計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)資料精簡版列出重點(diǎn)知識點(diǎn)

1、第一章 概論，講述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在日常生活和科學(xué)研究中 的意義；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及工作原理；計(jì)算機(jī)控制的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和問題；與模擬控 制系統(tǒng)的不同之處；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問題以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)模擬系統(tǒng)類似，主要的差別是用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)取代了模擬控制器。.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要包括：A/D轉(zhuǎn)換器，將連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換為斷續(xù)的數(shù)字二進(jìn)制信號，送入計(jì)算機(jī)；D/A轉(zhuǎn)換器，將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字指令信號轉(zhuǎn)換為連續(xù)模擬信號（直流電壓）并送給直流電機(jī)的放大部件；.數(shù)字計(jì)算機(jī)（包括硬件及相應(yīng)軟件），實(shí)現(xiàn)信號的 轉(zhuǎn)換處理以及工作狀態(tài)的邏輯管理，按給 定的算法程

2、序產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令。.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可以歸結(jié)為：.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，即 A/D變換器對反饋信號及指令信號的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測和輸入；.實(shí)時(shí)決策，即計(jì)算機(jī)按給定算法，依采集的信息進(jìn)行控制行為的決策，生成控制指令；.實(shí)時(shí)控制，即 D/A變換器根據(jù)決策結(jié)果，適時(shí)地向被控對象輸出控制信號。.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。.自動控制，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(yùn)行。.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特性系統(tǒng)規(guī)模有大有小系統(tǒng)類型多種多樣系統(tǒng)造價(jià)有高有低計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不斷推陳出新.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)工業(yè)PC機(jī)回路控制器（色片機(jī)）可編程邏輯

3、控制器SID一線工控機(jī) 單板機(jī)1980198519901995現(xiàn)在.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類按功能分類1）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2）直接數(shù)字控制（DDC）3）監(jiān)督控制（SCC4）分散型控制5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)按控制規(guī)律分類1）程序和順序控制2）比例積分微分控制（PID）3）有限拍控制4）復(fù)雜控制5）智能控制按控制方式分類1）開環(huán)控制2）閉環(huán)控制.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成執(zhí)行器通用外部10接設(shè)備 口電踏計(jì)算機(jī)主機(jī)410搐口多路開關(guān)主機(jī)及操作臺I。接口電踣I o通道A D傳感器及 變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)工業(yè)對我信號椅測及交送被控對架.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成控制算法軟件網(wǎng)絡(luò)硬件.硬件平臺運(yùn)算處理與存儲部分：CPU,存儲器

4、（RAM, ROM, EPROM, FLASH-ROM EEPROM以及磁盤等）, 時(shí)鐘，中斷，譯碼，總線驅(qū)動等。輸入輸出接口部分：各種信號（模擬量，開關(guān)量，脈沖量等）的鎖存、轉(zhuǎn)換、濾波，調(diào)理和接線，以及串行通訊等。人機(jī)對話部分：包括顯示（CRT,數(shù)碼管，液晶等），鍵入（鍵盤，鼠標(biāo)，觸摸屏等），打印記錄等。.硬件平臺的設(shè)計(jì)、開發(fā)或應(yīng)用選型應(yīng)著重考慮的幾個(gè)方面可靠性可維護(hù)性成本精度與外觀.軟件組成測控軟件網(wǎng)絡(luò)軟件管理軟件.常用的編程工具匯編語言Wj級語百組態(tài)語言.控制算法控制算法是閉環(huán)控制的核心，是各種控制理論最后應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場的具體體現(xiàn)。不同的算法往往適應(yīng)不同的控制對象，好的算法穩(wěn)定性好，適用

5、面寬，參數(shù)整定方便。.網(wǎng)絡(luò)大型控制系統(tǒng)必然是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成的，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展又為大型控制系統(tǒng)的構(gòu)成提供了更好的支持。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，小型控制系統(tǒng)也逐步網(wǎng)絡(luò)化，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng) 更可靠、更經(jīng)濟(jì)、維護(hù)跟方便。.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能控性和能觀測性動態(tài)指標(biāo)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)綜合指標(biāo).計(jì)算機(jī)控制研究的課題? 數(shù)學(xué)描述和分析方法?離散系統(tǒng)的性能分析?計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)?控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展方向最優(yōu)控制自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自組織系統(tǒng)系統(tǒng)辨識分級控制集散型控制現(xiàn)場總線型控制.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、精度高

