计算机技术知识

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第一章 计算机控制系统概述,1.1,计算机控制系统的组成,1.2,计算机控制系统的分类,1.3,计算机控制系统的控制核心,1.4,计算机控制系统的发展概况及趋势,1.1,计算机控制系统的组成,1.1.1,控制系统概念,闭环控制系统框图,有哪些重要的概念,?,反馈,传递函数,系统响应,拉氏变化,动态性能,稳定性,1.1,计算机控制系统的组成,闭环控制系统框图,计算机控制系统：,计算机控制系统框图,计算机控制系统原理图,a.,实时数据采集,-,对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入；,b.,实时数据处理,-,对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策；,c.,实时输出控制,-,根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务。,1.1,计算机控制系统的组成,1.1.2,计算机控制系统的硬件组成,通用外部设备,人机联系设备,接口电路,过程通道,信息变换和传递的作用,主机,硬件仅为计算机控制系统的躯体，必须有软件,软件,是指完成各种功能的计算机程序的总和，它是计算机控制系统的神经中枢，整个系统的动作都是在软件程序指挥下协调工作的。,软件通常分为,系统软件,和,应用软件,两大类；,1.1,计算机控制系统的组成,1.1.2,计算机控制系统的软件,厂家提供，用以管理计算机本身的程序。,由用户根据控制系统的需要设计,汇编软件、,C,语言、组态软件,1.2.1,操作指导控制系统,(OGC),1.2.2,直接数字控制系统（,DDC,）,1.2.3,监督计算机控制系统（,SCC,）,1.2.4,集散控制系统（,DCS,）,1.2.5,现场总线控制系统（,FCS,）,1.2.6,计算机集成制造系统（,CIMS,）,1.2,计算机控制系统的分类,按功能和特点分类,操作指导控制系统,(Operation Guide Control),：,-,基于数据采集系统的一种开环结构。,1.2.1,操作指导控制系统,(OGC),操作指导控制系统,(Operation Guide Control),：,1.2.1,操作指导控制系统,(OGC),1,操作过程,：,（,1,）计算机只对系统过程参数进行收集、加工处理，而后输出（显示或打印）（提供准确的参照数据）。,（,2,）现场人员参照显示的数据，根据经验对系统进行,调节,2,应用场合：,尚未摸清控制规律的系统（计算机系统的初级阶段）。,用来摸索新系统的数学模型和控制规律。,3,特点：,简单、可靠、人工操作、慢、不能同时控制几个回路。,计,算,机,生,产,过,程,显示,打印机,报警,操作台,）,I,D,，,D,/,A,（,入,输,程,过,）,O,D,，,A,/,D,（,出,输,程,过,直接数字控制系统,（,Direct Digital Control,）：是用一台计算机完成对多个被控参数的数据采集，且按一定的控制规律进行实时决策，并通过输出通道发出控制信号以实现对生产过程的闭环控制。,1.2.2,直接数字控制系统（,DDC,）,1.2.3,直接数字控制,系统（,DDC,）,作法：,计算机对多个参数进行巡回检测；,将检测值与给定值加以比较；,根据偏差，按适当的控制规律对系统进行控制。,特点：,一台计算机可同时控制多回路；,可靠。,控制灵活：,每个参数的控制可各异；,各参数在不同情况下可采用不同的控制规律或方法（串级、前馈、模糊、自适应控制等）；,应用广泛。,微机控制技术,使检测值给定值,1.2.3,监督计算机控制系统（,SCC,）,监督计算机控制系统,（,Supervisory Computer Control,）：,是,OGC,系统与常规仪表系统或与,DDC,系统综合而成的两级系统。,SCC+,模拟调节器,SCC+DCC,控制系统,1.2.3,计算机,监督系统（,SCC,）,作法：,（,1,）系统中，给定值不是人为预先给定，而是由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值。,（,2,）送给模拟调节器 或,DDC,，对生产过程进行控制。,特点：,更接近于生产的实际情况，增加了,“,冗余量,”,，更可靠。,1.2.4,集散控制系统（,DCS,）,集散控制系统,（,Distributed Control System,）：是以微处理器为基础，借助于计算机网络对生产过程进行,集中管理,和,分散控制,的先进计算机控制系统。又称分散控制系统。,管理级,操作级,过程级,1.2.4,集散控制系统（,DCS,）,作法：,（,1,）,过程级,：直接控制生产过程。,（,2,）,操作级,：用于监控过程级各站点的所有信息，实现信息的集中显示和对生产过程的集中控制操作，实现各控制回路就的组态、参数的设定和修改以及优化控制等。,（,3,）,管理级,：工厂管理信息系统，向决策者提供各种信息。,。,特点：,功能强大、性能优越、技术成熟、软件支持广泛。,传送信号精度低、抗干扰能力差，系统复杂，维护管理麻烦,1.2.5,现场总线控制系统（,FCS,）,现场总线控制系统,（,Fieldbus Control System,）：是现场总线为基础，将现场控制装置和现场智能仪表互联的实时网络控制系统。,第六章详细介绍,现场总线,（,Fieldbus,）：,是连接现场智能设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的,通信网络,。