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文檔簡介

計算機控制技術第一章課程要求與說明教材于海生等編著,微型計算機控制技術(第2版),清華大學出版社,2009參考書于海生等編著,計算機控制技術,機械工業(yè)出版社,2007謝劍英,微型計算機控制技術,國防工業(yè)出版社施保華等編著,計算機控制技術,華中科技大學

前續(xù)課程程序設計技術(匯編、C/C++/VC、VB)自動控制理論(經(jīng)典/現(xiàn)代)檢測技術與自動化儀表微機原理(單片機)與接口技術教學希望著眼于全局多查詢文獻明確學習本課程的目的考核方法期末閉卷考試60%平時出勤10%作業(yè)20%實驗10%答疑每周五10:00~11:30第1章緒論1.1計算機控制系統(tǒng)概述1.2計算機控制系統(tǒng)的典型型式1.3計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢1.1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,通過控制器使生產(chǎn)過程自動地按照預定的規(guī)律運行。

1.1.1計算機控制系統(tǒng)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)。2.在線方式和離線方式在線方式(on-line):生產(chǎn)過程和計算機直接連接,并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式。離線方式(off-line):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)系并做相應操作的方式稱為離線方式或脫機方式。3.實時的含義實時(real-time):指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成,亦即計算機對輸入信息,以足夠快的速度進行控制,超出了這個時間,就失去了控制的時機,控制也就失去了意義。

電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)1.1.3常用的計算機控制系統(tǒng)主機

1.可編程序控制器(PC)也稱為PLC2.工控機(IPC)3.嵌入式系統(tǒng)4.智能調(diào)節(jié)器

可編程序控制器(PC)也稱為PLC定義:是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。設計原則:可編程控制器及其有關外部設備,都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體,易于擴充其功能的原則設計。特點:可靠性高、編程容易、功能完善,擴展靈活、安裝調(diào)試簡單方便的特點。主要廠家:德國西門子,日本歐姆龍,日本三菱等。PLC應用應用1、開關量邏輯控制:取代傳統(tǒng)的繼電器電路實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。既可以用于單臺設備的控制,也可以用于多機群及自動化流水線。如注塑機、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2、工業(yè)過程控制:對一些連續(xù)變化的模擬量采用相應的A/D或D/A及各種控制算法程序實現(xiàn)閉環(huán)控制。PID是使用最多的一種調(diào)節(jié)方法。在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合應用廣泛。3、運動控制:可用于圓周運動和直線運動的控制,一般使用專用的運動控制模塊,如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊,廣泛用于各種機械、機器人及電梯等場合。4、數(shù)據(jù)處理:PLC具有數(shù)學運算(矩陣、函數(shù)、邏輯運算)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉換、排序等功能。可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。一般用于造紙、冶金、食品等工業(yè)中的大型控制系統(tǒng)5、通信及聯(lián)網(wǎng):現(xiàn)在的PLC一般都有通信接口,可以實現(xiàn)PLC直接及與其他智能設備間的通信。工控機(IPC)定義:面向工業(yè)控制、采用標準總線技術和開放式體系結構的計算機。配有豐富的外圍接口產(chǎn)品。大量應用于煤炭,電力,智能交通,醫(yī)療等。特點:可靠性高、可維修性好、環(huán)境適應性強、控制適應性強、輸入輸出通道完善、軟件豐富等特點。常用總線:PC總線、ISA總線、PCI總線等鍵盤、顯示器單片機單片機就是將微處理器,一定容量的RAM、ROM以及I/O和定時器等集成在一個芯片上的單片微型計算機單片機應用1、智能儀表:結合不同類型傳感器,實現(xiàn)不同物理量的測量。如電壓、功率、濕度、壓力、頻率等。2、工業(yè)控制:構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)等。3、家用電器中的應用:家用電器基本都采用單片機控制。從彩電、冰箱、音響到電子秤等。4、計算機網(wǎng)絡和通信領域:利用單片機普遍具有的通信接口,實現(xiàn)通信設備的智能控制。例如手機、小型交換機及樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)等還有:醫(yī)用設備、大型電器的模塊化應用、汽車設備等均有廣泛應用

DSP應用電信領域應用:復用、回聲控制音頻處理領域應用:音樂、語音合成、語音識別回聲定位領域:雷達、聲納、反射地震學圖像處理領域:計算機斷層造影(CT)廈門宇光AI系列

1、可選配多種測控功能模塊,包括各種信號的測量及AI人工智能PID調(diào)節(jié)功能、多段程序控制功能,可按需配置、分別購買、自由組合及自由擴充。

2、全中文觸摸式操作,使用方便,易于學習,可定制流程圖功能。

3、可選擇保存多條程序曲線及記錄數(shù)據(jù)加密,流程圖、電量儀表及流量積算儀表功能;也可以連接PLC、變頻器等多種設備,綜合了人機界面與無紙記錄功的功能