6、、豐富的邏輯判斷和存儲能力，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，如各種智能控制等，可以極大地提高系統(tǒng)性能。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性價(jià)比高一臺計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律并可同時(shí)控制多個(gè)控制回路，因此，它的功能/價(jià)格比值較高。適應(yīng)性強(qiáng)靈活性高控制算法是由軟程序?qū)崿F(xiàn)，通過修改或執(zhí)行不同的軟件可使系統(tǒng)具有不同性能，適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性高。計(jì)算機(jī)是一種可編程的智能元件。一套硬件設(shè)計(jì)用于不同產(chǎn)品生產(chǎn)過程和對象的控制。系統(tǒng)測量靈敏度高數(shù)字式傳感器，可以敏感微弱信號，提高測量靈敏度。軟件可以對傳感器特性進(jìn)行修正與補(bǔ)償，提高了精度?？刂婆c管理容易結(jié)合實(shí)現(xiàn)更高層次的自動化利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程與經(jīng)營的管理控

7、制一體化。系統(tǒng)可靠性和容錯能力高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動檢測和故障診斷較方便，提高了系統(tǒng)的可靠性和容錯及維修能力。.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一些缺點(diǎn)與不足-抗干擾能力較低；-插入數(shù)字部件，信號復(fù)雜，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)有一定困難。.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的國外市場概況可編程序控制器（PLC分布式控制系統(tǒng)（DCS工業(yè)PC機(jī)PID 調(diào)二節(jié)器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS.注意以下幾點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的控制器是用數(shù)字計(jì)算機(jī)和A/D及D/A轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)重要的特點(diǎn).注意計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)混合信號系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn).是一種柔性和智能化的系統(tǒng)。廣泛用于國防、國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中不可替代的各種系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

8、的理論分析和設(shè)計(jì)具有許多不同的特點(diǎn)。第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述和分析方法，信號的采樣及采樣定理；差分方程與 換的關(guān)系與相互變換；脈沖傳遞函數(shù)及其應(yīng)用；頻率域描述；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間 描述；時(shí)間域特性與頻率域特性分析方法。.采樣過程采樣器就是不同形式的“開關(guān)”.采樣定理（香農(nóng)定理）如果一個(gè)連續(xù)信號不包含高于頻率COmax的頻率分量（連續(xù)信號中所含頻率分量的最高頻率為麗ax）,那么就完全可以用周期T 2 ,max,那么就可以從采樣信號中不失真地恢復(fù)原連續(xù)信號。.離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)（Z傳遞函數(shù)）定義為：在初始條件為零時(shí)，系統(tǒng)輸出量Z變換與輸入量Z變換之比.離散系統(tǒng)頻率特性定義 頻率特性

9、：在正弦信號作用下，系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的復(fù)數(shù)之比隨輸入正弦信號 頻率變化的特性。.由脈沖傳遞函數(shù)建立離散狀態(tài)方程串行法(又稱迭代法)、.丫-0.5z-0.28 - -0.5z + 0.56G( Z) -= 1 +=1 十_U(z) (z + 0.5)(z + 0.28) z + .05 z + 0.8并行法（又稱部分分式法）0.10.4丫叫Z)獲就直接法皿;10.5z；.28z:U(z) 1 1.3z0.4z.離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解迭代法z變換法.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)閉環(huán)狀態(tài)方程閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)方程，可通過求取系統(tǒng)數(shù)字部分、廣義被控對象及反饋部分的狀態(tài)方程, 整理后得到。.系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件連

