計算機控制系統(tǒng)組成

計算機控制系統(tǒng)2/2/20231計算機控制系統(tǒng)

1.1計算機控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

1.2過程計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概述

1.3軋制過程計算機控制概述

1.4過程計算機控制系統(tǒng)的基本類型2/2/20232本節(jié)內(nèi)容一硬件組成（一）主機1.中央處理器2.內(nèi)存儲器（二）外部設備1.輸入設備2.輸出設備3.外存儲器（三）過程輸入輸出設備（四）通訊設備二軟件組成（一）系統(tǒng)軟件（二）應用軟件三操作系統(tǒng)四人機接口2/2/202331.1.1計算機控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)加熱爐爐溫控制系統(tǒng)FurnaceTemperaturecontrolsystem人工控制人工控制系統(tǒng)中人起到了檢測儀表、控制器、執(zhí)行器三重作用?？刂频暮脡闹饕坎僮鞴と说慕?jīng)驗。人工控制不能控制太多的被控量。人工控制不能進行快速的控制。人工控制也不能始終如一，產(chǎn)品的一致性很差。煤氣管被控對象T燃氣燒嘴流量調(diào)節(jié)閥2/2/20234采用模擬量運算電路來實現(xiàn)自動控制功能（如PID)。而模擬系統(tǒng)中，改變控制方法就必須改變硬件。線路接點較多，出現(xiàn)故障不易排除。一個模擬調(diào)節(jié)器只能控制一個被控量，多個模擬調(diào)節(jié)器之間不能進行信息交換。電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)器常規(guī)儀表控制熱電偶爐溫T2/2/20235計算機控制用程序進行控制運算?？刂品椒ǖ母淖兒苋菀住？梢钥刂茙装賯€回路.并可以對上限、下限進行監(jiān)視和報警。信號的傳送需要數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換?？刂破麟妱诱{(diào)節(jié)閥熱電偶爐溫T2/2/20236被控對象輸入通道/設備四個基本環(huán)節(jié)：測量變送、輸入輸出設備、控制器、執(zhí)行器控制器電動調(diào)節(jié)閥熱電偶輸出通道/設備T2/2/20237變送器：輸出標準信號的傳感器。

標準化電動信號：DDZ-Ⅲ標準：

4~20mADC1~5vDC

氣動信號標準：

20~100KPa（1）測量變送裝置MeasureDevice壓力傳感器熱電偶光電碼盤矯直機上的輥縫儀2/2/20238（2）輸入輸出（I/O）設備Input/OutputDevice定義：完成信息傳遞和交換的裝置。作用：在計算機與生產(chǎn)過程之間進行信息傳遞的通道，起到紐帶和橋梁的作用。輸入通道/設備開關量輸入通道模擬量輸入通道Analog/Digital(A/D)DigitalInput(DI)輸出通道/設備開關量輸出通道模擬量輸出通道Digital/Analog(A/D)DigitalOutput(DO)2/2/20239I/O模塊PCI-7200

12MB/s高速32通道數(shù)字輸入、32通道數(shù)字輸出卡

康海PX8-L8個RS-232串口DAQ-2205

64通道，500K/s高速多功能A/D采集卡2/2/202310（3）控制器Controller控制器：是實現(xiàn)控制規(guī)律的核心器件?？刂破骺梢允歉鞣N類型智能設備。西門子S7－400PLC模擬調(diào)節(jié)器微型計算機Honeywell數(shù)字調(diào)節(jié)器研華IPC-6102/2/202311根據(jù)控制器送來的信號對被控對象進行調(diào)節(jié)。（4）執(zhí)行機構(gòu)Actuator變頻泵同步電機繼電器調(diào)節(jié)閥電磁閥2/2/202312工作過程：①數(shù)據(jù)采集：實時檢測來自于測量變送裝置的被控變量瞬時值；經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后送入控制器。

②控制決策：將測量值mv與系統(tǒng)的給定值sp相比較，產(chǎn)生一定的偏差信號e，對該偏差信號按照某種控制規(guī)律（算法）進行數(shù)學運算，如常規(guī)PID算法、自適應控制算法、模糊控制算法等，最后產(chǎn)生控制信號u。

③控制輸出：對計算機輸出的控制信號u進行D/A轉(zhuǎn)換后，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務。

SP通常安裝于控制室通常安裝于現(xiàn)場-Σ控制器

D/A執(zhí)行機構(gòu)被控對象測量變送

A/D+y被控量eu典型計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖BlockDiagramofTypicalComputerControlSystem4～20mA4～20mAcomparisonSensorActuatorProcessControllervariablemvfeedbackI/ODeviceI/ODevice2/2/2023131.1.2計算機控制系統(tǒng)一些概念★自動控制：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?！镉嬎銠C控制系統(tǒng)：利用計算機來實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。2/2/202314輸出通道D/A輸入通道A/D對象被控變量y輸入通道計算機給定1）計算機控制系統(tǒng)的工作原理2/2/202315實時數(shù)據(jù)采集：實時控制決策：實時控制輸出：工作原理：對來自測量變送裝置的被控變量的瞬時值進行檢測和輸入。對采集到的被控變量進行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。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。2/2/2023162）在線方式和離線方式★在線方式或聯(lián)機方式：生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式?！?/p>

離線方式或脫機方式：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)系并作相應操作的方式。3）實時的含義★實時：是指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成。計算機實時地對生產(chǎn)過程進行控制和管理。并能根據(jù)生產(chǎn)過程工況的變化及時地進行處理。實時性不僅取決于計算機硬件指標，而且還主要依賴于系統(tǒng)軟件和應用軟件。（P8）★