分類方法:自動控制形式;以參與控制的方式;以采用的控制規(guī)律1.2計算機控制系統(tǒng)分類計算機開環(huán)控制:計算機控制系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間不存在反饋通道。計算機閉環(huán)控制:計算機對生產(chǎn)對象或過程進行控制時,生產(chǎn)過程狀態(tài)能直接影響計算機控制系統(tǒng)。在線控制:只有計算機對受控對象或受控生產(chǎn)過程能行使直接控制,不需要人工干預的。離線控制:控制計算機沒有直接參與控制受控對象或受控生產(chǎn)過程的,它只完成受控對象或受控過程的狀態(tài)檢測,并對檢測的數(shù)據(jù)進行處理,而后制定出控制方案和輸出控制指令、操作人員參考控制指示等。實時控制系統(tǒng):信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成,即計算機對輸入信息以足夠快的速度進行控制,超出這個時間就失去了控制的時機。自動控制形式以參與控制的方式直接數(shù)字控制計算機監(jiān)督控制分布式控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)直接數(shù)字控制(DDC)系統(tǒng)閉環(huán)結構,控制的實時性好,可以控制多個回路或對象。監(jiān)督控制(SCC)系統(tǒng)a)SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)b)SCC+DDC的分級控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)亦稱分布式控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)綜合自動化系統(tǒng)

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)ERP

(EnterpriseResourcesPlanning);生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES

(ManufacturingExecutionSystem);生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)PCS

(ProcessControlSystem)。綜合自動化系統(tǒng)主要包括:

計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS-ComputerIntegratedManufactureSystem)——制造業(yè);計算機集成過程系統(tǒng)(CIPS-ComputerIntegratedProcessSystem)——流程工業(yè)。計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)

MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)

PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

PCS生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)按采用的控制規(guī)律分類程序控制:按預先規(guī)定的時間函數(shù)進行控制常規(guī)控制:常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)儀表或微型計算機實現(xiàn)PID控制高級系統(tǒng):最優(yōu)控制、自適應控制、預測控制、解耦控制等智能控制:主要用來解決那些用傳統(tǒng)的方法難以解決的復雜系統(tǒng)。例如:智能機器人、航空航天、通信網(wǎng)絡、能源系統(tǒng)等控制問題。1.3工業(yè)控制機的組成結構及特點1.3.1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、支持軟件和應用軟件。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)部總線圖1-10工業(yè)控制機的硬件組成結構工業(yè)控制機的軟件組成系統(tǒng)軟件支持軟件應用軟件1.3.2工業(yè)控制機的總線結構1.內(nèi)部總線(1)ISA總線及其信號線定義16位的ISA總線規(guī)范要求與8位PC向下兼容。總線插槽由兩部分組成:8位基本插槽和16位擴充插槽ISA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)。

(2)PCI/CompactPCI總線簡介PCI(PeripheralComponentInterconnect)是美國SIG(SpecialInterestGroupofAssociationforComputerMachinery)集團推出的64位總線。該總線的最高總線頻率為33MHz,數(shù)據(jù)傳輸率為80Mb/s(峰值傳輸率為133Mb/s)。1)PCI總線的主要性能2)其它性能3)PCI總線信號定義主控設備49條,目標設備47條,可選引腳51條(主要用于64位擴展、中斷請求、高速緩存支持等),總引腳數(shù)120條(包含電源、地、保留引腳等)。4)CompactPCI總線2外部總線1)RS-232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)RS-232C信號狀態(tài)狀態(tài)-15V<V1<-5V+5V<V1<+15V邏輯狀態(tài)10信號條件傳號(MARK)空號(SPACE)功能OFFONRS-232C電平轉換及接口電路

2)USB串行通信總線(1)具有熱插拔功能(2)USB采用“級聯(lián)”方式連接各個外部設備(3)適用于低速外設連接1.3.3工業(yè)控制機的特點可靠性高和可維修性好。環(huán)境適應性強??刂频膶崟r性。完善的輸入輸出通道。豐富的軟件。適當?shù)挠嬎銠C精度和運算速度。1.4.1計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況

1.計算機技術的發(fā)展過程

(1)開創(chuàng)時期(1955~1962年)(2)直接數(shù)字控制時期(1962~1967年)(3)小型計算機時期(1967~1972年)(4)微型計算機時期(1972年至今)1.4計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢2.計算機控制理論的發(fā)展過程(1)采樣定理(2)差分方程(3)Z變換法(4)狀態(tài)空間理論(5)最優(yōu)控制與隨機控制(6)代數(shù)系統(tǒng)理論(7)系統(tǒng)辨識與自適應控制(8)先進控制技術

1.4.2計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1.推廣應用成熟的先進技術(1)普及應用可編程序控制器(PLC)(2)廣泛使用智

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