10、續(xù)系統(tǒng)-特征根全在s左半平面，如有特征根在虛軸上，稱作臨界穩(wěn)定，由于響應(yīng)不會依據(jù)需要收斂，因此，系統(tǒng)也是不穩(wěn)定的。離散系統(tǒng)-特征根全部位于z平面單位圓內(nèi)，即每一特征根的模值應(yīng)小于1:.離散系統(tǒng)穩(wěn)定性檢測直接求取特征方程根 朱利代數(shù)穩(wěn)定判據(jù).采樣周期與系統(tǒng)穩(wěn)定性? 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性比連續(xù)系統(tǒng)差。? 采樣周期也是影響穩(wěn)定性的重要參數(shù)，一般來說，減小采樣周期，穩(wěn)定性增強(qiáng)。.關(guān)于穩(wěn)態(tài)誤差，應(yīng)注意以下幾個(gè)概念：-系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差只能在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下求得。-穩(wěn)態(tài)誤差為無限大并不等于系統(tǒng)不穩(wěn)定，它只表明該系統(tǒng)不能跟蹤所輸入的信號， 或者說，跟蹤該信號時(shí)將產(chǎn)生無限大的跟蹤誤差。-上述穩(wěn)態(tài)誤差是由系統(tǒng)的構(gòu)造（如

11、放大系數(shù)和積分環(huán)節(jié)等）及外界輸入作用所決定 的原理誤差。-系統(tǒng)元部件精度仍可能引入穩(wěn)態(tài)誤差，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由于A/D及D/A字長有限,會帶來附加的穩(wěn)態(tài)誤差。第三章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的經(jīng)典設(shè)計(jì)，連續(xù)域_離散化的數(shù)字化設(shè)計(jì)基本原理及步驟；連續(xù)控制器的離散化方法：一階前向、后向差分近似法、Tustin變換法、匹配 z變換法；數(shù)字PID控制、時(shí)滯補(bǔ)償控制等。.連續(xù)域一離散化設(shè)計(jì)的步驟如下：第1步：根據(jù)系統(tǒng)的性能選擇采樣頻率，設(shè)計(jì)抗混疊前置濾波器。第2步：考慮ZOH的相位滯后，根據(jù)性能指標(biāo)和連續(xù)域設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)數(shù)字控制算法的等 效傳遞函數(shù)Ddc(s)。-一如所取采樣頻率較高，可略去 ZOH的影響。第3步

12、：選擇合適的離散化方法，將Ddc(s)離散化，獲得脈沖傳遞函數(shù)D(z),使兩者性能盡量等效。第4步：檢驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的閉環(huán)性能。如滿足指標(biāo)要求，進(jìn)行下一步；否則，重新設(shè) 計(jì)。改進(jìn)設(shè)計(jì)的途徑有：-選擇更合適的離散化方法。-提Wj米樣頻率。-修正連續(xù)域設(shè)計(jì)，如增加穩(wěn)定裕度指標(biāo)等。第5步：將D(z)變?yōu)閿?shù)字算法，在計(jì)算機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)。2.離散化方法很多? 數(shù)值積分法(置換法)-一階向后差法-一階向前差法-雙線性變換法-修正雙線性變換法?零極點(diǎn)匹配法?保持器等價(jià)法?z變換法(脈沖響應(yīng)不變法).數(shù)字PID的增量式算法1)較為安全。一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，輸出控制指令為零，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如閥門的開度) 仍可

13、保持前一步的位置，不會給被控對象帶來較大的擾動。2)計(jì)算時(shí)不需進(jìn)行累加，僅需最近幾次誤差的采樣值。增量式算法的實(shí)質(zhì)，就是根據(jù)誤差三個(gè)時(shí)刻采樣值，適當(dāng)加權(quán)計(jì)算求得的，調(diào)整加 權(quán)彳t A、B C即可獲得不同的控制品質(zhì)和精度。.數(shù)字PID控制算法改進(jìn)積分分離法遇限削弱積分法飽和停止積分法反饋抑制積分飽和法.微分算法的改進(jìn)不完全微分的PID算式微分先行PID第四章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)， 離散系統(tǒng)的可控性與可達(dá)性；可觀性與可重構(gòu)性; 采樣系統(tǒng)的可控可觀性與采樣周期的關(guān)系； 狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)；狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)；調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。第五章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)建，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成與輸入/輸出接口；測試信號處