,特点：,全数字化、全分散、双向串行传输、多分支结构、多点通信、可互操作的和全开放式的新型控制系统,。,1.2.7,计算机集成制造系统（,CIMS,）,CIMS,递阶层次结构图,计算机集成制造系统,（,Computer Integrated Manufacturing System,）是计算机技术、网络技术、自动化技术、信号处理技术、管理技术和系统工程技术等新技术发展的结果，它将企业的生产、经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售及服务等环节和人力、财力、设备等生产要素集成起来，进行统一控制，求得生产活动的最优化。,1.3,计算机控制系统的控制核心,1.3.1,单片机,1.3.2 DSP,1.3.3 ARM,1.3.4,工控机,1.3.5,可编程控制器,1.3.1,单片微型计算机（单片机）,将,CPU,、存储器、时钟及接口电路等主要计算机部件，集成在一块集成电路芯片上。,集成度高，功能强,结构合理,抗干扰能力强,指令丰富,省电,成本低,速度有限,1.3.2 DSP,专门用于数字信号处理的微处理器。,哈佛结构,采用流水作业，独立的乘法器和累加器,较高的时钟速度和极快的运算能力,接口丰富,代表：,TI,公司的,TMS320C2000/C5000/C6000,常与,FPGA,或,CPLD,配合使用：,用,FPGA,硬件实现大量的低层信号预处理算法所处理的数据，同时兼顾速度和灵活性。,高层处理算法采用运算速度高、寻址方式灵活、通信机制强大的,DSP,芯片来实现,1.3.3 ARM,（,Advanced RISC Machines,）,是一种微处理器。,体积小、低功耗、低成本、高性能。,大量使用寄存器，指令速度高。,大多数数据操作都在寄存器中完成。,1.3.4,工控机,工控机：,是一种面向工业控制、采用标准总线技术和开放体系结构的计算机。,（,1,）用通用底板总线插座代替个人计算机中的大母板；,（,2,）将母板分为,PC,插件（若干），如,CPU,板，存储板,等；,（,3,）把原,PC,电源改为工业电源；,（,4,）采用密封机箱，内部压送风；,（,5,）配相应的工业软件。,（,6,）既利用了,PC,机丰富的资源，又在结构上实现了块化。,1.3.4,工控机,工控机与一般,PC,机比较,1.3.5,可编程逻辑控制器（,PLC,）,可编程控制逻辑器,(,P,rogrammable,L,ogical,C,ontroller),，简称,PLC,。,是,继电器逻辑控制系统,与,微型计算机技术,相结合的产物。,PLC,采用微处理器作为主控制器，大规模集成电路作为存储器及,I/O,接口。,其可靠性、功能、价格、体积都达到了较成熟和完美的境界。并以其卓越的技术指标和优异的抗干扰能力得到广泛的应用，受到工业界人士的瞩目。,应用：单机自动化、工厂自动化，从柔性制造系统、机器人到工业局部网络无不有它的踪影。,PLC,的功能,(1),条件控制,(2),定时控制,(3),计数控制,(4),顺序控制,(5),模数,(A/D),、数模,(D/A),转换,(6),数据处理,(7),通讯与联网,微机控制技术,广泛应用在控制系统中,1.3.5,可编程逻辑控制器（,PLC,）,2,PLC,的特点,(1),可靠性高,(2),编程容易,(3),组合灵活,(4),输入输出功能模块齐全,(5),安装方便,(6),运行速度快,1.3.5,可编程逻辑控制器（,PLC,）,3,PLC,的分类,(1,）低档,PLC,(2,）中档,PLC,(3,）高档,PLC,1.3,计算机控制系统的发展概况及趋势,1.3.1,发展概况,随计算机技术的发展而发展,（,1,）,20,世纪,50,年代产生。,（,2,）,20,世纪,60,年代以来，集成电路和计算机技术的发展。,（,3,）,20,世纪,90,年代以来，网络技术的发展。,计算机控制理论,随自动控制理论的发展而发展,PID,、鲁棒控制、自适应控制、模糊控制、神经网络等,1,大力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),广泛使用智能化调节器,(3),采用新型的,DCS,和,FCS,(4)FPGA,将成为微型计算机控制技术的新宠,1.3,计算机控制系统的发展概况及趋势,1.3.2,发展趋势,2,综合,自动化：,网络技术、数据库、接口技术、先进控制技术、软测量技术、生产过程的安全保护技术等。,3.,网络化,4.,智能控制系统,5.,虚拟,化：,虚拟实现、虚拟产品开发、虚拟制造、虚拟企业,6.,绿色,化：,减少或消除自动化设备对人类和环境的污染与损害。,本章小结,本章概要介绍了：,（,1,）计算机控制系统的,构成原理,、,硬件组成,与,软件组成,;,（,2,）计算机控制系统的,分类,、,控制核心,；,（,3,）计算机控制系统的,发展概况,和,趋势,。,思考题,1,简述计算机控制系统与常规仪表控制系统的基本结构及主要异同点。,2,分析说明计算机控制系统的硬件组成及其作用。,3,计算机控制系统的软件由哪些部分构成？,4,按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？,5,计算机控制系统的控制核心主要有哪些？,内容要求：,（,1,）详细介绍控制对象的特性,（,2,）对象数学模型描述,（,3,）计算机控制系统配置、结构等（如,PLC,、,DCS,或工控机等型号、类型等）,（,4,）所应用的控制算法（,PID,、预测、串级控制算法等）,（,5,）分析所应用的控制算法的有效性（证明，仿真）。,大作业：,举一个计算机控制系统实例并,分析,之：,