，計算機控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社，20072007 1.3 1.3 于海生于海生 等編著，微型計算機控制技術(shù)，清華大學(xué)出版社，等編著，微型計算機控制技術(shù)，清華大學(xué)出版社， 199919992. 2. 參考書參考書 2.1 2.1 謝劍英，微型計算

2、機控制技術(shù)，國防工業(yè)出版社謝劍英，微型計算機控制技術(shù)，國防工業(yè)出版社 2.2 2.2 何克忠，計算機控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社何克忠，計算機控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社 2.3 2.3 王錦標，計算機控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社王錦標，計算機控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社課程要求與說明課程要求與說明計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù) 計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)是自動化專業(yè)的是自動化專業(yè)的主干專業(yè)課。主干專業(yè)課。4.4.前續(xù)基礎(chǔ)課程前續(xù)基礎(chǔ)課程3.3.課程的性質(zhì)課程的性質(zhì)程序設(shè)計技術(shù)（匯編、程序設(shè)計技術(shù)（匯編、C/C+/VCC/C+/VC、VBVB）自動控制理論（經(jīng)典自動控制理論（經(jīng)典/ /現(xiàn)代）現(xiàn)代）檢測技術(shù)與自

3、動化儀表檢測技術(shù)與自動化儀表微機原理（單片機）與接口技術(shù)微機原理（單片機）與接口技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)5.5.主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容 本課程以主流機型本課程以主流機型ISA/PCIISA/PCI總線總線工業(yè)控制機為控制工具，工業(yè)控制機為控制工具，系統(tǒng)地闡述了計算機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)地闡述了計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計和和工程實現(xiàn)工程實現(xiàn)方法。方法。 本課程主要內(nèi)容包括：計算機控制系統(tǒng)及其組成，計本課程主要內(nèi)容包括：計算機控制系統(tǒng)及其組成，計算機控制系統(tǒng)的典型型式、工業(yè)控制機的組成結(jié)構(gòu)及特點；算機控制系統(tǒng)的典型型式、工業(yè)控制機的組成結(jié)構(gòu)及特點；計算機控制系統(tǒng)的輸入輸出接口與過程通道計算機控制

4、系統(tǒng)的輸入輸出接口與過程通道；常規(guī)及復(fù)雜常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)控制技術(shù)；現(xiàn)代控制技術(shù)；應(yīng)用程序設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)；現(xiàn)代控制技術(shù)；應(yīng)用程序設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)；HMI/SCADAHMI/SCADA技術(shù)與監(jiān)控組態(tài)軟件；分布式測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。技術(shù)與監(jiān)控組態(tài)軟件；分布式測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 本課程以理論課和本課程以理論課和實驗課相結(jié)合的形式進行教學(xué)。相結(jié)合的形式進行教學(xué)。計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)第第1 1章章 緒論緒論 1.1 1.1 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述1.2 1.2 計算機控制系統(tǒng)的典型形式計算機控制系統(tǒng)的典型形式1.3 1.3 工業(yè)控制機的組成結(jié)構(gòu)及特點工業(yè)控制機的組成結(jié)構(gòu)及特點1.4 1.4 計

5、算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.1 1.1 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述 自動控制：就是在沒有人直接參與的情況下，通過控自動控制：就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。制器使生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。 典型的工業(yè)生產(chǎn)過程：典型的工業(yè)生產(chǎn)過程： 連續(xù)過程（連續(xù)過程（Continuous ProcessContinuous Process） 離散過程（離散過程（Discrete ProcessDiscrete Process） 批量過程（批量過程（Batch ProcessBatch P

6、rocess） 自動控制系統(tǒng)原理框圖：自動控制系統(tǒng)原理框圖：計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.1.1 1.1.1 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)：就是利用計算機計算機控制系統(tǒng)：就是利用計算機( (通常稱為工業(yè)控制計通常稱為工業(yè)控制計算機，簡稱工業(yè)控制機算機，簡稱工業(yè)控制機) )來實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。來實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。 計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)模擬式火炮位置控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖模擬式火炮位置控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)火炮位置計算機控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖火炮位置計算機控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)火炮模擬

7、控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較火炮模擬控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)三軸轉(zhuǎn)臺計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)任務(wù)管理系統(tǒng)靜態(tài)交聯(lián)測試計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)自動導(dǎo)航預(yù)備性飛行試驗計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1. 1. 計算機控制系統(tǒng)的工作原理計算機控制系統(tǒng)的工作原理 計算機控制系統(tǒng)的工作原理：計算機控制系統(tǒng)的工作原理： 實時數(shù)據(jù)采集實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。時值進行檢測和輸入。 實時控制決策

8、實時控制決策：對采集到的被控量進行分析和處理，：對采集到的被控量進行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。 實時控制輸出實時控制輸出：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。 輸出通道輸出通道 D/A輸入通道輸入通道 A/D對象對象被控量被控量y輸輸 入入通通 道道計算機計算機給定給定計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)2. 2. 在線方式和離線方式在線方式和離線方式 在線方式在線方式（on-lineon-line）: : 生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并生產(chǎn)過程和計