14、理與實(shí)時(shí)軟件編程；控制器算法的結(jié)構(gòu)編排；控制器算法的程序?qū)崿F(xiàn)。. 單板機(jī)、單片機(jī)、STD工控機(jī)、PC工控機(jī)和PLC構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，稱它們?yōu)閱?機(jī)控制系統(tǒng)并不表示它們不能連成網(wǎng)絡(luò)，而是因?yàn)樗鼈冏畛醯膽?yīng)用都是以單機(jī)方式對生產(chǎn)過程實(shí)施控制，并且作為單機(jī)控制系統(tǒng)更能體現(xiàn)它們在計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的優(yōu)勢。.什么是總線式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將各功能部分分別制做成獨(dú)立的模板，通過總線完成CPU對各模板的控制，這就是現(xiàn)今計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)廣泛采用的總線方案。.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)總線后有如下好處(1)使用標(biāo)準(zhǔn)總線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必然是模板結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，可以根據(jù)工藝要求 方便地組成所需的控制系統(tǒng)。且維護(hù)十分方便。

15、(2)各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品 100對目互兼容，這樣在一個(gè)系統(tǒng)中可以將同一總線標(biāo)準(zhǔn)的不同 廠家的模板安裝在一個(gè)機(jī)箱中 (一個(gè)母槽中)，同樣可以在眾多廠家的產(chǎn)品中選擇最經(jīng)濟(jì)的、 最合適的模板。(3)基于某種標(biāo)準(zhǔn)總線的模板總是類型繁多，用戶的選擇余地很大.控制系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)STD總線標(biāo)準(zhǔn)、PC總線標(biāo)準(zhǔn)、VME總線標(biāo)準(zhǔn)等.一種總線標(biāo)準(zhǔn)包含四部分內(nèi)容電氣特性、機(jī)械特性、功能特性、規(guī)程特性。.數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)傳送的常用格式有兩種：二進(jìn)制碼和ASCII碼。.數(shù)據(jù)長度的確定：數(shù)據(jù)長度確定大致有三種方法：其一，按固定數(shù)據(jù)長度進(jìn)行通訊，通訊時(shí)接收方和發(fā)送方各自獨(dú)立計(jì)數(shù)，此方法最簡單，但 靈活性太差。其二，發(fā)送方在數(shù)據(jù)

16、發(fā)送的結(jié)尾處發(fā)送特定字符，接收方受到該字符后， 得知數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢。其三，發(fā)送方在數(shù)據(jù)發(fā)送前先發(fā)送數(shù)據(jù)長度給接收方，接收方根據(jù)這一長度接收相應(yīng)長度的數(shù)據(jù)。.數(shù)據(jù)校驗(yàn)：盡管幾乎所有的串行通訊通道都有奇偶校驗(yàn)功能，但僅靠字節(jié)的奇偶校驗(yàn)通訊的可靠性是不能保證的，一般還加上異或校驗(yàn)或和校驗(yàn)，異或校驗(yàn)就是發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行異或處理，并將異或結(jié)果在通訊結(jié)束前發(fā)送給接收方，接收方將所收到的數(shù)據(jù)也做異或處理，然后與發(fā)送方送來的異或結(jié)果比較，確定通訊是否正確。和校驗(yàn)與異或校驗(yàn)相似，只是數(shù)據(jù)做累加處理。這兩種校驗(yàn)方式的好處就是編程簡單，如果要追求更可靠的校驗(yàn)方式，可選擇CRC , 一般在電廠控制

