第1章计算机控制概述.ppt

第一章 计算机控制概述 本章要点 1.了解计算机控制系统的结构 2.了解计算机控制系统硬件组成与软件组成 3. 初步认识计算机控制系统分类与装置种类 4. 初步认识计算机控制系统的特点 5. 了解计算机控制系统的的主要研究内容 6. 了解计算机控制系统的发展 本章主要内容 引言 引言 计算机控制技术及工程应用--是把计算机技术与自动化控制系统融为一体的一门综合性学问，是以计算机为核心部件的过程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算机技术又是一个主要的实现手段。本书立足于工业自动化的领域，讨论这种不同于普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关技术及其工程应用。下图为一个制药车间的自动化生产流程。 1.1 计算机控制系统的组成 主要知识点: 1.1.1 控制系统概念 计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而来的; 常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制要求，一般分成开环控制(图1-1a所示) 与闭环控制(图1-1b所示)两种结构形式; 计算机控制系统原理组成—用控制计算机代替图1-1的控制器，如图1-1c所示； （1）开环控制系统 开环控制系统--不同于闭环系统，它不需要被控对象的测量反馈信号，控制器直接根据给定值驱动执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方向的。环控制系统不能自动消除被控量与给定值之间的偏差，其控制性能不如闭环系统。 （2）闭环控制系统 闭环控制系统--闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。 （3）计算机闭环控制系统原理组成 计算机闭环控制系统的原理组成--是把图1-1中的控制器用控制计算机即微型计算机及A/D（模/数）转换接口与D/A（数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要有A/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号，以及D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。 （4）计算机控制系统的监控过程步骤 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； “实时”性的概念 所谓“实时”，是指信号的输入、运算处理和输出能在一定的时间内完成，即要求控制计算机对输入信号要以足够快的速度进行测量与处理，并在一定的时间内反应或产生相应的控制作用。超过这个时间，就会失去控制时机。为了实现上述计算机控制的功能，需要控制计算机在硬件和软件两大部分的支持。 1.1.2 硬件组成 计算机控制系统硬件一般包括： 主机--CPU ＋RAM＋ROM＋系统总线 常规外部设备--输入/输出设备、外存储器等 过程输入输出通道—AI、AO、DI、DO 操作台—CRT、LED、LCD 等 通信设备—交换机、modem、集线器等 图 1-2所示硬件组成框图 控制计算机硬件的特点 （1）包含过程输入输出设备 （2）可靠性高和可维护性好，能适应工业控制现场恶劣的运行环境 （3）具有高可靠性的实时通信网络 1.1.3 软件组成 硬件仅为计算机控制系统的躯体。要使计算机正确地运行解决各种问题，必须为它编制软件。 所谓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；系统软件一般由计算机厂家提供，专门用来使用和管理计算机本身的程序；应用软件是用户针对生产过程要求而编制的各种应用程序。 计算机控制系统的操作系统 在计算机控制系统中，为了满足实时处理的要求，通常采用实时多任务操作系统。目前控制计算机常用的操作系统主要有UNIX、WINDOWS NT、WINDOWS 2000、WINDOWS XP、RMX DOS等具有抢先能力的多任务操作系统，在一些要求不高的场合也有使用WINDOWS 98等不具有抢先能力的多任务操作系统，甚至是DOS等单任务系统。在实时多任务操作环境下，要求将应用系统中的各种功能划成若干任务，并按其重要性赋予不同