9、算機直接連接，并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式。受計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式。 離線方式離線方式( (off-lineoff-line):): 生產(chǎn)過程不和計算機相連，且不生產(chǎn)過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機方式。線方式或脫機方式。計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.1.2 1.1.2 計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成 計算機控制系統(tǒng)由計算機計算機控制系統(tǒng)由計算機( (工業(yè)控制機工業(yè)控制機) )和生產(chǎn)過程兩大部分和生產(chǎn)過程兩大部分組成。組成。 主機、主機、接

10、口電路接口電路、過程過程輸入輸入/ /輸出輸出通道通道、外、外 部設(shè)備、部設(shè)備、 操作臺。操作臺。計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù) 1.1.3 1.1.3 常用的計算機控制系統(tǒng)主機常用的計算機控制系統(tǒng)主機 1. 1. 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC） 2. 2. 工控機（工控機（IPCIPC） 3. 3. 單片機單片機 4. DSP4. DSP 5. 5. 智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.2 1.2 計算機控制系統(tǒng)的典型形式計算機控制系統(tǒng)的典型形式1.2.1 1.2.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 優(yōu)點優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。是結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安

11、全。缺點缺點是要由人工操作，開環(huán)結(jié)構(gòu)，控制的實時性差，不能控制是要由人工操作，開環(huán)結(jié)構(gòu)，控制的實時性差，不能控制多個對象。多個對象。計算機根據(jù)一定的控制算法，依賴測量元件測得的信號數(shù)據(jù)，計算機根據(jù)一定的控制算法，依賴測量元件測得的信號數(shù)據(jù)，計算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。計算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。 計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.2.2 1.2.2 直接數(shù)字控制（直接數(shù)字控制（DDCDDC）系統(tǒng)）系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)，控制的實時性好，可以控制多個回路或?qū)ο?。閉環(huán)結(jié)構(gòu)，控制的實時性好，可以控制多個回路或?qū)ο?。計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.2.3 1.2.3 監(jiān)督控制（

12、監(jiān)督控制（SCCSCC）系統(tǒng)）系統(tǒng) a a） SCC+SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng) b b） SCC+DDCSCC+DDC的分級控制系統(tǒng)的分級控制系統(tǒng)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.2.4 1.2.4 集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCSDCS） 亦稱分布式控制系統(tǒng)亦稱分布式控制系統(tǒng) 計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù) 計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.2.6 1.2.6 綜合自動化系統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng) 綜合自動化系統(tǒng)的整體解決方案綜合自動化系統(tǒng)的整體解決方案： 企業(yè)資源信息管理系統(tǒng)企業(yè)資源信息管理系統(tǒng)ERPERP （Enterprise Resources PlanningEnter

13、prise Resources Planning）； 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MESMES （Manufacturing Execution SystemManufacturing Execution System）； 生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)PCSPCS （Process Control SystemProcess Control System）。 計算機集成過程系統(tǒng)（計算機集成過程系統(tǒng)（CIPS-Computer Integrated CIPS-Computer Integrated Process SystemProcess System）計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.3工業(yè)控

14、制機的組成結(jié)構(gòu)及特點工業(yè)控制機的組成結(jié)構(gòu)及特點l1.3.1工業(yè)控制機的組成工業(yè)控制機的組成 工業(yè)控制機包括硬件和軟件兩部分。硬件包括主機(CPU、RAM、ROM)板、內(nèi)部總線和外部總線、人機接口、系統(tǒng)支持板、磁盤系統(tǒng)、通信接口、輸入輸出通道。軟件包括系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件。計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù) 1. 工業(yè)控制機的硬件組成主機板人機接口系統(tǒng)支持磁盤系統(tǒng)通信接口模擬量輸入通道(AI)模擬量輸出通道(AO)數(shù)字量輸入通道(DI)數(shù)字量輸出通道(DO)外部總線內(nèi)部總線工業(yè)控制機的硬件組成結(jié)構(gòu)計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)2.工業(yè)控制機的軟件組成工業(yè)控制機的軟件組成l(1)系統(tǒng)軟件l(2)支

15、持軟件l(3)應(yīng)用軟件軟件軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng) 控制程序控制程序數(shù)據(jù)采集及處理程序數(shù)據(jù)采集及處理程序巡回檢測程序巡回檢測程序數(shù)據(jù)管理程序數(shù)據(jù)管理程序編輯程序編輯程序編譯程序編譯程序連接、裝配程序連接、裝配程序調(diào)試程序調(diào)試程序子程序庫子程序庫數(shù)據(jù)可靠性檢查程序數(shù)據(jù)可靠性檢查程序A AD D轉(zhuǎn)換及采樣程序轉(zhuǎn)換及采樣程序 數(shù)字濾波程序數(shù)字濾波程序 線性化處理程序線性化處理程序 數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集程序 越限報警程序越限報警程序 事故預(yù)告程序事故預(yù)告程序 畫面顯示程序畫面顯示程序 計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.3.2工業(yè)控制機