17、系統(tǒng)和某些危險(xiǎn)的化工控制場合中應(yīng)用.通訊中斷處理：由于串行通訊的速度較慢，如果在通訊過程中每向發(fā)送寄存器發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，CPU都循環(huán)等待該字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，再發(fā)送下一字節(jié)，直到全部數(shù)據(jù)發(fā)送完畢， 那么串行通訊就會占用大量的CPU時(shí)間，CPU將無法完成實(shí)時(shí)控制的工作。因此，通常下位機(jī)向上位機(jī)的定時(shí)通訊采用中斷方式，即每次發(fā)送寄存器中的數(shù)據(jù)發(fā)送完后，都向CPU發(fā)出中斷請求，CPU在串行中斷服務(wù)程序中將下一字節(jié)的數(shù)據(jù)送到發(fā)送寄存器。此外，下位機(jī) CPU也可以采用一種查詢方式，CPU在進(jìn)行完一輪控制運(yùn)算后，查詢一下發(fā)送寄存器是否空，如空，向發(fā)送寄存器送下一字節(jié)數(shù)據(jù)，如不空，則進(jìn)行下一輪控制運(yùn)算。這

18、種查詢方式的缺點(diǎn)是上位機(jī)將花費(fèi)大量的等待時(shí)間，或者上位機(jī)使用硬中斷，加大上位機(jī)的編程難度。 由于上位機(jī)向下位機(jī)的隨機(jī)通訊不是經(jīng)常進(jìn)行，為了降低串行中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，在工藝要求允許的情況下，此類通訊通常采用查詢方式.通訊緩沖區(qū)一定要建立專門的接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)，不要把接收的數(shù)據(jù)直接送到目標(biāo)單元。再內(nèi)存允許的情況下，緩沖區(qū)盡量大一些。.工業(yè)PC機(jī)的基本結(jié)構(gòu).工業(yè)PC機(jī)用于工業(yè)控制的優(yōu)點(diǎn)? 可抗沖擊、振動，耐高溫。? 軟件編程方便。? 控制與管理充分集中。? 成本低廉、維護(hù)方便。? 模板種類眾多。? 操作簡單、易學(xué)。? 開放性好。.工業(yè)PC機(jī)的缺點(diǎn)和問題? 難于構(gòu)成大型控制系統(tǒng)。? 現(xiàn)

19、場接線不方便。? 擴(kuò)展性不好。? 可靠性不是很高。? 硬盤和電源易發(fā)生故障。? 通常需要系統(tǒng)集成商支持。. 工業(yè)PC機(jī)與STD工業(yè)控制機(jī)相比不同之處在于工業(yè)PC機(jī)用硬盤存放程序，STD工業(yè)控制機(jī)一般使用EPROM存儲器。工業(yè)PC機(jī)應(yīng)用時(shí)一般都使用彩色顯示器，STD工業(yè)控制機(jī)應(yīng)用時(shí)一般不使用顯示器。工業(yè)PC機(jī)采用最通用的、功能很強(qiáng)的DOS操作系統(tǒng)和 Windows環(huán)境，STD工業(yè)控制機(jī)使用的監(jiān)控程序隨 CPU的不同而不同。.怎樣建立一個(gè) PC控制系統(tǒng)？? 確定系統(tǒng)任務(wù)? 提出系統(tǒng)的功能描述?在系統(tǒng)的功能描述中，應(yīng)明確規(guī)定目標(biāo)系統(tǒng)要干些什么，一般應(yīng)包括如下內(nèi)容：? (1)信號的處理功能。信號的等級

20、、類別、性質(zhì)等。? (2)控制功能。各個(gè)控制回路的組成、品質(zhì)、參數(shù)。? (3)管理功能。明確采用何種輸出方式、格式。? (4)報(bào)警功能。信號越限報(bào)警(聲、光)。? 設(shè)備選型及安裝設(shè)計(jì)? 開發(fā)用戶控制程序? 系統(tǒng)測試? 功能修改和優(yōu)化.單片機(jī)的特點(diǎn)1單片機(jī)片內(nèi)存儲器容量較小。一般ROM小于4/8K字節(jié)，RAM小于256字節(jié)。2由于單片機(jī)是按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)的，所以具有較高的可靠性。3系統(tǒng)易于擴(kuò)展。4控制功能強(qiáng)。如轉(zhuǎn)移指令，I/O 口的邏輯操作指令，位處理操作指令等。一般單片機(jī)內(nèi)無監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)，只存放用戶調(diào)試好的用戶程序，但近年來開始 出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有 BASIC解釋程序及FORTH臊作系統(tǒng)