實時控制系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。2/2/202317一計算機控制系統(tǒng)的硬件組成硬件組成(一）主機、（二）外部設備（三）過程輸入/輸出通道（四）通訊設備2/2/202318（一）主機中央處理器（CPU）內(nèi)存儲器(RAM和ROM)（三）過程輸入/輸出通道模擬量輸入通道模擬量輸出通道開關量輸入通道開關量輸出通道（二）外部設備操作臺輸入設備——鍵盤、鼠標、光筆、掃描儀輸出設備——顯示器、打印機、繪圖儀外存儲器——硬盤、軟盤、光盤（CRT）顯示器或(LED)數(shù)碼顯示器鍵盤（功能鍵和數(shù)字鍵）（四）通訊設備——網(wǎng)絡適配器、路由器、集線器、雙絞線運算器控制器只讀存儲器(ROM)隨機存儲器(RAM)2/2/202319二軟件組成軟件一般由系統(tǒng)軟件和應用軟件組成計算機專業(yè)設計人員負責研制系統(tǒng)軟件，而過程計算機控制系統(tǒng)設計人員則要了解系統(tǒng)軟件，從而更好地編制應用軟件。應用軟件是系統(tǒng)設計人員針對某個生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序，它的優(yōu)劣直接影響控制品質(zhì)和管理水平。2/2/202320軟件系統(tǒng)軟件服務程序——裝配程序、編輯程序開發(fā)系統(tǒng)程序設計語言——匯編語言、算法語言，如BasicAlgol，F(xiàn)rotran，Pascal，Cobol，C，PLM等語言處理程序——匯編程序、解釋程序、編譯程序操作系統(tǒng)-----管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序等診斷程序-----調(diào)節(jié)程序、診斷程序等數(shù)據(jù)管理程序信息處理-----文字翻譯、資料檢索、企業(yè)管理應用軟件通訊系統(tǒng)二軟件組成2/2/202321應用軟件過程監(jiān)控數(shù)據(jù)處理程序巡回檢測程序上下限檢查及報警程序操作面板服務程序過程計算機控制控制算法程序事故處理程序PID、最優(yōu)化控制、串級調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)、前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)辨識、其他信息管理程序數(shù)字濾波及標度變換程序判斷程序過程分析程序公共服務程序基本運算程序函數(shù)運算程序數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序格式編輯程序信息生成調(diào)度、文件管理、輸出、打印、顯示2/2/202322三操作系統(tǒng)Eniac和早期的計算機使用起來很困難的原因—裸機，只提供機器指令。操作系統(tǒng)OS使得用戶可以不必了解具體的機器指令、信號的傳輸過程，而通過操作系統(tǒng)充分地使用計算機的硬件資源和軟件資源。操作系統(tǒng)可以視作計算機資源管理程序。只有在操作系統(tǒng)的管理之下，才能充分利用資源，提高系統(tǒng)的可靠性和實時性，方便用戶的操作和使用。操作系統(tǒng)的管理功能可以歸納為四種：處理機管理、存儲管理、設備管理和文件管理。詳細論述見第六章。2/2/202323四人機接口計算機和操作人員之間常常要互通信息。比如，計算機實時地顯示生產(chǎn)過程狀況和控制信息，而操作人員為了配合計算機對生產(chǎn)過程的控制．往往要根據(jù)生產(chǎn)狀況及時地向計算機發(fā)出各種操作控制命令。為此，計算機和操作人員之間應設置顯示器和操作器，其中一種是CRT顯示器和鍵盤，另一種是針對某個生產(chǎn)過程控制的特點而設計的操作控制臺式PID回路操作顯示器。通常把上述兩種設備稱為人機接口。其作用主要有：(1)顯示生產(chǎn)過程的狀況；(2)供操作人員操作；(3)顯示操作結(jié)果。2/2/2023241.1.4與一般PC機相比工業(yè)控制機的特點?可靠性高和可維修性好?環(huán)境適應性強?控制實時性好?完善的輸入輸出通道?豐富的軟件?適當?shù)挠嬎憔群瓦\算速度2/2/2023252/2/2023262/2/2023272/2/202328工業(yè)控制用計算機構(gòu)成與特點

用于工業(yè)控制的計算機稱為工業(yè)控制計算機。簡稱控制機。它由計算機和過程輸入輸出（I/O）通過兩大部分組成。2/2/202329在計算機外部又增加一部分過程輸入/輸出通道： 一方面用來完成工業(yè)生產(chǎn)過程的檢測數(shù)據(jù)送入計算機進行處理； 另一方面將計算機要行使對生產(chǎn)過程控制的命令、信息轉(zhuǎn)換成工業(yè)控制對象的控制變量的信號，再送往工業(yè)控制對象的控制器去。由控制器行使對生產(chǎn)設備運行控制。2/2/202330工業(yè)控制用計算機的特點（一）具有較完善的過程通道，便于將各種形式的信息變換,并完成檢測數(shù)據(jù)輸入和控制信息輸出。（二）要有比較完善的中斷系統(tǒng)和高速數(shù)據(jù)通道，以使其能迅速響應生產(chǎn)過程發(fā)出的中段請求，并能與生產(chǎn)過程實時交換信息。（三)具有高可靠性。

（四）具有人機聯(lián)系功能，以便實現(xiàn)人機對話，及時地對生產(chǎn)過程進行必要的干預。（五）具有能正確反映生產(chǎn)規(guī)律的數(shù)學模型（六）具有適于控制用的軟件系統(tǒng)。2/2/202331對于現(xiàn)場生產(chǎn)過