16、的總線結(jié)構(gòu)工業(yè)控制機的總線結(jié)構(gòu)l1.內(nèi)部總線l(1)ISA總線及其信號線定義總線及其信號線定義l16位的ISA總線規(guī)范要求與8位PC向下兼容?？偩€插槽由兩部分組成：8位基本插槽和16位擴充插槽 lISA共有98根信號線，數(shù)據(jù)線寬度為16位，地址線寬度為24位，總線時鐘為8MHz,中斷源為邊沿觸發(fā)。 計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)2. PCI/Compact PCI總線簡介lPCI(Peripheral Component Interconnect)PCI(Peripheral Component Interconnect)是美國是美國SIG(Special Interest Group of A

17、ssociation for SIG(Special Interest Group of Association for Computer Machinery)Computer Machinery)集團推出的集團推出的6464位總線。該總線的最位總線。該總線的最高總線頻率為高總線頻率為33MHz33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率為，數(shù)據(jù)傳輸率為80Mb/s(80Mb/s(峰值傳輸率為峰值傳輸率為133Mb/s)133Mb/s)。 1 1）PCIPCI總線的主要性能：總線的主要性能：支持支持1010臺外設(shè)、總線時鐘臺外設(shè)、總線時鐘33.3MHz/66MHz33.3MHz/66MHz、總線寬度、總線寬度323

18、2位位/64/64位等。位等。 2 2）其它性能：）其它性能：并行操作、地址并行操作、地址/ /數(shù)據(jù)線復(fù)用、支持數(shù)據(jù)線復(fù)用、支持6464位尋址等。位尋址等。計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)3 3）PCIPCI總線信號定義總線信號定義 主控設(shè)備主控設(shè)備4949條，目標設(shè)條，目標設(shè)備備4747條，可選引腳條，可選引腳 5151條條（主要用于（主要用于6464位擴展、中斷位擴展、中斷請求、高速緩存支持等），請求、高速緩存支持等），總引腳數(shù)總引腳數(shù) 120120條（包含電源、條（包含電源、地、保留引腳等）。地、保留引腳等）。計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)2 2 外部總線外部總線1 1）RS-232RS-23

19、2串行通信總線串行通信總線引腳號功能引腳號功能1保護地14（輔信道）發(fā)送數(shù)據(jù)2發(fā)送數(shù)據(jù)15發(fā)送信號無定時（DCE為源）3接收數(shù)據(jù)16（輔信道）接收數(shù)據(jù)4請求發(fā)送（RTS）17接收信號無定時（DCE為源）5允許發(fā)送（CTS，或清除發(fā)送）18未定義6數(shù)傳機（DCE）準備好19（輔信道）請求發(fā)送（RTS）7信號地（公共回線）20數(shù)據(jù)終端準備好8接收線信號檢測21信號質(zhì)量檢測9（保留供數(shù)傳機測試）22振鈴指示10（保留供數(shù)傳機測試）23數(shù)據(jù)信號速率選擇（DTE/DCE為源）11未定義24發(fā)送信號無定時（DTE為源）12（輔信道）接收線信號檢測25未定義13（輔信道）允許發(fā)送（CTS）計算機控制技術(shù)計算

20、機控制技術(shù)RS-232C信號狀態(tài)狀態(tài)-15VV1-5V+5VV1+15V邏輯狀態(tài)10信號條件傳號（MARK）空號（SPACE）功能OFFONRS-232C電平轉(zhuǎn)換及接口電路電平轉(zhuǎn)換及接口電路計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)2 2）USBUSB串行通信總線串行通信總線 （1 1）具有熱插拔功能）具有熱插拔功能 （2 2）USBUSB采用采用“級聯(lián)級聯(lián)”方式連接各個外部設(shè)備方式連接各個外部設(shè)備 （3 3）適用于低速外設(shè)連接）適用于低速外設(shè)連接計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)1.3.3 工業(yè)控制機的特點l(1)(1)可靠性高和可維修性好。可靠性高和可維修性好。l(2)(2)環(huán)境適應(yīng)性強。環(huán)境適應(yīng)性強。 l(

21、3)(3)控制的實時性。控制的實時性。 l(4)(4)完善的輸入輸出通道。完善的輸入輸出通道。 l(5)(5)豐富的軟件。豐富的軟件。 l(6)(6)適當?shù)挠嬎銠C精度和運算速度。適當?shù)挠嬎銠C精度和運算速度。計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù) 1.4.1 1.4.1 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 1.1.計算機技術(shù)的發(fā)展過程計算機技術(shù)的發(fā)展過程 （1 1）開創(chuàng)時期（）開創(chuàng)時期（1955195519621962年）年） （2 2）直接數(shù)字控制時期（）直接數(shù)字控制時期（1962196219671967年）年） （3 3）小型計算機時期（）小型計算機時期（1967196719721972年）年） （4 4）微型計算機時期（）微型計算機時期（19721972年至今）年至今）1.4 1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢計算機控制技術(shù)計