21、的單片機(jī)。一般單片機(jī)不具有自開發(fā)的能力，要借助于開發(fā)工具進(jìn)行用戶程序開發(fā)和系統(tǒng)調(diào)試。.單片機(jī)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用 ：13應(yīng)用于智能化儀器、儀表及執(zhí)行器，這類應(yīng)用一般比較簡單，主要實(shí)現(xiàn)信號采集，信 號處理，顯示，以及信號輸出等功能，充分利用單片機(jī)體積小和成本低的優(yōu)點(diǎn)。開發(fā)此類產(chǎn) 品的關(guān)鍵點(diǎn)是如何解決現(xiàn)場供電問題，現(xiàn)場防水、防塵、抗振、抗電磁干擾問題，以及盡可 能縮小體積降低成本的問題。而硬件線路設(shè)計(jì)與軟件編程往往要簡單多了。R2應(yīng)用于中大型控制系統(tǒng)的智能接口板中。有很多集散控制系統(tǒng)，它們的I/O接口模板均通過使用單片機(jī)設(shè)計(jì)成智能I/O板，優(yōu)點(diǎn)是：降低控制器主CPU的負(fù)擔(dān)。提高系統(tǒng)自檢能力和故障報(bào)警能

22、力。降低軟件開發(fā)難度。R3X構(gòu)成單回路或多回路控制器，此時(shí)的單片機(jī)從控制的角度來看才算是真正成為了主角。在一個(gè)回路控制器中， 必然有輸入通道和輸出通道，有控制算法，這一切都是由單片機(jī)控制完成，最常見的是單回路溫度控制器。.PLC的特點(diǎn)：? 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。?接口模塊功能強(qiáng)、品種多。?適應(yīng)性強(qiáng)，使用面廣。?編程方法簡單、直觀。? 體積小、重量輕、功耗低。.PLC的功能：? 開關(guān)量控制 一一替代傳統(tǒng)的繼電器；?模擬量控制一一可利用各種A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)；?定時(shí)控制與計(jì)數(shù)控制；?高級控制一一可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動控制；?數(shù)據(jù)處理 一一具備整數(shù)運(yùn)算指令，某些 PLC還具備實(shí)數(shù)運(yùn)算指令；?自診斷

23、功能 一一PLC能對電源、各模塊、程序語法、運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行自診斷并顯示，在發(fā)生異常時(shí)能自動終止運(yùn)行；? 通信聯(lián)網(wǎng)功能一一可將多臺PLC連接起來，也可將 PLC與其它計(jì)算機(jī)構(gòu)成多級分 布式控制系統(tǒng)；? 其它功能 一一可通過相應(yīng)模塊實(shí)現(xiàn)顯示和打印功能。.PLC的應(yīng)用：PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、鋼鐵、礦山、石油、電力、化工、建材、機(jī)械制造、輕紡工業(yè)、 交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等各行各業(yè)。隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，一些使用其他計(jì)算機(jī)控 制的場合，也漸漸地轉(zhuǎn)向使用PLC PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。. PLC各組成部分的作用.中央處理器模塊(簡稱 CPU或CPU單元) TOC o 1-5 h z 作為整

24、個(gè)PLC的核心，起著總指揮的作用。具體功能是：CPU接收從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)并送人存儲器存儲；(2)監(jiān)視電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)等；(3)診斷編程過程中的語法錯誤，對用戶程序指令進(jìn)行編譯；(4)PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，并執(zhí)行該指令；(5)采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存人指定的寄存器中；(6)按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志值的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容；(7)根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口；(8)響應(yīng)各種外圍設(shè)備(如編程器、鍵盤、顯示器、打印機(jī)等)的請求。.存儲器CMOS-SRAMEPROMEEPRO

