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第八章 计算机过程控制系统 第一节 计算机控制系统概述 8.1.1 计算机控制系统及其组成 计算机控制系统：就是利用计算机（工业控制计算机）来实现生产过程自动控制的系统。 1. 常规控制系统的一般形式 2. 计算机控制系统工作原理 （1）计算机控制系统的组成 工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。 生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 计算机控制系统的组成框图 （2）计算机控制系统的工作原理 从本质上看，计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。 ? ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 8.1.2 计算机控制系统的典型形式 1.按照结构功能分类 2.按照控制规律分类 3.按照控制方式分类 1.按照功能来分类 （1）操作指导控制系统 （2）直接数字控制(DDC) （3）监督控制系统（SCC） ( Supervisory Computer Control) （4）分散型控制系统（DCS） （5）现场总线控制系统(FCS) 新一代分布式控制系统，采用“工作站---现场总线智能仪表”二层结构，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。 2.按照控制规律分类 （1）数字程序和顺序控制 （2）比例积分微分控制（PID控制） （3）最小拍控制 （4）复杂规律的控制 （5）智能控制 （1）程序和顺序控制 定义：程序控制是被控制量按照一定的、预先规定的时间函数变化，被控制量是时间函数的变化。 顺序控制是程序控制的扩展，在各个时期所给出设定值可以是不同的物理量，而且每次设定值的给出，不仅取决于时间，还取决于对以前的控制结果的逻辑判断。 （2）比例积分微分控制（PID控制） 定义：调节器的输出是调节器输入的比例、积分和微分的函数。 PID控制是现在应用最广、最为广大工程技术人员熟悉的技术。PID控制结构简单、参数容易调整，因此，无论模拟调节器或者数字调节器，多数使用PID调节规律。 （3）最小拍控制 最小拍控制的性能指标是要求设计的系统在尽可能短的时间内完成调节过程。 最小拍控制通常用在数字随动系统的设计中。 （4）复杂规律的控制 在PID控制的基础上，引进了各种复杂规律的控制，比如串级控制、前馈控制、纯滞后补偿、解偶控制、最优控制、自适应控制等，组成复杂控制系统。 目的：是为了解决随机扰动问题，使系统控制达到满意的性能指标。 （5）智能控制 智能控制把先进的方法学理论与解决当前技术问题所需要的系统理论结合起来的学科。可以看成三个主要理论领域的交叉或会合，即： 人工智能 运筹学 控制论 3.按照控制方式分类 按照控制方式的不同，计算机控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。 8.1.3 工业控制机的组成结构及特点 8.1.3.1 工业控制机的组成 1. 工业控制机的硬件组成 2. 工业控制机的软件组成 8.1.3.2 工业控制机的特点 8.1.3.1 工业控制机的组成 组成原理图 1. 工业控制机的硬件组成 （1）主机板:CPU、RAM、ROM等。 作用：进行数值计算、逻辑判断、数据处理。 （2）内部总线和外部总线 内部总线：工业控制机内部各组成部分进行信息传送的公共通道，它是一组信号线的集合。常用内部总线有IBM PC、PCI总线和STD总线 。 外部总线：工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传递的公共通道。RS—232C、USB和IEEE—488通信总线。 （3）人—机接口:键盘、显示器、打印机。  。 (7)输入输出通道 工业控制机和生产过程之间设置的信号传递和变换的连接通道。它包括模拟量输入(AI)通道、模拟量输出(AO)通道、数字量(或开关量)输入(DI)通道、数字量(或开关量)输出(DO)通道。 它的作用有两个： 其一是将生产过程的信号变换成主机能够接受和识别的代码； 其二是将主机输出的控制命令和数据，经变换后作为执行机构或电气开关的控制信号。 2. 工业控制机的软件组成 (1)系统软件