25、M.輸入/輸出模塊.網(wǎng)絡(luò)通信接口模塊.電源模塊.編程器PLC的技術(shù)指標(biāo).輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是指PLC外接輸入/輸出的最大端子路數(shù)。由于PLC是可裝配式結(jié)構(gòu)，因此，同一型號的車入/輸出點(diǎn)數(shù)可大可小，輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)可以不同。這是最重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。 2 .掃描速度一般以執(zhí)行1000步所需時(shí)間作為一個(gè)單位，記ms/kstep ,有時(shí)也以執(zhí)行一步的時(shí)間來計(jì)算，記s/step).內(nèi)存容量這是PLC能存放多少用戶程序的一項(xiàng)指標(biāo)。在PLC中，用戶程序是按“步”(一般一條指令會包含若干步)來存放的，一 “步”占用一個(gè)地址單元，而一個(gè)地址單元為兩個(gè)字 節(jié)。如一個(gè)內(nèi)存容量為 30k步的PLC那么其內(nèi)存容量為 6

26、0KB。.內(nèi)部寄存器配置及容量PLC的內(nèi)部有大量一般的和特殊的寄存器，用以分別存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、定時(shí)計(jì)數(shù)、鏈接、索引等數(shù)據(jù)。它可給用戶提供許多特殊功能，以簡化整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因此, 內(nèi)部寄存器的配置及容量也是衡量PLC硬件功能的一個(gè)指標(biāo)。.指令種類及條數(shù)這是衡量PLC軟件功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。PLC具有的指令種類及條數(shù)越多，則其軟件 功能越強(qiáng)，具體編程越靈活、越方便。PLC的分類PLC一般可按I/O點(diǎn)數(shù)和結(jié)構(gòu)形式來分類。按I/O總點(diǎn)數(shù)可分為超小型、小型、中型、大型、超大型五類。一般超小型PLC僅含幾十個(gè)I/O點(diǎn)，小型的含 256點(diǎn)以下，如FX2, FP1, GE-1, S5-100U等，中

27、型的I/O點(diǎn)數(shù) 在2562048之間，F(xiàn)P3, GE-m,S5-115U等，大型的I/O點(diǎn)數(shù)在20284096之間，如 FP5, GE-VI, S5-135U/150U 等，超大型的I/O點(diǎn)數(shù)則在 4096點(diǎn)以上，如 FP10/10SH。按結(jié)構(gòu)形式可分為：整體式模塊式第六章集散控制系統(tǒng)（DCS,內(nèi)容包括集散系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)與遞階層次。介紹幾種典型的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品，TDC-3000, S9000, CENTUM-XL系統(tǒng)以及國產(chǎn) HS-2000系統(tǒng)。以一種典型系統(tǒng)為例介紹組態(tài)軟件的功能和使用方法。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集中式控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)遞階控制系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)控制

28、系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS的產(chǎn)生過程1.儀表分散控制2.儀表集中控制3.計(jì)算機(jī)集中控制4.計(jì)算機(jī)集散控制控制三要素傳感器控制器執(zhí)行器儀表分散控制特點(diǎn)：分散于生產(chǎn)現(xiàn)場，自成體系，實(shí)現(xiàn)自治式的徹底分散控制。優(yōu)點(diǎn)：危險(xiǎn)分散，一臺儀表故障只影響一個(gè)控制點(diǎn)。缺點(diǎn)：簡單的單回路控制；操作工奔跑于生產(chǎn)現(xiàn)場巡回檢查，不便于集中操作管理；只適用于幾個(gè)控制回路的小型系統(tǒng)。儀表類型氣動單元組合儀表電動單元組合儀表n型儀表信號： 010mADCm型儀表信號：420mADC組件組裝式儀表儀表集中控制的優(yōu)點(diǎn)：便于集中控制、監(jiān)視、操作和管理，危險(xiǎn)分散，一臺儀表故障只影響一個(gè)控制回路。缺點(diǎn)：安裝成本高，消耗大量的管線和電線，調(diào)試

29、麻煩，維護(hù)困難，只適用于中、小型系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集中控制優(yōu)點(diǎn)：便于集中監(jiān)視、操作和管理，既可以實(shí)現(xiàn)簡單控制和復(fù)雜控制，也可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，適用于現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的控制。缺點(diǎn)：危險(xiǎn)集中，一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，影響面比較廣，輕者波及1臺或幾臺生產(chǎn)設(shè)備，重者使全廠癱瘓。如果采用雙機(jī)冗余，則可提高可靠性，但成本太高，難以推廣應(yīng)用。DCS的產(chǎn)生過程分散型控制的危險(xiǎn)分散，安全性好，不便于集中監(jiān)視、操作和管理；集中型控制的危險(xiǎn)集中，安全性差，便于集中監(jiān)視、操作和管理；模擬儀表僅實(shí)現(xiàn)簡單控制，各控制回路之間無法協(xié)調(diào)，難以實(shí)現(xiàn)中、大型系統(tǒng)的集中監(jiān)視、操作和管理；計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)簡單及復(fù)雜控制，各控制回路之間統(tǒng)一協(xié)調(diào)，便于集

30、中監(jiān)視、操作和管理。設(shè)計(jì)思想分散控制集中管理設(shè)計(jì)原則分而自治綜合協(xié)調(diào)DCS構(gòu)成CS :控制站OS :操作員站ES :工程師站CNET控制網(wǎng)絡(luò)SCS :監(jiān)控計(jì)算機(jī)站CG :計(jì)算機(jī)網(wǎng)關(guān)4c技術(shù)：計(jì)算機(jī)(Computer)通信(Communication)屏幕顯示(CRT)控制(Control )DCS功能控制站：信號輸入輸出運(yùn)算控制實(shí)現(xiàn)DDC功能操作員站：供工藝操作員對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視、操作和管理，實(shí)現(xiàn)MMI功能。工程師站：供控制工程師進(jìn)行組態(tài)，構(gòu)成DCS系統(tǒng)，生成控制回路和人機(jī)界面，對DCS硬件和軟件進(jìn)行維護(hù)和管理。監(jiān)控計(jì)算機(jī)站：實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)預(yù)測控制等等，先進(jìn)控制算法完成SCm

31、能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)關(guān)：實(shí)現(xiàn)DCS網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)的連接,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連與開放。.集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(Total Distributed Control System)是分布控制系統(tǒng)的一種類型，是綜合集中 監(jiān)控、操作管理和分“散”測量控制系統(tǒng)的簡稱，在體系結(jié)構(gòu)上與分布控制系統(tǒng)類似。1975年Honeywell公司首推的系統(tǒng)TDC-2000,因其集中監(jiān)視與分散控制相結(jié)合的特點(diǎn)而采用集散 控制系統(tǒng)這個(gè)名稱，因此在多數(shù)商品化的分布控制系統(tǒng)也常統(tǒng)稱集散控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)是專門為大型過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，功能強(qiáng)、造價(jià)高，十分可靠。其主要特征是集中管理和分散控制。.集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)控制 網(wǎng)絡(luò) 管理.集散

32、系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)形式操作站操作站網(wǎng)絡(luò)控制站 控制站控制站.集散系統(tǒng)的特點(diǎn)與遞階層次(1)集散控制系統(tǒng)都是由操作站、控制站和數(shù)據(jù)通信總線等構(gòu)成的，用戶可依據(jù)被控系統(tǒng)的 大小和需要，選用或配置不同規(guī)模的集散控制系統(tǒng)。(2)集散控制系統(tǒng)都采用分布式結(jié)構(gòu)形式，控制和故障相對分散，從根本上提高了系統(tǒng)長期 連續(xù)運(yùn)行的能力和抗故障的能力。(3)通過高速數(shù)據(jù)通信總線或局域網(wǎng)絡(luò)，把檢測、操作、監(jiān)視、管理等部分，有機(jī)地連接成一個(gè)整體，可以進(jìn)行集中顯示和操作，從而使系統(tǒng)組態(tài)和操作更為方便，并且大大提高了排除系統(tǒng)故障及調(diào)整操作的速度。(4)集散控制系統(tǒng)的處理器、內(nèi)部總線、電源、控制用輸入輸出插件等多采用雙重配置，系統(tǒng)內(nèi)部有很強(qiáng)的自診斷功能。在集散控制系統(tǒng)的現(xiàn)場接口、人機(jī)接口、控制器等環(huán)節(jié)，采用